JP2015117390A - 舶用鍛鋼品 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度を有し、大型厚肉部材にも好適に用いられる舶用鍛鋼品を提供する。
【解決手段】本発明の舶用鍛鋼品は、Ｃ：０．１３質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ：０．１５質量％以上０．４５質量％以下、Ｍｎ：０．３質量％以上１．０質量％以下、Ｎｉ：１．２質量％以上２．６質量％以下、Ｃｒ：０．４質量％以上０．９質量％以下、Ｍｏ：０．１５質量％以上０．８質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｎ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．００２質量％以上０．０１５質量％以下、Ｔｉ及びＡｌ：合計０．００３質量％以上０．０５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、１４×（Ｔｉ／４８＋Ａｌ／２７）≧Ｎを満たし、フェライト−ベイナイト又はフェライト−パーライト−ベイナイトの複合組織であり、表面におけるフェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が７０％以下である。
【選択図】なし

Description

本発明は、舶用鍛鋼品に関する。

船舶の低燃費化の観点から舶用部材に軽量化が求められており、そのため舶用部材に用いられる鋼材の高強度化が求められている。一般的に鋼材の高強度化は、熱処理工程においてオーステナイト化後の冷却を速め、硬質なベイナイトやマルテンサイトを生成させることで達成できる。しかし、重量が数トンから数十トンの大型厚肉部材の場合は、オーステナイト化後の急冷のために水冷すると、冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生してしまうおそれがある。そのため、オーステナイト化後の冷却は冷却速度の遅い空冷によらざるをえず、大型厚肉部材で高強度を得ることは難しい。

これに対し、高強度の大型厚肉部材として、（１）合金元素添加量を適正範囲に制御することで、空冷など冷却速度が遅い場合でも焼入れ性を高め、高強度化を実現する鋳鋼品（特許第３５０９６３４号公報及び特許第５２２９８２３号公報参照）や、（２）非金属介在物の制御に着目し、非金属介在物低減のためにＳ含有量を低減することで優れた疲労強度を実現する鍛鋼品（特開２００９−９１６４９号公報参照）が開発されている。

しかし、上記（１）の鋳鋼品は、鋳造に起因してミクロポロシティなどの鋳造欠陥が不可避的に存在し、好ましい疲労強度の実現が困難である。また、上記（１）の鋳鋼品は、鍛造することにより鋳造欠陥を低減することができるが、結晶粒径が鋳鋼品よりも微細になる。一般的に知られるように、鋼の焼入れ性は結晶粒径が小さくなると低下してしまうため、上記（１）の制御を鍛鋼品に適用しても十分な強度を得ることが困難である。

一方、鍛鋼品は、大型部材になるほど鋼塊内部の偏析が顕著になり偏析部において水素が濃化する傾向がある。上記（２）の鍛鋼品のようにＳ含有量が低減されると、疲労強度が向上するものの、水素トラップサイトとなるＭｎＳ量が減少するため、水素が濃化した偏析部において水素割れが生じやすくなる。そのため、上記（２）の鍛鋼品は大型部材には適用しにくい。

特許第３５０９６３４号公報 特許第５２２９８２３号公報 特開２００９−９１６４９号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、高強度を有し、大型厚肉部材にも好適に用いられる舶用鍛鋼品の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ（炭素）：０．１３質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０．１５質量％以上０．４５質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．３質量％以上１．０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：１．２質量％以上２．６質量％以下、Ｃｒ（クロム）：０．４質量％以上０．９質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０．１５質量％以上０．８質量％以下、Ｖ（バナジウム）：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｎ（窒素）：０質量％超０．０２質量％以下、Ｓ（硫黄）：０．００２質量％以上０．０１５質量％以下、Ｔｉ（チタン）及びＡｌ（アルミニウム）のうち１種以上の元素：合計０．００３質量％以上０．０５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有し、下記式（１）を満たし、金属組織がフェライト−ベイナイト又はフェライト−パーライト−ベイナイトの複合組織であり、表面におけるフェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が７０％以下の舶用鍛鋼品である。
１４×（Ｔｉ／４８＋Ａｌ／２７）≧Ｎ ・・・（１）

