KR101775816B1 - 대형 단조용 강 및 대형 단조 부품 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 국면은, C: 0.18질량% 이상 0.35질량% 이하, Si: 0질량% 이상 0.3질량% 이하, Mn: 1질량% 이상 2.7질량% 이하, Ni: 0질량% 이상 1질량% 이하, Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하, Cr: 1.5질량% 이상 2.5질량% 이하, Mo: 0.35질량% 이상 0.55질량% 이하, V: 0질량% 이상 0.15질량% 이하, Al: 0.015질량% 이상 0.05질량% 이하, N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하, O: 0질량ppm 초과 30질량ppm 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 가지며, 금속 조직이 베이나이트를 주체로 하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 대형 단조용 강이다.
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)

Description

대형 단조용 강 및 대형 단조 부품{LARGE-SIZED FORGING STEEL AND LARGE-SIZED FORGED PART}
본 발명은 대형 단조용 강 및 대형 단조 부품에 관한 것이다.
선박용 구동원의 전달 부재로서 이용되는, 크랭크축, 중간축, 추진축, 연접봉, 러더 스톡, 러더 혼 등의 부품에는, 대형 단조용 강이 이용된다. 선박용 디젤 엔진의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위해, 이들 부품에 이용되는 대형 단조용 강에는, 고강도, 고인성 및 고내구성이 필요시되고 있다.
강도 및 인성이 높은 대형 단조용 강으로서는, 그의 원소 조성 등을 연구한 대형 단조용 강이 제안되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조).
일본특허 제3663170호 공보 일본특허 제3896365호 공보 일본특허 제4332070호 공보
본 발명은 강도 및 인성이 우수하고, 또한 내구성도 우수한 대형 단조용 강 및 이 대형 단조용 강을 이용한 대형 단조 부품의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면은, C(탄소): 0.18질량% 이상 0.35질량% 이하, Si(규소): 0질량% 이상 0.3질량% 이하, Mn(망간): 1질량% 이상 2.7질량% 이하, Ni(니켈): 0질량% 이상 1질량% 이하, Cu(구리): 0질량% 이상 1질량% 이하, Cr(크로뮴): 1.5질량% 이상 2.5질량% 이하, Mo(몰리브데넘): 0.35질량% 이상 0.55질량% 이하, V(바나듐): 0질량% 이상 0.15질량% 이하, Al(알루미늄): 0.015질량% 이상 0.05질량% 이하, N(질소): 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하, O(산소): 0질량ppm 초과 30질량ppm 이하를 함유하고, 잔부가 Fe(철) 및 불가피적 불순물인 조성을 가지며, 금속 조직이 베이나이트를 주체로 하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 대형 단조용 강이다.
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)
상기 및 그 밖의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은 이하의 상세한 기재와 첨부 도면에 의해 분명해질 것이다.
본 발명에 의하면, 강도 및 인성이 우수하고, 또한 재질 격차를 억제하는 것에 의해 내구성도 우수한 대형 단조용 강 및 이 대형 단조용 강을 이용한 대형 단조 부품을 제공할 수 있다.
도 1은 함수 G의 값과 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 함수 G의 값과 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 인성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 함수 F의 값과 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예의 내수소균열성의 평가에 있어서 SSRT(저변형속도 시험)를 행하고 있는 상태를 나타내는 모식적 정면도이다
대형 단조용 강은 일반적으로 소둔 또는 담금질을 행한 후, 템퍼링하여 제조된다. 이 대형 단조용 강에는, 그의 제조에 있어서, 일반적으로 내부와 표면의 냉각 속도의 차 등에 의해서 재질 격차가 생긴다. 본 발명자는 이와 같은 재질 격차에 주목했다. 대형 단조용 강에는, 예를 들면 이하와 같은 재질 격차가 생각된다.
선박용 구동원의 전달 부재인 대형 단조 부품에서는, 후육(厚肉)의 대형 단조용 강이 필요해진다. 구체적으로는, 대형 단조 부품으로서, 대형 크랭크 스로(throw)를 제조한다면, 예를 들어 전장 3500mm, 웨브폭 2000mm와 같은, 후육의 대형 단조용 강이 필요해진다. 이와 같은 후육의 대형 단조용 강을 제조하는 경우, 냉각 속도가 대형 단조용 강의 두께 방향이나 각 대형 단조용 강 사이에서 상이해지기 쉽다. 냉각 속도가 상이하면, 제조되는 대형 단조용 강의 조직이 상이해지기 쉬워진다. 이 때문에, 대형 단조용 강은 두께 방향이나 복수의 대형 단조용 강 사이에서 재질 격차가 발생하기 쉽다.
또한, 예를 들면 크랭크축의 웨브나 필렛 부위와 같이 형상이 상이한 부분에 있어서 냉각이 불균일해지기 쉽다. 이와 같은 부위에 따른 냉각 속도의 차이가 생기면, 얻어지는 대형 단조용 강에는, 재질 격차가 발생하기 쉽다.
대형 단조용 강은 강도가 높아도 재질 격차가 큰 경우, 재질 격차에 의해 대형 단조용 강 내에 강도의 차가 생긴다. 이 때문에, 대형 단조용 강은 진동이나 변형되기 쉬워지기 때문에, 내구성이 저하되기 쉽다. 따라서, 종래의 대형 단조용 강에서는, 고강도 및 고인성과 재질 격차의 저감을 양립시키는 것이 어렵다.
본 발명은 전술한 바와 같은 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 강도 및 인성이 우수하고, 또한 재질 격차를 억제하는 것에 의해 내구성도 우수한 대형 단조용 강 및 이 대형 단조용 강을 이용한 대형 단조 부품의 제공을 목적으로 한다.
