CN108291269A - 大型曲轴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型曲轴，其特征在于，是具有销圆角部的大型曲轴，从上述销圆角部的表面到深度500μm的表层区域的平均初始压缩应力为500MPa以上，上述销圆角部的表面的平均维氏硬度为600以上，上述销圆角部的表面的算术平均粗糙度Ra为1.0μm以下，金属组织的原始奥氏体平均粒径为100μm以下。另外，该大型曲轴优选具有如下组成，含有C：0.2质量％以上且0.4质量％以下，Si：0质量％以上且1.0质量％以下，Mn：0.2质量％以上且2.0质量％以下，Al：0.005质量％以上且0.1质量％以下，及N：0.001质量％以上且0.02质量％以下，余量是Fe和不可避免的杂质。

Description

大型曲轴
技术领域
本发明涉及大型曲轴。
背景技术
一般的内燃机，是将通过燃烧产生的热能转换成曲轴的转动能。例如作为用于船舶、发电机等的内燃机的柴油机等，为了得到大输出功率而具备大型的曲轴。这样的大型曲轴，通常由锻钢形成，有一体型的和组装型的。
这种大型的柴油机因为要求输出功率提高和小型化，所以在大型曲轴中，设计上会相对其大小而言使之承受较大的负荷。具体来说，要求大型曲轴有900MPa以上，优选为1000MPa以上这样大的抗拉强度。
作为像这样抗拉强度大的大型曲轴的一例，用于形成船舶用内燃机用大型曲轴的大型钢锻品用钢，NiCrMo系的高强度钢得到实用化(例如，参照日本特开2010－248540号公报和日本特开2005－344149号公报)。
另外，像大型曲轴这样受到反复载荷的构件，也要求疲劳强度(疲劳试验时的断裂应力)大。疲劳强度通常与材料的抗拉强度成正比而增大，但一般来说，若抗拉强度大到一定程度，则材料内不可避免存在的夹杂物等的缺陷敏感性变大。因此，像上述各公报所述的钢材这样，在抗拉强度比较大的钢材中，疲劳限度比(疲劳强度/抗拉强度)变小，因此疲劳强度受到限制。总之，在现有的大型曲轴中，存在由于不能增大疲劳强度，导致内燃机的小型化和大输出功率化受到限制这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－248540号公报
专利文献2：日本特开2005－344149号公报
发明内容
鉴于上述问题，本发明的课题在于，提供一种疲劳强度比较大的大型曲轴。
本发明的一个方面的大型曲轴，其特征在于，是具有销圆角部的大型曲轴，从上述销圆角部的表面至深度500μm的表层区域的平均初始压缩应力为500MPa以上，上述销圆角部的表面的平均维氏硬度为600以上，上述销圆角部的表面的算术平均粗糙度Ra为1.0μm以下，金属组织的原始奥氏体平均粒径为100μm以下。
如以上这样，本发明的大型曲轴其疲劳强度比较大。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的大型曲轴的示意性的俯视图。
具体实施方式
以下，一边适宜参照附图，一边详细说明本发明的实施的方式。但是，本发明并不受这些实施方式限定。还有，图中各符号意思如下：1 轴颈，2 曲柄销，3 腹板，4 销圆角部。
[大型曲轴]
图1所示的本发明的一个实施方式的大型曲轴具备如下：并排设于同一轴心上的多个轴颈1；以偏心状态配设在相邻的一对轴颈1间的曲柄销2；联结邻接的曲柄销2和轴颈1间的板状的腹板3，以某种程度大的曲率连接曲柄销2的表面和腹板3的表面的销圆角部4。
本实施方式的大型曲轴，由具有之后详细说明的组成的锻造用钢形成，以马氏体为主体。该大型曲轴能够通过模锻制造。
