KR102113459B1

KR102113459B1 - 단조용 강 및 대형 단강품

Info

Publication number: KR102113459B1
Application number: KR1020187023569A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 다카오카
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2020-05-21
Also published as: KR20180102166A; JP2017128795A; CN108368581B; CN108368581A

Abstract

본 발명에 관련된 단조용 강은, 각각 소정량의 C 원소, Si 원소, Mn 원소, Cu 원소, Ni 원소, Cr 원소, Mo 원소, V 원소, N 원소, Al 원소, S 원소 및 O 원자, 및 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고, 금속 조직이 베이나이트 조직이고, 평균 라스폭이 3.0μm 이하이며, 하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하고 있다.
1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.89 ···(1)
0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.40 ···(2)

Description

단조용 강 및 대형 단강품

본 발명은 단조용 강 및 그것을 이용한 대형 단강품에 관한 것이다.

선박용 구동원의 전달 부재로서 이용되는 크랭크축, 중간축, 추진축, 연접봉, 러더 스톡, 러더 혼 등의 대형 단강품에는, 단조용 강이 이용된다. 발전용, 선박용 디젤 엔진의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위해, 이들 대형 단강품에 이용되는 단조용 강에는 고강도, 고인성, 내구성 및 생산성 향상이 필요시되고 있다.

강도 및 인성이 높은 단조용 강으로서는, 그의 원소 조성 등을 연구한 단조용 강이 제안되어 있다(특허문헌 1∼3 참조).

이와 같은 대형 단강품에서는, 강도 및 인성을 높이기 위해, 일반적으로 소둔 또는 담금질을 행하고, 그 후 템퍼링이 행해진다. 이 열처리에 있어서, 일반적으로 내부와 표면의 냉각 속도의 차에 의해 재질 격차가 생긴다. 특히, 선박용 구동원의 전달 부재인 대형 단강품에서는, 예를 들면 대형 크랭크 스로이면 전장 3500mm, 웹폭 2000mm와 같이 후육(厚肉)의 단조용 강이 필요해진다. 이와 같은 후육의 단조용 강을 제조하는 경우, 냉각 속도가 단조용 강의 두께 방향이나 각 단조용 강 사이에서 상이하기 쉽다.

이와 같이 단조용 강의 강도가 높아도 조직이 불균일한 경우, 단조용 강 내에 강도의 차가 생기고, 진동이나 변형에 의해 내구성이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, 종래의 단조용 강에서는, 강도 및 인성과 재질 격차의 저감을 양립하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 또한, 종래의 단조용 강은, 저널공 가공의 가스 절단에 시간이 지나치게 걸리기 때문에 생산성이 저하된다는 문제가 있다.

본 발명은 전술과 같은 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 강도, 인성 및 내구성이 우수하고, 또한 가스 절단성이 우수한 단조용 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일본 특허공개 2002-241892호 공보 일본 특허공개 2004-211206호 공보 일본 특허공개 2005-344149호 공보

즉, 본 발명의 일국면에 따른 단조용 강은,

C: 0.20질량% 이상 0.35질량% 이하,

Si: 0질량% 이상 0.5질량% 이하,

Mn: 0.50질량% 이상 2.70질량% 이하,

Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하,

Ni: 0질량% 이상 2.00질량% 이하,

Cr: 1.00질량% 이상 2.50질량% 이하,

Mo: 0.10질량% 이상 0.55질량% 이하,

V: 0질량% 이상 0.20질량% 이하,

N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,

Al: 0질량% 이상 0.050질량% 이하,

S: 0질량% 이상 0.020질량% 이하,

O: 0질량ppm 초과 50질량ppm 이하, 및

잔부: Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,

금속 조직이 베이나이트 조직이고, 또한 평균 라스폭이 3.0μm 이하이며,

하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.89 ···(1)

0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.40 ···(2)

본 발명의 단조용 강 및 고강도 단강은, 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하다.

본 발명자는, 예의 검토한 결과, 제조되는 단조용 강의 조직이 냉각 속도에 따라 상이하기 어려운 원소 조성이 존재한다는 것을 지득했다. 즉, 발명자는, 원소 조성이 상이한 다수의 단조용 강을 분석한 바, 냉각 속도 의존성이 적은 원소 조성으로 한 다음, 평균 라스폭을 원하는 형태로 하는 것에 의해 가스 절단성이 향상된다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 본 발명의 단조용 강은,

C: 0.20질량% 이상 0.35질량% 이하,

Si: 0질량% 이상 0.5질량% 이하,

Mn: 0.50질량% 이상 2.70질량% 이하,

Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하,

Ni: 0질량% 이상 2.00질량% 이하,

Cr: 1.00질량% 이상 2.50질량% 이하,

Mo: 0.10질량% 이상 0.55질량% 이하,

V: 0질량% 이상 0.20질량% 이하,

N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,

Al: 0질량% 이상 0.050질량% 이하,

S: 0질량% 이상 0.020질량% 이하,

O: 0질량ppm 초과 50질량ppm 이하, 및

잔부: Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,

하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.89 ···(1)

0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.40 ···(2)

상기 구성을 갖는 것에 의해, 본 실시형태의 단조용 강은, 3.0μm 이하의 평균 라스폭이므로 가스 절단성이 향상된다. 그리고, 본 실시형태의 단조용 강은, 그의 금속 조직이 베이나이트 조직을 주체로 하므로 강도가 우수하고, 더욱이 인성과 함께 내구성이 우수하다. 당해 단조용 강의 금속 조직은, 제조 시에 주로 베이나이트 조직으로 변태된 것으로, 이 변태 시, 상기 식(1) 및 (2)를 만족시킴으로써, 단조용 강의 재질 격차를 저감할 수 있다. 현재, 그 메커니즘은 명확하지는 않지만, 상기 식(1)을 만족시킴으로써 고냉각속도에서의 변태 개시 온도의 저온화를 억제할 수 있고, 상기 식(2)를 만족시킴으로써 저냉각속도에서의 변태 개시 온도의 고온화를 억제할 수 있다고 생각된다. 이에 의해 냉각 속도의 상위로부터 단조용 강의 재질 격차가 억제되고, 재질 격차에 의한 단조용 강 내의 강도차가 발생하기 어려워진다. 따라서, 본 실시형태의 단조용 강은, 가스 절단성이 우수함과 함께, 강도, 인성 및 내구성도 우수하다.

