CN105861940B - 大型锻造用钢及大型锻造部件 - Google Patents

Abstract

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。

Description

大型锻造用钢及大型锻造部件

技术领域

本发明涉及大型锻造用钢及大型锻造部件。

背景技术

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、舵杆、挂舵臂等部件中，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，这些部件中使用的大型锻造用钢必须具备高强度及高韧性。

作为强度及韧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

本发明的目的在于，提供一种强度及韧性优异的大型锻造用钢，以及使用了该大型锻造用钢的大型锻造部件。

本发明一个方面涉及大型锻造用钢。所述大型锻造用钢具有如下组成：含有C(碳)：0.18质量％以上且0.35质量％以下、Si(硅)：0质量％以上且0.3质量％以下、Mn(锰)：1质量％以上且2.7质量％以下、Ni(镍)：0质量％以上且1质量％以下、Cu(铜)：0质量％以上且1质量％以下、Cr(铬)：1.5质量％以上且2.5质量％以下、Mo(钼)：0.35质量％以上且0.55质量％以下、V(钒)：0质量％以上且0.15质量％以下、Al(铝)：0.015质量％以上且0.05质量％以下、N(氮)：30质量ppm以上且100质量ppm以下、O(氧)：超过0质量ppm且30质量ppm以下，余部为Fe(铁)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)

本发明另一个方面涉及大型锻造部件。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。

根据本发明，能够使强度及韧性优异，还能够使耐久性优异。

上述以及此外的本发明的目的、特征及优点将通过以下的详细记载和附图而明确。

附图说明

图1是表示函数G的数值与以低冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的关系的图。

图2是表示函数G的数值与以低冷却速度得到的大型锻造用钢的韧性的关系的图。

图3是表示函数F的数值与以高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的关系的图。

图4是表示在实施例的耐氢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

大型锻造用钢通常在进行退火或淬火后，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。本发明人着眼于这样的材质不均。大型锻造用钢中，例如有以下材质不均。

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。在制造这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。

此外，例如在曲轴的连结部位(web)或凸缘部位(fillet)这样的形状不同的部位中，冷却容易变得不均匀。当由于这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。

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以同时满足高强度及高韧性、和材质不均的降低。

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韧性优异、且能够抑制材质不均的大型锻造用钢，以及使用了该大型锻造用钢的大型锻造部件。

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。

以下，对本发明涉及的大型锻造用钢及大型锻造部件的实施方式进行说明。

[大型锻造用钢]

＜金属组织＞

本实施方式的大型锻造用钢的金属组织以贝氏体为主体。由于金属组织以贝氏体为主体，因此本实施方式的大型锻造用钢强度优异。

＜组成＞

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％以上且0.35质量％以下、Si(硅)：0质量％以上且0.3质量％以下、Mn(锰)：1质量％以上且2.7质量％以下、Ni(镍)：0质量％以上且1质量％以下、Cu(铜)：0质量％以上且1质量％以下、Cr(铬)：1.5质量％以上且2.5质量％以下、Mo(钼)：0.35质量％以上且0.55质量％以下、V(钒)：0质量％以上且0.15质量％以下、Al(铝)：0.015质量％以上且0.05质量％以下、N(氮)：30质量ppm以上且100质量ppm以下、O(氧)：超过0质量ppm且30质量ppm以下，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。

〔C(碳)〕

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％。C为提高淬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淬火性的担忧。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韧性降低的担忧。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。

〔Si(硅)〕

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％，即该钢可以不含有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％。Si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韧性、耐氢致裂纹性降低的担忧。

〔Mn(锰)〕

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是提高淬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淬火性的担忧。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韧性、耐氢致裂纹性降低的担忧。

〔Ni(镍)〕

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％，即该钢可以不含有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韧性的元素，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韧性降低的担忧。

〔Cu(铜)〕

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％，即该钢可以不含有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％。Cu是有助于提高韧性的元素，根据需要进行添加。另一方面，当该大型锻造用钢的Cu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。

〔Cr(铬)〕

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％。Cr是提高淬火性并且有助于提高韧性的元素。当该大型锻造用钢的Cr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韧性和淬火性的担忧。另一方面，当该大型锻造用钢的Cr含有率超过上述上限值时，会助长Cr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。

〔Mo(钼)〕

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％。Mo是有助于提高淬火性、强度及韧性的元素。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淬火性、强度及韧性的担忧。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韧性降低的担忧。

〔V(钒)〕

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％，即该钢可以不含有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％。V是提高淬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韧性降低的担忧。

〔Al(铝)〕

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％。Al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韧性降低的担忧。

〔N(氮)〕

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，从而有助于确保韧性的元素。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韧性的担忧。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，有以固溶N形式带来应变时效从而使该大型锻造用钢的韧性降低的担忧。