본 발명자는, 예의 검토한 결과, 제조되는 대형 단조용 강에 있어서, 냉각 속도에 따라서 상이한 금속 조직이 되기 어려운 원소 조성이 존재한다는 것을 알게 되었다. 즉, 본 발명자는, 원소 조성이 상이한 다수의 대형 단조용 강을 분석한 바, 금속 조직에 대한 냉각 속도의 의존성이 낮은 원소 조성이 존재한다는 것을 발견했다. 그리고, 이 냉각 속도의 의존성이 낮은 원소 조성이 되도록, 대형 단조용 강의 조성을 조정함으로써, 대형 단조용 강의 재질 격차를 억제할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명에 따른 대형 단조용 강 및 대형 단조 부품의 실시형태에 대하여 설명한다.
[대형 단조용 강]
<금속 조직＞
당해 대형 단조용 강은 그의 금속 조직이 베이나이트를 주체로 한다. 이와 같이 금속 조직이 베이나이트를 주체로 하는 것에 의해, 당해 대형 단조용 강은 강도가 우수하다.
<조성＞
또한, 당해 대형 단조용 강은, C(탄소): 0.18질량% 이상 0.35질량% 이하, Si(규소): 0질량% 이상 0.3질량% 이하, Mn(망간): 1질량% 이상 2.7질량% 이하, Ni(니켈): 0질량% 이상 1질량% 이하, Cu(구리): 0질량% 이상 1질량% 이하, Cr(크로뮴): 1.5질량% 이상 2.5질량% 이하, Mo(몰리브데넘): 0.35질량% 이상 0.55질량% 이하, V(바나듐): 0질량% 이상 0.15질량% 이하, Al(알루미늄): 0.015질량% 이상 0.05질량% 이하, N(질소): 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하, O(산소): 0질량ppm 초과 30질량ppm 이하를 함유하고, 잔부가 Fe(철) 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는다. 상기 각 함유율은 상기 대형 단조용 강에 대한 함유율이다.
〔C(탄소)〕
당해 대형 단조용 강의 C 함유율의 하한으로서는, 0.18질량%이고, 0.23질량%가 보다 바람직하다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 C 함유율의 상한으로서는, 0.35질량%이고, 0.3질량%가 보다 바람직하다. C는 담금질성을 높임과 더불어, 강도 향상에 기여하는 원소이다. 당해 대형 단조용 강의 C 함유율이 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 충분한 강도와 담금질성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 C 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 대형 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다. 또한, C의 역V편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 피삭성이 저하될 우려도 있다.
〔Si(규소)〕
당해 대형 단조용 강의 Si 함유율의 하한으로서는, 0질량%이고, Si는 포함되어 있지 않아도 된다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 Si 함유율의 상한으로서는, 0.3질량%이고, 0.2질량%가 보다 바람직하며, 0.1질량%가 더 바람직하다. Si는 탈산 원소로서 산소량 저감에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Si 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, Si의 역V편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 인성이나 내수소균열성이 저하될 우려가 있다.
〔Mn(망간)〕
당해 대형 단조용 강의 Mn 함유율의 하한으로서는, 1질량%이다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 Mn 함유율의 상한으로서는, 2.7질량%이고, 2.5질량%가 보다 바람직하며, 1.5질량%가 더 바람직하다. Mn은 담금질성을 높임과 더불어, 강도 향상에 기여하는 원소이다. 당해 대형 단조용 강의 Mn 함유율이 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 충분한 강도와 담금질성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 또한, 결정 입도의 격차를 충분히 억제할 수 없을 우려도 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Mn 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, Mn의 역V편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 인성이나 내수소균열성이 저하될 우려가 있다.
〔Ni(니켈)〕
당해 대형 단조용 강의 Ni 함유율의 하한으로서는, 0질량%이고, Ni는 포함되어 있지 않아도 된다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 Ni 함유율의 상한으로서는, 1질량%이고, 0.5질량%가 보다 바람직하며, 0.2질량%가 더 바람직하다. Ni는 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Ni 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, Ni의 역V편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.
〔Cu(구리)〕
당해 대형 단조용 강의 Cu 함유율의 하한으로서는, 0질량%이고, Cu는 포함되어 있지 않아도 된다. 당해 대형 단조용 강의 Cu 함유율의 상한으로서는, 1질량%이고, 0.5질량%가 보다 바람직하다. Cu는 인성 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Cu 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 열간 균열이 생길 우려가 있다. 또한, 제조 비용이 증대될 우려도 있다.
〔Cr(크로뮴)〕
당해 대형 단조용 강의 Cr 함유율의 하한으로서는, 1.5질량%이다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 Cr 함유율의 상한으로서는, 2.5질량%이고, 2질량%가 보다 바람직하며, 1.6질량%가 더 바람직하다. Cr은 담금질성을 높임과 더불어, 인성 향상에 기여하는 원소이다. 당해 대형 단조용 강의 Cr 함유율이 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 충분한 인성과 담금질성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Cr 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, Cr의 역V편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 피삭성이 저하될 우려가 있다.
〔Mo(몰리브데넘)〕
당해 대형 단조용 강의 Mo 함유율의 하한으로서는, 0.35질량%이고, 0.45질량%가 보다 바람직하다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 Mo 함유율의 상한으로서는, 0.55질량%이고, 0.5질량%가 보다 바람직하다. Mo는 담금질성, 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 당해 대형 단조용 강의 Mo 함유율이 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 충분한 담금질성, 강도 및 인성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Mo 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, Mo의 마이크로 편석이나 중량 편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.