作为本实施方式的大型曲轴的销圆角部4的从表面至深度为500μm的表层区域的平均初始压缩应力(使用开始时的压缩残余应力)的下限，为500MPa，优选为550MPa，更优选为600MPa。另一方面，作为销圆角部4的上述表层区域的平均初始压缩应力的上限，没有特别限定，但作为考虑到其他的条件的技术上的限度，则为800MPa，更现实的考虑是700MPa。销圆角部4的上述表层区域的平均初始压缩应力高于上述上限时，不能充分抑制销圆角部4的龟裂的发生，疲劳强度有可能不充分。还有，之所以将表层区域的范围定为从销圆角部4的表面至深度为500μm为止，是由于这一范围的压缩残余应力对于提高疲劳强度的帮助大。另外，销圆角部4的表层区域的压缩残余应力会随着使用而慢慢减少，例如通过测量腹板3等在使用状态下未受到大的应力的这部分的表层区域的压缩残余应力，能够类推销圆角部4的表层区域的平均初始压缩应力。
作为销圆角部4的表面的平均维氏硬度(Hv)的下限，通常为600左右，优选为650，更优选为700。另一方面，作为销圆角部4的表面的平均维氏硬度的上限，没有特别限定，但作为考虑到其他的条件的技术上的限度，则为1000左右，更现实的考虑是900左右。销圆角部4的表面的平均维氏硬度低于上述下限时，与该硬度大体成正比例关系的疲劳强度有可能不充分。
作为销圆角部4的表面的算术平均粗糙度Ra的下限，优选为0.005μm，更优选为0.01μm。另一方面，作为销圆角部4的表面的算术平均粗糙度Ra的上限，通常为1.0μm左右，优选为0.8μm，更优选为0.6μm。销圆角部4的表面的算术平均粗糙度Ra低于上述下限时，制造成本有可能不必要地增大。反之，销圆角部4的表面的算术平均粗糙度Ra高于上述上限时，由于显微下的应力集中而容易发生裂纹，疲劳强度有可能不充分。
本发明者们发现，在本实施方式的大型曲轴的金属组织中，原始奥氏体平均粒径越小，越容易通过渗氮处理提高疲劳特性。基于这一全新认知而进一步研究的结果获悉，作为该大型曲轴的金属组织中的原始奥氏体平均粒径的下限，优选为10μm，更优选为20μm。另一方面，作为该大型曲轴的金属组织中的原始奥氏体平均粒径的上限，通常为100μm左右，优选为80μm，更优选为70μm。该大型曲轴的金属组织中的原始奥氏体平均粒径低于上述下限时，由于先共析铁素体的增加，反而导致疲劳强度有可能不充分。反之，该大型曲轴的金属组织中的原始奥氏体平均粒径高于上述上限时，则疲劳强度有可能不充分。
作为本实施方式的大型曲轴的抗拉强度的下限，优选为900MPa，更优选为950MPa，进一步优选为1000MPa。该大型曲轴的抗拉强度低于上述下限时，机械的强度不充分，使用该大型曲轴的发动机的可靠性有可能不充分。还有，“抗拉强度”依据JIS－Z2241(2011)测量。
作为本实施方式的大型曲轴的摆锤冲击值(吸收能)的下限，优选为50J，更优选为80J。该大型曲轴的摆锤冲击值低于上述下限时，韧性不充分，使用该大型曲轴的发动机的可靠性有可能不充分。还有，“摆锤冲击值”依据JIS－Z2242(2005)测量。
作为本实施方式的大型曲轴的疲劳强度的下限，优选为500MPa，更优选为550MPa。该大型曲轴的疲劳强度低于上述下限时，使用该大型曲轴的发动机的耐久性有可能不充分。还有，“疲劳强度”依据JIS－Z2274(1978)测量。
以下，对于形成本实施方式的大型曲轴的锻造用钢的各构成进行说明。
＜锻造用钢＞
形成本实施方式的大型曲轴的锻造用钢，优选具有的组成如下：含有C(碳)：0.2质量％以上且0.4质量％以下；Si(硅)：0质量％以上且1.0质量％以下；Mn(锰)：0.2质量％以上且2.0质量％以下；Al(铝)：0.005质量％以上且0.1质量％以下；和N(氮)：0.001质量％以上且0.02质量％以下，余量是Fe(铁)和不可避免的杂质。
另外，形成本实施方式的大型曲轴的锻造用钢，除了上述组成以外，可以还含有如下元素的至少一种：Cu(铜)：0.1质量％以上且2质量％以下；Ni(镍)：0.1质量％以上且2质量％以下；Cr(铬)：0.1质量％以上且2.5质量％以下；Mo(钼)：0.1质量％以上且1质量％以下；和V(钒)：0.01质量％以上且0.5质量％以下。
