(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．２〜０．６％（「質量％」の意味。化学成分について以下同じ）、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．２０〜１．５％、
Ｎｉ：０．１０〜３．５０％、
Ｃｒ：０．９〜４％、
Ｍｏ：０．１０〜０．７０％、
Ｖ：０．０１〜０．２０％、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％、
Ｓ：０．００８％以下（０％を含まない）、
Ｔｉ：０．００５％以下（０％を含まない）、および
Ｔｏｔａｌ Ｏ：０．００２５％以下（０％を含まない）を満たし、
残部が鉄及び不可避不純物からなるものであって、
鋼断面において観察される全介在物数に占める、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物数の割合が、５％以上であり、かつ、
鋼断面において観察される最大介在物の長径が１００μｍ以下であることを特徴とする鍛造品。
【請求項２】
請求項１に記載の鍛造品を製造する方法であって、溶鋼を鋳型に注入管を介して下方から装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法を行うに際し、
前記鋳型内の溶鋼に該溶鋼の浴面を被覆するための被覆材を添加した後、保温材を添加し、かつ、必要に応じてＣａ添加剤を保温材を添加する前又は保温材と同時に添加することとし、
前記保温材と必要に応じて添加するＣａ添加剤は、
前記浴面の表面積に対する合計Ｃａ換算添加量が０．３５ｋｇ／ｍ2〜１０ｋｇ／ｍ2を満たすように添加すると共に、
下記式（１）で示されるＸ値が０．０８〜０．２５を満たすように添加することを特徴とする鍛造品の製造方法。
Ｘ値＝［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ2Ｏ3］＋２［％ＳｉＯ2］＋２［％Ｍｎ
Ｏ2］＋［％Ｓ］）  …（１）
（上記式（１）において、［％Ｃａ］は、保温材中の全成分量に対する、Ｃａ添加剤および保温材に含まれる合計Ｃａ量の割合（モル％）を示し、［％Ａｌ］、［％Ｆｅ2Ｏ3］、［％ＳｉＯ2］［％ＭｎＯ2］および［％Ｓ］は、それぞれ保温材中の各含有量（モル％）を示す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用部品や発電部品などの鍛造品に関するものであり、特に高い疲労特性が要求される鍛造品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過酷な使用環境下でも疲労破壊の生じ難い、優れた疲労特性を発揮する鍛造品を得るにあたり、鋼中介在物の組成や形態を制御することが従来より行われている。
【０００３】
例えば特許文献１には、鋼中の溶存Ｍｇ濃度および溶存Ａｌ濃度を制御して、溶鋼処理中および鋳造中に生成する酸化物が微細分散され易い組成に制御したり、鋼中に含まれる酸化物系介在物中のＭｇＯおよびＡｌ2Ｏ3の含有量を制御して介在物の凝集合体現象の発生を抑制し、粗大介在物の形成を防止することによって、疲労特性を高めた旨示されている。
【０００４】
また特許文献２には、鋼中の固溶Ｃａ量、固溶Ｍｇ量、Ｔｏｔａｌ Ｃａ量、Ｔｏｔａｌ Ｍｇ量、およびＳ量を制御することにより、鋼中に存在する最大介在物のサイズを十分に小さくし、疲労特性を高め得た旨示されている。
【０００５】
更に特許文献３には、鍛造用鋼塊の鋼塊下部の鋼断面で観察される長径５〜１０μｍの介在物の密度、同鋼塊上部の鋼断面で観察される長径５〜１０μｍの介在物の密度、および上記各鋼断面において観察される長径４０μｍ以上の介在物の密度を制御することにより、鋼塊の疲労強度を低下させることなく、水素割れを防止できる旨示されている。
【０００６】
しかし、疲労特性にバラツキが生じる場合があり、均質な鍛造品が得られないといった問題がある。この様な疲労特性のバラツキを抑制するため、下記の技術が提案されている。
【０００７】
例えば特許文献４には、疲労破面で観察される主な介在物が、粗大Ｓ系介在物および粗大Ｔｉ系介在物であることに鑑みて、鋼断面において観察される長径５μｍ超の介在物のうち、Ｓの含有率が２０％以上の介在物の密度が１００個／ｃｍ2以下、かつＴｉの含有
率が５０％以上の介在物の密度が３０個／ｃｍ2以下とすることにより、鋼材中心部と鋼材周辺部（１／３Ｒ位置）の耐久限度比を共に高めることができた旨示されている。
【０００８】