〔V(바나듐)〕
당해 대형 단조용 강의 V 함유율의 하한으로서는, 0질량%이고, V는 포함되어 있지 않아도 된다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 V 함유율의 하한으로서는, 0.035질량%가 보다 바람직하다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 V 함유율의 상한으로서는, 0.15질량%이고, 0.1질량%가 보다 바람직하다. V는 담금질성을 높임과 더불어, 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 V 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, V의 평형 분배 계수가 낮음에 기인하여 마이크로 편석이 조장되기 때문에, 당해 대형 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.
〔Al(알루미늄)〕
당해 대형 단조용 강의 Al 함유율의 하한으로서는, 0.015질량%이다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 Al 함유율의 상한으로서는, 0.05질량%이다. Al은 탈산 원소로서 산소량 저감에 기여하는 원소이다. 당해 대형 단조용 강의 Al 함유율이 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강에 있어서의 산소량의 충분한 저감을 할 수 없을 우려가 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 Al 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 산화물의 조대화를 초래하여, 당해 대형 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.
〔N(질소)〕
당해 대형 단조용 강의 N 함유율의 하한으로서는, 30질량ppm이다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 N 함유율의 상한으로서는, 100질량ppm이고, 80질량ppm이 보다 바람직하며, 60질량ppm이 더 바람직하다. N은 질화물을 형성하고 결정립을 세립화하여, 인성의 확보에 기여하는 원소이다. 당해 대형 단조용 강의 N 함유율이 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 인성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 N 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 고용 N으로서 변형 시효를 일으켜, 당해 대형 단조용 강의 인성을 저하시킬 우려가 있다.
〔O(산소)〕
당해 대형 단조용 강의 O 함유율의 하한으로서는, 0질량ppm 초과이다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 O 함유율의 상한으로서는, 30질량ppm이고, 15질량ppm이 보다 바람직하며, 10질량ppm이 더 바람직하다. O는 적은 편이 바람직하지만, 당해 대형 단조용 강 중에 산화물로서 존재하여, O의 함유량은 0질량ppm으로는 할 수 없다. 따라서, 당해 대형 단조용 강의 O 함유율의 하한으로서는, 0질량% 초과이다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 O 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 산화물의 조대화를 초래하여, 당해 대형 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.
〔다른 성분〕
당해 대형 단조용 강은, 전술한 성분 이외에, 잔부에 Fe 및 불가피적 불순물을 포함한다. 또한, 불가피적 불순물로서는, 예를 들면 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 의해서 유입되는 P(인), S(황), Sn(주석), As(비소), Pb(납), Nb(니오븀), Ti(타이타늄) 등의 원소의 혼입이 허용된다.
당해 대형 단조용 강의 불가피 불순물인 P의 함유율의 상한으로서는, 0.1질량%가 바람직하고, 0.01질량%가 보다 바람직하다. 당해 대형 단조용 강의 P 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 입계 편석에 의한 입계 파괴를 조장할 우려가 있다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 P 함유율의 하한으로서는, 0질량%이고, P는 포함되어 있지 않아도 된다.
당해 대형 단조용 강의 불가피 불순물인 S의 함유율의 상한으로서는, 0.02질량%가 바람직하고, 0.01질량%가 보다 바람직하다. 당해 대형 단조용 강의 S 함유율이 상기 상한을 초과하는 경우, 황화물계 개재물이 증대되어 강도를 열화시킬 우려가 있다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 S 함유율의 하한으로서는, 0질량%이고, S는 포함되어 있지 않아도 된다.
<각 성분 함유량 사이의 관계＞
당해 대형 단조용 강은 하기 식(1) 및 (2)를 만족시킨다.
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)
당해 대형 단조용 강의 금속 조직은 대형 단조용 강의 제조 시에 주로 베이나이트 조직으로 변태된 것이다. 이때, 상기 식(1) 및 (2)를 만족시킴으로써, 당해 대형 단조용 강의 재질 격차를 저감할 수 있다. 현재, 그 메커니즘은 명확하지는 않지만, 상기 식(1)을 만족시킴으로써, 고냉각속도, 예를 들면 평균 냉각 속도가 10℃/분인 경우에서의 변태 개시 온도의 저온화를 억제할 수 있다고 생각된다. 또한, 상기 식(2)를 만족시킴으로써, 저냉각속도, 예를 들면 평균 냉각 속도가 1℃/분인 경우에서의 변태 개시 온도의 고온화를 억제할 수 있다고 생각된다. 이들로부터, 냉각 속도의 차이로 인한 대형 단조용 강의 재질 격차가 억제되어, 재질 격차에 의한 대형 단조용 강 내의 강도차가 발생하기 어려워진다.
더 상세하게 설명하면, 식(1)의 부등호 사이에 있는 하기 식(4)로 표시되는 함수 F 및 식(2)의 부등호 사이에 있는 식(5)로 표시되는 함수 G는, 원소 조성이 상이한 다수의 대형 단조용 강을 회귀 분석하는 것에 의해 도출한 식이다.
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)
복수종의 대형 단조용 강이 갖는 여러 가지의 함수 G와, 담금질 처리 후에 저냉각속도로 냉각해서 얻어진 (저냉각속도 시의) 각 대형 단조용 강의 강도의 관계를 조사한 결과를 도 1에 나타낸다. 즉, 도 1은 함수 G의 값과 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 결과로부터, 식(5)로 표시되는 함수 G는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 주로 담금질 처리 후의 냉각 시의 평균 냉각 속도가 1℃/분인 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도와 양의 상관이 있다는 것을 발견했다.
또한, 여러 가지의 함수 G의 값을 갖는 대형 단조용 강과, 담금질 처리 후에 저냉각속도로 냉각해서 얻어진 (저냉각속도 시의) 각 대형 단조용 강의 인성의 관계를 조사한 결과를 도 2에 나타낸다. 즉, 도 2는 함수 G의 값과 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 인성의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 결과로부터, 식(5)로 표시되는 함수 G는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 주로 담금질 처리 후의 냉각 시의 평균 냉각 속도가 1℃/분인 저냉각속도 시의 인성과 음의 상관이 있다는 것을 발견했다.
