次に本発明の実施形態を以下に説明する。
 本発明を適用した軟窒化クランクシャフト� ��素材は、質量%で、C:0.35~0.55%,Si:0.05~0.5%,Mn:0.6~ 1.2%,Cu:0.01~0.5%,Ni:0.01~0.5%,Cr:0.05~0.6%,V:0.01~0.40%,S:0 .04~0.1%,s-Al:0.001~0.01%,Ca:0.0005~0.02%,N:0.001~0.04%,残� ��Fe及び不可避的不純物からなる組成を有す� �とともに、焼準加熱時のオーステナイト中� �固溶できるV量を[V]、炭素当量C[eq.]としたと� ��、C[eq.]=C+0.07×Si+0.16×Mn+0.19×Cu+0.17×Ni+0.2×Cr+[V ]が0.58~0.89%を満たすように各成分が調整され� ��ものである。

 Vを含む非調質鋼から成る軟窒化クランク シャフト用素材に対して軟窒化処理後に歪矯 正時に亀裂が発生し易い原因は、軟窒化処理 の際にVが表層に硬い窒化物を形成して鋼の� �層を硬くすることにある。Vが硬い炭化物を� ��細に析出することで鋼が硬く高強度となり� ��クランクシャフトの耐久疲労特性(疲労強度 )が高まるが、その一方で、軟窒化処理後の� �矯正加工では、鋼が硬いほど歪矯正に必要� �荷重が高くなり、発生する応力が高くなる� �で、亀裂が発生し易くなる。

 そこで、焼準加熱時のオーステナイト(γ)中 に固溶できるV量を[V]、炭素当量C[eq.]とした� �き、
 C[eq.]=C+0.07×Si+0.16×Mn+0.19×Cu+0.17×Ni+0.2×Cr+[V]
で表される炭素当量C[eq.]を0.58~0.89%とするこ� �によって、即ち炭素当量C[eq.]がそのような� �となるように各成分を調整することによっ� �、必要な硬さが得られるとともに歪矯正加� �後においてもクランクシャフトが良好な疲� �強度を実現できる。すなわち、C[eq.]が0.58%以 上であれば軟窒化処理後の硬度が高く、所望 の疲労強度が得られるので好ましく、C[eq.]が 0.89%以下であれば、軟窒化処理後の硬度が硬� ��なり過ぎず、歪矯正能が損なわれず、さら� ��必要な被削性が保持されるので、好ましい� ��
 ここで、炭素当量C[eq.]を左右するVを単なる 鋼への添加量ではなく、γ(オーステナイト)� �への固溶量[V]で規定しているのは、γ中に固 溶したVだけが、その後の冷却によって微細� �炭化物や窒化物を析出し、鋼の硬さを高め� �よう作用し、即ちクランクシャフトとして� �疲労強度を直接左右するためである。

 また、軟窒化クランクシャフト用素材の組� ��については、以下のように考察される。
・歪矯正加工時の歪みの小さい初期において 表面の化合物層に亀裂が発生し、歪みが増加 すると化合物層に接した1単位のパーライト� �(以下パーライトブロックと言う)に亀裂が発 生し、更に歪みが増加するとその1単位のパ� �ライトブロックに生じた亀裂を初期亀裂と� �て、より内部のフェライト又はパーライト� �亀裂が進行し、これがクランクシャフトの� �久疲労寿命を損なう。
・従って化合物層に接した1単位のパーライ� �ブロックの大きさが小さいほど初期亀裂の� �さが短くなり、そしてその初期亀裂の長さ� �短いほど亀裂の進行が起り難い。
・そのため、歪矯正能を向上させるためには 、パーライトブロックの大きさを小さくする 必要がある。
・軟窒化クランクシャフト用素材を含む非調 質鋼は通常1200℃以上に加熱後950℃以上で鍛� �を終了し、そのまま放冷却されるため、そ� �組織は旧オーステナイト粒界に沿って析出� �る初析フェライトと残りの部分からなるパ� �ライトの混合組織から構成され、一方調質� �は800℃付近の温度領域に加熱し冷却される� �め、旧オーステナイト粒は粗大化せずに微� �となり、微細なフェライトとパーライトの� �合組織から構成されたものとなる。
・軟窒化クランクシャフト用素材を含む非調 質鋼は調質鋼と比較して旧オーステナイト粒 が大きく、焼入性が大きいためにフェライト 変態が抑制されてフェライトが析出し難く、 オーステナイトの大部分がパーライトとなり 易い。
・そのためパーライトブロックの大きさが調 質鋼より大きくなり易く、これが歪矯正能を 低下させる原因となる。