また特許文献５には、鍛造品の両端面において、鍛造品の軸方向に垂直な断面の軸位置に観察される長径が５μｍ超の介在物の密度（Ｄ０）を７０個／ｃｍ2以下とし、かつ鍛
造品の半径をＲとしたときに軸位置から半径方向に向かってＲ／３位置に観察される長径が５μｍ超の介在物の密度（ＤＲ）と上記密度Ｄ０との比（ＤＲ／Ｄ０）を０．５〜１．５０の範囲内とすることによって、疲労特性のバラツキを低減させた鍛造品が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−０８２６６２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７３９６１号公報
【特許文献３】特開２００９−００７５９８号公報
【特許文献４】特開２００９−０９１６４９号公報
【特許文献５】特開２０１０−０８２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、近年では船舶のエンジンや発電機の高性能化に伴い、過酷な使用環境下でも疲労破壊の生じ難い、より優れた疲労特性が要求されており、該機械部品に用いられる鍛造品には、疲労特性（具体的には耐久限度比）のバラツキが半径方向のみならず高さ方向（軸方向）においても抑制されていることが求められる。
【００１１】
本発明はこ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、従来の鍛造品と比較して、疲労特性（具体的には耐久限度比）のバラツキが半径方向のみならず高さ方向においても抑制された鍛造品と、該鍛造品を製造するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決し得た本発明の鍛造品は、Ｃ：０．２〜０．６％（「質量％」の意味。化学成分について以下同じ）、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．２０〜１．５％、Ｎｉ：０．１０〜３．５０％、Ｃｒ：０．９〜４％、Ｍｏ：０．１０〜０．７０％、Ｖ：０．０１〜０．２０％、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｓ：０．００８％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．００５％以下（０％を含まない）、およびＴｏｔａｌ Ｏ：０．００２５％以下（０％を含まない）を満たし、残部が鉄及び不可避不純物からなるものであって、
鋼断面において観察される全介在物数に占める、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物数の割合が、５％以上であり、かつ、
鋼断面において観察される最大介在物の長径が１００μｍ以下であるところに特徴を有する。
【００１３】
本発明には、上記鍛造品を製造する方法も含まれる。
【００１４】
上記製造方法は、溶鋼を鋳型に注入管を介して下方から装入することにより鋳塊を製造する下注ぎ造塊方法を行うに際し、前記鋳型内の溶鋼に該溶鋼の浴面を被覆するための被覆材を添加した後、保温材を添加し、かつ、必要に応じてＣａ添加剤を保温材を添加する前又は保温材と同時に添加することとし、
前記保温材と必要に応じて添加するＣａ添加剤は、前記浴面の表面積に対する合計Ｃａ換算添加量が０．３５ｋｇ／ｍ2〜１０ｋｇ／ｍ2を満たすように添加する；と共に、下記式（１）で示されるＸ値が０．０８〜０．２５を満たすように添加する；ところに特徴を有する。
【００１５】
Ｘ値＝［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ2Ｏ3］＋２［％ＳｉＯ2］＋２［％ＭｎＯ2］＋［％Ｓ］）  …（１）
（上記式（１）において、［％Ｃａ］は、保温材中の全成分量に対する、Ｃａ添加剤および保温材に含まれる合計Ｃａ量の割合（モル％）を示し、［％Ａｌ］、［％Ｆｅ2Ｏ3］、［％ＳｉＯ2］［％ＭｎＯ2］および［％Ｓ］は、それぞれ保温材中の各含有量（モル％）を示す。）
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、介在物の組成を適切に制御しているため、介在物の凝集が抑制されて、疲労特性のバラツキが小さい鍛造品を得ることができる。特に本発明では、鍛造品の半径方向のバラツキが抑制されていると共に、高さ方向のバラツキも抑制されているため、より確実に、優れた疲労特性を確保することができる。
【００１７】
詳細には、本発明における「疲労特性のバラツキが小さい」とは、具体的に、下記の（Ｉ）および（ＩＩ）を満たすことをいう。