한편, 「강도」는 JIS Z 2201의 14호 시험편(φ6×G.30)을 이용하여, JIS Z 2241에 기초해서, 인장 강도(TS)를 측정한 값을 의미한다. 「인성」은 JIS Z 2202의 시험편(2mmV 노치)을 이용하여, JIS Z 2242에 기초해서, 샤르피 충격 시험에 의해, 실온에서 흡수 에너지(ｖE)를 측정한 값을 의미한다. 강도 및 인성 모두 수치가 클수록, 대형 단조용 강이 우수하다는 것을 의미한다.
여기에서, 도 1 및 도 2로부터 본 발명자는 이하의 것을 발견했다. 함수 G의 값이 증가하면, 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도가 향상된다. 그 한편으로, 함수 G의 값이 0.53을 초과하면, 대형 단조용 강의 인성이 150J 미만이 되어, 대형 단조용 강으로서 인성 부족이 될 우려가 있다. 반대로, 함수 G의 값이 감소하면, 대형 단조용 강의 인성이 향상된다. 그 한편으로, 함수 G의 값이 0.45 미만이 되면, 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도가 650MPa 미만이 되어, 대형 단조용 강으로서 강도 부족이 될 우려가 있다. 따라서, 강도 및 인성이 우수한 대형 단조용 강을 얻기 위해서는, 식(2)를 만족시킬 필요가 있다.
마찬가지로, 여러 가지의 함수 F의 값을 갖는 대형 단조용 강과, 담금질 처리 후에 고냉각속도로 냉각해서 얻어진 (고냉각속도 시의) 각 대형 단조용 강의 강도의 관계를 조사한 결과를 도 3에 나타낸다. 즉, 도 3은 함수 F의 값과 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 결과로부터, 식(4)로 표시되는 함수 F는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 주로 담금질 처리 후의 냉각 시의 평균 냉각 속도가 10℃/분인 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도와 양의 상관이 있다는 것을 발견했다.
여기에서, 도 3으로부터 본 발명자는 이하의 것을 발견했다. 함수 F의 값이 0.95 미만이 되면, 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도가 650MPa 미만이 되어, 대형 단조용 강으로서 강도 부족이 될 우려가 있다. 따라서, 강도가 우수한 대형 단조용 강을 얻기 위해서는, 함수 F의 값을 0.95 이상으로 할 필요가 있다.
또한, 도 1 및 도 3으로부터 본 발명자는 이하의 것을 발견했다. 함수 F의 값이 커질 때, 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 증가는 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 증가보다도 크다. 이 때문에, 함수 F의 값이 커지면, 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도와 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도의 차가 커지기 쉽다. 즉, 냉각 속도의 차이에 의해, 대형 단조용 강의 강도차가 발생하기 쉬워져, 내구성이 저하될 우려가 있다. 여기에서 함수 G가 전술한 0.53 부근에서는, 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도는 700MPa 정도이다. 이에 비하여, 함수 F의 값이 1.15를 초과하면, 고냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도가 800MPa을 초과하기 때문에, 저냉각속도 시의 대형 단조용 강의 강도와의 강도차가 100J을 초과하여, 대형 단조용 강이 내구성 부족이 될 우려가 있다. 따라서, 내구성이 우수한 대형 단조용 강을 얻기 위해서는, 함수 F의 값을 1.15 이하로 할 필요가 있다.
이상의 것으로부터, 식(1)이 도출된다.
당해 대형 단조용 강이 P(인) 및 S(황)를 추가로 갖고, 하기 식(3)을 추가로 만족시키면 좋다. 이와 같이 당해 대형 단조용 강이 하기 식(3)을 추가로 만족시킴으로써, 내수소균열성이 우수해진다.
0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S-0.19×Mo-0.01×Ni ≤ 0.2 …(3)
현재, 그 메커니즘은 명확하지는 않지만, 식(3)을 만족시킴으로써 내수소균열의 발생 기점이 되는 마이크로 편석의 양이 감소함과 더불어, 편석이 생긴 부분의 경도도 저감할 수 있기 때문에, 내수소균열성이 크게 개선된다고 추정된다.
또한, 식(3)의 좌변인 식(7)로 표시되는 함수 H는 작은 편이 바람직하고, 함수 H의 하한으로서는, 작은 편이 바람직하며, 0이어도 된다.
H = 0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S-0.19×Mo-0.01×Ni …(7)
한편, 식(1)∼식(5) 및 식(7)에 있어서, 원소 기호는 그 원소의 함유율[질량%]을 의미한다. 또한, 금속 조직의 「주체」란, 그의 면적 분율이 전체 조직에 대하여 90면적% 이상 차지하는 것을 말하고, 바람직하게는 면적 분율이 99면적% 이상인 것을 말한다.
<기계적 성질＞
당해 대형 단조용 강의 인장 강도(TS)의 하한으로서는, 650MPa이 바람직하고, 700MPa이 보다 바람직하다. 또한, 당해 대형 단조용 강의 인장 강도의 상한으로서는, 850MPa이 바람직하고, 800MPa이 보다 바람직하다. 당해 대형 단조용 강의 인장 강도가 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 강도가 부족할 우려가 있다. 한편, 당해 대형 단조용 강의 인장 강도가 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 대형 단조용 강의 강도의 냉각 속도 의존성이 발생하기 쉬워져, 당해 대형 단조용 강의 내구성이 부족할 우려가 있다.