〔O(氧)〕

本实施方式的大型锻造用钢的O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O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ppm。O含有率越少越好，但在该大型锻造用钢中以氧化物形式存在，O含有率无法成为0质量ppm。因此，该大型锻造用钢的O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O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韧性降低的担忧。

〔其它成分〕

本实施方式的大型锻造用钢除了含有上述成分(各元素)以外，在余部中含有Fe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(磷)、S(硫)、Sn(锡)、As(砷)、Pb(铅)、Nb(铌)、Ti(钛)等元素。

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％，即该钢可以不含有P。

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％，即该钢可以不含有S。

＜各成分含有率间的关系＞

本实施方式的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)

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10℃/分钟)下的转变起始温度的低温化。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1℃/分钟)下的转变起始温度的高温化。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。

更详细而言，式(1)的两个不等号所夹住的以下式(4)表示的函数F以及式(2)的两个不等号所夹住的以下式(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。

F＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 (4)

G＝C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 (5)

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淬火处理后以低冷却速度冷却而获得的(以低冷却速度得到的)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的数值和以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，以式(5)表示的函数G，与以低冷却速度(在淬火处理后的冷却过程中的平均冷却速度为1℃/分钟)得到的大型锻造用钢的强度之间具有正相关性。

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淬火处理后以低冷却速度冷却而获得的(以低冷却速度得到的)韧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的数值和以低冷却速度得到的大型锻造用钢的韧性的关系的图。由该结果发现：如图2所示那样，以式(5)表示的函数G，与以低冷却速度(在淬火处理后的冷却过程中的平均冷却速度为1℃/分钟)得到的大型锻造用钢的韧性之间具有负相关性。

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(φ6×G.30)基于JIS－Z2241测定抗拉强度(TS)而得到的数值。“韧性”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温下测定吸收能(vE)而得到的数值。关于强度及韧性，都是数值越大则意味着大型锻造用钢越优异。

在此，本发明人由图1及图2发现以下见解。当函数G的数值增加时，以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，大型锻造用钢的韧性变得小于150J，有作为大型锻造用钢韧性不足的担忧。另一方面，当函数G的数值减少时，大型锻造用钢的韧性提高。其中，当函数G的数值小于0.45时，以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，为了获得强度及韧性均优异的大型锻造用钢，必须满足式(2)。

同样，将对多种大型锻造用钢具有的函数F的数值、与该多种大型锻造用钢在淬火处理后以高冷却速度冷却而获得的(以高冷却速度得到的)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F的数值和以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，以式(4)表示的函数F，与以高冷却速度(在淬火处理后的冷却过程中的平均冷却速度为10℃/分钟)得到的大型锻造用钢的强度之间具有正相关性。

在此，本发明人由图3发现以下见解。当函数F的数值小于0.95时，以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0.95以上。

此外，本发明人由图1及图3发现了以下见解。当函数F的数值变大时，以高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度的增加比以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，以高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度和以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，以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，以高冷却速度得到的大型锻造用钢的强度超过800MPa，因此与以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1.15以下。

由以上见解，导出了式(1)。

本实施方式的大型锻造用钢可以还含有P(磷)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)，由此能够使耐氢致裂纹性优异。

0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S–0.19×Mo–0.01×Ni≤0.2 (3)

目前，其机理尚不明确，但本发明人推定如下：通过满足式(3)，作为耐氢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，因此耐氢致裂纹性大为改善。

此外，式(3)的左边的以式(7)表示的函数H的数值越小越好，函数H数值可以为0。

H＝0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S–0.19×Mo–0.01×Ni (7)

需要说明的是，式(1)～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％以上，优选面积百分率为99面积％以上。

＜机械性质＞

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650MPa，更优选为700MPa。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850MPa，更优选为800MPa。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。

本实施方式中，在淬火处理后以高冷却速度冷却而获得的(以高冷却速度得到的)大型锻造用钢的抗拉强度(TS)、与在淬火处理后以低冷却速度冷却而获得的(以低冷却速度得到的)大型锻造用钢的抗拉强度(TS)的差值的上限值，优选为100MPa，更优选为50MPa。具体而言，“在淬火处理后的冷却过程中的平均冷却速度设为10℃/分钟而制造的大型锻造用钢A1”的抗拉强度(TS)、与“除了在淬火处理后的冷却过程中的平均冷却速度变更为1℃/分钟以外，和大型锻造用钢A1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100MPa，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。

通过夏比冲击试验在室温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100J，更优选为150J，进一步优选为180J。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韧性不足的担忧。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。