接下来，对于形成本实施方式的大型曲轴的锻造用钢的作为一例的金属成分组成的数值范围及其限定理由进行说明。
(C：0.2质量％以上且0.4质量％以下)
作为碳的含量的下限，优选为0.2质量％，更优选为0.3质量％。另一方面，作为碳的含量的上限，优选为0.4质量％，更优选为0.39质量％。碳提高淬火性，并且有助于强度提高。碳含量低于上述下限时，有可能难以得到充分的淬火性和强度。反之，碳含量高于上述上限时，韧性极端降低，并且在大型铸块中有可能助长逆V形偏析。
(Si：0质量％以上且1.0质量％以下)
作为硅的含量的下限，未特别限定，为0质量％，优选为0.1质量％。另一方面，作为硅的含量的上限，优选为1.0质量％，更优选为0.5质量％。硅有助于脱氧和强度提高。硅的含量低于上述下限时，有可能无法使该效果充分发挥。反之，硅的含量高于上述上限时，逆V形偏析变得显著，韧性有可能降低。
(Mn：0.2质量％以上且2.0质量％以下)
作为锰的含量的下限，优选为0.2质量％，更优选为0.5质量％。另一方面，作为锰的含量的上限，优选为2.0质量％，更优选为1.5质量％。锰使淬火性和强度提高。锰的含量低于上述下限时，有可能无法发挥该效果。反之，锰的含量高于上述上限时，则助长回火脆化，韧性有可能降低。
(Al：0.005质量％以上且0.1质量％以下)
作为铝的含量的下限，优选为0.005质量％，更优选为0.008质量％。另一方面，作为铝的含量的上限，优选为0.1质量％，更优选为0.03质量％。铝作为脱氧元素使用。另外，例如铝使AlN等的微细的化合物生成，该AlN(アルミニウムN)阻止晶粒的生长，能够使结晶细粒化。铝的含量低于上述下限时，有可能不能充分发挥这些效果。反之，铝的含量高于上述上限时，铝例如也与氧等其他的元素结合而生成氧化物和金属间化合物，有可能使被切削性降低。
(N：0.001质量％以上且0.02质量％以下)
作为氮的含量的下限，优选为0.001质量％，更优选为0.003质量％。另一方面，作为氮的含量的上限，优选为0.02质量％，更优选为0.01质量％。氮生成各种碳氮化物并析出，从而提高强度。氮的含量低于上述下限时，有可能不能充分发挥上述效果。反之，氮的含量高于上述上限时，则韧性降低，有可能使疲劳强度降低。
(Cu：0.1质量％以上且2质量％以下)
作为铜的含量的下限，优选为0.1质量％，更优选为0.2质量％。另一方面，作为铜的含量的上限，优选为2质量％，更优选为1质量％。铜通过使组织致密化而提高强度。铜的含量低于上述下限时，有可能不能充分发挥上述效果。反之，铜的含量高于上述上限时，则韧性降低，疲劳强度有可能不充分。
(Ni：0.1质量％以上且2质量％以下)
作为镍的含量的下限，优选为0.1质量％，更优选为0.2质量％。另一方面，作为镍的含量的上限，优选为2质量％，更优选为1.5质量％。镍通过使组织致密化而提高强度。镍的含量低于上述下限时，有可能不能充分发挥上述效果。反之，镍的含量高于上述上限时，则韧性降低，疲劳强度有可能不充分。
(Cr：0.1质量％以上且2.5质量％以下)
作为铬的含量的下限，优选为0.1质量％，更优选为0.5质量％。另一方面，作为铬的含量的上限，优选为2.5质量％，更优选为2.2质量％。铬提高淬火性、强度及韧性。铬的含量低于上述下限时，有可能不能充分发挥上述效果。反之，铬的含量高于上述上限时，则助长逆V形偏析，反而有可能使韧性降低。
(Mo：0.1质量％以上且1质量％以下)
作为钼的含量的下限，优选为0.1质量％，更优选为0.2质量％。另一方面，作为钼的含量的上限，优选为1质量％，更优选为0.6质量％。钼使淬火性、强度及韧性提高。钼含量低于上述下限时，有可能无法充分发挥上述效果，以及有可能助长逆V形偏析。反之，钼含量高于上述上限时，助长钢锭中的显微偏析或容易发生重量偏析，反而有可能使韧性降低。
(V：0.01质量％以上且0.5质量％以下)