当該舶用鍛鋼品は、鋼材の各組成の含有量を上記範囲でかつ上記式（１）を満たすものとし、金属組織を、フェライト−ベイナイト又はフェライト−パーライト−ベイナイトの複合組織で、かつ表面におけるフェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が上記上限以下のものとすることで、熱処理工程においてオーステナイト化後の冷却速度を速めずとも十分な強度を確保できる。また、当該舶用鍛鋼品は、鋼材の組成を上記式（１）を満たすものとすることにより、窒素（Ｎ）との親和性の高いチタン（Ｔｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）によって窒素（Ｎ）が固定されてバナジウム窒化物（以下、Ｖ窒化物と略す）の生成が抑制される。つまり、窒素（Ｎ）との結合によるバナジウム（Ｖ）の消費量が低減するのでバナジウム炭化物（以下、Ｖ炭化物と略す）の減少が抑制され、オーステナイト化後の冷却速度が遅い場合でもバナジウム炭化物の析出強化能（冷却中に変態と同時に硬質粒子を析出させる能力）によって当該舶用鍛鋼品の強度が高められる。

以上説明したように、本発明の舶用鍛鋼品は、高強度を有し、大型厚肉部材にも好適に用いられる。

実施例におけるＶ含有量と引張強度との関係を示すグラフ 実施例におけるフェライト及びパーライトの面積率と引張強度との関係を示すグラフ

以下、本発明に係る舶用鍛鋼品の実施形態について説明する。

＜金属組織＞
当該舶用鍛鋼品の金属組織は、フェライト−ベイナイト又はフェライト−パーライト−ベイナイトの複合組織であり、表面におけるフェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が７０％以下である。フェライト組織及びパーライト組織が多くなると、十分な強度を確保することが困難となる。そのため、このように金属組織をフェライト−ベイナイト又はフェライト−パーライト−ベイナイトの複合組織とし、フェライト組織及びパーライト組織の合計面積率を上記上限以下とすることで、当該舶用鍛鋼品は高い強度を有する。なお、フェライト組織及びパーライト組織の面積率の測定方法としては、例えば、鍛鋼品からミクロ組織観察用の試験片を切り出し、この試験片の平行面を鍛伸方向に鏡面研磨し、ナイタールで腐食して光学顕微鏡で観察することにより行うことができる。

＜組成＞
当該舶用鍛鋼品は、Ｃ：０．１３質量％以上０．２５質量％以下、Ｓｉ：０．１５質量％以上０．４５質量％以下、Ｍｎ：０．３質量％以上１．０質量％以下、Ｎｉ：１．２質量％以上２．６質量％以下、Ｃｒ：０．４質量％以上０．９質量％以下、Ｍｏ：０．１５質量％以上０．８質量％以下、Ｖ：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、Ｎ：０質量％超０．０２質量％以下、Ｓ：０．００２質量％以上０．０１５質量％以下、Ｔｉ及びＡｌのうち１種以上の元素：合計０．００３質量％以上０．０５質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、かつ下記式（１）を満たす。
１４×（Ｔｉ／４８＋Ａｌ／２７）≧Ｎ ・・・（１）

