大型锻造用钢及大型锻造部件的制作方法

大型锻造用钢及大型锻造部件的制作方法
【专利摘要】本发明提供大型锻造用钢及大型锻造部件。所述大型锻造用钢具有如下组成：含有C：0.18％以上且0.35％以下、Si：0％以上且0.3％以下、Mn：1％以上且2.7％以下、Ni：0％以上且1％以下、Cu：0％以上且1％以下、Cr：1.5％以上且2.5％以下、Mo：0.35％以上且0.55％以下、V：0％以上且0.15％以下、Al：0.015％以上且0.05％以下、N：30ppm以上且100ppm以下、O：超过0ppm且30ppm以下，余部为Fe及不可避免的杂质。所述大型锻造用钢的金属组织以贝氏体为主体。所述大型锻造用钢满足下式(1)及(2)：1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.95 (1)0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.45(2)。据此，能够使强度及韧性优异。
【专利说明】
大型锻造用钢及大型锻造部件
技术领域
[0001] 本发明设及大型锻造用钢及大型锻造部件。
【背景技术】
[0002] 在作为船舶用驱动源的传递构件使用的曲轴、中间轴、推进轴、连接棒、舱杆、挂舱 臂等部件中，使用大型锻造用钢。为了实现船舶用柴油发动机的输出功率提高、紧凑化，运 些部件中使用的大型锻造用钢必须具备高强度及高初性。
[0003] 作为强度及初性高的大型锻造用钢，本
【申请人】已提出有一种改进了成分组成等的 大型锻造用钢(参照日本专利第3663170号公报、日本专利第3896365号公报及日本专利第 4332070号公报）。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于，提供一种强度及初性优异的大型锻造用钢，W及使用了该大 型锻造用钢的大型锻造部件。
[0005] 本发明一个方面设及大型锻造用钢。所述大型锻造用钢具有如下组成：含有C (碳）：0.18质量％ W上且0.35质量％ W下、Si(娃）：0质量％ W上且0.3质量％ W下、Mn(儘）： 1质量％^上且2.7质量％^下、化（儀）：0质量％^上且1质量％^下、化(铜）：0质量％^上 且1质量％ ^下、化(铭）：1.5质量％ W上且2.5质量％ W下、Mo(钢）：0.35质量％ W上且0.55 质量％ W下、V(饥）：〇质量％ W上且0.15质量％ W下、Al(侣）：0.015质量％ W上且0.05质 量％ W下、N(氮）：30质量卵mW上且100质量卵mW下、0(氧）：超过0质量卵m且30质量卵mW 下，余部为化(铁)及不可避免的杂质，所述大型锻造用钢的金属组织W贝氏体为主体，所述 大型锻造用钢满足下式（1)及(2)。
[0006] 1.15>C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14>0.95 (1)
[0007] 0.53 > C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 >0.45 (2)
[000引本发明另一个方面设及大型锻造部件。所述大型锻造部件是对所述大型锻造用钢 进行锻造而成的锻造部件。
[0009] 根据本发明，能够使强度及初性优异，还能够使耐久性优异。
[0010] 上述W及此外的本发明的目的、特征及优点将通过W下的详细记载和附图而明 确。
【附图说明】
[0011] 图1是表示函数G的数值与W低冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的关系的图。
[0012] 图2是表示函数G的数值与W低冷却速度得到的大型锻造用钢的初性的关系的图。
[0013] 图3是表示函数F的数值与W高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的关系的图。
[0014] 图4是表示在实施例的耐氨致裂纹性的评价中进行SSRT(低应变速度试验）的状态 的示意性正视图。
【具体实施方式】
[0015] 大型锻造用钢通常在进行退火或泽火后，再进行回火而制得。大型锻造用钢在制 造过程中通常因内部和表面的冷却速度的差异等而产生材质不均。本发明人着眼于运样的 材质不均。大型锻造用钢中，例如有W下材质不均。
[0016] 当制造作为船舶用驱动源的传递构件的大型锻造部件时，则需要准备大厚度的大 型锻造用钢。具体而言，作为大型锻造部件而制造例如全长为3500mm且曲拐档间距为 2000mm的大型曲拐时，需要准备大厚度的大型锻造用钢。在制造运样的大厚度的大型锻造 用钢时，在一个大型锻造用钢的厚度方向上、或者在多个大型锻造用钢中的各个钢之间容 易产生冷却速度不相同的现象。当冷却速度不相同时，所制得的大型锻造用钢的金属组织 容易变得不相同。因此，大型锻造用钢容易在厚度方向上、或者在多个大型锻造用钢之间产 生材质不均。
[0017] 此外，例如在曲轴的连结部位(web)或凸缘部位(fillet)运样的形状不同的部位 中，冷却容易变得不均匀。当由于运样的部位而导致产生冷却速度差异时，所获得的大型锻 造用钢容易产生材质不均。