 そこで、本実施形態においては、上記素材� ��歪矯正能を高めるべく、軟窒化クランクシ� ��フト用素材を製造するに際して焼準(焼なら し)処理を施し、結晶粒を微細化して、生成� �るパーライトブロックの大きさを微細化し� �且つ均一分散させる。
 特に、この焼準処理を、処理温度780℃~850℃ の温度範囲で行うことにより、歪矯正能が高 められる上、疲労強度をより一層高めること が可能となる。
 焼準処理の処理温度を780℃以上とすると、� ��ーステナイト変態により前加工である熱間� ��造の影響を除去し、結晶粒の微細化を図る� ��ともに、Vを固溶させることで硬度を高め、 疲労強度をより一層高めることができる。そ の一方で、焼準処理の温度を850℃以下とする ことにより、軟窒化処理後の歪矯正能(曲げ� �正性ともいう)の低下を招かない範囲で硬度� ��高めることができ、歪矯正加工時に亀裂を� ��じる可能性が極めて低くなる。これにより� ��歩留まりの向上等による生産効率のさらな� ��向上を図ることができる。

 焼準温度の下限を780℃とした点について詳� ��する。
 焼準処理は、材料の変態点であるAc3を約50� �上回る温度に加熱して均一なオーステナイ� �組織にした後、大気中で放冷する処理であ� �ことが一般的に知られている。このような� �理を行うことによって、(1)鍛造品の金属組� �の微細化、機械的性質の改善、(2)切削性の� �上等、を実現することが期待できる。
 ところで、Ac3変態点の温度は、式
Ac3(℃):854-180×(%C)-14×(%Mn)+44×(%Si)-17.8×(%Ni)-1.7× (%Cr) …(1)
により求められることが知られており、本実 施形態における材料では、730℃~804℃の範囲� �にAc3点が存在することになる。従って、本� �施形態における焼準温度の下限は、本実施� �態の材料におけるAc3点の下限(730℃)に50℃を� ��えた780℃とすることが、好ましい。

 また、上記素材の組成に関する限定理由は� ��以下に詳述する通りである。
 C:0.35~0.55%
 Cは強度の向上を目的として添加され、必要 な強度の向上を得るために含有量が0.35%以上� ��あることが好ましく、被削性及び靭性の低� ��を招かないために0.55%を超えないことが好� �しい。
 Si:0.05~0.5%
 Siは脱酸及び初析フェライトの強化を目的� �して含有させる元素であり、これらの効果� �得ることができ、熱間加工性及び靭性の低� �を招かない含有量として、0.05~0.5%が好適で� �る。

 Mn:0.6~1.2%
 Mnは、上記素材を用いた機械部品の内部の� �さを効果的に高めるための有効な元素とし� �、また、靭性を向上させる目的で含有させ� �元素であり、必要な硬さ及び靭性を得るた� �に0.6%以上であることが好ましく、熱間加工� ��や焼準時にベイナイトが生成して靭性が低� ��しないように、その含有量を1.2%以下とする ことが好ましい。
 また、Mnは次に述べるSとともに硫化物を生� ��するために重要な元素であり、被削性を向� ��させるために有効な元素である。
 S:0.04~0.1%
 Sは被削性を向上させるために有効な元素で 、必要な被削性を得るために含有量が0.04%以� ��であることが好ましく、その一方で、熱間� ��工性や疲れ強度を低下させたり、Caと高融� �のCaSを形成して鋳造時にノズルを閉塞させ� �りしないように、その含有量が0.1%以下であ� ��ことが好ましい。

 Cu:0.01~0.5%
 Ni:0.01~0.5%
 Cu,Niともに、上記素材を用いた機械部品の� �部の硬さを効果的に高めるための有効な元� �として、また靭性を向上させることを目的� �して含有させる元素である。これらの効果� �得るために含有量が0.01%以上であることが好 ましい。一方、Cuを0.5%,Niを0.5%より多くして� �その効果が飽和するばかりでなく、経済的� �観点からも機械部品のコスト高となるため� �その含有量が0.5%以下であることが好ましい� ��

 Cr:0.05~0.6%
 Crは上記素材を用いた機械部品の内部の硬� �を効果的に高めるための有効なものであり� �また靭性を向上させるために含有させる元� �で、必要な靭性を得るために含有量は0.05%以 上であることが好ましい。一方、含有量が0.6 %以下であれば、熱間加工後の空冷でベイナ� �トが生成して靭性が低下したり、更にCrの影 響により軟窒化処理時に窒化層に微細な窒化 物が析出して硬さを増加させて歪矯正能を低 下させたりすることがないので、0.6%以下で� �ることが好ましい。