【００１８】
（Ｉ）鋼材上部のＲ／３部（軸中心に垂直な断面において、軸中心から半径（Ｒ）方向に向かってＲ／３位置をいう。以下同じ）における耐久限度比（ＥＴＯＰ）の平均値と最小値の差が０．０２５以下である。
【００１９】
（ＩＩ）鋼材上部のＲ／３部の耐久限度比（ＥＴＯＰ）と鋼材底部のＲ／３部の耐久限度比（ＥＢＯＴ）との比（ＥＴＯＰ／ＥＢＯＴ）が、０．９０≦（ＥＴＯＰ／ＥＢＯＴ）≦１．０７を満たす。
【００２０】
尚、上記「ＥＴＯＰ」は、鋼材上部におけるＲ／３部の疲労強度（σｗ）を引張強度（σＢ）で除して算出した値であり、「ＥＢＯＴ」は、鋼材底部におけるＲ／３部の疲労強度（σｗ）を引張強度（σＢ）で除して算出した値である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物の割合と、鋼材上部におけるＲ／３部の、耐久限度比の平均値と最小値との差の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物の割合と、ＥＴＯＰ／ＥＢＯＴとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明者らは、Ａｌキルド鋼をベースとして疲労特性のバラツキが少ない鍛造品を提供すべく鋭意検討を重ねてきた。その結果、疲労特性のバラツキは介在物の組成に原因があり、この疲労特性のバラツキと介在物の組成の関係について調べたところ、介在物としてＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系介在物の存在比率を高くする、具体的には、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物が一定以上存在するようにすれば、介在物の凝集が抑制されて微細分散を実現でき、結果として、疲労特性のバラツキが部位に関係なく小さい鍛造品が得られることを見出した。
【００２３】
酸化物系介在物として、上記ＣａＯ含有量が５質量％未満のものは、凝集粗大化しやすい介在物となるため好ましくない。一方、ＣａＯ含有量が４５質量％を超えるものも、粗大なＣａＯ系介在物やＣａＳ系介在物の割合が多くなるため好ましくない。
【００２４】
本発明では、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物数の割合を、全介在物数に対し５％以上確保することによって、上述の通り粗大介在物の形成を抑制することができる。上記規定の介在物の比率は、好ましくは７．５％以上である。
【００２５】
上記ＣａＯ含有介在物が５％以上存在していれば効果が発揮され、存在比率は高い方が望ましいが、製造上では実質約３０％以下である。尚、本発明の鍛造品において存在するその他の介在物は、主にＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3、およびＭｎＳである。
【００２６】
尚、上記規定の介在物は、後述する実施例に示す通り、ＥＰＭＡによって検出される５μｍ以上のものを対象とする。
【００２７】
また本発明の鍛造品は、下記の化学成分組成および製造条件を制御することによって、鋼断面において観察される最大介在物の長径が１００μｍ以下に抑えられ、上述した疲労特性のバラツキがより十分に抑制されたものでもある。
【００２８】
本発明の鍛造品は、上記介在物組成を満たして優れた疲労特性を示すと共に、強度や靭性等を具備すべく、下記の化学成分組成を満たすものである。
【００２９】
（鋼の化学成分組成）
［Ｃ：０．２〜０．６％］
Ｃは、鍛造品の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％以上含有させる。Ｃ量は、好ましくは０．２５％以上、より好ましくは０．３０％以上である。しかし、Ｃ量が多過ぎると鍛造品の靭性を劣化させるので、０．６％以下とする。Ｃ量は、好ましくは０．５５％以下、より好ましくは０．５０％以下である。
【００３０】
［Ｓｉ：０．０５〜０．５０％］
Ｓｉは、鍛造品の強度を向上する元素として作用し、充分な強度を確保するために、０．０５％以上含有させる。Ｓｉ量は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．１５％以上である。しかしＳｉ量が多過ぎると逆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、０．５０％以下とする。Ｓｉ量は、好ましくは０．４５％以下、より好ましくは０．４０％以下である。
【００３１】
［Ｍｎ：０．２０〜１．５％］