当該舶用鍛鋼品のＣ含有率の下限としては、０．１３質量％であり、０．１５質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＣ含有率の上限としては、０．２５質量％であり、０．２３質量％が好ましい。当該舶用鍛鋼品のＣ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性と強度とを確保できないおそれがある。逆に、当該舶用鍛鋼品のＣ含有率が上記上限を超えると、溶接割れの感受性が高くなり、溶接割れが生じやすくなる。当該舶用鍛鋼品のＣ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の焼入れ性及び強度を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品のＳｉ含有率の下限としては、０．１５質量％であり、０．１６質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＳｉ含有率の上限としては、０．４５質量％であり、０．３０質量％が好ましい。当該舶用鍛鋼品のＳｉ含有率が上記下限未満であると、脱酸が十分にできないおそれや、強度を確保できないおそれがある。逆に、当該舶用鍛鋼品のＳｉ含有率が上記上限を超えると、逆Ｖ偏析を助長するおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＳｉ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の強度を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品のＭｎ含有率の下限としては、０．３質量％であり、０．３１質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＭｎ含有率の上限としては、１．０質量％であり、０．９５質量％が好ましい。当該舶用鍛鋼品のＭｎ含有率が上記下限未満であると、十分な強度と焼入れ性とを確保できないおそれがある。逆に、当該舶用鍛鋼品のＭｎ含有率が上記上限を超えると、焼戻し脆化を助長するおそれや、溶接性を阻害するおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＭｎ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の焼入れ性、強度及び溶接性を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品のＮｉ含有率の下限としては、１．２質量％であり、１．４質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＮｉ含有率の上限としては、２．６質量％であり、２．５質量％が好ましい。当該舶用鍛鋼品のＮｉ含有率が上記下限未満であると、十分な強度と焼入れ性とを確保できないおそれがある。また、Ｎｉは高価な元素であるため、当該舶用鍛鋼品のＮｉ含有率が上記上限を超えると、強度及び焼入れ性向上効果が頭打ちとなる一方、製造コストが増大するため工業的な観点から好ましくない。当該舶用鍛鋼品のＮｉ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の焼入れ性及び強度を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品のＣｒ含有率の下限としては、０．４質量％であり、０．４１質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＣｒ含有率の上限としては、０．９質量％であり、０．８５質量％が好ましい。当該舶用鍛鋼品のＣｒ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性と焼戻し軟化抵抗とを確保できないおそれがある。逆に、当該舶用鍛鋼品のＣｒ含有率が上記上限を超えると、溶接性が低下するおそれや、逆Ｖ偏析を助長するおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＣｒ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の焼入れ性、焼戻し軟化抵抗及び溶接性を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品のＭｏ含有率の下限としては、０．１５質量％である。一方、当該舶用鍛鋼品のＭｏ含有率の上限としては、０．８質量％であり、０．７質量％が好ましい。当該舶用鍛鋼品のＭｏ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性と焼戻し軟化抵抗とを確保できないおそれがある。逆に、当該舶用鍛鋼品のＭｏ含有率が上記上限を超えると、溶接性が低下するおそれ、鋼塊中のミクロ偏析を助長するおそれ、又は重力偏析が発生しやすくなるおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＭｏ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の焼入れ性、焼戻し軟化抵抗及び溶接性を適切に確保することができる。

Ｖは、微細なＶ炭化物を形成して析出強化により強度を高める元素である。オーステナイト化後の冷却が空冷のように遅い場合は、軟質なフェライトが生成して強度が低下してしまうが、Ｖ炭化物をフェライト中に析出させることで軟質なフェライトを硬化させて、強度を高めることができる。

当該舶用鍛鋼品のＶ含有率の下限としては、０．０５質量％であり、当該舶用鍛鋼品のＶ含有率の上限としては、０．１５質量％である。当該舶用鍛鋼品のＶ含有率が上記下限未満であると、強度が不十分となる。逆に、当該舶用鍛鋼品のＶ含有率が上記上限を超えると、強度向上効果が小さくなる上に溶接性を阻害するおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＶ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の強度及び溶接性を適切に確保することができる。

Ｎは、鋼中のＶと結合してＶ窒化物を生成する。Ｖ窒化物はＶ炭化物よりも溶解温度が高いのでオーステナイト化時に未固溶で残留する場合があり、炭化物析出による析出強化能を低減させる。そのため、Ｎの含有量は低い方が望ましい。ただし、Ｎは不可避的に不純物として混在してしまうので、Ｎの含有量は０にはできない。従って、当該舶用鍛鋼品のＮ含有率の下限としては、０質量％超である。一方、当該舶用鍛鋼品のＮ含有率の上限としては、０．０２質量％であり、０．０１５質量％が好ましく、０．０１２質量％がより好ましい。当該舶用鍛鋼品のＮ含有率が上記上限を超えると、析出強化能が低減し十分な強度を確保できないおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＮ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の強度を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品のＳ含有率の下限としては、０．００２質量％であり、０．００３質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＶ含有率の上限としては、０．０１５質量％であり、０．０１質量％が好ましい。Ｓは、鋼中でＭｎと結合してＭｎＳを形成し、ＭｎＳは鋼中の水素トラップサイトとなり水素割れを防止する。そのため、当該舶用鍛鋼品のＳ含有率が上記下限未満であると、水素割れが発生するおそれがある。逆に、当該舶用鍛鋼品のＳ含有率が上記上限を超えると、主鍛造方向に対して垂直方向の延性や靭性が低下するおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＳ含有率を上記範囲とすることで、当該舶用鍛鋼品の水素割れを適切に防止することができる。