[단조용 강]

이하, 본 발명에 따른 단조용 강의 실시형태에 대하여 설명한다.

<금속 조직>

본 실시형태의 단조용 강은, 그의 금속 조직이 베이나이트 조직이다. 이와 같이 금속 조직이 베이나이트 조직인 것에 의해, 당해 단조용 강은 강도가 우수하다.

한편, 금속 조직이 베이나이트 조직이라는 것은, 베이나이트 조직의 면적 분율이 전체 조직에 대해서 90면적% 이상을 차지하는 것을 말한다. 상기 하한은, 바람직하게는 99면적%이다. 또한, 베이나이트 조직의 면적 분율의 측정 방법으로서는, 나이탈 에칭을 실시한 단강품용 고강도 강의 단면을 광학 현미경으로 사진 촬영하고, 그 현미경 사진을 눈으로 보는 것에 의해, 베이나이트 조직과 그 이외의 금속 조직으로 나누고, 그들의 면적비를 구하는 것에 의해 행할 수 있다.

본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 평균 라스폭은 3μm 이하이다. 이 평균 라스폭의 상한은 2.5μm가 보다 바람직하다. 평균 라스폭의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1μm로 할 수 있다. 평균 라스폭은, 단조용 강의 표층으로부터 1/4 두께인 부위로부터 채취한 샘플을 이용하여, 배율: 1,000배에서 주사형 현미경(SEM) 관찰을 행하고, 3시야의 평균값을 평균 라스폭으로 한다. 한편, 표층으로부터 1/4 두께인 부위란, 예를 들면 본 실시형태의 고강도 단조용 강이 횡단면 방형의 판상인 경우에는 표면으로부터 당해 단조용 강의 두께의 1/4 깊이인 부위를 의미한다.

본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 평균 블록폭은 50μm 이하이다. 이 평균 블록폭의 상한은 40μm가 바람직하고, 30μm가 보다 바람직하다. 평균 블록폭의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1μm로 할 수 있고, 10μm로 하는 것이 바람직하다. 평균 블록폭은, 단조용 강의 표층으로부터 1/4 두께인 부위로부터 채취한 샘플을 이용하여, 이하의 순서에 의해 결정했다. 우선, 전처리로서, 시험편에 에머리지에 의한 습식 연마 및 다이아몬드 페이스트(입자 사이즈 3μm)에 의한 버프 연마를 실시한 후, 크로뮴산·빙초산에 의한 전해 연마를 실시하여 경면으로 마무리했다. 다음으로, 이 전처리를 행한 시료 및 SEM을 이용하여 얻어진 전자선 후방 산란 회절 도형(Electron BackScatter diffraction Pattern: EBSP)을 해석하는 것에 의해 베이니틱 페라이트의 결정 방위를 결정했다. 시료의 결정 방위의 측정은 TSL사제의 OIM 측정 장치를 구비한 히타치제작소제 S3100 주사 전자 현미경 또는 니혼전자제 JSM-6500F 전계 방사 주사 전자 현미경을 이용하여, 가속 전압 15kV 또는 25kV에서 행했다. 측정용 소프트웨어로서는, TSL사제 측정용 소프트웨어 "OIM Data Collection 3.0" 및 "OIM Data Collection 3.5"를 이용했다. 다음으로, TSL사제 해석용 소프트웨어 "OIM Analysis 3"에 의해 해석을 행하고, 결정 방위맵을 작성했다. 마지막으로, 결정 방위맵 상에서 라스 단면의 긴 쪽 방향과 수직으로 선을 긋고, 15° 이상의 방위차를 가지는 경계와의 교점의 수를 세어, 그 평균 절편 길이를 평균 블록폭으로 했다.

<조성>

본 실시형태의 단조용 강은,

C(탄소): 0.20질량% 이상 0.35질량% 이하,

Si(규소): 0질량% 이상 0.5질량% 이하,

Mn(망가니즈): 0.50질량% 이상 2.70질량% 이하,

Cu(구리): 0질량% 이상 1질량% 이하,

Ni(니켈): 0질량% 이상 2.00질량% 이하,

Cr(크로뮴): 1.00질량% 이상 2.50질량% 이하,

Mo(몰리브데넘): 0.10질량% 이상 0.55질량% 이하,

V(바나듐): 0질량% 이상 0.20질량% 이하,

N(질소): 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,

Al(알루미늄): 0질량% 이상 0.050질량% 이하,

S(황): 0질량% 이상 0.020질량% 이하,

O(산소): 0질량ppm 초과 50질량ppm 이하, 및

잔부: Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는다.

(C 원소의 함유량)

C 원소는 담금질성을 높임과 함께 강도 향상에 기여하는 원소이다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서 C 원소의 함유량의 하한은 0.20질량%이다. 이 C 원소의 함유량의 하한으로서는 0.25질량%가 바람직하다. 또한, C 원소의 함유량의 상한은 0.35질량%이고, 이 상한으로서는 0.32질량%가 바람직하다. C 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우, 단조용 강의 충분한 강도와 담금질성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, C 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 단조용 강의 인성이 저하될 우려나, C의 역 V 편석이 조장되기 때문에 단조용 강의 피삭성이 저하될 우려가 있다.