 Ca:0.0005~0.02%
 Caは硫化物中にCaSとして存在させることに� �り旋削加工時に工具に保護膜を形成させ、� �具寿命を大幅に向上させるために含有させ� �元素で、0.0005%以上であればその効果が得ら� ��、その含有量が0.02%以下であれば、高融点� �CaSを形成して鋳造時にノズルを閉塞させる� �とがないので好適である。

 s-Al:0.001~0.01%
 s-AlはSiと同様に鋼を溶製する際に脱酸元素� ��して用いる。
 その含有量は少なくても0.001%以上必要であ� ��。また、その含有量が0.01%より多いと軟窒� �処理時に窒化層に微細な窒化物を析出させ� �さを増加させるので、過度の添加による歪� �正能の低下を回避するために、0.01%以下であ ることが好ましい。

 N:0.001~0.04%
 Nは結晶粒の粗大化を防止するために含まれ る元素であり、その含有量が0.001%以上であれ ば、結晶粒の粗大化を防止する効果が得られ 、その一方で含有量が0.04%より多くてもその� ��果が飽和するので、0.04%以下であることが� �ましい。

 V:0.01~0.40%
 Vは熱間加工後の冷却中に炭窒化物を微細に 析出させて強度を高くするために含有させる 元素で、0.01%以上であればその効果が得られ� ��0.40%より多くしてもその効果が飽和して経� �的に不利になるばかりでなく歪矯正能を低� �させてしまうため、その含有量は0.40%以下で あることが好ましい。

 上記の素材として、本実施形態では、次� ��表1に示す14種類の材料を例として用いた。� ��れらの材料は、いずれも、本発明に規定さ� ��た組成からなる。なお、表1において、[V],C[ eq.]は、焼準処理で800℃に加熱した場合の値� �記載している。

 本実施形態では、表1に示す化学組成の鋼を 溶製した後、1200℃の温度で熱間鍛造を行い� �寸法,形状がφ50×1000mmのクランクシャフトを� ��た。
 このクランクシャフトに、セ氏750℃~1000℃� �範囲における様々な温度において焼準処理� �行った。この焼準処理では、上記温度でそ� �ぞれ60分間加熱保持した後室温まで放冷する 条件とした。

 続いて、上記クランクシャフトに、塩浴� ��(シアン酸ソーダ(NaCNO)、シアン酸カリ(KCNO)� �を含む混合塩)を用いて塩浴軟窒化処理を施� ��た。この塩浴軟窒化処理の温度は580℃、時� ��は100分とした。

 そして、歪矯正能、切削性、及び疲労強度� ��各特性を評価した。これらの具体的な評価� ��法は下記の通りである。
<歪矯正能>
 上記各組成の鋼を溶製した後、1200℃の温度 でクランクシャフトの形状に熱間鍛造し、そ の後上記の温度で焼準処理を施し、この焼準 処理の後でガンドリル穴あけを含む機械加工 を行い、機械加工後に、塩浴軟窒化処理(580� �×100分)を施して、実用クランクシャフトと� �た。
 得られたクランクシャフトを、両端ジャー� ��ル部を支点間距離400mmにて支えながら、中� �ジャーナル部に集中荷重を加えることによ� �3点曲げ試験を行った。
 この試験において、中央ジャーナル部に亀� ��が発生するまで荷重を加え、除荷後の最大� ��み量(振れ変化量)をそのクランクシャフト� �歪矯正能として求めた。

<切削性>
 上記各組成の鋼を溶製した後、1200℃の温度 でクランクシャフトの形状に熱間鍛造した後 、上記の温度で焼準処理を施すことで試験片 を作成した。この試験片に対し、ガンドリル 穴あけ加工を施し、この穴明け加工に伴う刃 具の摩耗の程度を切削性の指標として評価し た。
 尚、切削には、直径5.4mmの超硬合金製ガン� �リルを用い、切削条件は以下の通りとした� �
 回転速度:4300r.p.m.(回転/分)
 送り:0.06mm/回転
 穴深さ:67mm
<疲労強度>
 歪矯正能の評価と同様に作成した実用クラ� ��クシャフトを用意して、回転曲げ疲労試験� ��実施した。この試験は最大負荷荷重を種々� ��変えて行い、回転1000万回にて破壊を生じな い最大負荷荷重を疲労強度として求めた。

 図1は、軟窒化クランクシャフト用素材の歪 矯正能を示す図表である。
 この図1において、縦軸は、歪矯正能の指標 としての亀裂発生後の歪み量(μm)であり、横� ��は、焼準処理の温度条件である。
 図1に示すように、焼準温度が低いほど歪矯 正能が高い傾向が現れた。詳細には、焼準処 理の温度が850℃以下であれば、好ましい歪矯 正能として設定された基準値(25μm)よりも良� �な歪矯正能が得られることが明らかになっ� �。これは、焼準処理時の温度が高いほどVの� ��溶が進んで硬度が高められることによると� ��えられる。また、焼準処理の温度が800℃未� ��であっても、歪矯正能が基準値を下回るこ� ��はなかった。