Ｍｎは、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、充分な焼入れ性と強度を確保するには、Ｍｎ量を０．２０％以上とする。Ｍｎ量は、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．８％以上である。しかしＭｎ量が多過ぎると逆Ｖ偏析を助長するので、１．５％以下とする。Ｍｎ量は、好ましくは１．２％以下、より好ましくは１．１％以下である。
【００３２】
［Ｎｉ：０．１０〜３．５０％］
Ｎｉは、靭性向上元素として有用な元素であり、本発明ではＮｉ量を０．１０％以上とする。好ましくは０．２％以上である。しかし、Ｎｉ量が過剰になるとコストアップとなるので、３．５０％以下とする。好ましくは３．０％以下である。
【００３３】
［Ｃｒ：０．９〜４％］
Ｃｒは、焼入れ性を高めると共に靭性を向上させるために有効な元素であり、それらの作用はＣｒを０．９％以上含有させることによって発揮される。Ｃｒ量は、好ましくは１．１％以上、より好ましくは１．３％以上である。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、Ｃｒ量は４％以下とする。好ましくは３．０％以下である。
【００３４】
［Ｍｏ：０．１０〜０．７０％］
Ｍｏは、焼入れ性、強度、靭性の全てを向上させるのに有効に作用する元素であり、それらの作用を発揮させるにはＭｏを０．１０％以上含有させる。Ｍｏ量は、好ましくは０．２０％以上、より好ましくは０．２５％以上である。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、Ｍｏ量は０．７０％以下とする。好ましくは０．６０％以下である。
【００３５】
［Ｖ：０．０１〜０．２０％］
Ｖは、析出強化及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ため、Ｖを０．０１％以上含有させる。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、Ｖ量は０．２０％以下とする。好ましくは０．１５％以下である。
【００３６】
［Ａｌ：０．００５〜０．１０％］
Ａｌは、製鋼工程における脱酸元素として有効に作用し、また鋼の耐割れ性にも有効に作用する。従って、Ａｌは０．００５％以上含有させる。好ましくは０．０１０％以上である。しかしＡｌ量が多くなると、介在物としてＡｌ2Ｏ3が生成し、この介在物が凝固時に偏析・凝集して粗大な介在物を生成し、鍛造品の疲労特性が悪化する。従ってＡｌ量の上限は０．１０％とする。好ましくは０．０８％以下である。
【００３７】
［Ｓ：０．００８％以下（０％を含まない）］
Ｓは、不可避的に含まれる元素であり、凝固時の偏析によって、介在物として粗大な硫化物を形成し、鍛造品の疲労強度を低下させる元素である。従ってＳ量は、０．００８％以下とする。Ｓ量は、好ましくは０．００６％以下、より好ましくは０．００４％以下である。
【００３８】
［Ｔｉ：０．００５％以下（０％を含まない）］
Ｔｉは、ＴｉＮやＴｉＣ、Ｔｉ4Ｃ2Ｓ2のような微細介在物を形成して鋼中に分散し、固溶限を超えた鋼中の余剰水素を吸蔵捕捉することにより、鋼の耐水素割れ性を改善する元素である。この様な観点からＴｉを０．０００２％以上含有させてもよい。しかしＴｉ量が過剰になると、介在物として粗大な窒化物を形成し、鍛造品の疲労強度を低下させてしまう。従って、Ｔｉ量は０．００５％以下とする。好ましくは０．００４％以下、より好ましくは０．００３％以下である。
【００３９】
［Ｔｏｔａｌ Ｏ：０．００２５％以下（０％を含まない）］
Ｏ（酸素）は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ等の酸化物系介在物を形成し、鍛造品の疲労強度を低下させる元素である。従ってＴｏｔａｌ Ｏ（トータル酸素）量は極力低減することが好ましく、０．００２５％以下とする。好ましくは０．００１５％以下、より好ましくは０．００１０％以下である。
【００４０】
本発明の鍛造品に使用される鋼の基本成分は上記の通りであり、残部は鉄及び不可避不純物からなる。該不可避不純物として、例えばＭｇ等が挙げられる。Ｍｇの場合、１５ｐｐｍ以下の範囲で含むことが許容される。
【００４１】