本实施方式的大型锻造用钢的氢致裂纹敏感性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％。当上述氢致裂纹敏感性S值超过上述上限值时，有氢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，上述氢致裂纹敏感性S值的下限值，没有特别限定，越低越好。在此，“氢致裂纹敏感性S值”是指：将浸渍于由0.5摩尔/L的H₂SO₄及0.01摩尔/L的硫氰酸钾(KSCN)混合而成的水溶液中，边添加氢边以电流密度0.5A/dm²进行阴极电解的大型锻造用钢的断裂应力(伸长率)设为S1，将省略在上述水溶液中的浸渍的状态(即在大气中)测定的大型锻造用钢的断裂应力设为S0，通过(1－S1/S0)×100计算而得的数值。

＜大型锻造部件＞

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、韧性以及耐久性均优异。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。

＜制造方法＞

本实施方式的大型锻造用钢例如通过熔炼工序、铸造工序、加热工序以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、淬火前处理工序、淬火处理工序以及机械加工工序的制造方法而制得。

(熔炼工序)

熔炼工序中，首先使用高频熔炉、电炉、或者转炉等熔炼炉进行熔炼，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O(氧)、H(氢)等气体成分和杂质元素。

(铸造工序)

铸造工序中，使用在上述熔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，但也可以采用连续铸造法进行铸造。

(加热工序)

加热工序中，以规定的温度对钢锭加热规定时间。若加热温度低，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，加热温度设为例如1150℃以上且1350℃以下。此外，为了使钢锭的表面和内部的温度均匀，需要确保规定的加热时间。加热时间例如设为3小时以上。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。

(素材锻造工序)

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3S以上。由此，获得本实施方式的大型锻造用钢。

(部件锻造工序)

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，可以例示出如下的自由锻造法：以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)，可以例示出：按照钢锭的轴心成为曲轴的轴心部的方式进行锻造加工，按照容易由于中心偏析而引起特性劣化的部分成为曲轴的全部的轴心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。

(淬火前处理工序)

淬火前处理工序中，将在上述部件锻造工序加工后的锻造品加热至规定温度，接着，在该规定温度保持规定时间，然后冷却至室温。上述加热温度优选为550℃以上且650℃以下。上述保持时间优选为10小时以上。此外，在500℃以上的温度区域，可以以50℃/小时以下的升温速度加热至保持温度。通过在进行淬火处理前进行淬火前处理工序，能够减少锻造品中的共格析出物。

(淬火处理工序)

淬火处理工序中，在进行淬火处理后进行回火处理。淬火处理是如下工序：将在上述淬火前处理工序冷却后的锻造品升温至规定温度并保持规定时间，然后，冷却至规定温度。淬火温度(在淬火处理中的加热温度)优选为800℃以上且950℃以下。在淬火处理中的保持时间优选为1小时以上。此外，在淬火处理中的冷却温度优选为450℃以上且530℃以下。此外，在淬火处理中的升温速度优选为30℃/小时以上且70℃/小时以下。在淬火处理中的冷却速度优选为15℃/分钟以下。

回火处理是如下处理：将进行了淬火处理的锻造品缓缓加热到规定的温度并保持规定时间后，冷却至室温。回火温度(在回火处理中的加热温度)优选为550℃以上且650℃以下。在回火处理中的保持时间优选为5小时以上且20小时以下。此外，在回火处理中的升温速度优选为30℃/小时以上且70℃/小时以下。在回火处理中的冷却速度优选为15℃/分钟以下。通过进行回火，能够调整强度、延展性及韧性的平衡，并且能够除去相变中产生的内部应力(残留应力)。

(机械加工工序)

对上述淬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。

＜优点＞

本实施方式的大型锻造用钢的金属组织以贝氏体为主体，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温度的低温化。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温度的高温化。从而，通过抑制冷却速度所致的转变起始温度的差异，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，能够确保强度及韧性。因此，本实施方式的大型锻造用钢的强度、韧性以及耐久性均优异。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。

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。

本发明一个方面涉及的大型锻造用钢，其具有如下组成：含有C(碳)：0.18质量％以上且0.35质量％以下、Si(硅)：0质量％以上且0.3质量％以下、Mn(锰)：1质量％以上且2.7质量％以下、Ni(镍)：0质量％以上且1质量％以下、Cu(铜)：0质量％以上且1质量％以下、Cr(铬)：1.5质量％以上且2.5质量％以下、Mo(钼)：0.35质量％以上且0.55质量％以下、V(钒)：0质量％以上且0.15质量％以下、Al(铝)：0.015质量％以上且0.05质量％以下、N(氮)：30质量ppm以上且100质量ppm以下、O(氧)：超过0质量ppm且30质量ppm以下，余部为Fe(铁)及不可避免的杂质，并且，其金属组织以贝氏体为主体，其满足下式(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)

