JP2008025021A - 鍛造用鋼およびその製造方法並びに鍛造品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の鍛造用鋼は、鋼中の溶存Mg濃度が0.04〜5ppm、かつ鋼中の溶存Al濃度が50〜500ppmであることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
「クランク軸の進歩改善」,日本船舶用機関学会誌,昭和48年10月,第8巻, 第10号,p.54−59 「高強度クランク軸材の疲労強度特性に関する研究」,Journal of the JIME,平成13年,vol.36,No.6,p.385−390
[MgO]+[Al2O3]≧40% …(1)
[MgO]≧5% …(2)
但し、[MgO]および[Al2O3]は、夫々酸化物系介在物中のMgOおよびAl2O3の含有量(質量%)を示す。
[MgO]+[Al2O3]≧40% …(1)
[MgO]≧5% …(2)
但し、[MgO]および[Al2O3]は、夫々酸化物系介在物中のMgOおよびAl2O3の含有量(質量%)を示す。
Cは、強度向上に寄与する元素であり、十分な強度を確保するには、0.2%以上、より好ましくは0.3%以上、更に好ましくは0.36%以上含有させるのがよい。しかし多過ぎると靭性を劣化させるので、1.0%以下、より好ましくは0.5%以下、更に好ましくは0.45%以下に抑える。
Siは強度向上元素として作用し、十分な強度を確保するには0.05%以上、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.2%以上含有させるのがよいが、多過ぎると逆V偏析が著しくなって清浄な鋼塊が得られ難くなるので、0.6%以下、より好ましくは0.4%以下に抑えるのがよい。
Mnも焼入れ性を高めると共に強度向上に寄与する元素であり、十分な強度と焼入れ性を確保するには0.2%以上、より好ましくは0.4%以上、更に好ましくは0.9%以上含有するものが望ましいが、多過ぎると逆V偏析を助長するので、1.5%以下、より好ましくは1.2%以下、更に好ましくは1.1%以下に抑えるのがよい。
Niは、靭性向上元素として有用な元素であるが、Ni量が過剰になるとコストアップとなるので、4%以下、好ましくは2%以下に抑えるのがよい。
Crは焼入れ性を高めると共に靭性を向上させる有効な元素であり、それらの作用は0.5%以上、好ましくは0.9%以上、更に好ましくは1.5%以上含有させることによって有効に発揮される。しかし多過ぎると逆V偏析を助長して高清浄鋼の製造を困難にするので、4%以下、より好ましくは2.5%以下に抑えるのがよい。
Moは、焼入れ性、強度、靭性の全ての向上に有効に作用する元素であり、それらの作用を有効に発揮させるには0.1%以上、より好ましくは0.15%以上、更に好ましくは0.20%以上含有させることが望ましい。しかし、Moは平衡分配係数が小さくミクロ偏析(正常偏析)を生じ易くするので、1.5%以下に抑えるのがよい。
Vは、析出強化および組織微細化効果があり、高強度化に有用な元素である。この様な作用を有効に発揮させるには、Vを0.005%以上含有させることが推奨される。但し、過剰に含有させても上記効果は飽和してしまい、経済的に無駄であるので、0.3%以下、より好ましくは0.15%以下に抑えるのがよい。
鋼塊から採取したサンプルを研磨し、二次イオン質量分析装置(「ims5f」 CAMECA社製)に装填し、各サンプルについて、500×500(μm2)の領域でMg,Alの二次イオン像を観察し、その領域内でMg,Alが濃化していない場所を3箇所選び、深さ方向に分析を行なった。このときの一次イオン源はO2+である。そして、深さ方向の濃度分布が一定である場合には、その値を溶存濃度とした。深さ方向分析の過程で介在物が存在する場合には、濃度分布が大きく変動するが、介在物が存在しない深さまで分析を進め、濃度分布が一定となった段階で、その値を溶存濃度とした。尚、濃度の定量方法については、標準試料として24Mg(150keV,1×1014atoms/cm2)、27Al(200keV,1×1014atoms/cm2)をイオン注入した純鉄を測定し、得られた相対感度係数(RSF)を用いて原子濃度を測定した。
鍛造後の丸棒において、鋼塊底部相当位置の中心部から、サンプルを切り出し、EPMAによる介在物の成分組成分析を行なった。このとき、各サンプルについて、50個以上の介在物を無作為に選んで組成分析を行い、その平均値を求めた。
鍛造後の丸棒において、鋼塊底部相当位置の中心部から半径方向に直径:10mm×長さ:30mmの平滑試験片を採取し、下記の条件にて疲労試験を実施した。また、疲労試験片と同じ位置から、採取した試験片を用いて常温で引張試験を実施した。そして、疲労限度の指標として、耐久限度比(疲労強度σw/引張強度σB)を測定した。
試験方法:回転曲げ疲労試験(応力比=−1,回転数:3600rpm)
疲労強度評価方法:階差法
階差応力:20MPa
初期応力:300MPa
試験片本数:各5本
各試験片の疲労強度=(破断応力)−(階差応力)
Claims (7)
- 鋼中の溶存Mg濃度が0.04〜5ppm(以下、ppmは「質量ppm」を示す)であると共に、鋼中の溶存Al濃度が50〜500ppmであることを特徴とする鍛造用鋼。
- 鋼中に含まれる酸化物系介在物は、その平均組成が下記(1)式および(2)式を満足するものである請求項1に記載の鍛造用鋼。
[MgO]+[Al2O3]≧40% …(1)
[MgO]≧5% …(2)
但し、[MgO]および[Al2O3]は、夫々酸化物系介在物中のMgOおよびAl2O3の含有量(質量%)を示す。 - 鋼に含まれる酸化物系介在物の断面積をA(μm2)としたとき、√Aの平均値が160μm以下である請求項1または2に記載の鍛造用鋼。
- C:0.2〜1.0%(以下、%は「質量%」を示す)、Si:0.05〜0.6%、Mn:0.2〜1.5%、Ni:4%以下(0%を含まない)、Cr:0.5〜4%、Mo:0.1〜1.5%、V:0.005〜0.3%を夫々含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなるものである請求項1〜3のいずれかに記載の鍛造用鋼。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の鍛造用鋼を用いて製造されたものである鍛造品。
- 一体型クランク軸である請求項5に記載の鍛造品。
- 鍛造用鋼を製造するに当り、溶鋼処理工程におけるトップスラグ中のMgO濃度を5%以上とすると共に、鋼中の溶存Al濃度が50〜500ppmとなるように溶鋼中のAl濃度を制御することを特徴とする鍛造用鋼の製造方法。
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