また、本発明の作用効果に悪影響を与えない範囲で更に他の元素を積極的に含有させることも可能である。積極添加が許容される他の元素の例としては、焼入れ性改善効果を有するＢ（ホウ素）や、固溶強化元素または析出強化元素であるＷ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｃｅ，Ｚｒ，Ｔｅなどが挙げられ、それらは単独であるいは２種以上を複合添加できる。これらの添加元素は、例えば、合計量で０．１％程度以下とすることが望ましい。
【００４２】
（鍛造品の製造方法）
本発明の鍛造品を製造するにあたっては、介在物の形態が上記規定を満たす鋼が得られる方法であれば特に問わず、常法に従い、溶解・一次精錬→溶鋼処理→造塊→鍛造して得ることができるが、上記介在物形態の鋼を確実に得るには、造塊工程における条件を下記の通りとすることが推奨される。以下、工程順に説明する。
【００４３】
［溶解・一次精錬］
溶解・一次精錬は、常法に従って高周波溶解炉や電気炉、転炉などを用いて行うことができる。本発明では溶鋼量も特に問わない。
【００４４】
［溶鋼処理］
常法に従い、底吹きガス攪拌等の手段によって、取鍋内の溶鋼を攪拌しながら温度や主成分を調整すると共に、脱酸剤等を溶鋼に添加して、脱酸、脱硫等の処理を行えばよい。本発明では、Ａｌキルド鋼を前提としているため、Ａｌを添加して脱酸を行う。更に必要に応じて、ＬＦや蓋脱ガス装置（ＶＤ）による溶鋼処理工程、還流式脱ガス法（ＲＨ）を用いて真空脱ガス処理を施し、溶鋼からの脱水素、脱硫を促進させて、溶鋼成分および溶鋼温度を調整すればよい。
【００４５】
［造塊］
上記溶鋼処理した溶鋼を、鋳型に注入管を介して下方から装入する下注ぎ造塊方法により鋳塊を製造する。尚、インゴットサイズ・形状は特に問わない。
【００４６】
溶鋼注入中、鋳型内を上昇する溶鋼の浴面の酸化を抑制するため、一般的に使用されている例えばＣ−ＳｉＯ2−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系の被覆材（ｍｏｕｌｄ  ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）を鋳型内の溶鋼表面（浴面）に散布する。被覆材の散布は、鋳型内に溶鋼が注入されてから溶鋼が押湯部に到達するまでの間、実施すればよい。散布されて浴面を覆った被覆材は、溶鋼が下部から注入されて浴面が上昇するにつれ、鋳型と溶鋼の界面に徐々に流入しながら消費されていく。よって、被覆材の消費により浴面が露出した場合は、速やかに被覆材を追加し、浴面が露出しないようにするのがよい。
【００４７】
また本発明では、鋳造末期の保温用に保温材を用いる。保温材は、基本的には溶湯が押湯部到達以降に添加する。更に、この保温材に起因して生成する介在物を改質することによって本発明で規定の介在物を得るべく、Ｃａ添加剤を添加して上記改質を図る。保温材とこのＣａ添加剤の添加時期の関係は次の通りである。
【００４８】
即ち、溶鋼が押湯部に到達時以降、鋳造終了時以前の間（押湯内を上昇中に添加する場合の他、鋳造終了時［鋳込み（Ｐｏｕｒｉｎｇ）終了時、即ち、湯面が停止したタイミング］も含まれる）に、
（Ａ）Ｃａ添加剤と保温材とを；または、
（Ｂ）Ｃａ添加剤と保温材のうち、保温材のみ（但し、保温材にＣａが含まれる場合に限る）を；
下記（条件ａ）〜（条件ｃ）の全てを満たすように、鋳型上部から、浴面を覆う被覆材を介して溶鋼に添加する。
【００４９】
この様に、溶鋼が押湯部に到達時以降、鋳造終了時以前の間に、Ｃａ添加剤・保温材の添加を行うことによって、粗大なＣａＯ系介在物を生成させることなく、造塊中に生成するＡｌ2Ｏ3系介在物を、Ｃａ添加によりＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系介在物に改質して介在物の凝集を抑制することができる。また、溶鋼の表面を保温材で覆うことによって、欠陥や成分偏析が発生する部分を鋼塊の上方部に集中させることができる。即ち、溶鋼の表面を保温材で覆うことによって溶鋼の上方は保温されるため、該溶鋼の冷却速度が小さくなり、その結果、保温された溶鋼が最終凝固部となり、欠陥や成分偏析をこの最終凝固部に集中させることができる。
【００５０】
上述の通り、Ｃａ添加剤や保温材は、鋳型上部から、浴面を覆う被覆材を介して溶鋼に添加する。Ｃａが溶鋼に直接触れると、粗大なＣａＯ系介在物の生成リスクが高まるためである。
【００５１】
Ｃａ添加剤の添加、保温材の添加は、それぞれ複数回に分けて添加してもよい。
以下、Ｃａ添加剤・保温材の添加条件ａ〜ｃについて詳述する。
【００５２】
（条件ａ）Ｃａ添加剤の添加は、保温材と同時または保温材の添加前とする。
【００５３】
本発明では、特に保温材に起因する介在物の改質を図るべく、保温材の添加時期に合わせてＣａ添加剤を添加する。
【００５４】