当該舶用鍛鋼品のＴｉ及びＡｌのうち１種以上の元素の合計含有率の下限としては、０．００３質量％であり、０．００５質量％が好ましい。一方、当該舶用鍛鋼品のＴｉ及びＡｌの合計含有率の上限としては、０．０５質量％であり、０．０４５質量％が好ましい。Ｖ炭化物による析出強化能を十分に発揮させるためには、Ｖ窒化物の生成を抑制する必要があるが、Ｎとの親和力がＶよりも高いＴｉやＡｌを添加することによりＮを固定させることができ、Ｖ窒化物の生成を抑制することができる。そのため、当該舶用鍛鋼品のＴｉ及びＡｌの合計含有率が上記下限未満であると、十分にＶ窒化物の生成を抑制することができない。一方、Ｔｉ及びＡｌは他の元素とも結合するため、当該舶用鍛鋼品のＴｉ及びＡｌの合計含有率が上記上限を超えると、非金属介在物や金属間化合物が生成されて内部欠陥となるおそれがある。当該舶用鍛鋼品のＴｉ及びＡｌの合計含有率を上記範囲とすることで、Ｖ炭化物による析出強化能が十分に発揮され、当該舶用鍛鋼品の強度を適切に確保することができる。

当該舶用鍛鋼品は、上述した基本成分以外に残部にＦｅ及び不可避的不純物とを含む。また、不可避的不純物としては、例えば原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれるＰ（リン）、Ｓｎ（スズ）、Ａｓ（ヒ素）、Ｐｂ（鉛）等の元素の混入が許容される。また、さらにその他の組成を積極的に含有させることも有効であり、含有される組成の種類によって鍛鋼材の特性がさらに改善される。

当該舶用鍛鋼品の不可避不純物であるＰの含有率の上限としては、０．１質量％が好ましく、０．０５質量％がより好ましく、０．０１質量％がさらに好ましい。当該舶用鍛鋼品のＰ含有率が上記上限を超えると、粒界編析による粒界破壊を助長するおそれがある。

＜各組成の関係式＞
当該舶用鍛鋼品において、各元素の含有量が下記式（１）を満たす。
１４×（Ｔｉ／４８＋Ａｌ／２７）≧Ｎ ・・・（１）

上記式（１）の左辺は、ＴｉＮやＡｌＮとして化学量論的に消費されるＮ量を表している。上記式（１）に示すように、この消費されるＮ量がＮ含有量以上となれば、ＮがＴｉＮやＡｌＮとして全量消費されることになり、Ｖ窒化物の生成を抑制できＶ炭化物による析出強化能を十分に発揮させることができる。

また、当該舶用鍛鋼品は、各元素の含有量が下記式（２）を満たすことが好ましい。
Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５≦０．８ ・・・（２）

上記式（２）の左辺は、鋼の硬化性及び溶接性に及ぼす合金元素の影響を炭素量に換算した炭素当量（Ｃｅｑ：ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ）であり、鋼材の溶接性の指標として用いられる（例えば特許第３８６３４１３号公報参照）。Ｃｅｑが大きくなると、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ−Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）の硬さが高くなり割れ発生を助長する。一般的にＣｅｑとＨＡＺ最高硬さには相関があることが知られており、Ｃｅｑが高い場合は、溶接時の予熱温度を高くする必要がある。しかし、大型鍛鋼品の場合は高温での予熱が困難であるため、当該舶用鍛鋼品では、予熱温度５０℃以下で溶接可能にするための溶接性指数としてＣｅｑを０．８以下とする。これにより、当該舶用鍛鋼品は溶接性に優れ、溶接施行を必要とする鍛鋼品として好適に用いることができる。

＜機械的性質＞
当該舶用鍛鋼品の引張強度（ＴＳ）の下限としては、６００ＭＰａが好ましい。当該舶用鍛鋼品の引張強度が上記下限以上であると、舶用の大型厚肉部材に要求される強度を満たすことができる。引張強度の評価は、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４１（１９９８）による引張試験により行うことができる。

当該舶用鍛鋼品の０．２％耐力（ＹＳ）の下限としては、４００ＭＰａが好ましい。当該舶用鍛鋼品の０．２％耐力が上記下限以上であると、舶用の大型厚肉部材に要求される強度を満たすことができる。０．２％耐力の評価は、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４１（１９９８）による引張試験により行うことができる。

