JP4606321B2 - High cleanliness steel with excellent fatigue strength - Google Patents

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本発明は疲労特性に優れた高清浄度鋼、特に鍛造用鋼、より詳しくは鋼材に存在する介在物を微細化させた鍛造用鋼に関するものである。本発明の鋼から製造される鍛造品は、機械、船舶、電機、自動車等の広い分野で有用であるが、以下では代表的な用途例として、船舶用駆動源の伝達部材として用いられるクランク軸に適用する場合を中心に説明する。   The present invention relates to a high cleanliness steel excellent in fatigue characteristics, particularly a forging steel, and more particularly to a forging steel in which inclusions present in a steel material are refined. The forged product manufactured from the steel of the present invention is useful in a wide range of machines, ships, electric machines, automobiles, etc., but in the following, as a typical application example, a crankshaft used as a transmission member for a ship drive source The explanation will be focused on the case of applying to the above.

鍛造用鋼を用いて製造されるもの、例えば船舶用駆動源の伝達部材である大型クランク軸には、過酷な使用環境下でも疲労破壊が発生しない優れた疲労特性が要求される。さらに近年、発電機や船舶のディーゼルエンジンにおいては、高出力化や軽量化が志向されており、それに用いられる一体型クランク軸においては、素材の高疲労強度化がますます求められている。より高い疲労強度の要求が強まるにつれて、非金属介在物に起因する疲労折損が問題になり、非金属介在物の低減および小型化の要求が一段と厳しくなっている。   What is manufactured using forging steel, for example, a large crankshaft which is a transmission member of a marine drive source, is required to have excellent fatigue characteristics that do not cause fatigue failure even under severe use environments. Furthermore, in recent years, generators and marine diesel engines have been aimed at higher output and lighter weight, and the integral crankshaft used therefor is increasingly required to have high fatigue strength. As the demand for higher fatigue strength increases, fatigue breakage due to non-metallic inclusions becomes a problem, and the demand for reduction and miniaturization of non-metallic inclusions becomes more severe.

硬質の非金属介在物の低減及び小型化については、これまでに多くの技術が提案されており、例えば非特許文献1には、ばね鋼では介在物を融点が1400〜1500℃以下のCaO−Al23−SiO2系に制御すると疲労破壊の起点とならないこと、またタイヤコードではAl23等の非延性介在物を低減すればよいことなどが開示されている。また特許文献1〜2には、介在物の平均組成をSiO2:20〜60%、MnO:10〜80%、CaO:50%以下、MgO:15%以下とすれば(特許文献1の場合)、又は介在物の平均組成をSiO2:35〜75%、Al23:30%以下、CaO:50%以下、MgO:25%以下とすれば、冷間加工時又は伸線時に介在物が砕かれ分散するため、無害化できることが記載されている。 For reducing and reducing the size of hard non-metallic inclusions, many techniques have been proposed so far. For example, in Non-Patent Document 1, inclusions in spring steel have a melting point of 1400-1500 ° C. It has been disclosed that if controlled to Al 2 O 3 —SiO 2 system, it does not become a starting point of fatigue failure, and that non-ductile inclusions such as Al 2 O 3 may be reduced in the tire cord. In Patent Documents 1 and 2, if the average composition of inclusions is SiO 2 : 20 to 60%, MnO: 10 to 80%, CaO: 50% or less, MgO: 15% or less (in the case of Patent Document 1) ), Or if the average composition of inclusions is SiO 2 : 35 to 75%, Al 2 O 3 : 30% or less, CaO: 50% or less, MgO: 25% or less, intervening during cold working or wire drawing It describes that it can be rendered harmless because it breaks up and disperses.

特許文献3では、Si系脱酸剤とアルカリ金属化合物の混合物を溶鋼中に加えて、脱酸生成物をアルカリ金属を含む組成にコントロールしながら清浄鋼を製造している。これらアルカリ金属はアルミナ系やSiO2系の硬質の非金属介在物の融点を下げるために使用されており、その結果、該非金属介在物を熱間圧延中に糸のように細長く引き延ばすことができ、伸線性や耐疲労特性に無害な形態にしている。なお前記アルカリ金属としては、例えばNaやLiなどが使用されているが、NaとLiは同効元素であるとされている。またアルカリ金属は溶鋼中にそのまま添加しても歩留まりが悪いため、脱酸剤と共に添加することを推奨しており、例えば転炉から取鍋へ出鋼した後の溶鋼処理(LF)工程初期にLiをLiFの形態で珪酸ナトリウムと共に攪拌用Ar気泡が上昇してくる位置に添加している。 In Patent Document 3, a clean steel is manufactured while adding a mixture of a Si-based deoxidizer and an alkali metal compound to molten steel and controlling the deoxidation product to a composition containing an alkali metal. These alkali metals are used to lower the melting point of hard non-metallic inclusions such as alumina and SiO 2. As a result, the non-metallic inclusions can be elongated like a thread during hot rolling. The form is harmless to the drawability and fatigue resistance. For example, Na or Li is used as the alkali metal, and Na and Li are considered to be synergistic elements. Alkaline metals are recommended to be added together with a deoxidizer because the yield is poor even if it is added to molten steel as it is. For example, at the beginning of the molten steel treatment (LF) process after steel is removed from the converter to the ladle. Li is added in the form of LiF together with sodium silicate at the position where the stirring Ar bubbles rise.

また特許文献4でも、介在物の融点を低下して熱間圧延時に介在物を変形させることを目的に、アルカリ金属を溶鋼中に添加している。該アルカリ金属としては、Li、Na、Kなどが使用されているが、これらは同効元素であるとされている。またアルカリ金属は溶鋼中に溶解しないため、Siで希釈して使用することを推奨しており、具体的にはLiを12%以下の範囲で含むSi合金を脱酸剤として添加している。   Also in Patent Document 4, an alkali metal is added to molten steel for the purpose of lowering the melting point of inclusions and deforming the inclusions during hot rolling. As the alkali metal, Li, Na, K and the like are used, and these are considered to be synergistic elements. Further, since alkali metals do not dissolve in molten steel, it is recommended to dilute them with Si. Specifically, a Si alloy containing Li in a range of 12% or less is added as a deoxidizer.

特許文献5にも延性のある介在物とするために、SiO2が主体の介在物においてアルカリ金属の酸化物を含有させている。なおこの文献において介在物の延性向上は、上記文献3〜4に記載されているような融点低下ではなく、アルカリ金属による介在物と溶鉄との界面エネルギーの低下によるものであると説明されているが、いずれにせよアルカリ金属であるNa、K、Liは等価であると説明されている。しかもアルカリ金属は、スラグ添加で最大で10%(スラグ中濃度)程度も添加されている。なお実際にはNaだけが使用されている。 In order to make ductile inclusions in Patent Document 5, alkali metal oxides are included in inclusions mainly composed of SiO 2 . In this document, it is explained that the improvement in ductility of inclusions is not due to the melting point decrease as described in the above documents 3 to 4, but due to the decrease in interfacial energy between inclusions and molten iron due to alkali metal. However, in any case, the alkali metals Na, K, and Li are described as being equivalent. Moreover, the alkali metal is added as much as about 10% (concentration in slag) by adding slag. Actually, only Na is used.