作为钒的含量的下限，优选为0.01质量％，更优选为0.05质量％。另一方面，作为钒的含量的上限，优选为0.5质量％，更优选为0.3质量％。钒生成氮化物或碳化物而析出，使淬火性和强度提高。钒含量低于上述下限时，有可能不能确保充分的强度。反之，钒含量高于上述上限时，则助长显微偏析的发生，从而有可能使韧性降低。
(其他的元素)
另外，形成本实施方式的锻造用钢大型曲轴的锻造用钢，在对上述各元素的作用效果不会造成不利影响的范围内，也可以还积极地含有其他的元素。作为这样的其他元素，可列举Ti、Ca、Mg等。作为这些其他元素的合计含量的上限，优选为0.5质量％，更优选为0.3质量％。其他的元素的合计含量高于上述上限时，粗大夹杂物生成，有可能使强度降低。
(不可避免的杂质)
形成本实施方式的大型曲轴的锻造用钢，优选上述各元素以外是铁(Fe)，但也不排除微量包含例如磷(P)、硫(S)、锡(Sn)、铅(Pb)等的元素作为不可避免的杂质。
＜制造方法＞
本实施方式的大型曲轴，能够通过具备如下工序的方法制造：铸造调制为上述组成的钢的工序；锻造经铸造工序而得到的钢锭的工序；对于经锻造工序得到的锻造品(工件)进行调质处理(淬火和回火)的工序；对于调质工序后的工件多次进行渗氮处理的工序；磨削渗氮处理后的工件的表面的工序。
(铸造工序)
在铸造工序中，首先，使用电炉、高频熔炉、转炉等熔化调制为上述规定成分组成的钢。之后，通过真空精炼等进行杂质(硫、氧等)的除去(减低)。杂质的除去后，通过铸造对钢进行铸锭。
(锻造工序)
在锻造工序中，将经由锻造工序得到的铸钢锻造成圆棒状后，进行锻造成一体型曲轴的形状的多工位的锻造即可。具体来说，切除掉在锻造工序中得到的铸钢的冒口部分并进行加热后，例如使用自由锻压机等进行锻造，加热所得到的圆棒状的工件后，例如通过CGF(Continuous Grain Flow)锻造法成形为预期的曲轴的形状即可。
作为上述铸钢的加热温度，为了使钢的变形能力在良好的范围进行锻造，可以为1,150℃以上，更优选为1,200℃以上。该加热温度低时，招来变形阻力的增大，制造效率降低。另外，作为加热时间为3小时以上即可。该加热时间需要用于使钢锭的表面与内部的温度均匀化。该加热时间一般被认为与被加工物的直径的平方成正比，在本实施方式的大型曲轴的制造时，如上述希望为3小时以上。
由铸钢向圆棒状的工件的锻造，优选能够通过CGF锻造法进行。所谓CGF锻造法，就是使钢锭的轴心为一体型曲轴的轴心部而进行锻造加工，使由于中心偏析而容易发生特性的劣化的部分成为一体型曲轴的全部轴心部而一体地进行锻造加工的方法。作为上述CGF锻造，例如同时可列举JIS－B0112(1994)所规定的RR锻造法和TR锻造法。其能够使曲轴表层侧由洁净度高的部分占据，从而容易得到强度和疲劳特性优异的一体型曲轴，因此优选。
以下，以RR锻造法为例具体地说明锻造方法。
在RR锻造中，加热所得到的工件，对于各斜面(スローブ)进行热成形。作为具体的步骤，首先，对于经由上述的步骤而得到的圆棒状的工件进行机械加工，成为RR锻造用工件。其后，对于相当于单缸量的轴颈1、曲柄销2及一对腹板3进行部分加热，将冲床的压下力通过楔形机构转换成横向的力，向工件同时施加横压缩力和偏芯力而锻造单缸。将该操作重复需要的气缸数，加工成一个曲轴。
在RR锻造后，进行调质处理(淬火、回火处理)之前，也可以进行分解锻造物中所含的残留奥氏体(γ)的处理。为了使组织微细化，可知活用调质处理之时的相变，但锻造后存在的残留奥氏体稳定时，调质处理中的加热时残留奥氏体持续存在直至超过Ac1相变点为止。该残留奥氏体是锻造热处理中的奥氏体残留后的，在锻造后的原始奥氏体晶粒内原本具有相同的取向。因此，若奥氏体相变进行，残留奥氏体彼此相接，则其界面不能成为晶界，奥氏体相变完毕时的奥氏体粒径与原本的奥氏体粒径同样粗大。因此，进行分解残留奥氏体的处理。