담금질 처리 후에 고냉각속도로 냉각해서 얻어진 (고냉각속도 시의) 대형 단조용 강과, 담금질 처리 후에 저냉각속도로 냉각해서 얻어진 (저냉각속도 시의) 대형 단조용 강의 인장 강도(TS)의 차분의 상한으로서는, 100MPa이 바람직하고, 50MPa이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 담금질 처리 후의 냉각 시의 평균 냉각 속도를 10℃/분으로 해서 제조한 대형 단조용 강과, 담금질 처리 후의 냉각 시의 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 변경한 것 이외에는, 마찬가지의 조건에서 제조한 대형 단조용 강의 인장 강도(TS)의 차분의 상한으로서는, 100MPa이 바람직하고, 50MPa이 보다 바람직하다. 상기 차분이 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 대형 단조용 강의 강도의 냉각 속도 의존성이 발생하기 쉬워져, 당해 대형 단조용 강의 내구성이 부족할 우려가 있다.
샤르피 충격 시험에 의해 실온에서 측정한 당해 대형 단조용 강의 흡수 에너지의 하한으로서는, 100J이 바람직하고, 150J이 보다 바람직하며, 180J이 보다 바람직하다. 또한, 상기 흡수 에너지의 상한으로서는, 260J이 바람직하다. 상기 흡수 에너지가 상기 하한 미만인 경우, 당해 대형 단조용 강의 인성이 부족할 우려가 있다. 한편, 상기 흡수 에너지가 상기 상한을 초과하는 경우, 당해 대형 단조용 강의 강도가 저하될 우려가 있다.
당해 대형 단조용 강의 수소 균열 감수성 S값의 상한으로서는, 67%가 바람직하고, 50%가 보다 바람직하고, 40%가 더 바람직하며, 30%가 특히 바람직하다. 상기 수소 균열 감수성 S값이 상기 상한을 초과하는 경우, 대형 단조용 강의 입계로의 수소 침입 및 축적에 의한 입계 파괴로 균열이 발생할 우려가 있다. 한편, 상기 수소 균열 감수성 S값의 하한으로서는, 특별히 한정되지 않고, 낮을수록 좋다. 여기에서, 「수소 균열 감수성 S값」이란, 0.5몰/L의 H2SO4 및 0.01몰/L의 싸이오사이안산 칼륨(KSCN)을 혼합한 수용액에 침지하고, 수소를 첨가하면서, 전류 밀도 0.5A/dm2로 음극 전해를 행한 대형 단조용 강의 파단 응력(신도)을 S1, 상기 수용액에의 침지를 생략한 상태, 즉 대기 중에서 측정한 대형 단조용 강의 파단 응력을 S0으로 할 때, (1-S1/S0)×100으로 계산되는 양이다.
<대형 단조 부품＞
당해 대형 단조 부품은 당해 대형 단조용 강을 단조하여 제조된다. 이 때문에, 당해 대형 단조용 강은 강도 및 인성과 함께 내구성도 우수하다. 따라서, 당해 대형 단조 부품은 선박용 디젤 엔진의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위한 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다.
<제조 방법＞
당해 대형 단조용 강은, 예를 들면 용제 공정, 주조 공정, 가열 공정 및 소재 단조 공정에 의해 제조된다. 당해 대형 단조용 강을 이용한 대형 단조 부품은 부품 단조 공정, 담금질 전처리 공정, 담금질 처리 공정 및 기계 가공 공정을 구비하는 제조 방법에 의해 제조된다.
(용제 공정)
용제 공정에서는, 우선 고주파 용해로, 전기로, 전로 등을 이용하여, 전술한 소정의 조성으로 조정된 강을 용제한다. 그 후, 그 용강에 진공 처리를 실시하여, O(산소), H(수소) 등의 가스 성분이나 불순 원소를 제거한다.
(주조 공정)
주조 공정에서는, 상기 용제 공정에서 성분 조정된 강을 이용하여 강괴(잉곳)를 주조한다. 대형 단조용 강의 경우에는, 주로 잉곳 주조가 채용되지만, 연속 주조법을 채용하는 것도 가능하다.
(가열 공정)
가열 공정에서는, 소정의 온도에서 소정 시간, 강괴를 가열한다. 저온이 되면, 재료의 변형 저항이 증대된다. 재료의 변형능이 양호한 범위에서 가공을 행하기 위해서, 가열 온도는, 예를 들면 1150℃ 이상 1350℃ 이하로 한다. 또한, 강괴의 표면과 내부의 온도를 균일하게 하기 위해서 소정의 가열 시간이 필요하다. 가열 시간은, 예를 들면 3시간 이상으로 한다. 가열 시간은, 일반적으로 피가공물의 직경의 2승에 비례한다고 생각되며, 대형재일수록 가열 시간은 길어진다.
(소재 단조 공정)
소재 단조 공정에서는, 가열 공정에서 가열된 강괴를 단조한다. 수축공이나 마이크로포로시티 등의 주조 결함을 압착시키기 위해서, 단련 성형비로서는, 3S 이상이 바람직하다. 이와 같이 해서 당해 대형 단조용 강이 얻어진다.
(부품 단조 공정)
부품 단조 공정에서는, 소재 단조 공정에서 단조된 강괴(대형 단조용 강)를 크랭크축 등의 대형 단조 부품으로 가공한다. 예를 들면, 크랭크축으로의 가공 방법으로서는, 크랭크 암과 크랭크 핀을 일체로 한 블록으로 해서 단조하고, 가스 절단 및 기계 가공에 의해서 크랭크축 형상으로 완성시키는 자유 단조법이 예시된다. 또한, 다른 방법(크랭크축으로의 가공 방법)으로서는, 강괴의 축심이 크랭크축의 축심부가 되도록 단조 가공하고, 중심 편석에 의해 특성의 열화를 일으키기 쉬운 부분을 크랭크축의 모든 축심부가 되도록 일체로 단조 가공하는 RR 단조법 및 TR 단조법이 예시된다. 그 중에서도, RR 단조법 및 TR 단조법이, 크랭크축의 표층측을 청정도가 높은 부분으로 점유시킬 수 있어, 강도 및 내구성이 우수한 크랭크축을 얻기 쉬우므로 바람직하다.