特許文献6はSi脱酸する際に、アルカリ金属酸化物を利用することを提案している。この文献においてアルカリ金属酸化物を利用するのは、取鍋スラグ中のSiO2活量を充分に低い状態にすることができ、その結果、溶鋼中の全酸素濃度を低下させることができるためであるとしている。なおこの文献においても、アルカリ金属酸化物としては、Na2O、K2O、Li2Oなどが挙げられているがこれらは同効元素として記載されている。この文献は前記特許文献5とは異なって実際にLiを添加しているが、具体的にはLi2Oを炭酸塩の状態でスラグに配合しており、Liの場合の濃度(スラグ中)は最大で8%程度まで達している。 Patent Document 6 proposes to use an alkali metal oxide when deoxidizing Si. The reason for using alkali metal oxide in this document is that the SiO 2 activity in the ladle slag can be made sufficiently low, and as a result, the total oxygen concentration in the molten steel can be reduced. There is. In this document, Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, and the like are listed as alkali metal oxides, but these are described as effective elements. This document is different from the above-mentioned patent document 5 in that Li is actually added. Specifically, Li 2 O is blended in the slag in a carbonate state, and the concentration in the case of Li (in the slag) Has reached up to 8%.

しかしながら、これら介在物制御技術は、船舶用駆動源の伝達部材等のごとく、大型の部品が過酷な環境下で使用される鍛造品を対象とするものではない。従って大型鍛造品の疲労特性を高めるべく、鍛造用鋼を対象に、独自の介在物制御方法を検討して確立することが求められている。
社団法人日本鉄鋼協会編集「第126・127回西山記念技術講座」、社団法人日本鉄鋼協会出版、昭和63年11月14日、第145〜165頁 特開昭62−99436号公報 特開昭62−99437号公報 特開平1−319623号公報 特開平2−15111号公報 特開2002−167647号公報 特開2002−194497号公報
However, these inclusion control techniques are not intended for forgings in which large components are used in harsh environments, such as a transmission member of a ship drive source. Therefore, in order to enhance the fatigue characteristics of large forgings, it is required to study and establish a unique inclusion control method for forging steel.
Edited by the Japan Iron and Steel Institute “126th and 127th Nishiyama Memorial Technology Course”, published by the Japan Iron and Steel Institute, November 14, 1988, pages 145 to 165 JP-A-62-99436 JP-A-62-99437 JP-A-1-319623 Japanese Patent Laid-Open No. 2-15111 JP 2002-167647 A JP 2002-194497 A

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、疲労特性がさらに改善された高清浄度鋼を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and an object thereof is to provide a high cleanliness steel having further improved fatigue characteristics.

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、Liには、他のアルカリ金属(Na、Kなど)にはない特異な作用効果があることを発見した。すなわちLiは介在物の融点を低下させる点ではNaやKと同様であるが、Liだけが複合酸化物系介在物(例えば、CaO−Al23−SiO2−MnO−MgO系複合酸化物など)を著しく変質させることができること、そして前記Liに特有の効果は鋼中のLiを所定量以上としたときに顕著となって疲労強度が著しく改善されることを見出した。より具体的には、total−Li(溶存Li及び介在物中のLiの意。以下、同じ)を所定濃度以上にすると、前記複合酸化物は、溶鋼中ではLiを含む単相の液体複合酸化物(例えば、CaO−Al23−SiO2−MnO−MgO−Li2O系複合酸化物など)となり、鋳造後の鋳片中にも単相の複合酸化物として存在しているものの、該複合酸化物を有する鋼を圧延のために加熱すると、該介在物は圧延温度あるいは鍛造温度での平衡状態へと移行する。その結果、単相の複合酸化物は、ガラス質相と結晶質相とに相分離が進行し、ガラス質状の単相の介在物中に平衡相である結晶相が微細に析出した状態となり、この状態で分塊圧延や熱間圧延、熱間鍛造を行うと、ガラス質の部分は低融点・低粘性のために延伸性に富み、よく伸びる一方、結晶相とガラス相の界面には圧延時あるいは鍛造時の応力が集中し、画期的に分断されやすくなる。すなわち細径化のみならず、分断効果も働く結果、介在物は著しく微細となるのである。このような現象が生じるのは、Li2Oに微細な結晶化を促進する効果がある為であり、同じアルカリ金属であってもNa2OやK2Oなどは融点や粘性を低下させる作用はあるものの、結晶化促進作用は弱く、従ってこれらNa2OやK2Oを用いたとしても介在物の微細化効果は不十分であった。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that Li has a unique action and effect not found in other alkali metals (Na, K, etc.). That is, Li is the same as Na and K in that the melting point of inclusions is lowered, but only Li is a complex oxide-based inclusion (for example, CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 —MnO—MgO-based complex oxide). And the like, and the effect peculiar to the above-mentioned Li becomes remarkable when the Li in the steel is set to a predetermined amount or more, and it has been found that the fatigue strength is remarkably improved. More specifically, when total-Li (meaning dissolved Li and Li in inclusions, hereinafter the same) is set to a predetermined concentration or more, the composite oxide is a single-phase liquid composite oxidation containing Li in the molten steel. objects (e.g., such as CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 -MnO-MgO-Li 2 O -based composite oxide), and although even during slab after casting is present as a complex oxide of a single phase, When the steel having the composite oxide is heated for rolling, the inclusions shift to an equilibrium state at a rolling temperature or a forging temperature. As a result, in the single-phase composite oxide, phase separation proceeds into a glassy phase and a crystalline phase, and the crystalline phase as an equilibrium phase is finely precipitated in the glassy single-phase inclusions. In this state, when rolling, hot rolling, or hot forging is performed, the vitreous part is highly stretchable due to its low melting point and low viscosity, while it stretches well, while at the interface between the crystal phase and the glass phase Stress at the time of rolling or forging concentrates, and breaks down easily. In other words, not only the diameter is reduced, but also the dividing effect works, so that the inclusions become extremely fine. Such a phenomenon occurs because Li 2 O has an effect of promoting fine crystallization. Na 2 O, K 2 O, and the like have the effect of lowering the melting point and viscosity even with the same alkali metal. However, the effect of promoting crystallization is weak, so even if these Na 2 O and K 2 O are used, the effect of refining inclusions is insufficient.