作为分解残留奥氏体的方法，例如，能够列举以Ac1相变点以下的温度(550℃以上、680℃以下)加热保持的时效处理等。作为这时的加热保持时间，为5小时以上，优选为10时间以上即可。通过这样的时效处理，残留奥氏体被分解，能够使残留奥氏体以体积率计达到1％以下。另外，作为分解残留奥氏体的方法，能够使用零下处理。
(调质处理工序)
在调质处理工序中，首先，在淬火前，缓慢加热(升温速度30℃/小时以上、70℃/小时以下)至Ac3相变点以上的温度(840℃以上、950℃以下)，保持一定时间(3小时以上、9小时以下)。从抑制原始奥氏体晶粒的粗大化的观点出发，优选淬火以Ac3以上的比较低的温度处理。另外，大型品的情况下，因为加热时会在材料的内外产生温差，所以为了缓慢加热至淬火前的加热温度，并使钢材的表面与内部的温度均匀而保持一定时间。还有，需要的保持时间依存于钢材直径等，越是大型材，保持时间越长。因此，采取充分的保持时间，使温度均匀直至钢材内部之后，再进行以下的淬火。
淬火使用油或聚合物等的制冷剂进行，得到以马氏体为主体的组织。为了得到这样的组织，作为淬火的平均冷却速度的下限，优选为3℃/分钟，更优选为5℃/分钟，进一步优选为10℃/分钟。另一方面，作为淬火的平均冷却速度的上限，优选为100℃/分钟，更优选为60℃/分钟。
在大型钢锻品中，若进行水淬火，则有开裂的危险性，因此该大型曲轴的淬火一般是油淬火、聚合物淬火等。淬火时的冷却速度根据钢锻品的尺寸而有所不同，但在直径500mm级的曲轴中，从800℃至500℃之间的平均冷却速度，如果是油则大约20℃/分钟左右，如果是聚合物则大约为50℃/分钟，若是比这更大的直径(例如，1,000mm)，则冷却速度更小。
另外，淬火时，优选冷却到200℃以下之后，再进行回火。如此冷却到200℃以下，能够使相变彻底完毕。冷却不充分时，未相变的残留奥氏体残存，成为特性发生偏差的原因。
回火中，缓慢加热(升温速度30℃/小时以上、70℃/小时以下)到规定的回火温度(550℃以上、620℃以下)，保持一定时间(5小时以上、20小时以下)。为了调整强度与韧性的平衡，并且除去淬火时的内部应力(残余应力)，该回火在550℃以上进行。另一方面，若回火温度过高，则由于碳化物的粗大化、位错组织的复原等而造成软化，不能确保充分的强度，因此为620℃以下。
(渗氮处理工序)
在渗氮处理工序中，将上述调质工序后的工件在氨(NH3)气气氛中加热，保持一定时间温度之后进行冷却，这一工序重复2次以上。由此，能够将氨分解而产生的氮导入工件的表面，对工件的表层区域赋予压缩应力。通过将该氮的导入工序进行2次以上，能够导入更多的氮而赋予更大的压缩应力，能够更确实地提高该大型曲轴的疲劳强度。
作为渗氮处理的具体的方法，例如，将收容工件，并封入氨气的大型容器配置在加热炉之中，加热至规定的渗氮温度，在该渗氮温度保持一定时间后，进行炉冷，以上工序反复进行。
作为上述渗氮温度的下限，优选为470℃，更优选为500℃。另一方面，作为上述渗氮温度的上限，优选为580℃，更优选为550℃。渗氮温度低于上述下限时，不能使氨热解，有可能无法将氮导入工件。反之，渗氮温度高于上述上限时，工件的组织奥氏体化，强度有可能受损。
作为上述渗氮温度的保持时间的下限，优选为15小时，更优选为20小时。另一方面，作为渗氮温度的保持时间的上限，优选为60小时，更优选为40小时。渗氮温度的保持时间低于上述下限时，氮的导入不充分，有可能不能充分提高疲劳强度。反之，渗氮温度的保持时间高于上述上限时，有可能造成制造成本不必要地增大。
(磨削工序)
在磨削工序中，实施对渗氮处理后的工件的例如销圆角部4等的表面进行磨削的精机械加工。由此，使销圆角部4表面的算术平均粗糙度Ra处于上述范围，由此使显微下的应力集中难以发生，因此该大型曲轴的疲劳强度进一步提高。作为由此磨削工序除去的工件表面的厚度，认为达到的程度是，能够实质性地保持在上述渗氮工序中因导入氮而赋予的表层区域的压缩残余应力，作为具体的上限，为10μm左右。