この様な観点から、保温材の添加前にＣａ添加剤を添加する場合、このＣａ添加剤の添加から保温材添加までの時間は１０分間以内とするのが好ましい。より好ましくは５分間以内である。
【００５５】
〔Ｃａ添加剤の形態について〕
Ｃａ添加剤の形態は、純金属ＣａでもよいしＣａ合金でもよい。Ｃａ合金としては、Ｃａ−Ｓｉ合金、Ｃａ−Ｎｉ合金など、鋼成分規格に応じて適宜選択することができる。添加形状としては、粉末状、板状等が挙げられる。
【００５６】
〔保温材について〕
本発明において保温材は、下記（条件ｃ）における式（１）、保温材にＣａが含まれる場合は、更に（条件ｂ）を満たすものであればよく、個々の成分の濃度等は特に規定されない。即ち、成分としては、既知の成分（Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、ＦｅtＯ（ｔは係数）、ＭｎＯ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃ、Ｓなど）からなる保温材を用いればよい。上記元素・化合物の全てが含まれていなくてもよい。よって保温材として、Ｃａを含むものを用いてもよいし、Ｃａを含まないものを用いてもよい。また、上記以外の金属・酸化物を含む保温材を用いてもよい。
【００５７】
（条件ｂ）前記保温材と必要に応じて添加するＣａ添加剤は、前記浴面の表面積に対する合計Ｃａ換算添加量が０．３５ｋｇ／ｍ2〜１０ｋｇ／ｍ2を満たすように添加する。
【００５８】
前記浴面の表面積に対し、添加されたＣａ添加剤と保温材に含まれるＣａを、純Ｃａに換算したときの合計量（ｋｇ）：合計Ｃａ換算添加量が、０．３５ｋｇ／ｍ2未満の場合、Ｃａによる介在物の改質効果が十分得られない。上記合計Ｃａ換算添加量は、好ましくは０．４０ｋｇ／ｍ2以上、より好ましくは０．４５ｋｇ／ｍ2以上である。一方、合計Ｃａ換算添加量が、１０ｋｇ／ｍ2を超える場合、粗大ＣａＯ系介在物が発生するので好ましくない。好ましくは８ｋｇ／ｍ2以下、より好ましくは６ｋｇ／ｍ2以下である。
【００５９】
（条件ｃ）前記保温材と必要に応じて添加するＣａ添加剤は、下記式（１）で示されるＸ値が０．０８〜０．２５を満たすように添加する。
Ｘ値＝［％Ｃａ］／（［％Ａｌ］＋３［％Ｆｅ2Ｏ3］＋２［％ＳｉＯ2］＋２［％ＭｎＯ2］＋［％Ｓ］）  …（１）
（上記式（１）において、［％Ｃａ］は、保温材中の全成分量に対する、Ｃａ添加剤および保温材に含まれる合計Ｃａ量の割合（モル％）を示し、［％Ａｌ］、［％Ｆｅ2Ｏ3］、［％ＳｉＯ2］［％ＭｎＯ2］および［％Ｓ］は、それぞれ保温材中の各含有量（モル％）を示す。）
【００６０】
上記式（１）で示されるＸ値は、保温材によってＣａが消費されて（詳細には、保温材中の低級酸化物（例えばＳｉＯ2）によってＣａが酸化されて）、介在物の改質に寄与するＣａが不足するのを防止するため、保温材の成分に合わせてＣａ添加剤の添加量を調整するものである。
【００６１】
上記Ｘ値が０．０８よりも小さいと、Ｃａによる十分な上記改質効果が得られないため、本発明ではＸ値を０．０８以上とする。Ｘ値は、好ましくは０．０９以上、より好ましくは０．１０以上である。一方、Ｘ値が大きすぎると粗大ＣａＯ系介在物が発生する。よって、Ｘ値は０．２５以下とする。好ましくは０．２０以下である。
【００６２】
上記（条件ｂ）および（条件ｃ）の調整パターンとして、保温材中Ｃａ含有の有無別に、以下の３パターンが挙げられる。即ち、
（Ａ−１）Ｃａ添加剤と保温材（Ｃａ含む）を添加する場合
（条件ｂ）および（条件ｃ）は、Ｃａ添加剤と保温材の両方に含まれるＣａ量で調整する。
【００６３】
（Ａ−２）Ｃａ添加剤と保温材（Ｃａ含まない）を添加する場合
（条件ｂ）および（条件ｃ）は、Ｃａ添加剤中のＣａ量で調整する。
【００６４】
（Ｂ）Ｃａ添加剤と保温材のうち、保温材（Ｃａ含む）のみを添加する場合
（条件ｂ）および（条件ｃ）は、保温材中のＣａ量で調整する。
【００６５】
〔凝固〕
鋳込み終了後、鋳型内の溶鋼が完全に凝固完了するまで、鋳型を静置する。
【００６６】
〔鍛造品〕
鍛造品として、例えば、上記凝固した鋼塊を脱型した後、加熱して熱間鍛造を施し、断面直径１５０〜７００ｍｍの鍛造材に仕上げることが挙げられる。
【００６７】
本発明の鍛造品は、機械、船舶、発電機等の産業分野で広く有効に活用されるものであり、特に高い疲労特性の要求される部品に適している。
【実施例】
【００６８】
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。
【００６９】