＜製造方法＞
当該舶用鍛鋼品は、例えば、以下の溶解工程、鋳造工程、加熱工程、鍛造工程及び熱処理工程により製造される。

（溶解工程）
溶解工程では、まず高周波溶解炉、電気炉、転炉などを用いて、上述した所定の組成に調整した鋼を溶解する。その後、成分調整後の溶解した鋼に真空処理を施し、Ｏ（酸素）、Ｈ（水素）等のガス成分や不純元素を除去する。

（鋳造工程）
鋳造工程では、大型鍛造用鋼の場合は主としてインゴット（鋼塊）鋳造が採用される。比較的小型の鍛鋼品の場合は連続鋳造法を採用することも可能である。

（加熱工程）
加熱工程では、所定の温度で所定時間、鋼塊を加熱する。低温になると材料の変形抵抗が増大するので、材料の変形能の良好な範囲で加工を行うために、加熱温度は１１５０℃以上とする。また、鋼塊の表面と内部との温度を均一にするために所定の加熱時間が必要であり、加熱時間を３時間以上とする。加熱時間は、一般的に被加工物の直径の２乗に比例すると考えられており、大型材ほど加熱保持時間は長くなる。

（鍛造工程）
鍛造工程では、加熱工程で１１５０℃以上の温度に加熱された鋼塊を鍛造する。ザク巣やミクロポロシティなどの鋳造欠陥を圧着させるために、鍛錬成形比としては３Ｓ以上が好ましい。

（熱処理工程）
当該舶用鍛鋼品の構成は、化学組成だけでなくミクロ組織を適切に制御することによって達成されるものであるため、所定のミクロ組織を得るために熱処理を実施する。熱処理工程は、焼ならし処理を行った後、焼戻し処理を行う。焼ならし処理は、まずオーステナイト化処理を行い、オーステナイト化後に冷却処理を行う。

焼ならし処理において、まず鋼材のオーステナイト化を行う。オーステナイト化は、Ａｃ３変態点（８３０℃）以上に昇温速度３０〜７０℃／ｈｒで徐加熱して、一定時間（例えば１時間以上）保持する。旧オーステナイト結晶粒粗大化抑制の観点から、オーステナイト化は９４０℃以下で処理することが好ましい。なお、大型品の場合、加熱時に材料の内外で温度差が生じるため、オーステナイト化温度まで徐加熱し、鋼材の表面と内部との温度を均一にするために一定時間保持する必要がある。この保持時間は、鋼材直径に依存し、大型材ほど長くする必要がある。

次に、焼ならし処理において、オーステナイト化により鋼材の温度が均質になった後、鋼材を冷却する。重量が数トンから数十トンの大型厚肉部材の場合、水冷すると冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生してしまうため、オーステナイト化後の冷却は、水冷よりも遅い空冷などの方法で冷却するのが好ましい。空冷での冷却速度は直径Ｄ（ｍｍ）により異なるが、例えばＤ／４位置における空冷の冷却速度はφ２００ｍｍで約３００℃／ｈｒ、φ５００ｍｍで約１５０℃／ｈｒ、φ１０００ｍｍで約７０℃／ｈｒとなる。また、完全に変態を完了させるために２００℃以下まで鋼材を冷却する。冷却が不十分である場合、未変態の残留オーステナイトが残存し、特性ばらつきの原因となる。

上記冷却後、焼戻し処理を行うことにより当該舶用鍛鋼品が得られる。鋼材の焼戻しは、所定の温度まで昇温速度３０〜７０℃／ｈｒで徐加熱し、一定時間（例えば５〜２０時間）保持する。焼戻しは、強度、延性及び靭性のバランスを調整するとともに、相変態で生じた内部応力（残留応力）を除去するために５５０℃以上で行う。ただし、高温になると炭化物の粗大化、転位組織の回復などにより鋼材が軟化し、十分な強度が確保できないため６５０℃以下とする。