そこで本発明では、上述したような結晶化促進を利用した微細化効果を発揮させるために、鋼中のtotal−Li濃度を所定量以上とすることとした。しかも該Liによる疲労特性の向上効果を十分に発揮させるために、耐火物などに由来する酸化物系介在物を抑制することとした。   Therefore, in the present invention, the total-Li concentration in the steel is set to a predetermined amount or more in order to exert the refinement effect using the crystallization promotion as described above. And in order to fully exhibit the improvement effect of the fatigue characteristic by this Li, it was decided to suppress the oxide type inclusion derived from a refractory etc.

このような本発明に対して、非特許文献1や特許文献1〜2に開示されているような発明(CaO−Al23−SiO2系介在物の融点が1400〜1500℃以下となる領域に介在物組成を制御する発明など)では介在物はある程度小型化されるものの、Liによる結晶化促進効果を利用していないために、小型化は不十分となっている。しかも、これらの文献では介在物組成を直接制御することを目的としている。介在物組成を直接制御するためには、スラグ精錬中に、無害なトップスラグを巻き込ませ、巻き込まれたスラグと溶鋼中の有害な脱酸生成物(特にSiO2やAl23)を合体、反応させ、無害化することが重要となる。この操作によってtotal−Oはさほど低下しないが、熱力学的に溶存酸素は下がり、その結果、凝固時に生成するSiO2系の有害な脱酸生成物が生成しにくくなる。ところが、このようにして介在物組成を直接制御(すなわちスラグ反応を利用)する場合には、溶鋼やスラグを強攪拌する必要があるため、耐火物由来の介在物が混入しやすくなっている。 In contrast to the present invention, the invention disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2 (CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 inclusions have a melting point of 1400 to 1500 ° C. or lower. In the invention that controls the composition of inclusions in the region, etc., the inclusions are reduced in size to some extent, but since the effect of promoting crystallization by Li is not used, the reduction in size is insufficient. Moreover, these documents aim to directly control the inclusion composition. In order to directly control the composition of inclusions, harmless top slag is involved during slag refining, and harmful oxidization products (especially SiO 2 and Al 2 O 3 ) in the molten steel are combined. It is important to react and detoxify. By this operation, total-O does not decrease so much, but dissolved oxygen decreases thermodynamically, and as a result, it becomes difficult to generate a harmful deoxidation product of SiO 2 system generated during solidification. However, when the inclusion composition is directly controlled (that is, using the slag reaction) in this way, it is necessary to vigorously stir the molten steel or slag, so that inclusions derived from refractories are easily mixed.

また特許文献3〜6ではLiについて言及しているものの、これら特許文献3〜6でも不十分である。例えば特許文献3では、LiをLiFの形態で珪酸ナトリウムと共に添加しているが、LiFは融点が842℃、沸点が1676℃と製鋼温度に近く、歩留が不十分である。そのためこの特許文献3のように、転炉から取鍋に出鋼した後の溶鋼処理(LF)工程初期に、LiFを攪拌用Ar気泡が上昇してくる位置に添加する必要が生じる。   Although Patent Documents 3 to 6 refer to Li, these Patent Documents 3 to 6 are insufficient. For example, in Patent Document 3, Li is added together with sodium silicate in the form of LiF, but LiF has a melting point of 842 ° C. and a boiling point of 1676 ° C., which are close to the steelmaking temperature, and the yield is insufficient. Therefore, like this patent document 3, it is necessary to add LiF to the position where Ar bubbles for stirring rise in the early stage of the molten steel processing (LF) process after steel is discharged from the converter to the ladle.

しかしこのようにしても未だ鋼中Li量を十分に確保することが難しく、しかもスラグ中のLi濃度が高くなり過ぎてしまう。実際に本件発明者らが確認したところ、スラグ中のLiF濃度は4%もの高濃度になっている。溶鋼処理(LF)初期から高Li濃度のスラグを用いて強攪拌を行うと、耐火物の溶損が激しくなり、耐火物を起源とする外来系介在物が増加しはじめる。さらにはLiが不足して介在物の微細化効果が不十分となる。これらの結果、疲労特性の向上が不十分となってしまう。   However, even in this case, it is still difficult to secure a sufficient amount of Li in the steel, and the Li concentration in the slag becomes too high. As a result of confirmation by the present inventors, the LiF concentration in the slag is as high as 4%. When strong stirring is performed using slag having a high Li concentration from the beginning of the molten steel treatment (LF), the refractory melts violently, and foreign inclusions originating from the refractory begin to increase. Furthermore, Li is insufficient and the inclusion refinement effect becomes insufficient. As a result, the fatigue characteristics are not improved sufficiently.

また特許文献4でもスラグ中のLi濃度が高くなっている。すなわち特許文献4で使用されているSi−Li合金はLi濃度が12%以下であるためLiの歩留まりが低く、このようなSi−Li合金で介在物制御を行うためには、スラグ中のLi濃度を高くする必要がある。   Also in Patent Document 4, the Li concentration in the slag is high. That is, since the Si-Li alloy used in Patent Document 4 has a Li concentration of 12% or less, the yield of Li is low, and in order to perform inclusion control with such a Si-Li alloy, Li in the slag It is necessary to increase the concentration.

特許文献5〜6では、スラグ中のLi濃度が最大で8〜10%と極めて高くなっている。スラグ中のLi濃度をこれほどまで高くすると、鋼中のLi量はようやく確保できるようになるものの、逆にスラグの融点や粘性が著しく低下し、耐火物の溶損性が著しく高くなる。このようなスラグを溶鋼処理初期から作り、強攪拌すると、耐火物の損傷が激しくなり、Li量を確保したところで、疲労特性が却って著しく低下する。   In Patent Documents 5 to 6, the Li concentration in the slag is as extremely high as 8 to 10% at the maximum. When the Li concentration in the slag is so high, the amount of Li in the steel can finally be ensured, but conversely, the melting point and viscosity of the slag are remarkably lowered, and the refractory melt resistance is remarkably increased. If such a slag is made from the initial stage of the molten steel treatment and is vigorously stirred, the refractory is severely damaged, and when the amount of Li is secured, the fatigue characteristics are significantly lowered.

上述のような文献とは異なり、本発明の鋼では、耐火物などに由来する酸化物系介在物を抑制しながら、鋼中のLi濃度を所定量以上に高めることに成功した。そして鋼中のtotal−Li濃度を所定量以上とすると、上述したようにLiの結晶化促進効果が発揮されるようになり、介在物を極めて微細化できることを見出し、本発明を完成した。なお、かかる鋼は、例えば、Liの添加形態を工夫して歩留まりを高め、溶鋼処理(LF)工程が終了した段階でLiを添加することによって製造できる。   Unlike the above-mentioned documents, the steel of the present invention succeeded in increasing the Li concentration in the steel to a predetermined amount or more while suppressing oxide inclusions derived from refractories and the like. And when total-Li density | concentration in steel was made into predetermined amount or more, it discovered that the crystallization promotion effect of Li was exhibited as mentioned above, and the inclusion could be refined | miniaturized very much, and completed this invention. Such steel can be produced, for example, by devising the form of addition of Li to increase the yield and adding Li when the molten steel treatment (LF) process is completed.