(Si 원소의 함유량)

Si 원소는 탈산 원소로서 산소량 저감에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Si 원소의 함유량의 하한은 0질량%이고, Si는 포함되어 있지 않아도 된다. 또한, Si 원소의 함유량의 상한은 0.5질량%이고, 이 상한으로서는 0.3질량%가 바람직하고, 0.2질량%가 보다 바람직하다. Si 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, Si 원소의 역 V 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이나 내수소균열성이 저하될 우려가 있다.

(Mn 원소의 함유량)

Mn 원소는 담금질성을 높임과 함께 강도 향상에 기여하는 원소이다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Mn 원소의 함유량의 하한은 0.50질량%이다. 또한, Mn 원소의 함유율의 상한은 2.70질량%이고, 이 상한으로서는 2.50질량%가 바람직하며, 1.50질량%가 보다 바람직하다. Mn 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우, 단조용 강의 충분한 강도와 담금질성을 확보할 수 없을 우려나 결정 입도의 격차를 충분히 억제할 수 없을 우려가 있다. 한편, Mn 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, Mn 원소의 역 V 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이나 내수소균열성이 저하될 우려가 있다.

(Cu 원소의 함유량)

Cu 원소는 인성 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Cu 원소의 함유량의 하한은 0질량%이고, Cu 원소는 포함되어 있지 않아도 된다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Cu 원소의 함유량의 상한은 1질량%이고, 이 상한으로서는 0.5질량%가 바람직하다. 한편, Cu 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 제조 비용이 증대될 우려나 열간 균열이 생길 우려가 있다.

(Ni 원소의 함유량)

Ni 원소는 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Ni 원소의 함유량의 하한은 0질량%이고, Ni 원소는 포함되어 있지 않아도 된다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Ni 원소의 함유량의 상한은 2.00질량%이고, 이 상한으로서는 1.00질량%가 바람직하며, 0.80질량%가 보다 바람직하다. Ni 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, Ni 원소의 역 V 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

(Cr 원소의 함유량)

Cr 원소는 담금질성을 높임과 함께 인성 향상에 기여하는 원소이다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Cr 원소의 함유량의 하한은 1.00질량%이다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Cr 함유량의 상한은 2.50질량%이고, 이 상한으로서는 2.00질량%가 바람직하며, 1.60질량%가 보다 바람직하다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Cr 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우에는, 단조용 강의 충분한 인성과 담금질성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, Cr 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, Cr 원소의 역 V 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 피삭성이 저하될 우려가 있다.

(Mo 원소의 함유량)

Mo 원소는 담금질성, 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Mo 원소의 함유량의 하한은 0.10질량%이고, 이 하한으로서는 0.30질량%가 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Mo 원소의 함유량의 상한은 0.55질량%이고, 이 상한으로서는 0.5질량%가 바람직하다. Mo 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우, 단조용 강의 충분한 담금질성, 강도 및 인성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, Mo 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, Mo 원소의 마이크로 편석이나 중량 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

(V 원소의 함유량)

V 원소는 담금질성을 높임과 함께 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 V 함유량의 하한은 0질량%이고, 이 하한으로서는 0.04질량%가 바람직하며, 0.08질량%가 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 V 원소의 함유량의 상한은 0.20질량%이고, 이 상한으로서는 0.15질량%가 바람직하다. V 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, V의 평형 분배 계수의 낮음에 기인하여 마이크로 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

(N 원소의 함유량)

N 원소는 질화물을 형성해서 결정립을 세립화하여, 인성의 확보에 기여하는 원소이다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 N 원소의 함유량의 하한은 30질량ppm이다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 N 원소의 함유량의 상한은 100질량ppm이고, 이 상한으로서는 80질량ppm이 바람직하며, 60질량ppm이 보다 바람직하다. N 원소의 함유량이 상기 하한 미만인 경우, 단조용 강의 인성을 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, N 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 고용 N으로서 변형 시효를 초래하여, 단조용 강의 인성을 저하시킬 우려가 있다.

(Al 원소의 함유량)

Al 원소는 탈산 원소로서 산소량 저감에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Al 원소의 함유량의 하한은 0질량%이고, Al 원소는 포함되어 있지 않아도 된다. 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Al 원소의 함유량의 하한은 0.010질량%가 바람직하고, 0.015질량%가 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Al 원소의 함유량의 상한은 0.050질량%이다. Al 원소의 함유량이 0.010질량% 이상 또는 0.015질량% 이상임으로써, 단조용 강의 충분한 산소량 저감이 가능해진다. 반대로, Al 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 산화물의 조대화를 야기하여, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

(O 원자의 함유량)

O 원자는 본 실시형태의 단조용 강 중에 산화물로서 존재하고, O 원자의 함유량은 0질량%로 할 수 없다. 따라서, 본 실시형태의 단조용 강의 O 원자의 함유량의 하한은 0질량% 초과이다. 한편, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 O 원자의 함유량의 상한은 30질량ppm이고, 이 상한으로서는 15질량ppm이 바람직하며, 10질량ppm이 보다 바람직하다. O 원자의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 산화물의 조대화를 야기하여, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

(S 원소의 함유량)

본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 S 원소의 함유량의 하한은 0질량%이고, S 원소는 포함되어 있지 않아도 된다. 단, 본 실시형태의 단조용 강은, 상기 Al 원소의 함유량이 0.010질량% 이상이고, 상기 O 원자의 함유량이 15질량ppm 이하임과 함께, S 원소의 함유량이 0질량% 초과 0.0030질량% 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 단조용 강의 피로 특성이 보다 향상된다.

(다른 성분)

본 실시형태의 단조용 강은, 전술한 성분 이외에 잔부에 Fe(철) 및 불가피적 불순물을 포함한다. 또한, 불가피적 불순물로서는, 예를 들면 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 유입되는 P(인), S, Sn(주석), As(비소), Pb(납), Nb(나이오븀), Ti(타이타늄) 등의 원소의 혼입이 허용된다.