[0018] 对于大型锻造用钢而言，即使强度高，若材质不均大，则由于材质不均而在大型锻 造用钢内产生强度差异。此时，大型锻造用钢容易振动或变形，从而耐久性容易下降。因此， 现有的大型锻造用钢难W同时满足高强度及高初性、和材质不均的降低。
[0019] 本发明基于上述情况而作，其进一步目的在于提供一种强度及初性优异、且能够 抑制材质不均的大型锻造用钢，W及使用了该大型锻造用钢的大型锻造部件。
[0020] 本发明人进行了深入研究，结果获知:在大型锻造用钢中，存在不易根据冷却速度 而变成不同金属组织的成分组成。即，本发明人对不同成分组成的多种大型锻造用钢进行 分析，结果发现了金属组织对于冷却速度的依赖性低的成分组成。并且发现了若将大型锻 造用钢的组成调整为该金属组织对于冷却速度的依赖性低的成分组成，则能够抑制大型锻 造用钢的材质不均。据此，完成了本发明。
[0021 ] W下，对本发明设及的大型锻造用钢及大型锻造部件的实施方式进行说明。
[0022] [大型锻造用钢]
[0023] <金属组织>
[0024] 本实施方式的大型锻造用钢的金属组织W贝氏体为主体。由于金属组织W贝氏体 为主体，因此本实施方式的大型锻造用钢强度优异。
[00巧] < 组成>
[0026] 此外，本实施方式的大型锻造用钢具有如下组成:含有C(碳）：0.18质量％ W上且 0.35质量％ W下、Si (娃）：0质量％ W上且0.3质量％ W下、Mn(儘）：1质量％ W上且2.7质 量％ W下、Ni (儀）：0质量％ W上且1质量％ W下、Cu(铜）：0质量％ W上且1质量％ W下、Cr (铭）：1.5质量％ W上且2.5质量％ W下、Mo(钢）：0.35质量％ W上且0.55质量％ W下、V (饥）：〇质量％ W上且0.15质量％ W下、Al (侣）：0.015质量％ W上且0.05质量％ W下、N (氮）：30质量卵mW上且100质量卵mW下、0(氧）：超过0质量ppm且30质量ppn拟下，余部为Fe (铁)及不可避免的杂质。前述各含有率为相对于前述大型锻造用钢的含有率。
[0027] 〔C(碳））
[00%]本实施方式的大型锻造用钢的C含有率的下限值为0.18质量％，优选为0.23质 量％。此外，本实施方式的大型锻造用钢的C含有率的上限值为0.35质量％，优选为0.3质 量％ dC为提高泽火性并且有助于提高强度的元素。当该大型锻造用钢的C含有率小于上述 下限值时，有不能确保该大型锻造用钢的充分的强度和泽火性的担忧。另一方面，当该大型 锻造用钢的C含有率超过上述上限值时，有该大型锻造用钢的初性降低的担忧。此外，会助 长C的逆V形偏析，因此还有该大型锻造用钢的切削性降低的担忧。
[0029] 做(娃））
[0030] 本实施方式的大型锻造用钢的Si含有率的下限值为0质量％，即该钢可W不含有 Si。此外，本实施方式的大型锻造用钢的Si含有率的上限值为0.3质量％，优选为0.2质 量％，更优选为0.1质量％ DSi作为脱氧元素生效，有助于降低氧量，根据需要进行添加。另 一方面，当该大型锻造用钢的Si含有率超过上述上限值时，会助长Si的逆V形偏析，因此有 该大型锻造用钢的初性、耐氨致裂纹性降低的担忧。
[0031] [Mn(Ii))
[0032] 本实施方式的大型锻造用钢的Mn含有率的下限值为1质量％。此外，本实施方式的 大型锻造用钢的Mn含有率的上限值为2.7质量％，优选为2.5质量％，更优选为1.5质量％。 Mn是提高泽火性并且有助于提高强度的元素。当该大型锻造用钢的Mn含有率小于上述下限 值时，有不能确保该大型锻造用钢的充分的强度和泽火性的担忧。此外，还有不能充分抑制 晶粒尺寸的不均的担忧。另一方面，当该大型锻造用钢的Mn含有率超过上述上限值时，会助 长Mn的逆V形偏析，因此有该大型锻造用钢的初性、耐氨致裂纹性降低的担忧。
[003；3]附（儀））
[0034]本实施方式的大型锻造用钢的Ni含有率的下限值为0质量％，即该钢可W不含有 Ni。此外，本实施方式的大型锻造用钢的Ni含有率的上限值为1质量％，优选为0.5质量％， 更优选为0.2质量％ "Ni是有助于提高强度及初性的元素，根据需要进行添加。另一方面，当 该大型锻造用钢的Ni含有率超过上述上限值时，会助长Ni的逆V形偏析，因此有该大型锻造 用钢的初性降低的担忧。
[003引〔化（铜））
[0036] 本实施方式的大型锻造用钢的Cu含有率的下限值为0质量％，即该钢可W不含有 Cu。此外，本实施方式的大型锻造用钢的Cu含有率的上限值为1质量％，优选为0.5质量％。 化是有助于提高初性的元素，根据需要进行添加。另一方面，当该大型锻造用钢的化含有率 超过上述上限值时，有产生热裂纹的担忧。此外，还有制造成本增加的担忧。
[0037] 〔化（铭））
[0038] 本实施方式的大型锻造用钢的Cr含有率的下限值为1.5质量％。此外，本实施方式 的大型锻造用钢的Cr含有率的上限值为2.5质量％，优选为2质量％，更优选为1.6质量％。 化是提高泽火性并且有助于提高初性的元素。当该大型锻造用钢的化含有率小于上述下限 值时，有不能确保该大型锻造用钢的充分的初性和泽火性的担忧。另一方面，当该大型锻造 用钢的化含有率超过上述上限值时，会助长化的逆V形偏析，因此有该大型锻造用钢的切削 性降低的担忧。