(담금질 전처리 공정)
담금질 전처리 공정에서는, 부품 단조 공정의 단조품을 소정 온도까지 가열한 후, 소정 시간 유지하고, 그 후 실온까지 냉각한다. 상기 가열 온도로서는, 550℃ 이상 650℃ 이하가 바람직하다. 상기 유지 시간으로서는, 10시간 이상이 바람직하다. 또한, 500℃ 이상의 온도 영역에서는 유지 온도까지 50℃/시 이하의 승온 속도로 가열하면 된다. 담금질 처리를 행하기 전에 담금질 전처리 공정을 행하는 것에 의해, 단조품 중의 정합 석출물을 감소시킬 수 있다.
(담금질 처리 공정)
담금질 처리 공정에서는, 담금질 처리를 행한 후, 템퍼링 처리를 행한다. 담금질 처리는 담금질 전처리 공정에서 냉각된 단조품을 소정 온도까지 승온하여 소정 시간 유지한 후, 소정 온도까지 냉각하는 처리이다. 담금질 온도로서는, 800℃ 이상 950℃ 이하가 바람직하다. 상기 유지 시간으로서는, 1시간 이상이 바람직하다. 또한, 냉각 온도로서는, 450℃ 이상 530℃ 이하가 바람직하다. 또한, 승온 속도로서는, 30℃/시 이상 70℃/시 이하가 바람직하다. 냉각 속도로서는, 15℃/분 이하가 바람직하다.
템퍼링 처리는 담금질 처리를 행한 단조품을 소정의 온도까지 서서히 가열하고, 일정 시간 유지한 후, 실온까지 냉각하는 처리이다. 템퍼링 온도로서는, 550℃ 이상 650℃ 이하가 바람직하다. 상기 유지 시간으로서는, 5시간 이상 20시간 이하가 바람직하다. 또한, 승온 속도로서는, 30℃/시 이상 70℃/시 이하가 바람직하다. 냉각 속도로서는, 15℃/분 이하가 바람직하다. 템퍼링을 행하는 것에 의해, 강도, 연성 및 인성의 밸런스가 조정됨과 더불어, 상변태로 생긴 내부 응력(잔류 응력)이 제거된다.
(기계 가공 공정)
담금질 처리 공정 후의 단조품으로부터, 필요에 따라 표층의 일부를 절삭 또는 연삭을 포함하는 마무리 기계 가공을 실시함으로써, 당해 대형 단조용 부품을 얻을 수 있다.
<이점＞
당해 대형 단조용 강은 그의 금속 조직이 베이나이트를 주체로 하므로, 강도가 우수하다. 또한, 이 금속 조직은 당해 대형 단조용 강의 제조 시에 주로 베이나이트 조직으로 변태된 것이며, 이 변태 시에, 상기 식(1)을 만족시킴으로써, 고냉각속도에서의 변태 개시 온도의 저온화를 억제할 수 있다. 또한, 상기 식(2)를 만족시킴으로써, 저냉각속도에서의 변태 개시 온도의 고온화를 억제할 수 있다. 이와 같이, 냉각 속도에 따른 변태 개시 온도의 차이를 억제함으로써, 당해 대형 단조용 강의 재질 격차를 억제할 수 있다. 또, 당해 대형 단조용 강의 각 원소 조성을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 강도 및 인성을 확보할 수 있다. 따라서, 당해 대형 단조용 강은 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하다. 이 때문에, 당해 대형 단조용 강을 이용한 당해 대형 단조 부품은 선박용 디젤 엔진이나 발전용 디젤 엔진 등의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위한 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다.
본 명세서는, 전술한 바와 같이, 다양한 태양의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.
본 발명의 일 국면은, C(탄소): 0.18질량% 이상 0.35질량% 이하, Si(규소): 0질량% 이상 0.3질량% 이하, Mn(망간): 1질량% 이상 2.7질량% 이하, Ni(니켈): 0질량% 이상 1질량% 이하, Cu(구리): 0질량% 이상 1질량% 이하, Cr(크로뮴): 1.5질량% 이상 2.5질량% 이하, Mo(몰리브데넘): 0.35질량% 이상 0.55질량% 이하, V(바나듐): 0질량% 이상 0.15질량% 이하, Al(알루미늄): 0.015질량% 이상 0.05질량% 이하, N(질소): 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하, O(산소): 0질량ppm 초과 30질량ppm 이하를 함유하고, 잔부가 Fe(철) 및 불가피적 불순물인 조성을 가지며, 금속 조직이 베이나이트를 주체로 하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 대형 단조용 강이다.
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)
당해 대형 단조용 강은 그의 금속 조직이 베이나이트를 주체로 하므로, 강도가 우수하다. 또한, 이 금속 조직은 당해 대형 단조용 강의 제조 시에 주로 베이나이트 조직으로 변태된 것이며, 이 변태 시에, 상기 식(1)을 만족시킴으로써, 고냉각속도에서의 변태 개시 온도의 저온화를 억제할 수 있다. 또한, 상기 식(2)를 만족시킴으로써, 저냉각속도에서의 변태 개시 온도의 고온화를 억제할 수 있다. 이와 같이 냉각 속도에 따른 변태 개시 온도의 차이를 억제함으로써, 당해 대형 단조용 강의 재질 격차를 억제할 수 있다. 또, 당해 대형 단조용 강의 각 원소 조성을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 강도 및 인성을 확보할 수 있다. 따라서, 당해 대형 단조용 강은 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하다.