すなわち、本発明に係る疲労強度に優れた高清浄度鋼は、(1)total−Liを0.020ppm〜20ppm(質量基準)の範囲で含有する点、及び/又は(2)total−LiとSiを、total−Li/Si(質量比)=5×10-6〜9000×10-6となる範囲で含有しており、断面介在物サイズ(√介在物断面積)が160μm以下になっている点に特徴がある。断面介在物サイズ(√介在物断面積)は、より好ましくは100μm以下、さらに好ましくは60μm以下である。 That is, the high cleanliness steel excellent in fatigue strength according to the present invention includes (1) total-Li in the range of 0.020 ppm to 20 ppm (mass basis) and / or (2) total-Li. Si is contained in a range of total-Li / Si (mass ratio) = 5 × 10 −6 to 9000 × 10 −6 , and the cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area) becomes 160 μm or less. There is a feature in that. The cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area) is more preferably 100 μm or less, and still more preferably 60 μm or less.

本発明の高清浄度鋼では、化学成分は、通常、C:1.0%(質量%の意。以下、同じ)以下(0%は含まない)、Si:0.6%以下(0%は含まない)、Mn:1.5%以下(0%は含まない)、Ni:4%以下(0%は含まない)、Cr:12%以下(0%は含まない)、Mo:1.0%以下(0%は含まない)、total−Al:0.01%以下(0%は含まない)、O:0.005%以下(0%は含まない)、total−Mg:0.1〜15ppm(質量基準)、及びtotal−Ca:0.1〜40ppm(質量基準)となっており、さらにV、Nb、W、Cu、及びTiなどが適宜添加されていてもよく、残部はFe及び不可避不純物であってもよい。   In the high cleanliness steel of the present invention, the chemical components are usually C: 1.0% (meaning mass%, hereinafter the same) or less (not including 0%), Si: 0.6% or less (0%) Mn: 1.5% or less (not including 0%), Ni: 4% or less (not including 0%), Cr: 12% or less (not including 0%), Mo: 1. 0% or less (not including 0%), total-Al: 0.01% or less (not including 0%), O: 0.005% or less (not including 0%), total-Mg: 0.1 -15 ppm (mass basis) and total-Ca: 0.1-40 ppm (mass basis), and V, Nb, W, Cu, Ti, etc. may be added as appropriate, and the balance is Fe And unavoidable impurities.

本発明によれば耐火物由来などの酸化物系介在物の増大を抑制しながらも、鋼中のtotal−Li量が適切に制御されているため、高清浄度鋼の疲労特性をさらに改善できる。   According to the present invention, while suppressing the increase of oxide inclusions such as those derived from refractories, the amount of total-Li in the steel is appropriately controlled, so that the fatigue properties of high cleanliness steel can be further improved. .

本発明の高清浄度鋼は、Liが有効利用されている。Liは、他のアルカリ金属(Na、Kなど)とは異なり、複合酸化物系介在物(例えば、CaO−Al23−SiO2−MnO−MgO系複合酸化物など)を著しく変質させることが可能である。すなわち製鋼時にLiは複合酸化物に取り込まれて単相の複合酸化物(例えば、CaO−Al23−SiO2−MnO−MgO−Li2O系複合酸化物など)を形成する。この鋼材を熱間温度に加熱すると、該Li含有複合酸化物系介在物は、ガラス質相と結晶質相とに相分離が進行し、ガラス質状の単相の介在物中に平衡相である結晶相が微細に析出した状態となり、この状態で分塊圧延や熱間圧延あるいは熱間鍛造を行うと、ガラス質の部分は低融点・低粘性のために延伸性に富み、よく伸びる一方、結晶相とガラス相の界面には圧延時あるいは鍛造時の応力が集中し、画期的に分断されやすくなる為、介在物は著しく微細となる。 In the high cleanliness steel of the present invention, Li is effectively used. Unlike other alkali metals (Na, K, etc.), Li significantly alters complex oxide inclusions (for example, CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 —MnO—MgO based oxide). Is possible. That is, during steelmaking, Li is taken into the complex oxide to form a single-phase complex oxide (for example, a CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 —MnO—MgO—Li 2 O-based complex oxide). When this steel is heated to a hot temperature, the Li-containing composite oxide inclusions undergo phase separation into a vitreous phase and a crystalline phase, and in an equilibrium phase in a vitreous single-phase inclusion. When a certain crystal phase is finely precipitated, and when rolling, hot rolling or hot forging is performed in this state, the vitreous part is highly extensible due to its low melting point and low viscosity. The stress at the time of rolling or forging is concentrated at the interface between the crystal phase and the glass phase, and the breakage is easily broken, so that the inclusions become extremely fine.

加えてLiは強脱酸元素であるため、鋼中の溶存酸素を低減する効果をも併せ持ち、酸化物の量自体を低減できる。しかも溶鋼中にLiが存在していると、凝固時に生成する高SiO2系の有害酸化物の生成を抑制できる作用をも併せ持つ。 In addition, since Li is a strong deoxidizing element, it also has the effect of reducing dissolved oxygen in the steel, and the amount of oxide itself can be reduced. In addition, when Li is present in the molten steel, it also has an effect of suppressing the generation of high SiO 2 -based harmful oxides generated during solidification.

Liを適切に制御するためには、介在物の微細度に対して相関性の優れた指標によってLiをコントロールすることが必要である。このような指標として、(1)鋼中のtotal−Li量、や(2)鋼中のtotal−Li量とSi量の比[Li/Si比(質量比)]が使用でき、これらは単独で指標としてもよく、両方を組み合わせて指標としてもよい。後者(total−Li/Si比)は、Liによって変質される酸化物の形成元素として特にSiを対象として挙げ、該Siに対するtotal−Li量を規定したものであり、特にSi脱酸鋼に有効である。前者(鋼中total−Li量)は、Si脱酸鋼以外にも幅広く適用できる。   In order to appropriately control Li, it is necessary to control Li by an index having excellent correlation with the fineness of inclusions. As such an index, (1) the total-Li amount in the steel, and (2) the ratio between the total-Li amount and the Si amount in the steel [Li / Si ratio (mass ratio)] can be used. May be used as an index, or a combination of both. The latter (total-Li / Si ratio) refers to Si as an oxide-forming element modified by Li, and defines the total-Li amount relative to Si, and is particularly effective for Si-deoxidized steel. It is. The former (total-Li amount in steel) can be widely applied besides Si deoxidized steel.