＜機械加工＞
必要に応じて、熱処理後に当該舶用鍛鋼品の表層の少なくとも一部の研削を含む仕上げ機械加工を施すことで、船舶用の鋼材とすることができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［試験試料の作成］
表１に示す組成を有する鋼Ａ〜Ｐを溶解した。鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｍは高周波溶解炉によって溶解し、鋼Ｄ、Ｌ、Ｎ、Ｏ、Ｐは真空溶解炉によって溶解し、それぞれ２０〜１５０ｋｇのインゴット（鋼塊）を鋳造した。得られた鋼塊を１２３０℃で３時間加熱した後、鍛錬成形比を３Ｓ〜６Ｓとして熱間で鍛伸し、大気中で室温まで放冷した。その後、各鍛伸材から２０ｍｍ×２０ｍｍ×１５０ｍｍの試験片を切り出した。この切り出した試験片に対し、機械的特性を確保するための熱処理（焼ならし処理及び焼戻し処理）を行った。焼ならし条件については、ラダーストックや中間軸のような大型鍛鋼品の加熱速度及び冷却速度を模擬した熱処理を施した。具体的には、小型熱処理炉を用いてオーステナイト化温度（８５０〜９２０℃）まで４０℃／ｈｒで昇温し、その温度で１時間以上保持した。その後、８００〜５００℃の温度範囲における平均冷却速度が３０〜３００℃／ｈｒとなるよう冷却を行った。焼戻し処理は、５８０〜６４０℃で１０時間以上保持してから炉冷した。このようにして表２に示す実施例１〜１９及び比較例１〜８の鍛鋼品の試験試料を作成した。

なお、表１中「−」は測定限界以下を示す。鋼Ａ〜Ｐは、いずれも溶接性を考慮して、上記式（２）の左辺に示される炭素当量Ｃｅｑが０．８以下となるよう成分設計した。また、表２中の「Ｎ−１４×（Ｔｉ／４８＋Ａｌ／２７）」は、Ｎ含有量から上記式（１）の左辺を減じたものであり、Ｔｉ又はＡｌによって消費されずに残留するＮの量を示しており、この値が０以下であると、ＮがＴｉＮやＡｌＮとして全量消費されるといえる。

（実施例１〜１９）
実施例１〜１９の試験試料は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、Ａｌの含有率が本発明の範囲内で、かつ上記式（１）を満たす鋼Ａ〜Ｊを用いて、上述した作成方法により作成したものである。実施例６〜８の試験試料は、同一組成の鋼Ｆを用いて、表２に示すように焼ならし処理における冷却速度を異ならせて作成したものである。同様に、実施例９〜１２、実施例１３〜１５、実施例１６〜１８の試験試料も、それぞれ同一組成の鋼Ｇ、Ｈ、Ｉを用いて、焼ならし処理における冷却速度を異ならせて作成したものである。

（比較例１、２）
比較例１及び２の試験試料は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、Ａｌの含有率が本発明の範囲内である鋼Ｅ、Ｆを用いて作成したものであるが、焼ならし処理における冷却速度を遅くして、フェライト組織又はパーライト組織を多く生成させたものである。

（比較例３〜５、７、８）
比較例３〜５、７、８の試験試料は、Ｃ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの少なくともいずれかの含有率が本発明の範囲外である鋼Ｋ〜Ｍ、Ｏ、Ｐを用いて作成したものである。

（比較例６）
鋼Ｎの組成は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、Ａｌの含有率が本発明の範囲内であるが、上記式（１）を満たさないものである。比較例６の試験試料は、この鋼Ｎを用いて作成したものである。

［ミクロ組織の観察］
熱処理後、試験試料からミクロ組織観察用の試験片を切出し、その試験片の平行面を鍛伸方向に鏡面研磨し、ナイタールで腐食して光学顕微鏡で観察した。観察は４００倍の倍率で行い、任意に４視観察してミクロ組織を判定し、４視野それぞれのフェライト組織及びパーライト組織の面積割合を求めて平均化した。各試験試料について求めた金属組織の面積率を表２に示す。表２では、フェライト組織を「Ｆ」、パーライト組織を「Ｐ」、ベイナイト組織を「Ｂ」と記載した。