[0039] 〔Mo(钢））
[0040] 本实施方式的大型锻造用钢的Mo含有率的下限值为0.35质量％，优选为0.45质 量％。此外，本实施方式的大型锻造用钢的Mo含有率的上限值为0.55质量％，优选为0.5质 量％。齡是有助于提高泽火性、强度及初性的元素。当该大型锻造用钢的Mo含有率小于上述 下限值时，有不能确保该大型锻造用钢的充分的泽火性、强度及初性的担忧。另一方面，当 该大型锻造用钢的Mo含有率超过上述上限值时，会助长Mo的微观偏析、比重偏析，因此有该 大型锻造用钢的初性降低的担忧。
[OOW 〔八饥））
[0042]本实施方式的大型锻造用钢的V含有率的下限值为0质量％，即该钢可W不含有V。 此外，本实施方式的大型锻造用钢的V含有率的下限值优选为0.035质量％。此外，本实施方 式的大型锻造用钢的V含有率的上限值为0.15质量％，优选为0.1质量％ dV是提高泽火性并 且有助于提高强度的元素，根据需要进行添加。另一方面，当该大型锻造用钢的V含有率超 过上述上限值时，由于V的平衡分配系数低，会助长微观偏析，因此有该大型锻造用钢的初 性降低的担忧。
[00 创〔A1(侣））
[0044] 本实施方式的大型锻造用钢的Al含有率的下限值为0.015质量％。此外，本实施方 式的大型锻造用钢的Al含有率的上限值为0.05质量％ "A1作为脱氧元素生效，有助于降低 氧量。当该大型锻造用钢的Al含有率小于上述下限值时，有该大型锻造用钢中的氧量不能 充分降低的担忧。另一方面，当该大型锻造用钢的Al含有率超过上述上限值时，引起氧化物 的粗大化，有该大型锻造用钢的初性降低的担忧。
[0045] 〔N(氮））
[0046] 本实施方式的大型锻造用钢的N含有率的下限值为30质量ppm。此外，本实施方式 的大型锻造用钢的N含有率的上限值为100质量ppm,优选为80质量ppm,更优选为60质量 ppm"N是形成氮化物使晶粒细化，从而有助于确保初性的元素。当该大型锻造用钢的N含有 率小于上述下限值时，有不能确保该大型锻造用钢的初性的担忧。另一方面，当该大型锻造 用钢的N含有率超过上述上限值时，有W固溶N形式带来应变时效从而使该大型锻造用钢的 初性降低的担忧。
[0047] 〔0(氧））
[0048] 本实施方式的大型锻造用钢的0含有率的下限值为超过0质量ppm。此外，本实施方 式的大型锻造用钢的0含有率的上限值为30质量ppm,优选为15质量ppm,更优选为10质量 ppnuO含有率越少越好，但在该大型锻造用钢中W氧化物形式存在，0含有率无法成为0质量 ppm。因此，该大型锻造用钢的0含有率的下限值为超过0质量％。另一方面，当该大型锻造用 钢的0含有率超过上述上限值时，引起氧化物的粗大化，有该大型锻造用钢的初性降低的担 忧。
[0049] 〔其它成分）
[0050] 本实施方式的大型锻造用钢除了含有上述成分(各元素）W外，在余部中含有化及 不可避免的杂质。此外，作为不可避免的杂质，允许混入例如根据原料、材料、制造设备等的 状况而带入的P(憐）、S(硫）、Sn(锡）、As(神）、化(铅）、Nb(妮）、Ti(铁)等元素。
[0051] 本实施方式的大型锻造用钢的不可避免的杂质中，P含有率的上限值优选为0.1质 量％，更优选为0.01质量％。当该大型锻造用钢的P含有率超过上述上限值时，有助长由晶 界偏析所致的晶界破坏的担忧。此外，该大型锻造用钢的P含有率的下限值为0质量％，即该 钢可W不含有P。
[0052] 本实施方式的大型锻造用钢的不可避免的杂质中，S含有率的上限值优选为0.02 质量％，更优选为0.01质量％。当该大型锻造用钢的S含有率超过上述上限值时，有硫化物 系夹杂物增大，从而使强度变差的担忧。此外，该大型锻造用钢的S含有率的下限值为0质 量％，即该钢可W不含有S。
[0053] <各成分含有率间的关系>
[0054] 本实施方式的大型锻造用钢满足下式(1)及(2)。
[0055] 1.15>C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14>0.95 (1)
[0056] 0.53 > C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 >0.45 (2)
[0057] 本实施方式的大型锻造用钢的金属组织是在大型锻造用钢的制造过程中主要转 变成贝氏体组织的金属组织。此时，通过满足上述式（1)及(2)，能够减少该大型锻造用钢的 材质不均。目前，其机理尚不明确，但本发明人认为:通过满足上述式（1)，能够抑制在高冷 却速度（例如平均冷却速度为l〇°C/分钟）下的转变起始溫度的低溫化。此外，本发明人认 为:通过满足上述式(2)，能够抑制在低冷却速度(例如平均冷却速度为rc/分钟）下的转变 起始溫度的高溫化。由此，基于冷却速度的差异的、大型锻造用钢的材质不均受到抑制，不 容易产生由材质不均所致的大型锻造用钢内的强度差异。