상기 불가피적 불순물인 P 원소의 함유량의 상한으로서는, 0.1질량%가 바람직하고, 0.01질량%가 보다 바람직하다. 본 실시형태의 단조용 강의 P 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, 입계 편석에 의한 입계 파괴를 조장할 우려가 있다.

상기 불가피적 불순물인 S 원소의 함유량의 상한으로서는, 0.020질량%가 바람직하고, 0.010질량%가 보다 바람직하다. 본 실시형태의 단조용 강의 S 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우에는, 황화물계 개재물이 증대되어 강도를 열화시킬 우려가 있다. S 원소의 함유량은, 상기 상한 이하의 범위에 있더라도, 본 실시형태의 단조용 강의 정련(탈황)에 의해 S 원소의 함유량을 더 감소시켜, 전술의 피로 특성을 향상시키는 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

<각 성분 함유량간의 관계>

본 실시형태의 단조용 강은, 하기 식(1) 및 (2)를 만족시킨다.

1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.89 ···(1)

0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.40 ···(2)

본 실시형태의 단조용 강의 금속 조직은, 제조 시에 주로 베이나이트 조직으로 변태된 것이고, 이때, 상기 식(1) 및 (2)를 만족시킴으로써, 단조용 강의 재질 격차를 저감할 수 있다. 현재, 그 메커니즘은 명확하지는 않지만, 상기 식(1)을 만족시킴으로써 고냉각속도에서의 변태 개시 온도의 저온화를 억제할 수 있고, 상기 식(2)를 만족시킴으로써 저냉각속도에서의 변태 개시 온도의 고온화를 억제할 수 있다고 생각된다. 이에 의해 냉각 속도의 상위로부터 단조용 강의 재질 격차가 억제되고, 재질 격차에 의한 단조용 강 내의 강도차가 발생하기 어려워진다.

더 상세하게 설명하면, 식(1) 및 식(2)의 부등호 사이에 끼워진 하기 식(3) 및 식(4)로 표시되는 함수 F 및 함수 G는 원소 조성이 상이한 다수의 단조용 강을 회귀 분석하는 것에 의해 도출한 식이다.

F=C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 ···(3)

G=C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10 ···(4)

식(3)으로 표시되는 함수 F는 주로 담금질 처리 후 시의 평균 냉각 속도가 1℃/min인 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도와 양의 상관이 있다. 또한, 식(4)의 함수 G는 저냉각속도 시의 인성과 음의 상관이 있다.

한편, 「강도」는 JIS-Z2201(2011)의 14호 시험편(φ6×G.30)을 이용하여 JIS-Z2241(2011)에 기초해서 인장 강도(TS)를 측정한 값을 의미하고, 「인성」은 JIS-Z2202(2005)의 시험편(2mm V 노치)을 이용하여 JIS-Z2242(2005)에 기초해서 샤르피 충격 시험에 의해 실온에서 흡수 에너지(vE)를 측정한 값을 의미한다. 강도 및 인성 모두 수치가 클수록 우수한 것을 의미한다.

여기에서, 식(4)로 표시되는 함수 G의 값이 증가하면 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도가 향상되지만, 함수 G의 값이 0.53을 초과하면 단조용 강의 인성이 150J 미만이 되어, 단조용 강으로서 인성 부족이 될 우려가 있다. 반대로, 함수 G의 값이 감소하면 단조용 강의 인성이 향상되지만, 함수 G의 값이 0.40 미만이 되면 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도가 650MPa 미만이 되어, 단조용 강으로서 강도 부족이 될 우려가 있다. 따라서, 강도 및 인성이 우수한 단조용 강을 얻기 위해서는, 식(2)를 만족시킬 필요가 있다.

마찬가지로 식(3)으로 표시되는 함수 F는 주로 담금질 처리 후 시의 평균 냉각 속도가 10℃/min인 고냉각속도 시의 단조용 강의 강도와 양의 상관이 있다. 함수 F의 값이 0.89 미만이 되면 고냉각속도 시의 단조용 강의 강도가 650MPa 미만이 되어, 단조용 강으로서 강도 부족이 될 우려가 있다. 따라서, 강도가 우수한 단조용 강을 얻기 위해서는, 함수 F의 값을 0.89 이상으로 할 필요가 있다.

또한, 함수 F의 값이 커질 때, 고냉각속도 시의 단조용 강의 강도의 증가는 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도의 증가보다도 크다. 이 때문에, 함수 F의 값이 커지면, 고냉각속도 시의 단조용 강의 강도와 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도의 차가 커지기 쉽다. 즉, 냉각 속도의 상위에 의해 단조용 강의 강도차가 발생하기 쉬워져, 내구성이 저하될 우려가 있다. 여기에서, 함수 G가 전술의 0.53 부근이면, 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도는 700MPa 정도이다. 이에 대해, 함수 F의 값이 1.15를 초과하면 고냉각속도 시의 단조용 강의 강도가 800MPa을 초과하기 때문에, 저냉각속도 시의 단조용 강의 강도와의 강도차가 100J을 초과하여, 단조용 강이 내구성 부족이 될 우려가 있다. 따라서, 내구성이 우수한 단조용 강을 얻기 위해서는, 함수 F의 값을 1.15 이하로 할 필요가 있다. 이에 의해 식(1)이 도출된다.

현재, 그 메커니즘은 명확하지는 않지만, 상기를 만족시킴으로써 금속 피로의 발생 기점이 되는 조대 개재물이 감소하기 때문에, 피로 특성이 크게 개선되고 있다고 추정된다.

<기계적 성질>

본 실시형태의 단조용 강의 인장 강도(TS)의 하한으로서는, 650MPa이 바람직하고, 700MPa이 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강의 인장 강도의 상한으로서는, 850MPa이 바람직하고, 800MPa이 보다 바람직하다. 단조용 강의 인장 강도가 상기 하한 미만인 경우, 단조용 강의 강도가 부족할 우려가 있다. 한편, 단조용 강의 인장 강도가 상기 상한을 초과하는 경우, 단조용 강의 강도의 냉각 온도 의존성이 발생하기 쉬워져, 단조용 강의 내구성이 부족할 우려가 있다.