常法に従い、電気炉を用いてスクラップを溶解した後、２０〜１００トンの溶鋼を取鍋に移湯した。そして取鍋内の溶鋼を、ＬＦおよび蓋脱ガス装置（ＶＤ）による溶鋼処理工程（Ａｌを投入して行う脱酸を含む）に供し、溶鋼成分および溶鋼温度を調整し、下記表１に示す化学成分組成の鋼（残部は鉄および不可避不純物）を溶製した。
【００７０】
【表１】
0005856485.tif 000002
【００７１】
次いで、一般的に行われている下注ぎ造塊法を採用し、２０〜９０トンクラスの鋳型に上記溶鋼を注入して鋼塊を製造した。
【００７２】
このとき、鋳型内を溶鋼が上昇する過程での溶鋼酸化を抑制するため、Ｃ−ＳｉＯ2−ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3系の被覆材を鋳型内の溶鋼表面（浴面）に散布した。被覆材の散布は、鋳型内に溶鋼が注入されてから溶鋼が押湯部に到達するまでの間実施した。被覆材の消費によって浴面が露出した場合は、速やかに被覆材を追加し、浴面が露出しないようにした。尚、比較例として一部の実施例では、被覆材が消費されて浴面が露出しても追加の被覆材を添加せず、浴面が一部露出したまま次工程のＣａ添加剤の添加を行った。
【００７３】
溶鋼が押湯部に到達時以降、鋳造終了時以前の間に、浴面に、Ｃａ添加剤（Ｃａ−Ｓｉ合金粉末）と保温材を添加した。保温材は、上記Ｃａ添加剤の添加後、または上記Ｃａ添加剤の添加と同時に投入した。また、Ｃａ添加剤を散布してから保温材を投入するまでの時間は、０秒（同時）〜６００秒（１０分）とした。
【００７４】
保温材として、成分が、ＦｅＯ：１０〜２０質量％、Ｆｅ2Ｏ3：１０〜２０質量％、Ａｌ：２０〜２５質量％、Ａｌ2Ｏ3：２５〜４０質量％、ＳｉＯ2：５〜１０質量を含み、ＭｎＯ2とＣａを実質含まないものを用いた。また、保温材中にはＳが含有されているが、Ｓの含有量は２００ｐｐｍ程度（不可避不純物程度の量）であり、実質的に零と考えてもよい（即ち、式（１）に影響を及ぼす量ではない）。
【００７５】
尚、保温材の組成は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法で求めた。また、Ｃａ添加剤（Ｃａ−Ｓｉ合金粉末）のＣａ量も前記ＩＣＰ発光分光分析法で確認した。
【００７６】
上記Ｃａ添加剤および保温材に含まれるＣａ量から、表２に示す（合計Ｃａ換算添加量／浴面の表面積）を算出した。
【００７７】
表２において、（合計Ｃａ換算添加量／浴面の表面積）が０．３５ｋｇ／ｍ2以上１０ｋｇ／ｍ2以下の場合を「○」、特に０．４５ｋｇ／ｍ2以上で６ｋｇ／ｍ2以下の場合を「◎」と示し、０．３５ｋｇ／ｍ2未満や１０ｋｇ／ｍ2超の場合を「×」と示している。
【００７８】
また、Ｃａ添加剤および保温材の成分組成から、Ｘ値についても求めた（表２）。
表２において、Ｘ値が、０．０８以上０．２５以下の場合を「○」、特に０．１０以上０．２３以下の場合を「◎」と示し、０．０８未満や０．２５超の場合を「×」と示している。
【００７９】
鋳込み終了後、鋳型内の溶鋼が完全に凝固完了するまで、鋳型を静置した。そして溶鋼が完全に凝固してから、常法により、凝固した鋼塊を脱型し、その後、約１３００℃まで加熱し熱間鍛造を施して、断面直径１５０〜７００ｍｍの鍛造品に仕上げた。
この様にして得られた鍛造品を用い、下記の介在物の形態や疲労特性を評価した。
【００８０】
（介在物の組成および個数の評価）
得られた鍛造品の上部相当位置（全長を１００％としたときの底面からの距離が７０〜１００％の範囲内の位置、鋼材上部）と、底部相当位置（全長を１００％としたときの底面からの距離が０〜２０％の範囲内の位置、鋼材底部）の、軸中心に垂直な断面（それぞれの位置において切り捨てた端材の切断面）において、軸中心から半径（Ｒ）方向に向かってＲ／３位置から小片をそれぞれ切り出し、研磨後、ＥＰＭＡによる介在物の組成分析（観察視野サイズは１００ｍｍ2、視野数は１視野／部位）を行った(ＥＰＭＡ装置および測定条件は下記の通りである)。
【００８１】
そして全視野において、介在物長径が５μｍ以上である、
（ｉ）介在物の全数、および
（ii）ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物の個数
を求めた。
【００８２】
そして、[１００×上記（ii）／上記（ｉ）]（％）を計算して、鋼断面において観察される全介在物数に占める、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物数の割合を求めた。
【００８３】
（ＥＰＭＡ装置および測定条件について）
メーカー：日本電子株式会社
型番：ＪＸＡ−８９００ＲＬ