[0058] 更详细而言，式（1)的两个不等号所夹住的W下式(4)表示的函数FW及式(2)的两 个不等号所夹住的W下式(5)表示的函数G分别是对不同成分组成的多种大型锻造用钢进 行回归分析而导出的式子。
[0059] F = C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 (4)
[0060] G = C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 (5)
[0061] 将对多种大型锻造用钢具有的函数G的数值、与该多种大型锻造用钢在泽火处理 后W低冷却速度冷却而获得的（W低冷却速度得到的）强度的关系进行了调查，其结果示于 图1。即，图1为表示函数G的数值和W低冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的关系的图。 由该结果发现:如图1所示那样，W式(5)表示的函数G，与W低冷却速度(在泽火处理后的冷 却过程中的平均冷却速度为1°C/分钟)得到的大型锻造用钢的强度之间具有正相关性。
[0062] 此外，将对多种大型锻造用钢具有的函数G的数值、与该多种大型锻造用钢在泽火 处理后W低冷却速度冷却而获得的（W低冷却速度得到的)初性的关系进行了调查，其结果 示于图2。即，图2为表示函数G的数值和W低冷却速度得到的大型锻造用钢的初性的关系的 图。由该结果发现:如图2所示那样，W式(5)表示的函数G，与W低冷却速度(在泽火处理后 的冷却过程中的平均冷却速度为1°C/分钟）得到的大型锻造用钢的初性之间具有负相关 性。
[0063] 需要说明的是，"强度"是指使用日本工业规格JIS-Z2201的14号试验片U6X G.30)基于JIS-Z2241测定抗拉强度(TS)而得到的数值/'初性"是指使用JIS-Z2202的试验 片(2mmV缺口试验片)基于JIS-Z2242通过夏比冲击试验在室溫下测定吸收能(VE)而得到的 数值。关于强度及初性，都是数值越大则意味着大型锻造用钢越优异。
[0064] 在此，本发明人由图1及图2发现W下见解。当函数G的数值增加时，W低冷却速度 得到的大型锻造用钢的强度提高。其中，当函数G的数值超过0.53时，大型锻造用钢的初性 变得小于150J，有作为大型锻造用钢初性不足的担忧。另一方面，当函数G的数值减少时，大 型锻造用钢的初性提高。其中，当函数G的数值小于0.45时，W低冷却速度得到的大型锻造 用钢的强度变得小于650MPa，有作为大型锻造用钢强度不足的担忧。因此，为了获得强度及 初性均优异的大型锻造用钢，必须满足式(2)。
[0065] 同样，将对多种大型锻造用钢具有的函数G的数值、与该多种大型锻造用钢在泽火 处理后W高冷却速度冷却而获得的（W高冷却速度得到的)强度的关系进行了调查，其结果 示于图3。即，图3为表示函数G的数值和W高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的关系的 图。由该结果发现:如图3所示那样，W式(4)表示的函数F，与W高冷却速度(在泽火处理后 的冷却过程中的平均冷却速度为l〇°C/分钟)得到的大型锻造用钢的强度之间具有正相关 性。
[0066] 在此，本发明人由图3发现W下见解。当函数F的数值小于0.95时，W高冷却速度得 到的大型锻造用钢的强度变得小于650MPa，有作为大型锻造用钢强度不足的担忧。因此，为 了获得强度优异的大型锻造用钢，有必要将函数F的数值设为0.95W上。
[0067] 此外，本发明人由图1及图3发现了 W下见解。当函数F的数值变大时，W高冷却速 度得到的大型锻造用钢的强度的增加比W低冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的增加 更大。因此，当函数F的数值变大时，W高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度和W低冷却 速度得到的大型锻造用钢的强度之差容易变大。即，由于冷却速度的差异，容易产生大型锻 造用钢的强度差异，有耐久性降低的担忧。在此，函数G的数值为上述的0.53左右时，W低冷 却速度得到的大型锻造用钢的强度为700MPa左右。另一方面，当函数F的数值超过1.15时， W高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度超过SOOMPa,因此与W低冷却速度得到的大型锻 造用钢的强度的强度差超过100J，有大型锻造用钢变得耐久性不足的担忧。因此，为了获得 耐久性优异的大型锻造用钢，有必要将函数F的数值设为1.15W下。
[0068] 由W上见解，导出了式（1)。
[0069] 本实施方式的大型锻造用钢可W还含有P(憐)及S(硫），且还满足下式(3)。本实施 方式的大型锻造用钢通过进一步满足下式(3)，由此能够使耐氨致裂纹性优异。
[0070] 0.Ol XC+0.63 X Si+0.1 XMn+3.64XP+4.24X S-0.19 XMo-O.Ol XNi < 0.2 (3)
[0071] 目前，其机理尚不明确，但本发明人推定如下:通过满足式(3)，作为耐氨致裂纹的 产生起点的宏观偏析的量减少，并且产生偏析的部分的硬度也降低，因此耐氨致裂纹性大 为改善。