당해 대형 단조용 강이 P(인) 및 S(황)를 추가로 갖고, 하기 식(3)을 추가로 만족시키면 좋다. 본 발명자는 이와 같이 당해 대형 단조용 강이 하기 식(3)을 추가로 만족시킴으로써, 내수소균열성이 우수하다는 것을 발견했다.
0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S-0.19×Mo-0.01×Ni ≤ 0.2 …(3)
또한, P 및 S를 포함하는 대형 단조용 강의 경우, P의 함유율이 0질량% 이상 0.1질량% 이하이면 바람직하다. 또한, S의 함유율이 0질량% 이상 0.02질량% 이하이면 바람직하다. 이와 같은 범위이면, 입계 편석에 의한 입계 파괴 및 황화물계 개재물의 증대를 억제할 수 있어, 강도가 보다 우수한 대형 단조용 강을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 일 국면은, 당해 대형 단조용 강을 단조한 대형 단조 부품이다. 당해 대형 단조 부품은 당해 대형 단조용 강을 단조하여 제조되므로, 강도 및 인성과 함께 내구성도 우수하다. 따라서, 당해 대형 단조 부품은 선박용 디젤 엔진이나 발전용 디젤 엔진의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위한 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 대형 단조용 강은 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하므로, 예를 들면 선박용 디젤 엔진이나 발전용 디젤 엔진 등의 대형 단조 부품에 적합하게 이용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해서 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1∼15, 비교예 1∼21]
고주파로를 이용하여, 표 1에 나타내는 성분의 단조용 강을 용제하고, 주조하여 직경 132mm 이상 158mm 이하, 길이 323mm의 강괴 50kg을 제조했다.
얻어진 강괴의 압탕 부분을 절제하고, 온도 1230℃에서, 5시간 이상 10시간 이하의 가열을 한 후, 자유 단조 프레스기를 이용하여 높이비 1/2까지 압축했다. 다음으로, 이 강괴를 강괴 중심선을 90° 회전시켜 단조하고, 90mm×90mm×450mm까지 잡아늘여 강재를 얻었다. 이 강재를 실온이 될 때까지 대기 중에서 방냉했다. 이 강재를 담금질 처리 전에 550℃ 이상 650℃ 이하에서 10시간 이상 유지한 후, 노냉했다. 한편, 500℃ 이상의 온도 영역에서는 유지 온도까지 50℃/시 이하의 승온 속도로 가열했다.
그 후, 소형 시뮬레이트로를 이용하여, 상기 강재에 담금질 처리를 실시했다. 담금질은, 상기 강재를 승온 속도 50℃/시로 870℃까지 승온하여 3시간 유지한 후, 500℃까지 냉각했다. 이때, 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 한 강재 및 평균 냉각 속도를 10℃/분으로 한 강재를 각각 준비했다. 그 후, 각각의 강재에 템퍼링 처리를 실시했다. 이 템퍼링 처리로서는, 620℃의 온도에서 10시간 유지하고 나서 노냉하는 방법을 채용했다. 이와 같이 해서 실시예 1∼15 및 비교예 1∼21의 대형 단조용 강을 얻었다.
Figure 112016012189912-pat00001
[평가 방법]
실시예 1∼15 및 비교예 1∼21의 대형 단조용 강에 대하여 이하의 평가를 행했다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
<강도 평가＞
강도 평가로서, 각 대형 단조용 강에 대하여 인장 시험을 실시했다. 인장 시험은 JIS Z 2201의 14호 시험편(φ6×G.30)을 이용하여, JIS Z 2241에 기초해서, 인장 강도(TS)를 측정함으로써 행했다. 인장 강도(TS)의 수치가 클수록, 대형 단조용 강이 강도가 우수하다는 것을 의미한다. 한편, 인장 시험은 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 한 대형 단조용 강 및 평균 냉각 속도를 10℃/분으로 한 대형 단조용 강의 쌍방에 대하여 실시했다. 전술한 바와 같이, 이 인장 강도의 수치가 650MPa 이상인 경우, 대형 단조용 강이 강도가 우수하다고 판단할 수 있었다. 또한, 평균 냉각 속도가 상이한 대형 단조용 강 사이의 인장 강도의 차가 100MPa 이하인 경우, 대형 단조용 강이 내구성이 우수하다고 판단할 수 있었다.
<인성 평가＞
인성 평가로서, 각 대형 단조용 강에 대하여 샤르피 충격 시험을 실시했다. 샤르피 충격 시험은 JIS Z 2202의 시험편(2mmV 노치)을 이용하여, JIS Z 2242에 기초해서, 실온에서 흡수 에너지(ｖE)를 측정함으로써 행했다. 흡수 에너지의 수치가 클수록, 대형 단조용 강이 인성이 우수하다는 것을 의미한다. 한편, 샤르피 충격 시험은 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 한 대형 단조용 강에 대하여 실시했다. 전술한 바와 같이, 이 흡수 에너지의 수치가 150J 이상인 경우, 대형 단조용 강이 인성이 우수하다고 판단할 수 있었다.
<내수소균열성 평가＞
내수소균열성 평가로서, 각 대형 단조용 강에 대하여, 비교 시험법에 의해 수소 균열 감수성을 비교 평가했다. 내수소균열성 평가는 이하의 순서로 행했다. 우선, 각 대형 단조용 강으로부터 환봉(丸棒)형의 시험편을 채취했다. 채취한 시험편을 길이 150mm, 표선간 거리 10mm의 덤벨상으로 가공하고, 중앙 부분을 직경 4mm로 가공함과 더불어, 양끝의 잡음구(gripper) 부분을 직경 8mm로 가공하여 길이 15mm에 걸쳐서 나사를 설치했다. 한편, 수소 균열 감수성의 비교 평가는 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 한 대형 단조용 강에 대하여 실시했다.