前記Liの機能を有効に発揮するためには、鋼中のtotal−Li量は、0.020ppm(質量基準)以上、好ましくは0.03ppm(質量基準)以上、さらに好ましくは0.1ppm(質量基準)以上とすることが推奨され、例えば0.5ppm(質量基準)以上[例えば1ppm(質量基準)以上]程度であってもよい。   In order to effectively exhibit the function of Li, the total-Li amount in the steel is 0.020 ppm (mass basis) or more, preferably 0.03 ppm (mass basis) or more, more preferably 0.1 ppm (mass). (Standard) or more, for example, 0.5 ppm (mass standard) or more [for example, 1 ppm (mass standard) or more] may be used.

また鋼中のtotal−LiとSiの質量比(total−Li/Si)は、5×10-6以上、好ましくは10×10-6以上、さらに好ましくは50×10-6以上とすることが推奨され、例えば100×10-6以上(例えば200×10-6以上)程度であってもよい。 The mass ratio between total-Li and Si in steel (total-Li / Si) is 5 × 10 −6 or more, preferably 10 × 10 −6 or more, more preferably 50 × 10 −6 or more. For example, it may be about 100 × 10 −6 or more (for example, 200 × 10 −6 or more).

なおtotal−Liが過剰になった場合にも、酸化物系介在物(硬質介在物)の数が増加し、かつ粗大介在物も増え、疲労強度が低下する。またtotal−Liを20ppm(質量基準)を超えるほど過剰にしようとすると、例えば溶鋼処理終了後にLi−Si合金を溶鋼に添加するなどのようにLiの添加手段を工夫しても、スラグにもLiが移行して、スラグがLi2Oを多く含有してしまい、その融点や粘性が著しく低下する。その結果、耐火物の溶損が激しくなり、耐火物由来の硬質粗大酸化物が増大する。従って鋼中のtotal−Li量については、20ppm(質量基準)以下、好ましくは9ppm(質量基準)以下、さらに好ましくは6ppm(質量基準)以下とする。鋼中のtotal−LiとSiの質量比(total−Li/Si)は、9000×10-6以下、好ましくは8000×10-6以下、さらに好ましくは6000×10-6以下とする。 Even when total-Li becomes excessive, the number of oxide inclusions (hard inclusions) increases, coarse inclusions also increase, and fatigue strength decreases. Also, if the total-Li exceeds 20 ppm (mass basis), the Li addition means such as adding a Li-Si alloy to the molten steel after the molten steel treatment is completed, for example, the slag Li moves and slag contains a lot of Li 2 O, and its melting point and viscosity are remarkably lowered. As a result, the refractory melts severely, and the hard coarse oxide derived from the refractory increases. Accordingly, the total-Li amount in the steel is 20 ppm (mass basis) or less, preferably 9 ppm (mass basis) or less, and more preferably 6 ppm (mass basis) or less. The mass ratio (total-Li / Si) between total-Li and Si in the steel is 9000 × 10 −6 or less, preferably 8000 × 10 −6 or less, and more preferably 6000 × 10 −6 or less.

さらに本発明の高清浄度鋼は、耐火物由来の介在物の増大も抑制されている。すなわち断面介在物サイズ(√介在物断面積)は、例えば160μm以下、好ましくは100μm以下、さらに好ましくは60μm以下になっている。   Furthermore, in the high cleanliness steel of the present invention, an increase in inclusions derived from refractories is also suppressed. That is, the cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area) is, for example, 160 μm or less, preferably 100 μm or less, and more preferably 60 μm or less.

ここで本発明における「断面介在物サイズ(√介在物断面積)」の値は、以下に記載する疲労試験で、介在物が原因で破断した鋼の断面において、介在物が起点となって破断した箇所をSEM(観察倍率200〜2000倍程度)で観察し、観察視野中における最大介在物領域(破断の起点介在物領域)の長さおよび幅を測定し、その積(介在物断面積)を1/2乗して求められるものである。鋼の破断起点の箇所は、破断面のパターンから比較的容易に特定することができる。なおSEMの観察数は1で良い。なぜなら介在物が起点となって破断した箇所を観察しているので、疲労強度に影響を及ぼす断面介在物のサイズを、過小に評価することなく、より正確に測定することができるからである。   Here, the value of “cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area)” in the present invention is the fatigue test described below. The observed location is observed with an SEM (observation magnification of about 200 to 2000 times), the length and width of the maximum inclusion region (breaking origin inclusion region) in the observation field are measured, and the product (inclusion cross-sectional area) To the power of 1/2. The location of the fracture starting point of steel can be identified relatively easily from the pattern of the fracture surface. The number of observations by SEM may be one. This is because the fractured part is observed starting from the inclusion, so that the size of the cross-sectional inclusion that affects the fatigue strength can be measured more accurately without underestimating.

上記の断面介在物サイズ(√介在物断面積)の測定方法における疲労試験(階差法)は、鋼から平滑試験片(直径10mm×ゲージ長さ30mm)を切り出し、試験片を小野式回転曲げ試験機で回転数を3600rpmに維持しながら、かつ3×106サイクルごとに応力を20MPaずつ上げながら、試験片が破断するまで行う。 In the fatigue test (difference method) in the above method for measuring the inclusion size (√inclusion cross-sectional area), a smooth test piece (diameter 10 mm x gauge length 30 mm) is cut out from steel, and the test piece is turned ono-type by rotating bending. While maintaining the number of revolutions at 3600 rpm with a tester and increasing the stress by 20 MPa every 3 × 10 6 cycles, the test is performed until the specimen breaks.

上記のようにして耐火物由来の介在物を抑制しながら、total−Li量をコントロールして介在物を微細化すると、疲労特性を改善できる。   While suppressing inclusions derived from refractory as described above, fatigue characteristics can be improved by controlling the total-Li amount to refine the inclusions.