[0072] 此外，式(3)的左边的W式(7)表示的函数哺勺数值越小越好，函数H数值可W为0。
[0073] H=0.Ol XC+0.63 X Si+0.1 XMn+3.64XP+4.24X S-0.19 XMo-O.Ol XNi (7)
[0074] 需要说明的是，式（I)~式（5)及式（7)中，元素符号是指该元素的含有率[质 量％ ]。此外，金属组织的"主体"是指其面积百分率相对于全部组织占90面积％ ^上，优选 面积百分率为99面积％ W上。
[0075] <机械性质>
[0076] 本实施方式的大型锻造用钢的抗拉强度（TS)的下限值优选为650M化，更优选为 TOOMPa。此外，本实施方式的大型锻造用钢的抗拉强度的上限值优选为850M化，更优选为 800M化。当该大型锻造用钢的抗拉强度小于上述下限值时，有该大型锻造用钢的强度不足 的担忧。另一方面，当该大型锻造用钢的抗拉强度超过上述上限值时，容易产生该大型锻造 用钢的强度的冷却速度依赖性，有该大型锻造用钢的耐久性不足的担忧。
[0077] 本实施方式中，在泽火处理后W高冷却速度冷却而获得的（W高冷却速度得到的） 大型锻造用钢的抗拉强度(TS)、与在泽火处理后W低冷却速度冷却而获得的（W低冷却速 度得到的）大型锻造用钢的抗拉强度(TS)的差值的上限值，优选为lOOMPa，更优选为50MPa。 具体而言，"在泽火处理后的冷却过程中的平均冷却速度设为l〇°C/分钟而制造的大型锻造 用钢Al"的抗拉强度(TS)、与"除了在泽火处理后的冷却过程中的平均冷却速度变更为rc/ 分钟W外，和大型锻造用钢Al在相同条件下制造的大型锻造用钢A2"的抗拉强度(TS)的差 值的上限值，优选为IOOMPa，更优选为50MPa。当上述差值超过上述上限值时，容易产生该大 型锻造用钢的强度的冷却速度依赖性，有该大型锻造用钢的耐久性不足的担忧。
[0078] 通过夏比冲击试验在室溫下测定的本实施方式的大型锻造用钢的吸收能的下限 值，优选为100 J，更优选为150J，进一步优选为180 J。此外，上述吸收能的上限值，优选为 260J。当上述吸收能小于上述下限值时，有该大型锻造用钢的初性不足的担忧。另一方面， 当上述吸收能超过上述上限值时，有该大型锻造用钢的强度降低的担忧。
[0079] 本实施方式的大型锻造用钢的氨致裂纹敏感性S值的上限值，优选为67%，更优选 为50 %，进一步优选为40 %，特别优选为30 %。当上述氨致裂纹敏感性S值超过上述上限值 时，有氨向大型锻造用钢的晶界侵入及蓄積导致晶界破坏，从而产生裂纹的担忧。另一方 面，上述氨致裂纹敏感性S值的下限值，没有特别限定，越低越好。在此，"氨致裂纹敏感性S 值"是指:将浸溃于由0.5摩尔/L的出8化及0.01摩尔/L的硫氯酸钟化SCN)混合而成的水溶液 中，边添加氨边W电流密度〇.5A/dm 2进行阴极电解的大型锻造用钢的断裂应力(伸长率)设 为SI,将省略在上述水溶液中的浸溃的状态（即在大气中）测定的大型锻造用钢的断裂应力 设为SO，通过(1-S1/S0) X 100计算而得的数值。
[0080] <大型锻造部件>
[0081] 本实施方式的大型锻造部件通过对本实施方式的大型锻造用钢进行锻造而制得。 因此，本实施方式的大型锻造用钢的强度、初性W及耐久性均优异。故此，本实施方式的大 型锻造部件适用于为了实现船舶用柴油发动机的输出功率提高、紧凑化的部件。
[0082] <制造方法>
[0083] 本实施方式的大型锻造用钢例如通过烙炼工序、铸造工序、加热工序W及素材锻 造工序而制得。使用了本实施方式的大型锻造用钢的大型锻造部件通过包括部件锻造工 序、泽火前处理工序、泽火处理工序W及机械加工工序的制造方法而制得。
[0084] (烙炼工序）
[0085] 烙炼工序中，首先使用高频烙炉、电炉、或者转炉等烙炼炉进行烙炼，将钢液的组 成调整为上述规定组成。然后，对该钢液实施真空处理，除去〇(氧）、H(氨)等气体成分和杂 质兀素。
[00化](铸造工序）
[0087]铸造工序中，使用在上述烙炼工序调整了组成的钢液进行铸造，获得钢锭(铸块）。 当制造大型锻造用钢时，主要采用铸块铸造法进行铸造，但也可W采用连续铸造法进行铸 造。
[008引（加热工序）
[0089]加热工序中，W规定的溫度对钢锭加热规定时间。若加热溫度低，则在下道工序中 引起材料变形阻力的增大。因此，为了在材料的变形能力良好的范围内进行加工，加热溫度 设为例如1150°CW上且1350°CW下。此外，为了使钢锭的表面和内部的溫度均匀，需要确保 规定的加热时间。加热时间例如设为3小时W上。本发明人认为:加热时间通常与被加工物 的直径的二次方成比例关系，越是大型材料，加热时间越长。
[0090] (素材锻造工序）
[0091] 素材锻造工序中，对在上述加热工序加热后的钢锭进行锻造。为了压接(圧着)渣 气孔、显微缩松等铸造缺陷，锻造比优选为3SW上。由此，获得本实施方式的大型锻造用钢。
[0092] (部件锻造工序）