加速電圧：１５ｋＶ
ビーム電流：１．７×１０-9Ａ
ビーム径：１μｍ
尚、酸化物と、酸素以外の非金属元素（例えば、Ｎ、Ｓ等）を含む複合介在物については、上記ＥＰＭＡで酸化物系介在物を２０質量％以上含有するものを、酸化物系介在物と認定した。
【００８４】
更に、鋼材底部における軸中心部（ＯＲ）の最大介在物の長径も測定した。
これらの結果を表２に示す。表２において、上記割合が５％以上の場合を「○」とし、特に７．５％以上の場合を「◎」と評価した。また、上記割合が５％未満の場合を「×」と評価した。また、上記最大介在物の長径が１００μｍ以下の場合を合格とした。
【００８５】
（引張強度の測定）
得られた鍛造品（丸棒）の鋼材上部のＲ／３部、および鋼材底部のＲ／３部から、φ６ｍｍ×ゲージ長さ３０ｍｍの引張試験片（試験片の長手方向は、鍛造品の軸方向から４５度傾斜）を各部位１本ずつ採取し、常温にて引張試験（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０４、２２４１）を実施した。
【００８６】
（疲労特性の評価）
得られた鍛造品（丸棒）の鋼材上部のＲ／３部位置、および鋼材底部のＲ／３部位置から、下記の試験片をそれぞれ採取し、下記の条件にて疲労試験を実施した。
【００８７】
〔疲労試験の条件〕
試験片：直径１０ｍｍ平滑試験片
（試験片の長手方向は、鍛造品の軸方向から４５度傾斜）
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
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）
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）を求めた。
【００８８】
この疲労試験を５本の試験片で行って、まず、鋼材上部のＲ／３部位置における耐久限度比の平均値を求め、更に、５本の試験片における耐久限度比の前記平均値と最小値との差を求めて、鍛造品の半径方向の疲労特性のバラツキを評価した。この結果を表２に示す。表２において、前記平均値と最小値との差が０．０２５以下の場合を「○」（バラツキが小さい。特に半径方向のバラツキが小さい）と評価し、０．０２５超の場合を「×」と評価した。
【００８９】
また、５本の試験片を用いて求めた鋼材上部のＲ／３部位置における耐久限度比の平均値「ＥＴＯＰ」と、５本の試験片を用いて求めた鋼材底部のＲ／３部位置における耐久限度比の平均値「ＥＢＯＴ」の比（ＥＴＯＰ／ＥＢＯＴ）を求めた。この結果を表２に示す。表２において、ＥＴＯＰ／ＥＢＯＴが０．９０以上１．０７以下の場合を「○」と評価し、０．９０未満または１．０７超の場合を「×」と評価した。
【００９０】
【表２】
0005856485.tif 000003
【００９１】
表２より次のように考察することができる。即ち、Ｎｏ．１〜１１は、本発明で規定する方法で製造し、鋼中の介在物が規定を満たすものであるため、鍛造品の半径方向の疲労特性のバラツキが抑制されていると共に、高さ方向の疲労特性のバラツキも抑制されている。
【００９２】
これに対し、Ｎｏ．１２〜２８は、本発明で規定する条件（特には、条件ｂ、条件ｃのうちの１以上）で製造していないため、ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物を十分確保できず、疲労特性にバラツキが生じる結果となった。
【００９３】
表２の結果を用いて整理した、規定の介在物（ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物）の割合と、耐久限度比の最小値と平均値との差との関係を、図１に示す。この図１より、上記ＣａＯ含有酸化物系介在物の割合を５％以上とすることによって、鋼材上部におけるＲ／３部の、耐久限度比の最小値と平均値との差を０．０２５以下と小さくできることがわかる。また、表２の結果を用いて整理した、規定の介在物（ＣａＯ含有量が５質量％以上４５質量％以下である酸化物系介在物）の割合とＥＴＯＰ／ＥＢＯＴとの関係を図２に示す。この図２より、上記ＣａＯ含有酸化物系介在物の割合を５％以上とすることによって、ＥＴＯＰ／ＥＢＯＴを確実に０．９０以上１．０７以下の範囲内にでき、鋼材上部と鋼材底部の疲労特性のバラツキをも低減できることがわかる。
【図１】
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【図２】
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