本発明の高清浄度鋼は、ステンレス鋼などSi脱酸を採用する鋼で、介在物を微細にする用途に広く使用できるほか、特に疲労特性に優れているため、一体型クランク軸(例えば、発電機や船舶のディーゼルエンジンに用いられる一体型クランク軸)などに有利に利用できる。これらの用途に本発明の高清浄度鋼を適用する場合、C:1.0%以下(0%は含まない)(好ましくは0.2〜0.6%)、Si:0.6%以下(0%は含まない)(好ましくは0.1〜0.4%)、Mn:1.5%以下(0%は含まない)(好ましくは0.5〜1.5%)、Ni:4%以下(0%は含まない)(好ましくは0.1〜2.5%)、Cr:12%以下(0%は含まない)(好ましくは1〜3.5%)、Mo:1.0%以下(0%は含まない)(好ましくは0.1〜0.7%)、total−Al(溶存Al及び介在物中のAlの合計の意。以下、同じ):0.01%以下(好ましくは0.008%以下、さらに好ましくは0.005%以下)、O:0.005%以下(好ましくは0.004%以下、さらに好ましくは0.003%以下)である鋼が使用できる。   The high cleanliness steel of the present invention is a steel that employs Si deoxidation, such as stainless steel, and can be widely used for applications to make inclusions finer, and has particularly excellent fatigue characteristics. It can be advantageously used for generators and integrated crankshafts used in marine diesel engines. When applying the high cleanliness steel of the present invention to these uses, C: 1.0% or less (0% not included) (preferably 0.2 to 0.6%), Si: 0.6% or less (0% not included) (preferably 0.1 to 0.4%), Mn: 1.5% or less (0% not included) (preferably 0.5 to 1.5%), Ni: 4 % Or less (not including 0%) (preferably 0.1 to 2.5%), Cr: 12% or less (not including 0%) (preferably 1 to 3.5%), Mo: 1.0 % Or less (excluding 0%) (preferably 0.1 to 0.7%), total-Al (the sum of dissolved Al and Al in inclusions, the same shall apply hereinafter): 0.01% or less ( Preferably 0.008% or less, more preferably 0.005% or less), O: 0.005% or less (preferably 0.004% or less, more preferably 0.003%) Steel is below) can be used.

なお本発明はLiによって複合酸化物系介在物(CaO−Al23−SiO2−MnO−MgO系複合酸化物など)を改質するものであり、該介在物を構成するCaやMgは、溶鋼処理の段階でトップスラグの巻き込みによって鋼中に取り込まれることが多い。また必要により、CaやMgを添加してもよい。凝固時に生成する2次脱酸生成物が硬質のSiO2−rich、Al23−richとなって問題となる場合があり、これらにはCa、Mg、Liなどの添加が有効になる場合がある。2次脱酸生成物は1次生成介在物を核として、あるいは単独で、生成するものであり、タンディッシュ(TD)など溶鋼中の介在物組成と比較してSiO2−richやAl23−richになり易い場合があるが、Ca、Mg、Liなどを添加しておくと、2次脱酸生成物もSiO2、Al23、CaO、MgO、Li2Oなどを含有する複合酸化物(介在物)となって、硬質の高SiO2系や高Al23系の介在物の生成を抑制できる。 The present invention modifies complex oxide inclusions (such as CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 —MnO—MgO complex oxide) with Li, and Ca and Mg constituting the inclusion are In many cases, it is taken into steel by the top slag entrainment at the stage of the molten steel treatment. If necessary, Ca or Mg may be added. When the secondary deoxidation product generated during solidification becomes hard SiO 2 -rich, Al 2 O 3 -rich, which may be a problem, and the addition of Ca, Mg, Li, etc. is effective for these. There is. The secondary deoxidation product is generated by using the primary product inclusions as a core or alone, and compared with the inclusion composition in molten steel such as tundish (TD), SiO 2 -rich or Al 2 O. There are cases where 3- rich is likely to occur, but if Ca, Mg, Li or the like is added, the secondary deoxidation product also contains SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO, MgO, Li 2 O or the like. It becomes a complex oxide (inclusion), and generation of hard, high SiO 2 or high Al 2 O 3 inclusions can be suppressed.

鋼中のtotal−Ca(溶存Ca及び介在物中のCaの合計の意。以下、同じ)は、0.1〜40ppm(質量基準)[好ましくは0.2〜25ppm(質量基準)]程度、total−Mg(溶存Mg及び介在物中のMgの合計の意。以下、同じ):0.1〜15ppm(質量基準)[好ましくは0.2〜10ppm(質量基準)]程度となっている。   The total-Ca in steel (meaning the total of dissolved Ca and Ca in inclusions, hereinafter the same) is about 0.1 to 40 ppm (mass basis) [preferably 0.2 to 25 ppm (mass basis)], total-Mg (meaning the total of dissolved Mg and Mg in inclusions, hereinafter the same): 0.1 to 15 ppm (mass basis) [preferably 0.2 to 10 ppm (mass basis)].

また必要により物性向上元素として、さらにV、Nb、W、Cu、Tiなどを含有していてもよく、これら元素は単独で又は2種以上を適宜組み合わせて含有していてもよい。これらの元素の好ましい含有率は、V:0.5%以下(好ましくは0.005〜0.35%)、Nb:0.1%以下(好ましくは0.005〜0.05%)、W:1%以下(好ましくは0.01〜0.5%)、Cu:2%以下(好ましくは0.005〜0.1%)、Ti:0.15%以下(好ましくは0.005〜0.08%)程度であってもよい。   If necessary, V, Nb, W, Cu, Ti and the like may be further contained as physical property improving elements, and these elements may be contained alone or in combination of two or more. Preferred contents of these elements are V: 0.5% or less (preferably 0.005 to 0.35%), Nb: 0.1% or less (preferably 0.005 to 0.05%), W : 1% or less (preferably 0.01 to 0.5%), Cu: 2% or less (preferably 0.005 to 0.1%), Ti: 0.15% or less (preferably 0.005 to 0) .08%).

残部はFe及び不可避不純物であってもよい。またP、SおよびNは偏析しやすい成分であるが、偏析も考慮して各部位で、Pは0.05%以下、Sは0.007%以下、Nは0.015%以下まで許容される。   The balance may be Fe and inevitable impurities. P, S and N are components that are easily segregated, but in consideration of segregation, P is allowed to be 0.05% or less, S is 0.007% or less, and N is allowed to be 0.015% or less. The

一体型クランク軸として最適な高清浄度鋼は、C:0.2〜0.6%(好ましくは0.3〜0.5%)、Si:0.1〜0.5%(好ましくは0.1〜0.4%)、Mn:0.3〜1.5%(好ましくは0.5〜1.5%)となっている。   Optimum high cleanliness steel as an integral crankshaft is C: 0.2 to 0.6% (preferably 0.3 to 0.5%), Si: 0.1 to 0.5% (preferably 0) 0.1-0.4%), Mn: 0.3-1.5% (preferably 0.5-1.5%).

本発明のような高清浄度鋼は、Liの添加手段を工夫することによって製造できる。   High cleanliness steel like this invention can be manufactured by devising the addition means of Li.