다음으로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 시험편(1)을 시험 장치(2)에 세팅하고, 0.5몰/L의 H2SO4 및 0.01몰/L의 KSCN을 혼합한 수용액(3)에 침지했다. 그 상태로 수소를 첨가하면서, 전류 밀도 0.5A/dm2로 음극 전해를 행했다. 이상의 준비를 완료한 시험편(1)에 장축 방향의 인장 부하 N을 가하고 그 파단 응력 S1(신도)을 측정하는 SSRT(저변형속도 시험)를 실시했다. 이때, 시험 장치(2)의 크로스 헤드의 인장 속도는 2×10-3mm/분으로 했다.
한편, 수용액(3)에의 침지를 생략한 상태, 즉 대기 중에서 측정한 것 이외에는, 상기 조건과 동일 조건에서 SSRT(저변형속도 시험)를 실시하여, 대형 단조용 강의 파단 응력 S0을 측정했다.
이들 측정에서 얻어진 측정값을 하기 식(6)에 대입하여, 수소 균열 감수성 S값을 산출했다. 이 수소 균열 감수성 S값이 50% 이하인 경우, 대형 단조용 강이 내수소균열성이 우수하다고 판단할 수 있었다.
S값 = (1-S1/S0)×100 …(6)
Figure 112016012189912-pat00002
한편, 표 2에 있어서, 함수 H란, 식(3)의 좌변의 하기 식(7)의 함수를 의미한다.
H = 0.01×C+0.63×Si+0.1×Mn+3.64×P+4.24×S-0.19×Mo-0.01×Ni …(7)
[평가 결과]
표 2에 나타내는 바와 같이, C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V, Al, N 및 O의 함유율이 본 발명의 범위 내이고, 또한 식(1) 및 식(2)를 만족시키는 실시예 1∼15의 대형 단조용 강은, 인장 강도, 평균 냉각 속도가 상이한 대형 단조용 강 사이의 인장 강도의 차, 및 흡수 에너지가 높아, 강도, 내구성 및 인성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
이에 비하여, 비교예 1, 4 및 8의 대형 단조용 강은, 함수 G의 값이 지나치게 작기 때문에, 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 한 대형 단조용 강의 인장 강도가 작아졌다고 생각되어, 강도가 부족하다는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 2, 9 및 19의 대형 단조용 강은, 함수 F의 값이 지나치게 크기 때문에, 평균 냉각 속도가 상이한 대형 단조용 강 사이의 인장 강도의 차가 커졌다고 생각되어, 내구성이 부족하다는 것을 알 수 있다.
또, 비교예 3, 5∼7 및 11∼17의 대형 단조용 강은, Si, Mn, Ni, Cu, Mo, V, Al, N 및 O 중 어느 원소가 본 발명의 범위 밖이기 때문에, 흡수 에너지가 낮아졌다고 생각되어, 인성이 부족하다는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 10의 대형 단조용 강은, Mo가 본 발명의 범위보다 적기 때문에, 평균 냉각 속도를 1℃/분으로 한 대형 단조용 강의 인장 강도가 작아졌다고 생각되어, 강도가 부족하다는 것을 알 수 있다.
비교예 18, 20 및 21에 대해서는, 그의 메커니즘은 명확하지는 않지만, 함수 F 또는 함수 G의 값이 본 발명의 범위 밖이기 때문에, 평균 냉각 속도가 상이한 대형 단조용 강 사이의 인장 강도의 차를 작게 할 수 없었다고 생각되어, 내구성이 부족하다는 것을 알 수 있다.
또한, 식(3)을 만족시키는 실시예 1∼14는, 식(3)을 만족시키지 않는 실시예 15보다도 내수소균열 감수성이 낮다. 이로부터, 식(3)을 추가로 만족시킴으로써, 대형 단조용 강은 내수소균열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
이 출원은 2015년 2월 6일에 출원된 일본 특허출원 2015-022402를 기초로 하는 것이며, 그의 내용은 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 도면을 참조하면서 실시형태를 통하여 본 발명을 적절히 또한 충분히 설명했지만, 당업자라면 전술한 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 이루어질 수 있다고 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 수준의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는 당해 청구항의 권리범위에 포괄된다고 해석된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 대형 단조용 강은 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하므로, 예를 들면 선박용 디젤 엔진이나 발전용 디젤 엔진 등의 대형 단조 부품에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. C: 0.18질량% 이상 0.35질량% 이하,
    Si: 0질량% 이상 0.3질량% 이하,
    Mn: 1질량% 이상 2.7질량% 이하,
    Ni: 0질량% 이상 1질량% 이하,
    Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하,
    Cr: 1.5질량% 이상 2.5질량% 이하,
    Mo: 0.35질량% 이상 0.55질량% 이하,
    V: 0질량% 이상 0.15질량% 이하,
    Al: 0.015질량% 이상 0.05질량% 이하,
    N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,
    O: 0질량ppm 초과 30질량ppm 이하를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 가지며,
    금속 조직은 베이나이트의 면적 분율이 전체 조직에 대하여 90면적% 이상 차지하고,
    하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 대형 단조용 강.
    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. 제 1 항에 있어서,
    상기 대형 단조용 강이 P 및 S를 추가로 함유하고,
    P: 0질량% 초과 0.1질량% 이하,
    S: 0질량% 초과 0.02질량% 이하이고,
    하기 식(3)을 추가로 만족시키는 대형 단조용 강.
    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. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 대형 단조용 강을 단조한 대형 단조 부품.
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