담금질 처리 시의 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 해서 제조한 단조용 강과 담금질 처리 시의 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 것 이외에는 마찬가지의 조건에서 제조한 단조용 강의 인장 강도(TS)의 차분의 상한으로서는, 100MPa이 바람직하고, 75MPa이 보다 바람직하며, 50MPa이 더 바람직하다. 상기 차분이 상기 상한을 초과하는 경우, 단조용 강의 강도의 냉각 온도 의존성이 발생하기 쉬워져, 단조용 강의 내구성이 부족할 우려가 있다.

샤르피 충격 시험에 의해 실온에서 측정한 본 실시형태의 단조용 강의 흡수 에너지의 하한으로서는, 150J이 바람직하고, 180J이 보다 바람직하다. 또한, 상기 흡수 에너지의 상한으로서는, 260J이 바람직하다. 상기 흡수 에너지가 상기 하한 미만인 경우, 단조용 강의 인성이 부족할 우려가 있다. 한편, 상기 흡수 에너지가 상기 상한을 초과하는 경우, 단조용 강의 강도가 저하될 우려가 있다.

<대형 단강품>

본 실시형태의 대형 단강품은 본 실시형태의 단조용 강을 이용하여 제조된다. 이 때문에, 본 실시형태의 대형 단강품은 강도 및 인성과 함께 내구성도 우수하다. 따라서, 본 실시형태의 대형 단강품은 선박용, 발전용 디젤 엔진의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위한 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다.

<제조 방법>

본 실시형태의 단조용 강은, 예를 들면 용제 공정, 주조 공정, 가열 공정, 소재 단조 공정을 거침으로써 제조되고, 당해 단조용 강을 이용한 대형 단강품은 부품 단조 공정, 담금질 전처리 공정, 담금질 처리 공정 및 기계 가공 공정을 구비하는 제조 방법에 의해 제조된다.

(주조 공정)

주조 공정에서는, 용제 공정에서 성분 조정한 강을 이용하여 강괴(잉곳)를 주조한다. 단조용 강의 경우는 주로 잉곳 주조가 채용되지만, 연속 주조법을 채용하는 것도 가능하다.

(가열 공정)

가열 공정에서는, 소정의 온도에서 소정 시간, 강괴를 가열한다. 저온이 되면 재료의 변형 저항이 증대되므로, 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 필요하고, 가열 시간은 예를 들면 3시간 이상으로 한다. 가열 시간은 일반적으로 피가공물의 직경의 2승에 비례한다고 생각되고 있어, 대형재일수록 가열 유지 시간은 길어진다.

(소재 단조 공정)

소재 단조 공정에서는, 가열 공정에서 가열된 강괴를 단조한다. 수축 공동이나 마이크로포로시티 등의 주조 결함을 압착시키기 위해서, 단련 성형에서는 가스 절단성 향상을 위해 이하의 조건이 필요해진다. 이와 같이 해서 본 실시형태의 단조용 강이 얻어진다.

[1,100℃∼1,000℃까지의 누적 압하율을 20%∼30%]

이 온도는 재결정에 의해 구 오스테나이트가 미세해지는 최적 온도이다. 이 온도 범위에서의 누적 압하율을 20% 이상, 바람직하게는 25% 이상으로 하는 것에 의해, 적정 사이즈의 라스 조직이 얻어진다. 이 온도 범위로부터 벗어나면 조대한 조직이 되어 가스 절단성을 확보할 수 없다. 또한, 이 온도 범위에 있어서, S=A0/A≥3.0, 바람직하게는 S≥3.5로 하면 된다. 여기에서, A0는 단조 전의 단면적을 나타내고, A는 단조 후의 단면적을 나타낸다.

(부품 단조 공정)

부품 단조 공정에서는, 소재 단조 공정에서 단조된 강괴(단조용 강)를 크랭크축 등의 대형 단강품으로 가공한다. 예를 들면 크랭크축으로의 가공 방법으로서는, 크랭크암과 크랭크핀을 일체로 한 블록으로서 단조하고, 가스 절단 및 기계 가공에 의해 크랭크축 형상으로 마무리하는 자유 단조법이나, 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 부분에서 차지하게 할 수 있어, 강도 및 내구성이 우수한 크랭크축이 얻어지기 쉬우므로 바람직하다.

(담금질 처리 공정)

담금질 처리 공정에서는, 담금질 처리를 행한 후, 템퍼링 처리를 행한다. 담금질 처리 전에 단조품을 냉각하는 담금질 전처리 공정이 실시된다. 담금질 처리는 담금질 전처리 공정에서 냉각된 단조품을 소정 온도까지 승온하여 소정 시간 유지한 후, 소정 온도까지 냉각하는 처리이다. 담금질 온도로서는 800℃ 이상 950℃ 이하가 바람직하고, 상기 유지 시간으로서는 1시간 이상이 바람직하다. 또 냉각 온도로서는, 450℃ 이상 530℃ 이하가 바람직하다. 또한, 승온 속도로서는, 30℃/hr 이상 70℃/hr 이하가 바람직하고, 냉각 속도로서는, 15℃/min 이하가 바람직하다.