[其他的实施方式]
上述实施方式，不限定本发明的构成。因经，上述实施方式，可以基于本说明书的记述和技术常识，对上述实施方式各部的构成要素进行省略、置换或追加，这些应该解释为全部属于本发明的范围。
本实施方式的大型曲轴，也可以具备多个曲柄销和多对腹板。
另外，本实施方式的大型曲轴，也可以是曲柄销、腹板和轴颈被一体锻造成形的一体型，也可以是将曲柄销和腹板一体锻造成形，再在其上热套轴颈的组装型。
本说明书如上述公开了各种方式的技术，但以下归纳其中主要的技术。
本发明的一个方面的大型曲轴，是具有销圆角部的大型曲轴，其特征在于，从上述销圆角部的表面至深度为500μm为止的表层区域的平均初始压缩应力为500MPa以上，上述销圆角部的表面的平均维氏硬度为600以上，上述销圆角部的表面的算术平均粗糙度Ra为1.0μm以下，金属组织的原始奥氏体平均粒径为100μm以下。
在该大型曲轴中，由于应力最容易集中的从销圆角部的表面至深度为500μm为止的表层区域的平均初始压缩应力为上述下限以上，所以即使抗拉强度大时，也能够增大疲劳限度比，在销圆角部难以发生裂纹，因此整体看时的疲劳强度相对变大。此外，在该大型曲轴中，销圆角部的表面的平均维氏硬度和算术平均粗糙度Ra，以及金属组织的原始奥氏体平均粒径分别在上述范围内，利用与上述表层区域的平均初始压缩应力为上述下限以上的协同效应，能够进一步加大疲劳强度。还有，所谓“大型曲轴”，意思是销(除去圆角部)的直径为200mm以上的部件。另外，“平均初始压缩应力”，是对于未使用品由应变仪法测量的值。“表面平均维氏硬度”依据JIS－Z2244(2009)测量。“算术平均粗糙度”依据JIS－B0601(2001)测量。“原始奥氏体平均粒径”，依据JIS－G0551(2013)测量。
该大型曲轴，优选具有如下组成，含有C：0.2质量％以上且0.4质量％以下，Si：0质量％以上且1.0质量％以下，Mn：0.2质量％以上且2.0质量％以下，Al：0.005质量％以上且0.1质量％以下，及N：0.001质量％以上且0.02质量％以下，余量是Fe和不可避免的杂质。通过具有这样的组成，该大型曲轴能够进一步增大抗拉强度和韧性。
此外，该大型曲轴，优选还含有Cu：0.1质量％以上且2质量％以下，Ni：0.1质量％以上且2质量％以下，Cr：0.1质量％以上且2.5质量％以下，Mo：0.1质量％以上且1质量％以下，以及V：0.01质量％以上且0.5质量％以下中的至少一种。通过具有这样的组成，该大型曲轴的抗拉强度和韧性进一步提高。
实施例
以下，基于实施例详述本发明，但并非基于该实施例的记述限定性地解释本发明。
按以下的要领试制模仿了大型曲轴的销圆角部的试验片，如后述，通过测量各种物性，确认本发明的效果。
通过通常的熔炼法，熔炼显示为下述表1所示的化学成分组成的各种钢液，冷却该钢液成为100吨钢锭。切除所得到的各钢锭的冒口部分，加热至1230℃并保持5小时至10小时后，使用自由锻压机，以高度比计压缩至1/2，再使钢锭中心线旋转90°进行锻造，拉伸成直径600mm、长度20000mm的圆柱状后，使最终锻造温度为表2所示的温度进行锻造，其后在大气中放冷。将放冷至室温的各工件，在淬火处理前加热到550℃至650℃(在500℃以上时，以50℃/小时以下加热)，保持10小时以上之后进行炉冷。
其后，用热处理炉实施淬火处理。还有在淬火处理中，将各工件以升温速度50℃/小时升温到850℃至950℃并保持4小时后，以从淬火温度至500℃的平均冷却速度20℃/min(轴中心位置)进行冷却。其后，作为回火处理，加热至600℃，保持5小时至15小时之后进行空冷。
[表1]
从经过热处理的锻造品上，切下拉伸试验用试验片和摆锤冲击试验用试验片，测量抗拉强度和摆锤冲击值(吸收能)(参照表2)
(抗拉强度)
抗拉强度依据JIS－Z2241(2011)测量。