 図2は、軟窒化クランクシャフト用素材の刃 具摩耗性を示す図表である。
 図2において縦軸は刃具の摩耗の程度を示し 、横軸は焼準処理の温度条件である。
 この図2に示すように、焼準温度が低いほど 刃具の摩耗が小さい、すなわち切削性が良い ことが明らかになった。焼準温度が880℃を超 える程度で、刃具の摩耗が、好ましいとされ る基準値を超えてしまうので、本発明のよう に、焼準処理の温度を850℃以下とすれば、好 ましい切削性の基準値を満たすことが明らか になり、焼準処理の温度が800℃未満となって も、切削性が基準値を超えることはなかった 。ここで、基準値は、例えば0.3mmである。

 図3は、軟窒化クランクシャフト用素材の疲 労強度を示す図表である。
 図3において縦軸は疲労強度を示す指標とし ての上述した最大負荷荷重(MPa)であり、横軸� ��焼準処理の温度条件である。
 この図3に示すように、焼準温度が高いほど 疲労強度が高いことが明らかになった。これ は、焼準処理時の温度が高いほどVの固溶が� �んで硬度が高められることによると思われ� �。焼準温度が780℃以上となり、1000℃以下と� ��る範囲の全体において、疲労強度が好まし� ��基準値を下回ることはなかった。

 このように、質量%で、C:0.35~0.55%,Si:0.05~0.5 %,Mn:0.6~1.2%,Cu:0.01~0.5%,Ni:0.01~0.5%,Cr:0.05~0.6%,V:0.01~ 0.40%,S:0.04~0.1%,s-Al:0.001~0.01%,Ca:0.0005~0.02%,N:0.001~0 .04%,残部Fe及び不可避的不純物からなる組成� �有するとともに、焼準加熱時のオーステナ� �ト中に固溶できるV量を[V]、炭素当量C[eq.]と� ��たとき、C[eq.]=C+0.07×Si+0.16×Mn+0.19×Cu+0.17×Ni+0 .2×Cr+[V]が0.58~0.89%を満たすように各成分が調� ��されて成る軟窒化クランクシャフト用素材� ��用い、この素材を溶製し、溶製した上記材� ��の熱間鍛造を行い、その後に当該熱間鍛造� ��を処理温度780℃~850℃の温度範囲で焼準処理 することによりフェライト+パーライトの組� �として、処理温度500~650℃,処理時間1~5時間の 条件で軟窒化処理を行い、この軟窒化処理に よる曲がりを矯正する歪矯正加工を施す場合 には、焼準処理時の温度を780℃~850℃の範囲� �収まる温度とすることで、良好な疲労強度� �確保しながら、軟窒化処理後に歪みを除去� �る歪矯正加工における歪矯正能を高めるこ� �ができ、この歪矯正加工の歩留まりを高め� �生産効率の向上を図ることができる。また� �焼準処理を上記の温度で施すことによって� �好適な切削性を持たせることが可能となる� �

 つまり、上記素材を用いてクランクシャフ� ��を製造する場合、
 ・上記の組成を満たす鋼を溶製し、
 ・溶製した鋼を熱間鍛造してクランクシャ� ��トの形状とし、
 ・熱間鍛造の後に、780℃~850℃の温度で焼準 処理を施し、
 ・焼準処理の後で機械加工を行い、
 ・機械加工後に、処理温度500~650℃,処理時� �1~5時間の条件で軟窒化処理を施して、実用� �ランクシャフトとする、
 工程を含むことが好ましい。

 これにより、高い疲労強度と高い歪矯正� ��とを合わせ持ち、歪矯正加工における歩留� ��りをさらに向上させ、より一層の生産性の� ��上を図ることが可能な軟窒化クランクシャ� ��ト用素材を提供できる。また、軟窒化処理� ��行うことで十分に強度が高められ、かつ、� ��矯正能が高い状態で歪矯正加工が施される� ��で、軟窒化処理後の歪矯正加工により歪み� ��容易に矯正し、より高精度のクランクシャ� ��トを高い歩留まりで製造できる。

 以上本発明の実施形態を詳述したが、本発� ��はこれに限定されるものではなく、例えば� ��上記素材を評価する際に、軟窒化処理の一� ��として塩浴軟窒化処理を施した場合を挙げ� ��説明したが、ガス軟窒化処理やイオン窒化� ��理等を施すことも勿論可能であるし、軟窒� ��処理の条件についても任意である。同様に� ��上記素材の溶製、熱間鍛造、機械加工時の� ��件についても、適宜変更可能である。
 また、本発明の軟窒化処理クランクシャフ� ��用素材は、四輪自動車、自動二輪車、或い� ��他の用途に用いられる各種内燃機関のクラ� ��クシャフトに適用可能であり、その用途に� ��いては何ら限定されず、その他本発明はそ� ��趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を� ��えた態様で実施可能である。