第1に、例えばLi−Si合金(Li含有量:20〜40質量%)や炭酸リチウムを用いればよい。Li−Si合金のLi含有量を20〜40質量%(好ましくは25〜35質量%)とするのは、Li−Si合金製造時に液相線温度を低くできるため、該Li−Si合金製造時のLiの蒸発を防止できてその歩留まりを高めることができるためであり、さらには前記組成とするとLi−Si系の金属間化合物が存在しているために溶鋼中のLiの歩留まりを高めることができるためである。また炭酸リチウムを用いるのもLiの歩留まりを高めることができるためである。   First, for example, a Li—Si alloy (Li content: 20 to 40% by mass) or lithium carbonate may be used. The reason why the Li content of the Li—Si alloy is 20 to 40% by mass (preferably 25 to 35% by mass) is that the liquidus temperature can be lowered during the production of the Li—Si alloy. This is because the evaporation of Li can be prevented and the yield can be increased. Further, when the composition is used, the Li-Si intermetallic compound is present, so that the yield of Li in the molten steel can be increased. This is because it can. The reason why lithium carbonate is used is that the yield of Li can be increased.

第2に、歩留まりの高いLiを溶鋼処理中(スラグ中)ではなく、溶鋼処理終了後に添加すればよい。Liの歩留まりが高められているため、溶鋼処理終了後であっても、鋼中のLi量を所定量以上とすることができる。そして溶鋼処理中(スラグ中)の添加を回避しているため、耐火物由来の介在物が増大するのを防止できる。   Second, Li, which has a high yield, may be added not after the molten steel treatment (in the slag) but after the molten steel treatment. Since the yield of Li is increased, the amount of Li in the steel can be set to a predetermined amount or more even after completion of the molten steel treatment. And since the addition during a molten steel process (in slag) is avoided, it can prevent that the inclusion from a refractory increases.

なお前記Li−Si合金は、プリメルトによって製造できる。Li−Si合金には、必要に応じて、Ca、Mgや他のアルカリ金属(Na、Kなど)も適宜プリメルト或いは混合してもよく、希釈金属(Feなど)をプリメルトさせてもよい。また炭酸リチウムを用いる場合にも、Ca、Mgや他のアルカリ金属(Na、Kなど)を適宜混合してもよい。ただし本発明の高清浄度鋼は、Liの機能が他のアルカリ金属に比べて著しく優れているため、他のアルカリ金属を併用(プリメルト、混合など)しなくても十分に介在物制御でき、疲労強度を十分に改善できる。   The Li—Si alloy can be manufactured by premelt. If necessary, the Li—Si alloy may be premelted or mixed with Ca, Mg, and other alkali metals (Na, K, etc.), or may be premelted with a diluted metal (Fe, etc.). Also when lithium carbonate is used, Ca, Mg, and other alkali metals (Na, K, etc.) may be mixed as appropriate. However, the high cleanliness steel of the present invention is significantly superior in function of Li compared to other alkali metals, so that inclusions can be sufficiently controlled without using other alkali metals together (premelt, mixed, etc.) The fatigue strength can be sufficiently improved.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお以下の実施例において、特にことわりがない限り、「%」は「質量%」の意味であり、「ppm」は「ppm(質量基準)」の意味である。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention. In the following Examples, “%” means “mass%” and “ppm” means “ppm (mass basis)” unless otherwise specified.

実験例1
実験は、20tの実機を実験的に使用した。すなわち電気炉で溶製した溶鋼を取鍋に出鋼し、各種フラックスを添加して成分調整、電極加熱、及びアルゴンバブリングを実施し、溶鋼処理を実施した。またCa、Mgなどを必要に応じて溶鋼処理中に添加する一方、Liについては、炭酸リチウム、またはLi−Si合金の状態で、溶鋼処理中、或いは溶鋼処理後に添加した。次いで該溶鋼を鋳造した。得られた鋼塊を鍛造して直径600mmの丸棒とした。得られた丸棒の鋼成分組成を表1に、アルカリ金属の添加方法、total−Li/Si(質量比)、スラグ中のLi2O濃度を表2示す。
また丸棒の評価は、以下のようにした。
Experimental example 1
In the experiment, a 20-ton real machine was experimentally used. That is, the molten steel melted in an electric furnace was taken out into a ladle, various fluxes were added, component adjustment, electrode heating, and argon bubbling were performed, and molten steel treatment was performed. Moreover, while adding Ca, Mg, etc. during a molten steel process as needed, Li was added during the molten steel process or after the molten steel process in the state of lithium carbonate or Li—Si alloy. The molten steel was then cast. The obtained steel ingot was forged into a round bar having a diameter of 600 mm. Table 1 shows the steel component composition of the obtained round bar, and Table 2 shows the alkali metal addition method, total-Li / Si (mass ratio), and Li 2 O concentration in the slag.
The evaluation of the round bar was as follows.

[鋼中のLi含有量](定量下限界0.01ppm)
対象となる丸棒から試料0.5gを採取してビーカーに取り、混酸(H2O+HCl+HNO3)を加えて加熱分解した。放冷後、分解液を分液ロートに移し入れた後、塩酸を加えて9N−塩酸酸性とした。メチルイソブチルケトン(MIBK)を加えて振とうし、鉄分をMIBK相に抽出した。静置後、MIBK相を捨て、再びMIBKを加えて同様の抽出・分液操作を合計で3回繰り返し、鉄分を完全に除去した。9N−塩酸酸性相を希釈して容量100mLとし、アルカリ測定溶液とした。
[Li content in steel] (lower limit of determination 0.01 ppm)
A 0.5 g sample was collected from the target round bar, placed in a beaker, and mixed acid (H 2 O + HCl + HNO 3 ) was added for thermal decomposition. After allowing to cool, the decomposition solution was transferred to a separatory funnel and hydrochloric acid was added to make it 9N-hydrochloric acid. Methyl isobutyl ketone (MIBK) was added and shaken to extract the iron content into the MIBK phase. After standing, the MIBK phase was discarded, MIBK was added again, and the same extraction / separation operation was repeated three times in total to completely remove iron. The acidic phase of 9N-hydrochloric acid was diluted to a volume of 100 mL to obtain an alkali measurement solution.