또한, 담금질 처리에 있어서의 냉각에서는, 상기 냉각 대신에 서브제로 처리를 실시해도 된다. 서브제로 처리란, 심랭 처리라고도 불리고 있는 것으로, 단조품을 담금질 온도로부터 즉시 0℃ 이하의 냉각 온도로 식히는 처리이다. 서브제로 처리로서, 메탄올 또는 에탄올과, 드라이아이스를 한제(寒劑)로서 이용하여 단조품을 약 -80℃까지 식히는 처리를 채용해도 된다. 또한, 한제로서 탄산 가스를 이용하여 단조품을 약 -130℃까지 식히는 처리를 채용해도 되고, 액체 질소를 이용하여 단조품을 식히는 처리를 채용해도 된다. 서브제로 처리에 있어서의 냉각 온도로서는, -190℃ 이상 -80℃ 이하가 바람직하다. 야금 학문적인 메커니즘은 불명확하지만, 서브제로 처리를 실시하는 것에 의해 평균 블록폭을 50μm 이하로 할 수 있다.

템퍼링 처리는 담금질 처리를 행한 단조품을 소정의 온도까지 서가열하고, 일정 시간 유지한 후, 실온까지 냉각하는 처리이다. 템퍼링 온도로서는, 550℃ 이상 650℃ 이하가 바람직하고, 상기 유지 시간으로서는 5시간 이상 20시간 이하가 바람직하다. 또한, 승온 속도로서는, 30℃/hr 이상 70℃/hr 이하가 바람직하고, 냉각 속도로서는, 15℃/min 이하가 바람직하다. 템퍼링을 행하는 것에 의해, 강도, 연성 및 인성의 밸런스가 조정됨과 함께, 상변태로 생긴 내부 응력(잔류 응력)이 제거된다.

(기계 가공 공정)

담금질 처리 공정 후의 단조품으로부터, 가스 절단 후에 절삭, 연삭을 포함하는 마무리 기계 가공을 실시함으로써, 본 실시형태의 대형 단조용 부품을 얻을 수 있다.

<이점>

본 실시형태의 단조용 강은, 그의 금속 조직이 베이나이트 조직이기 때문에, 강도가 우수하다. 이 금속 조직은 본 실시형태의 단조용 강의 제조 시에 주로 베이나이트 조직으로 변태된 것이고, 이 변태 시에, 상기 식(1)을 만족시킴으로써, 고냉각속도에서의 변태 개시 온도의 저온화를 억제할 수 있고, 상기 식(2)를 만족시킴으로써, 저냉각속도에서의 변태 개시 온도의 고온화를 억제할 수 있다. 이와 같이 냉각 속도에 의한 변태 개시 온도의 상위를 억제함으로써, 단조용 강의 재질 격차를 억제할 수 있다. 또 본 실시형태의 단조용 강의 각 원소 조성을 상기 범위 내로 하는 것에 의해, 강도 및 인성을 확보할 수 있다. 따라서, 당해 단조용 강은, 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하다. 또한, 평균 라스폭이 소정 범위 내이므로, 가스 절단성이 우수하고, 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 단조용 강을 이용한 대형 단강품은 선박용 디젤 엔진이나 발전용 디젤 엔진 등의 출력 향상이나 컴팩트화를 실현하기 위한 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다.

[변형 실시형태]

전술한 단조용 강이 0질량% 이상 0.07질량% 이하의 Nb, 또는 0질량% 이상 0.03질량% 이하의 B 중 적어도 한쪽을 추가로 함유하는 것도 가능하다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강은,

C: 0.20질량% 이상 0.35질량% 이하,

Si: 0질량% 이상 0.5질량% 이하,

Mn: 0.50질량% 이상 2.70질량% 이하,

Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하,

Ni: 0질량% 이상 2.00질량% 이하,

Cr: 1.00질량% 이상 2.50질량% 이하,

Mo: 0.10질량% 이상 0.55질량% 이하,

V: 0질량% 이상 0.20질량% 이하,

N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,

Al: 0질량% 이상 0.050질량% 이하,

S: 0질량% 이상 0.020질량% 이하,

O: 0질량ppm 초과 50질량ppm 이하,

Nb(나이오븀): 0질량% 이상 0.07질량% 이하,

B(붕소): 0질량% 이상 0.03질량% 이하, 및

잔부: Fe 및 불가피적 불순물의 조성을 갖는 것도 가능하다. 이에 의해, 본 실시형태의 단조용 강의 담금질성 및 강도를 향상시킬 수 있다.

(Nb 원소의 함유량)

Nb 원소는 담금질성을 높임과 함께 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Nb 함유량의 하한은 0질량%이고, 이 하한으로서는 0.01질량%가 바람직하며, 0.02질량%가 보다 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 Nb 원소의 함유량의 상한은 0.07질량%이고, 이 상한으로서는 0.05질량%가 바람직하다. Nb 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, Nb의 평형 분배 계수의 낮음에 기인하여 마이크로 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

(B 원소의 함유량)

B 원소는 담금질성을 높임과 함께 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 첨가된다. 즉, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 B 함유량의 하한은 0질량%이고, 이 하한으로서는 0.01질량%가 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 단조용 강에 있어서의 B 원소의 함유량의 상한은 0.03질량%이고, 이 상한으로서는 0.02질량%가 바람직하다. B 원소의 함유량이 상기 상한을 초과하는 경우, B의 평형 분배 계수의 낮음에 기인하여 마이크로 편석이 조장되기 때문에, 단조용 강의 인성이 저하될 우려가 있다.

본 명세서는 전술한 바와 같이 다양한 태양의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.

즉, 본 발명의 일국면에 따른 단조용 강은,

C: 0.20질량% 이상 0.35질량% 이하,

Si: 0질량% 이상 0.5질량% 이하,

Mn: 0.50질량% 이상 2.70질량% 이하,

Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하,

Ni: 0질량% 이상 2.00질량% 이하,

Cr: 1.00질량% 이상 2.50질량% 이하,

Mo: 0.10질량% 이상 0.55질량% 이하,

V: 0질량% 이상 0.20질량% 이하,

N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,

Al: 0질량% 이상 0.050질량% 이하,

S: 0질량% 이상 0.020질량% 이하,

O: 0질량ppm 초과 50질량ppm 이하, 및

잔부: Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖고,

하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.89 ···(1)

0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.40 ···(2)

이와 같은 구성을 갖는 것에 의해, 본 실시형태의 단조용 강에서는, 3.0μm 이하의 평균 라스폭이므로 가스 절단성이 향상된다. 그리고, 당해 단조용 강은, 그의 금속 조직이 베이나이트 조직이기 때문에 강도가 우수하고, 더욱이 인성과 함께 내구성이 우수하다.