[0093] 部件锻造工序中，将在上述素材锻造工序锻造后的钢锭（即大型锻造用钢)加工成 曲轴等大型锻造部件。例如，作为加工为曲轴的加工方法，可W例示出如下的自由锻造法： W使曲柄臂和曲柄销成为一体的块的形式进行锻造，通过气割及机械加工精加工为曲轴形 状。此外，作为其它方法(加工为曲轴的加工方法），可W例示出：按照钢锭的轴屯、成为曲轴 的轴屯、部的方式进行锻造加工，按照容易由于中屯、偏析而引起特性劣化的部分成为曲轴的 全部的轴屯、部的方式进行一体式锻造加工的RR锻造法及TR锻造法。其中，RR锻造法及TR锻 造法能够使曲轴的表层侧占据清净度高的部分，容易获得强度及耐久性优异的曲轴，故而 是优选的。
[0094] (泽火前处理工序）
[00M]泽火前处理工序中，将在上述部件锻造工序加工后的锻造品加热至规定溫度，接 着，在该规定溫度保持规定时间，然后冷却至室溫。上述加热溫度优选为550°CW上且650°C W下。上述保持时间优选为10小时W上。此外，在500°C W上的溫度区域，可W W50°C/小时 W下的升溫速度加热至保持溫度。通过在进行泽火处理前进行泽火前处理工序，能够减少 锻造品中的共格析出物。
[0096] (泽火处理工序）
[0097] 泽火处理工序中，在进行泽火处理后进行回火处理。泽火处理是如下工序:将在上 述泽火前处理工序冷却后的锻造品升溫至规定溫度并保持规定时间，然后，冷却至规定溫 度。泽火溫度(在泽火处理中的加热溫度)优选为800°CW上且950°CW下。在泽火处理中的 保持时间优选为1小时W上。此外，在泽火处理中的冷却溫度优选为450°CW上且530°CW 下。此外，在泽火处理中的升溫速度优选为30°C/小时W上且70°C/小时W下。在泽火处理中 的冷却速度优选为15°C/分钟W下。
[0098] 回火处理是如下处理:将进行了泽火处理的锻造品缓缓加热到规定的溫度并保持 规定时间后，冷却至室溫。回火溫度(在回火处理中的加热溫度)优选为550°CW上且650°C W下。在回火处理中的保持时间优选为5小时W上且20小时W下。此外，在回火处理中的升 溫速度优选为30°C/小时W上且70°C/小时W下。在回火处理中的冷却速度优选为15°C/分 钟W下。通过进行回火，能够调整强度、延展性及初性的平衡，并且能够除去相变中产生的 内部应力(残留应力）。
[0099] (机械加工工序）
[0100] 对上述泽火处理工序后的锻造品，根据需要实施包括将表层的一部分切削或研削 在内的精机械加工，从而能够获得本实施方式的大型锻造用部件。
[0101] < 优点 >
[0102] 本实施方式的大型锻造用钢的金属组织W贝氏体为主体，因此强度优异。此外，该 金属组织是在本实施方式的大型锻造用钢的制造过程中主要转变成贝氏体组织的金属组 织，通过满足上述式（1)，在该转变时能够抑制在高冷却速度下的转变起始溫度的低溫化。 此外，通过满足上述式（2)，在该转变时能够抑制在低冷却速度下的转变起始溫度的高溫 化。从而，通过抑制冷却速度所致的转变起始溫度的差异，能够抑制该大型锻造用钢的材质 不均。进而，通过将该大型锻造用钢的各成分组成设定在上述范围内，能够确保强度及初 性。因此，本实施方式的大型锻造用钢的强度、初性W及耐久性均优异。故此，使用了该大型 锻造用钢的本实施方式的大型锻造部件适用于为了实现船舶用柴油发动机、发电用柴油发 动机等的输出功率提高、紧凑化的部件。
[0103] 本说明书，如上所述，公开了各种实施方式的技术，其中的主要技术方案归纳成如 下所示。
[0104] 本发明一个方面设及的大型锻造用钢，其具有如下组成:含有C(碳）：0.18质量％ W上且0.35质量％ W下、Si(娃）：0质量％ W上且0.3质量％ W下、Mn(儘）：1质量％ W上且 2.7质量％ W下、Ni(儀）：0质量％ W上且1质量％ W下、Cu(铜）：0质量％ W上且1质量％ W 下、Cr(铭）：1.5质量％ W上且2.5质量％ W下、Mo(钢）：0.35质量％ W上且0.55质量％ W下、 V(饥）：〇质量％ W上且0.15质量％ W下、Al(侣）：0.015质量％ W上且0.05质量％ W下、N (氮）：30质量卵mW上且100质量卵mW下、0(氧）：超过0质量ppm且30质量ppn拟下，余部为Fe (铁)及不可避免的杂质，并且，其金属组织W贝氏体为主体，其满足下式（1)及(2)。
[0105] 1.15>C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14>0.95 (1)
[0106] 0.53 > C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 >0.45 (2)
[0107] 本发明的大型锻造用钢的金属组织W贝氏体为主体，因此强度优异。此外，该金属 组织是在本发明的大型锻造用钢的制造过程中主要转变成贝氏体组织的金属组织，通过满 足上述式（1)，在该转变时能够抑制在高冷却速度下的转变起始溫度的低溫化。此外，通过 满足上述式(2)，能够抑制在低冷却速度下的转变起始溫度的高溫化。从而，通过抑制冷却 速度所致的转变起始溫度的差异，能够抑制该大型锻造用钢的材质不均。进而，通过将该大 型锻造用钢的各成分组成设定在上述范围内，能够确保强度及初性。因此，本发明的大型锻 造用钢的强度、初性W及耐久性均优异。