セイコーインスツルメンツ社製のICP質量分析装置(型式 SPQ8000)を用い、前記アルカリ測定溶液中のLi(質量数7)の濃度を測定し、鋼中のLi含有量を算出した。なおIPC質量分析条件は、以下の通りである。
高周波出力:1.2kW
キャリアーガス流量:0.4L/min
Using an ICP mass spectrometer (model SPQ8000) manufactured by Seiko Instruments Inc., the concentration of Li (mass number 7) in the alkali measurement solution was measured, and the Li content in the steel was calculated. The IPC mass spectrometry conditions are as follows.
High frequency output: 1.2kW
Carrier gas flow rate: 0.4 L / min

[鋼中のNa含有量](定量下限界0.01ppm)
対象となる丸棒から試料を採取してビーカーに秤量した後、純水、塩酸および硝酸を加えて加熱分解を行った。分解後、純水及び塩酸を加えて定容し、MIBKを加えてよく振り混ぜた。静置後、MIBK層を抜き取り、再びMIBKを加えて同様の抽出・分液操作を2回繰り返し、鉄分を完全に抽出除去した。水層を純水で希釈し、黒鉛炉原子吸光法を用いて定量分析した。
[Na content in steel] (lower limit of determination 0.01 ppm)
A sample was collected from the target round bar and weighed in a beaker, and then subjected to thermal decomposition by adding pure water, hydrochloric acid and nitric acid. After decomposition, pure water and hydrochloric acid were added to make a constant volume, MIBK was added and the mixture was shaken well. After standing, the MIBK layer was extracted, MIBK was added again, and the same extraction / separation operation was repeated twice to completely extract and remove iron. The aqueous layer was diluted with pure water and quantitatively analyzed using a graphite furnace atomic absorption method.

[疲労試験(階差法)]
得られた丸棒(直径600mm)から、半径方向に平滑試験片(直径10mm×ゲージ長さ30mm)を切り出した。小野式回転曲げ試験機を用い、回転数を3600rpmに維持しながら、かつ3×106サイクルごとに応力を20MPaずつ上げながら疲労試験(階差法)を行った。
破断時の応力を試験片の引張強度で除した値(耐久限度比)で疲労特性を評価した。なお引張強度は、前記回転曲げ試験用試験片と同じ箇所から切り出された試験片(直径6mm×ゲージ長さ30mm)を用い、JIS Z 2241に従って常温で引張試験を行うことにより求めた。
[Fatigue test (difference method)]
A smooth specimen (diameter 10 mm × gauge length 30 mm) was cut out in the radial direction from the obtained round bar (diameter 600 mm). A fatigue test (difference method) was performed using an Ono-type rotary bending tester while maintaining the rotational speed at 3600 rpm and increasing the stress by 20 MPa every 3 × 10 6 cycles.
Fatigue properties were evaluated by the value (durability limit ratio) obtained by dividing the stress at break by the tensile strength of the test piece. In addition, the tensile strength was calculated | required by performing a tensile test at normal temperature according to JISZ2241, using the test piece (diameter 6mm x gauge length 30mm) cut out from the same location as the said test piece for rotation bending tests.

[断面介在物サイズ(√介在物断面積)]
上記疲労試験において、介在物が原因で破断した試験片の断面において、介在物が起点となって破断した箇所をSEMで観察し、観察視野中における最大介在物領域(破断の起点介在物領域)の長さおよび幅を測定して、断面介在物サイズ(√介在物断面積)を求めた。また該最大介在物の組成をEPMAによって調べた。
[Cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area)]
In the fatigue test, in the cross section of the test piece fractured due to the inclusion, the fractured portion starting from the inclusion was observed with an SEM, and the maximum inclusion area in the observation field (breaking origin inclusion area) The cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area) was determined by measuring the length and width. The composition of the maximum inclusion was examined by EPMA.

得られた丸棒を一体型クランク軸であるとみなして、上記疲労試験(階差法)に供した場合の結果(耐久限度比、最大介在物、断面介在物サイズ(√介在物断面積))を、表2に示す。   Results when the obtained round bar is regarded as an integrated crankshaft and subjected to the fatigue test (step difference method) (endurance limit ratio, maximum inclusion, cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area)) ) Is shown in Table 2.

Figure 0004606321
Figure 0004606321

Figure 0004606321
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表1および2より明らかなように、Liを歩留まりのよい形態で溶鋼処理後に添加すると、耐火物由来の介在物を抑制しながら、鋼中のLi量を確保でき、Li/Si比を適切にできる。その結果、発明例A1〜A9のように、介在物を微細化でき、断面介在物サイズ(√介在物断面積)を小さくでき、それにより疲労特性(耐久限度比)が良好となる(表2および図1参照)。   As is apparent from Tables 1 and 2, when Li is added after the molten steel treatment in a form with a good yield, the amount of Li in the steel can be secured while suppressing inclusions from the refractory, and the Li / Si ratio is appropriately set. it can. As a result, as in Invention Examples A1 to A9, inclusions can be miniaturized, and the cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area) can be reduced, thereby improving fatigue characteristics (endurance limit ratio) (Table 2). And FIG. 1).

実施例における断面介在物サイズ(√介在物断面積)と耐久度比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the cross-sectional inclusion size ((root) inclusion cross-sectional area) and durability ratio in an Example.

Claims (2)

成分が、
C :1.0%(質量%の意。以下、同じ)以下(0%は含まない)、
Si:0.6%以下(0%は含まない)、
Mn:1.5%以下(0%は含まない)、
Ni:4%以下(0%は含まない)、
Cr:12%以下(0%は含まない)、
Mo:1.0%以下(0%は含まない)、
total−Al:0.01%以下(0%は含まない)、
O :0.005%以下(0%は含まない)、
total−Mg:0.1〜15ppm(質量基準)、
total−Ca:0.1〜40ppm(質量基準)
total−Li:0.020〜20ppm(質量基準)、及び
total−LiとSi:total−Li/Si(質量比)=5×10-6〜9000×10-6となる範囲で含有し、残部がFe及び不可避不純物からなり、
断面介在物サイズ(√介在物断面積)が160μm以下になっていることを特徴とする疲労強度に優れた高清浄度鋼。
Ingredients
C: 1.0% (meaning mass%, hereinafter the same) or less (excluding 0%),
Si: 0.6% or less (excluding 0%),
Mn: 1.5% or less (excluding 0%),
Ni: 4% or less (excluding 0%),
Cr: 12% or less (excluding 0%),
Mo: 1.0% or less (excluding 0%),
total-Al: 0.01% or less (excluding 0%),
O: 0.005% or less (excluding 0%),
total-Mg: 0.1 to 15 ppm (mass basis),
total-Ca: 0.1~40ppm (by weight),
total-Li: 0.020-20 ppm (mass basis), and
total-Li and Si: total-Li / Si (mass ratio) = 5 × 10 −6 to 9000 × 10 −6, and the balance is Fe and inevitable impurities,
A high cleanliness steel with excellent fatigue strength, characterized in that the cross-sectional inclusion size (√inclusion cross-sectional area) is 160 μm or less.
さらに、
:0.5%以下
Nb:0.1%以下
:1%以下
Cu:2%以下、及び
Ti:0.15%以下
よりなる群から選択される少なくとも1種を含有する請求項1に記載の高清浄度鋼。
further,
V : 0.5% or less ,
Nb : 0.1% or less ,
W : 1% or less ,
The high cleanliness steel according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of Cu : 2% or less and Ti : 0.15% or less .
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