또한, 상기 단조용 강은, 평균 블록폭이 50μm 이하인 것이 바람직하고, 이에 의해 인성이 보다 향상된다.

또한, 상기 단조용 강은,

Nb: 0질량% 이상 0.07질량% 이하, 또는

B: 0질량% 이상 0.03질량% 이하

의 적어도 한쪽을 추가로 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해 담금질성 및 강도가 보다 향상된다.

또 상기 단조용 강은, 상기 Al의 함유량이 0.010질량% 이상, 상기 S의 함유량이 0질량% 초과 0.0030질량% 이하, 상기 O의 함유량이 15질량ppm 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해 피로 특성이 보다 향상된다.

본 발명의 다른 국면에 따른 대형 단강품은, 전술한 고강도 단강을 이용하여 제조된다. 이 때문에, 본 실시형태의 대형 단강품은, 강도 및 인성과 함께 내구성이 우수하다.

실시예

이하, 실시예에 기초해서 본 발명을 상세히 기술하지만, 이 실시예의 기재에 기초해서 본 발명이 한정적으로 해석되는 것은 아니다.

[평가 방법]

표 1 및 표 3에 나타내는 조성을 갖고, 소정의 평균 라스폭(표 1 및 표 3에 나타내는 평균 라스폭)을 갖는 No. 1∼No. 42 및 No. 51∼No. 67의 450mm 두께의 판상의 단강에 대하여 후술하는 평가를 행했다. 평균 라스폭은, 단강의 t/4 위치(t: 판두께)로부터 채취한 샘플을 이용하여, 배율: 1,000배에서 주사형 현미경(SEM) 관찰을 행하고, 3시야의 평균값을 그 강종의 평균 라스폭으로 했다. 또한, No. 51∼No. 58의 단강에 대해서는, 표 4에 나타내는 냉각 온도에서 서브제로 처리를 실시하고, 평균 블록폭을 결정했다. 평균 블록폭은, 단강의 t/4 위치(t: 판두께)로부터 채취한 샘플을 이용하여, 배율: 400배에서 EBSD 측정을 행하고, 얻어진 결정 방위맵 상에서 라스 단면의 긴 쪽 방향과 수직으로 선을 긋고, 15° 이상의 방위차를 가지는 경계와의 교점의 수를 세어, 그 평균 절편 길이를 평균 블록폭으로 했다. 한편, 표 3의 평균 블록폭에 기재한 ×는 단강에 균열이 발생하여 평균 블록폭을 결정할 수 없었던 것을 나타낸다.

<강도 평가>

강도 평가로서, 표 1 및 표 3에 나타내는 각 성분 조성의 단조용 강의 상기 t/4 위치로부터의 시험편에 대하여 인장 시험을 실시했다. 인장 시험은, JIS-Z2201(2011)의 14호 시험편(φ6×G.30)을 이용하여 JIS-Z2241(2011)에 기초해서 인장 강도(TS)를 측정함으로써 행했다. 이 인장 강도(TS)의 수치가 클수록, 단조용 강이 강도가 우수한 것을 의미한다. 인장 시험은, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 상기 인장 강도와, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 상기 인장 강도에 대하여 측정하고, 각각의 측정 결과를 표 2 및 표 4의 강도 1 및 강도 2에 기재했다. 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 상기 인장 강도와, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 상기 인장 강도의 양쪽이 650MPa 이상인 경우, 「양호」로 판단하고, 650MPa 미만을 「양호하지 않음」으로 판단했다. 또한, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 상기 인장 강도와, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 상기 인장 강도의 차(표 2 및 표 4에서의 강도차)가 100MPa 이하인 경우, 단조용 강이 내구성이 우수하여 「양호」로 판단하고, 100MPa 초과의 경우 「양호하지 않음」으로 판단했다. 이 차를 표 2 및 표 4의 강도차로서 기재했다.

<인성 평가>

인성 평가로서, 표 1 및 표 3에 나타내는 각 성분 조성의 단조용 강(t/4 위치)에 대하여 샤르피 충격 시험을 실시했다. 샤르피 충격 시험은 JIS-Z2202(2005)의 시험편(2mm V 노치)을 이용하여 JIS-Z2242(2005)에 기초해서 실온에서 흡수 에너지(vE)를 측정함으로써 행했다. 흡수 에너지의 수치가 클수록 단조용 강이 인성이 우수한 것을 의미한다. 한편, 샤르피 충격 시험은 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강에 대하여 실시했다. 전술과 같이 이 흡수 에너지의 수치가 150J 이상인 경우, 단조용 강이 인성이 우수하여 「양호」로 판단하고, 150J 미만인 경우 「양호하지 않음」으로 판단했다. 이 흡수 에너지를 표 2 및 표 4의 인성에 기재했다. 한편, 표 4의 인성에 기재한 ×는 단강에 균열이 발생하여 인성을 판단할 수 없었던 것을 나타낸다.

<가스 절단성 평가>

가스 절단성은 절단 속도 170mm/min, 산소압 5.5kg/cm², 프로판 가스압 0.55kg/cm²로 단강을 절단하여, 가스 절단면 거칠기가 5.5μm 이하인 것을 「양호」로 판단하고, 5.5μm 초과의 경우 「양호하지 않음」으로 판단했다. 한편, 가스 절단면 거칠기는 JIS-B0601(2013)에 준거해서 측정했다. 이 가스 절단면 거칠기를 표 2 및 표 4의 가스 절단성에 기재했다.