(摆锤冲击值)
摆锤冲击值依据JIS－Z2242(2005)测量。
关于抗拉强度为900N/cm2以上，且摆锤冲击值为50J以上的试制品，从上述锻造品上，切下模仿销圆角部的带环状半圆凹槽的小野式旋转弯曲试验用试验片。旋转弯曲试验用试验片的轴径为6mm，环状半圆凹槽的曲率为0.5mm，凹槽部的轴径为5mm。将该旋转弯曲试验用试验片在氨气气氛中加热到表2所示的温度，保持20小时至40小时之后进行炉冷，由此对表面进行渗氮。此外，使用住友电工社的圆形正向刀片(ポジチップ)“RCMT 10003MON－RX”，对于旋转弯曲试验用试验片的表面进行研磨。这时，调整正向刀片对于旋转的曲轴的送给量(mm/rev)，由此使表面的算术平均粗糙度Ra成为表2所示的值。对于研磨过该上述表面的小野式旋转弯曲试验用试验片，测量表层区域的压缩残余应力(残余应力)、表面的维氏硬度(表面硬度)、原始奥氏体平均粒径(原始γ粒径)及疲劳强度(参照表2)。另一方面，抗拉强度或摆锤冲击值不满足上述标准的，可预想到其表面硬度等也不充分，因此省略这些测量。还有，表中的渗氮温度中的“无”，意思是不进行渗氮处理。
(算术平均粗糙度)
算术平均粗糙度Ra，依据JIS－B0601(2001)测量。
(压缩残余应力)
压缩残余应力由应变仪法测量。具体来说，在试验片的表面粘贴应变仪，切割下包含粘贴有该应变仪的这部分的小片，释放残余应力，测量在此切割前后由应变仪测量到的应变的变化，计算压缩残余应力。
(维氏硬度)
维氏硬度依据JIS－Z2244(2009)测量。
(原始奥氏体粒径)
结晶粒度的测量依据JIS－G0551(2013)测量。
(疲劳强度)
疲劳强度，使用小野式旋转弯曲试验机，依据JIS－Z2274(1978)测量。
[表2]
如表所示，大型曲轴中，表层区域的平均初始压缩应力为500MPa以上，表面的平均维氏硬度为600以上，表面的算术平均粗糙度Ra为1.0μm以下，且原始奥氏体平均粒径为100μm以下，由此可认为首次能够具有500MPa以上的充分的疲劳强度。
本申请以2016年1月8日申请的日本国专利申请2016－003012为基础，其内容包含在本申请中。
为了表现本发明，在前述中一边参照附图等一边通过实施方式恰当且充分地说明了本发明，但应该认识到，只要是本领域技术人员，便能够很容易地对前述的实施方式进行变更和/或改良。因此，本领域技术人员实施的变更方式或改良方式，只要是不脱离技术方案所述的技术方案的权利范围，则该变更方式或该改良方式便可解释为包括在该技术方案的权利范围内。
产业上的可利用性
该大型曲轴，能够适合利用于例如船舶用内燃机等。

Claims (3)

1.一种大型曲轴，其特征在于，是具有销圆角部的大型曲轴，
从上述销圆角部的表面至深度为500μm的表层区域的平均初始压缩应力是500MPa以上，
上述销圆角部的表面的平均维氏硬度为600以上，
上述销圆角部的表面的算术平均粗糙度Ra为1.0μm以下，
金属组织的原始奥氏体平均粒径为100μm以下。
2.根据权利要求1所述的大型曲轴，其中，具有如下组成：含有
C：0.2质量％以上且0.4质量％以下；
Si：0质量％以上且1.0质量％以下；
Mn：0.2质量％以上且2.0质量％以下；
Al：0.005质量％以上且0.1质量％以下；及
N：0.001质量％以上且0.02质量％以下，
余量是Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的大型曲轴，其中，还含有
Cu：0.1质量％以上且2质量％以下，
Ni：0.1质量％以上且2质量％以下，
Cr：0.1质量％以上且2.5质量％以下，
Mo：0.1质量％以上且1质量％以下，及
V：0.01质量％以上且0.5质量％以下中的至少一种。
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