本发明的大型锻造用钢的金属组织以贝氏体为主体，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温度的低温化。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温度的高温化。从而，通过抑制冷却速度所致的转变起始温度的差异，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，能够确保强度及韧性。因此，本发明的大型锻造用钢的强度、韧性以及耐久性均优异。

本发明的大型锻造用钢还可以含有P(磷)及S(硫)，并且还可以满足下式(3)。本发明人发现：若本发明的大型锻造用钢还满足下式(3)，则能够使耐氢致裂纹性优异。

0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S–0.19×Mo–0.01×Ni≤0.2 (3)

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％以下，另外优选S的含有率为超过0质量％且0.02质量％以下。在这样的范围内，能够抑制由晶界偏析所致的晶界破坏以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。

本发明另一个方面涉及的大型锻造部件，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，所以强度、韧性以及耐久性均优异。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。

如以上说明所述，本发明的大型锻造用钢，因为强度、韧性以及耐久性均优异，所以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。

《实施例》

以下通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不受这些实施例限定。

[实施例1～15、比较例1～21]

使用高频炉熔炼出在表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132mm以上且158mm以下、长度为323mm的钢锭50kg。

将获得的钢锭的保温帽部分切除后，在温度1230℃下加热5小时以上且10小时以下，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心线旋转90°进行锻造，拉伸至90mm×90mm×450mm，获得钢材。将该钢材在大气中放置冷却至室温。在淬火处理前，将该钢材在550℃以上且650℃以下保持10小时以上，然后进行炉冷。其中，在500℃以上的温度区域，以50℃/小时以下的升温速度加热至保持温度。

然后，使用小型模拟炉对上述钢材实施淬火处理。淬火是使上述钢材以升温速度50℃/小时升温至870℃并保持3小时后再冷却到500℃。此时，分别准备了将平均冷却速度设为1℃/分钟的钢材及将平均冷却速度设为10℃/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℃的温度下保持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。

表1

[评价方法]

对于实施例1～15及比较例1～21的大型锻造用钢，进行了以下评价。将评价结果示于表2。

＜强度评价＞

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(φ6×G.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℃/分钟的大型锻造用钢及将平均冷却速度设为10℃/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650MPa以上时，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100MPa以下时，判断为大型锻造用钢耐久性优异。

＜韧性评价＞

作为韧性评价，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JISZ2202的试验片(2mmV缺口试验片)基于JIS Z 2242在室温下测定吸收能(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韧性越优异。需要说明的是，夏比冲击试验对将平均冷却速度设为1℃/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以上时，判断为大型锻造用钢韧性优异。

＜耐氢致裂纹性评价＞

作为耐氢致裂纹性评价，对于各大型锻造用钢，通过比较试验法对氢致裂纹敏感性进行了比较评价。耐氢致裂纹性评价按照以下顺序进行。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10mm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，氢致裂纹敏感性的比较评价对将平均冷却速度设为1℃/分钟的大型锻造用钢实施。

然后，将图4所示的试验片1安放在试验装置2上，浸渍在将0.5摩尔/L的H₂SO₄及0.01摩尔/L的KSCN混合而成的水溶液3中。在该状态下，边添加氢边以电流密度0.5A/dm²进行阴极电解。对完成了以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S1(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2×10^-3mm/分钟。

另一方面，除了在省略了在水溶液3中浸渍的状态、即在大气中测定以外，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S0。

将通过这些测定获得的测定值代入下式(6)中，算出氢致裂纹敏感性S值。当该氢致裂纹敏感性S值为50％以下时，判定为大型锻造用钢的耐氢致裂纹性优异。

S值＝(1－S1/S0)×100 (6)

表2

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。

H＝0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S–0.19×Mo–0.01×Ni (7)

[评价结果]

可知：表2所示的C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V、Al、N及O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、耐久性及韧性优异。

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1℃/分钟的大型锻造用钢的抗拉强度变小，强度不足。

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。

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O中的任意元素在本发明的范围外，因此吸收能低，韧性不足。

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1℃/分钟的大型锻造用钢的抗拉强度变小，强度不足。

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。

此外，满足式(3)的实施例1～14比不满足式(3)的实施例15的耐氢致裂纹敏感性低。由此可知，通过满足式(3)，大型锻造用钢的耐氢致裂纹性优异。

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。

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，本领域技术人员可以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。

产业上的可利用性

如上述所说明那样，本发明的大型锻造用钢的强度、韧性以及耐久性均优异，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。

Claims (4)

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、

Mn：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、

Al：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、

O：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)：

0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S–0.19×Mo–0.01×Ni≤0.2 (3)。

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锻造部件。