[0108] 本发明的大型锻造用钢还可W含有P(憐)及S(硫），并且还可W满足下式(3)。本发 明人发现:若本发明的大型锻造用钢还满足下式(3)，则能够使耐氨致裂纹性优异。
[0109] 0.Ol XC+0.63 X Si+0.1 XMn+3.64XP+4.24X S-0.19 XMo-O.Ol XNi < 0.2 (3)
[0110] 在本发明的大型锻造用钢含有P及S的情况下，优选P的含有率为超过0质量％且 0.1质量％ ^下，另外优选S的含有率为超过0质量％且0.02质量％ ^下。在运样的范围内， 能够抑制由晶界偏析所致的晶界破坏W及硫化物系夹杂物的增大，获得强度更加优异的大 型锻造用钢。
[0111] 本发明另一个方面设及的大型锻造部件，是对本发明的大型锻造用钢进行锻造而 成的锻造部件。该大型锻造部件，因是锻造本发明的大型锻造用钢而制得，所W强度、初性 W及耐久性均优异。因此，本发明的大型锻造部件能够用于为了实现船舶用柴油发动机、发 电用柴油发动机等的输出功率提高、紧凑化的部件。
[0112] 如W上说明所述，本发明的大型锻造用钢，因为强度、初性W及耐久性均优异，所 W适合使用于船舶用柴油发动机、发电用柴油发动机等的大型锻造部件。
[011引《实施例》
[0114] W下通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不受运些实施例限定。
[0115] [实施例1~15、比较例1~21]
[0116] 使用高频炉烙炼出在表1所示成分(组成)的锻造用钢的钢液，然后，对该钢液进行 铸造，制造出直径为132mmW上且158mmW下、长度为323mm的钢锭50kg。
[0117] 将获得的钢锭的保溫帽部分切除后，在溫度1230°C下加热5小时W上且10小时W 下，然后使用自由锻造锻压机压缩至高度比为1/2。然后，使该压缩后的钢锭绕钢锭中屯、线 旋转90°进行锻造，拉伸至90mm X 90mm X 450mm，获得钢材。将该钢材在大气中放置冷却至室 溫。在泽火处理前，将该钢材在550°CW上且650°CW下保持10小时W上，然后进行炉冷。其 中，在500°CW上的溫度区域，W50°C/小时W下的升溫速度加热至保持溫度。
[0118] 然后，使用小型模拟炉对上述钢材实施泽火处理。泽火是使上述钢材W升溫速度 50°C/小时升溫至870°C并保持3小时后再冷却到500°C。此时，分别准备了将平均冷却速度 设为1°C/分钟的钢材及将平均冷却速度设为10°C/分钟的钢材。然后，对各钢材实施回火处 理。作为该回火处理，采用了在620°C的溫度下保持10小时后进行炉冷的方法。从而，获得了 实施例1~15及比较例1~21的大型锻造用钢。
[0119] 表 1
[0120]
[0121] [评价方法]
[0122] 对于实施例1~15及比较例1~21的大型锻造用钢，进行了 W下评价。将评价结果 示于表2。
[0123] <强度评价>
[0124] 作为强度评价，对各大型锻造用钢实施了拉伸试验。拉伸试验使用JIS Z 2201的 14号试验片（cl)6XG.30)，基于JIS Z 2241测定抗拉强度(TS)，由此而进行。抗拉强度(TS) 的数值越大，则意味着大型锻造用钢的强度越优异。需要说明的是，拉伸试验对于将平均冷 却速度设为1°C/分钟的大型锻造用钢及将平均冷却速度设为10°C/分钟的大型锻造用钢两 者实施。如上所述，当该抗拉强度的数值为650MPaW上时，判断为大型锻造用钢强度优异。 此外，当平均冷却速度不同的大型锻造用钢间的抗拉强度之差为IOOMPaW下时，判断为大 型锻造用钢耐久性优异。
[0125] <初性评价>
[0126] 作为初性评价，对各大型锻造用钢实施了夏比冲击试验。夏比冲击试验使用JIS Z 2202的试验片（2mmV缺口试验片)基于JIS Z 2242在室溫下测定吸收能(VE)，由此而进行。 吸收能的数值越大，则意味着大型锻造用钢的初性越优异。需要说明的是，夏比冲击试验对 将平均冷却速度设为1°C/分钟的大型锻造用钢实施。如上所述，当该吸收能的数值为150J W上时，判断为大型锻造用钢初性优异。
[0127] <耐氨致裂纹性评价>
[0128] 作为耐氨致裂纹性评价，对于各大型锻造用钢，通过比较试验法对氨致裂纹敏感 性进行了比较评价。耐氨致裂纹性评价按照W下顺序进行。首先，从各大型锻造用钢采集圆 棒形的试验片。将采集的试验片加工成长度为150mm、标线间距离为IOmm的哑铃状，将中央 部分加工成直径4mm，并且将两端的夹持部分加工成直径8mm，跨越长度15mm设置螺钉。需要 说明的是，氨致裂纹敏感性的比较评价对将平均冷却速度设为1°C/分钟的大型锻造用钢实 施。
[0129] 然后，将图4所示的试验片1安放在试验装置2上，浸溃在将0.5摩尔/L的出S〇4及 0.0 l摩尔/L的KSCN混合而成的水溶液3中。在该状态下，边添加氨边W电流密度0.5A/dm2进 行阴极电解。对完成了 W上准备工作的试验片1，施加长轴方向的拉伸载荷N，测定其断裂应 力SU伸长率），由此实施SSRT(低应变速度试验）。此时，试验装置2的十字头的拉伸速度设 为2 X IO^mm/分钟。