［機械的性質の測定］
熱処理後、試験片の長手方向が鍛伸方向に平行になるよう試験試料を加工して引張試験を実施した。試験片形状は、ＪＩＳ−Ｚ２２０１（１９９８）の１４号試験片でφ６×Ｇ．Ｌ．３０ｍｍとした。引張試験は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（１９９８）に基づいて実施し、引張強度、０．２％耐力、伸び及び絞りを測定した。引張強度が６００ＭＰａ以上で、かつ０．２％耐力が４００ＭＰａ以上のものを舶用の大型厚肉部材に要求される強度を満たすものとして総合評価「Ａ」とし、これらの強度を満たさないものを総合評価「Ｂ」とした。これらの測定結果を表２に示す。

［測定結果］
実施例１〜１９は、いずれもフェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が７０％以下であった。また、いずれも引張強度が６００ＭＰａ以上であり、０．２％耐力が４００ＭＰａ以上であった。

これに対し、比較例１、２及び８は、フェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が７０％を超えていた。また、比較例１〜８は、いずれも引張強度が６００ＭＰａ未満であり、さらに比較例１、４、５、８は、０．２％耐力が４００ＭＰａ未満であった。

比較例３、４、５、７、８は、本発明の範囲外である組成を有する鋼Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｏ、Ｐを用いたため、大型厚肉部材として要求される強度が得られないといえる。また、比較例６は、本発明の上記式（１）を満たさない組成を有する鋼Ｎを用いたため、大型厚肉部材として要求される強度が得られないといえる。さらに、比較例１及び２は、同一の鋼Ｅ、Ｆを用いた実施例５〜８に比べてオーステナイト化後の冷却速度が遅いため、これらの実施例に比べてフェライト及びパーライトの面積率が大きくなって強度が低下し、大型厚肉部材として要求される強度が得られないといえる。また、比較例８は、用いた鋼Ｐの組成が本発明の範囲とは大きく異なっていることに起因してオーステナイト化後のフェライトの面積率が大きくなっており、そのために他の比較例と比べてさらに強度が低下したといえる。

（Ｖ含有量との関係）
基本組成（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ）が略同等で、Ｖ及び上記式（１）に含まれる元素（Ｔｉ、Ａｌ、Ｎ）が異なる鋼Ａ〜Ｄ、Ｋ〜Ｎを用いて作成した試験試料（実施例１〜４及び比較例３〜６）についてのＶ含有量と引張強度との関係を図１に示す。図１より、Ｖ含有量が同じ試験試料を見ると、上記式（１）を満たすものは高強度が得られており、Ｖ炭化物の析出強化が大きく発揮されていることがわかる。また、６００ＭＰａ以上の引張強度を確保するには、上記式（１）を満たし、かつＶを０．０５質量％以上含有させる必要があることがわかる。

（フェライト及びパーライト面積率との関係）
本発明で規定する組成を満たす鋼Ａ〜Ｊを用いた実施例及び比較例の表面におけるフェライト及びパーライト面積率と引張強度との関係を図２に示す。図２より、フェライト及びパーライトが多くなるほど強度は低下するが、フェライト及びパーライトの合計面積を７０％以下にすることで、６００ＭＰａ以上の引張強度を確保できることがわかる。

以上説明したように、当該舶用鍛鋼品は高強度を有するので、ラダーストック、舵板フランジ、舵用ボルト、軸用ボルト、ピントル、推進軸、中間軸等の舶用大型厚肉部材として有用である。

Claims (1)

1. Ｃ：０．１３質量％以上０．２５質量％以下、
   Ｓｉ：０．１５質量％以上０．４５質量％以下、
   Ｍｎ：０．３質量％以上１．０質量％以下、
   Ｎｉ：１．２質量％以上２．６質量％以下、
   Ｃｒ：０．４質量％以上０．９質量％以下、
   Ｍｏ：０．１５質量％以上０．８質量％以下、
   Ｖ：０．０５質量％以上０．１５質量％以下、
   Ｎ：０質量％超０．０２質量％以下、
   Ｓ：０．００２質量％以上０．０１５質量％以下、
   Ｔｉ及びＡｌのうち１種以上の元素：合計０．００３質量％以上０．０５質量％以下
   の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、
   下記式（１）を満たし、
   金属組織がフェライト−ベイナイト又はフェライト−パーライト−ベイナイトの複合組織であり、表面におけるフェライト組織及びパーライト組織の合計面積率が７０％以下である舶用鍛鋼品。
   １４×（Ｔｉ／４８＋Ａｌ／２７）≧Ｎ ・・・（１）

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