표 2에 나타내듯이, No. 1∼No. 15의 실시예의 단조용 강은, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 내구성, 인성 및 가스 절단성 모두 양호한 것이 확인되었다.

한편, No. 16∼No. 42의 비교예의 단조용 강은, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 내구성, 인성 및 가스 절단성 중 적어도 하나가 양호하지 않은 것이 확인되었다. 이하, 각 비교예에 대하여 검토한다.

No. 16∼No. 34의 단조용 강은, 조성이 본 발명에서 규정하는 범위를 만족시키고 있지 않은 비교예이다. 이 No. 16∼No. 34의 단조용 강의 각각은, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 및 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 및 인성 중 적어도 하나가 양호하지 않다.

No. 35∼No. 39의 단조용 강은, 상기 식(1) 및 식(2) 중 적어도 한쪽을 만족시키고 있지 않은 비교예이다. 이 No. 35∼No. 39의 단조용 강은, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도와, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도와의 차가 커서, 내구성이 양호하지 않다.

No. 40∼No. 42의 단조용 강은, 본 발명이 규정하는 평균 라스폭을 만족시키고 있지 않은 비교예이다. 이 No. 40∼No. 42의 단조용 강은, 본 발명에서 규정하는 평균 라스폭을 갖는 것은 아니므로, 가스 절단성이 양호하지 않다.

또한, 표 4에 나타내듯이, No. 43∼No. 53의 실시예의 단조용 강은, 평균 냉각 속도를 1℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 평균 냉각 속도를 10℃/min으로 한 단조용 강의 인장 강도, 내구성, 인성 및 가스 절단성 모두 양호한 것이 확인되었다. 특히, No. 43∼No. 46의 실시예의 단조용 강은, 평균 블록폭이 20μm∼27μm이고, 우수한 인장 강도, 내구성, 인성 및 가스 절단성을 나타내는 것이 확인되었다.

한편, No. 54∼No. 59의 비교예의 단조용 강은, 인성이 양호하지 않은 것이 확인되었다. 이하, 각 비교예에 대하여 검토한다.

No. 54∼No. 57의 단조용 강은, 바람직한 냉각 온도인 -190℃ 이상 -80℃ 이하의 범위로부터 벗어난 냉각 온도에서 서브제로 처리를 실시한 비교예이다. No. 54∼No. 55의 단조용 강은, 바람직한 냉각 온도의 하한을 하회하는 온도에서 서브제로 처리를 실시한 비교예이며, 단조용 강에 균열이 발생하고, 인성이 양호하지 않다. 또한, No. 56∼No. 57의 단조용 강은, 바람직한 냉각 온도의 상한을 상회하는 온도에서 서브제로 처리를 실시한 비교예이며, 평균 블록폭이 바람직한 범위의 상한인 50μm를 상회하고, 또한 인성이 양호하지 않다.

No. 58∼No. 59의 단조용 강은, 조성에 대하여 Nb 원소의 함유량 또는 B 원소의 함유량 중 적어도 한쪽이 바람직한 범위로부터 벗어난 비교예이다. No. 58의 단조용 강은, Nb 원소의 함유량이 바람직한 범위의 상한인 0.07질량%를 초과한 비교예이고, No. 59의 단조용 강은, B 원소의 함유량이 바람직한 범위의 상한인 0.03질량%를 초과한 비교예이며, 모두 인성이 양호하지 않다.

이 출원은 2016년 1월 18일에 출원된 일본 특허출원 특원2016-007349 및 2016년 11월 10일에 출원된 일본 특허출원 특원2016-219905를 기초로 하는 것이고, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.

본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 구체적 예시 등을 참조하면서 실시형태를 통하여 본 발명을 적절하고 충분히 설명했지만, 당업자이면 전술의 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 해낼 수 있는 것으로 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 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.

이상과 같이, 본 발명의 단조용 강 및 대형 단강품은, 예를 들면 선박용 디젤 엔진이나 발전용 디젤 엔진 등에 적합하게 채용할 수 있다.

Claims

C: 0.20질량% 이상 0.35질량% 이하,
Si: 0질량% 이상 0.5질량% 이하,
Mn: 0.50질량% 이상 2.70질량% 이하,
Cu: 0질량% 이상 1질량% 이하,
Ni: 0질량% 이상 2.00질량% 이하,
Cr: 1.00질량% 이상 2.50질량% 이하,
Mo: 0.10질량% 이상 0.55질량% 이하,
V: 0질량% 이상 0.20질량% 이하,
N: 30질량ppm 이상 100질량ppm 이하,
Al: 0질량% 이상 0.050질량% 이하,
S: 0질량% 이상 0.020질량% 이하,
O: 0질량ppm 초과 50질량ppm 이하, 및
잔부: Fe 및 불가피적 불순물
인 조성을 갖고,
금속 조직이 베이나이트 조직이고, 또한 평균 라스폭이 3.0μm 이하이며,
하기 식(1) 및 (2)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 단조용 강.
1.15≥C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14≥0.89 ···(1)
0.53≥C+Si/30+Mn/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10≥0.40 ···(2)
제 1 항에 있어서,
평균 블록폭이 50μm 이하인 단조용 강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
Nb: 0질량% 이상 0.07질량% 이하, 또는
B: 0질량% 이상 0.03질량% 이하
의 적어도 한쪽을 추가로 함유하는 단조용 강.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 Al의 함유량이 0.010질량% 이상,
상기 S의 함유량이 0질량% 초과 0.0030질량% 이하,
상기 O의 함유량이 15질량ppm 이하인 단조용 강.
제 3 항에 있어서,
상기 Al의 함유량이 0.010질량% 이상,
상기 S의 함유량이 0질량% 초과 0.0030질량% 이하,
상기 O의 함유량이 15질량ppm 이하인 단조용 강.
제 1 항에 기재된 단조용 강을 이용한 대형 단강품.