[0130] 另一方面，除了在省略了在水溶液3中浸溃的状态、即在大气中测定W外，在与上 述条件相同的条件下实施SSRT(低应变速度试验），测定大型锻造用钢的断裂应力SO。
[0131] 将通过运些测定获得的测定值代入下式(6)中，算出氨致裂纹敏感性S值。当该氨 致裂纹敏感性S值为50 % W下时，判定为大型锻造用钢的耐氨致裂纹性优异。
[0132] S 值=(1-S1/S0)X100 (6)
[0133] 表2
[0134]
[0135] 需要说明的是，表2中，函数H是指式(3)的左边的下式(7)的函数。
[0136] H=0.Ol XC+0.63 X Si+0.1 XMn+3.64XP+4.24X S-0.19 XMo-O.Ol XNi (7)
[0137] [评价结果]
[0138] 可知:表2所示的C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Al、N及0的含有率在本发明的范围内、 且满足式（1)及式(2)的实施例1~15的大型锻造用钢，其抗拉强度、平均冷却速度不同的大 型锻造用钢间的抗拉强度之差、及吸收能高，强度、耐久性及初性优异。
[0139] 与此相对地，可知：比较例1、4、及8的大型锻造用钢由于函数G的数值过小，因此将 平均冷却速度设为rc/分钟的大型锻造用钢的抗拉强度变小，强度不足。
[0140] 此外可知：比较例2、9及19的大型锻造用钢由于函数F的数值过大，因此，平均冷却 速度不同的大型锻造用钢间的抗拉强度之差变大，耐久性不足。
[0141] 进而可知：比较例3、5~7、及11~17的大型锻造用钢由于Si、Mn、Ni、Cu、Mo、V、Al、N 及0中的任意元素在本发明的范围外，因此吸收能低，初性不足。
[0142] 此外可知：比较例10的大型锻造用钢由于Mo比本发明的范围少，因此将平均冷却 速度设为l°c/分钟的大型锻造用钢的抗拉强度变小，强度不足。
[0143] 关于比较例18、20、及21，虽然其机理尚不明确，但可知函数F或函数G的数值在本 发明的范围外，因此无法使平均冷却速度不同的大型锻造用钢间的抗拉强度之差减小，耐 久性不足。
[0144] 此外，满足式(3)的实施例1~14比不满足式(3)的实施例15的耐氨致裂纹敏感性 低。由此可知，通过满足式(3)，大型锻造用钢的耐氨致裂纹性优异。
[0145] 该申请基于2015年2月6日提出的日本专利申请特愿2015-022402,其内容包含在 本申请中。
[0146] 为了说明本发明，上述边参照附图边通过实施方式对本发明进行了适当且充分的 说明，但应认识到，本领域技术人员可W容易地对上述实施方式进行变更和/或改良。因此 应该按照下述方式进行解释，即，只要本领域技术人员实施的变更方式或改良方式没有脱 离权利要求书记载的权利要求的权利范围，则该变更形式或该改良形式也包括在该权利要 求的权利范围内。
[0147] 产业上的可利用性
[0148] 如上述所说明那样，本发明的大型锻造用钢的强度、初性W及耐久性均优异，因此 适用于例如船舶用柴油发动机、发电用柴油发动机等大型锻造部件。
【主权项】
1. 一种大型锻造用钢，其特征在于，具有如下组成： 含有C:0.18质量％以上且0.35质量％以下、 Si :0质量％以上且0.3质量％以下、 Μη: 1质量％以上且2.7质量％以下、 Ni :0质量％以上且1质量％以下、 Cu:0质量％以上且1质量％以下、 Cr:1.5质量％以上且2.5质量％以下、 Mo:0.35质量％以上且0.55质量％以下、 V:0质量％以上且0.15质量％以下、 A1:0.015质量％以上且0.05质量％以下、 N: 30质量ppm以上且100质量ppm以下、 0:超过0质量ppm且30质量ppm以下， 余部为Fe及不可避免的杂质， 所述大型锻造用钢的金属组织以贝氏体为主体， 所述大型锻造用钢满足下式（1)及(2): 1.15 > C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 >0.95 (1) 0.53 > C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 >0.45 (2)。2. 根据权利要求1所述的大型锻造用钢，其特征在于， 所述大型锻造用钢还含有P及S，并且还满足下式(3): 0.01XC+0.63XSi+0.1XMn+3.64XP+4.24XS-0.19XM〇-0.01XNi <0.2 (3)〇3. 根据权利要求2所述的大型锻造用钢，其特征在于， 所述大型锻造用钢中的P的含有率为超过0质量％且0.1质量％以下， 所述大型锻造用钢中的S的含有率为超过0质量％且0.02质量％以下。4. 一种大型锻造部件，其特征在于， 所述大型锻造部件是对权利要求1至3中任一项所述的大型锻造用钢进行锻造而成的 的锻造部件。
【文档编号】C22C38/06GK105861940SQ201610073122
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】高冈宏行
【申请人】株式会社神户制钢所