(57)【要約】【課題】優れた被削性を発揮するとともに、高降伏応力で高疲労強度である鍛鋼品用鋼、および組立型クランク軸用鍛鋼クランクスロー、並びに鍛鋼ジャーナルを提供する。【解決手段】本発明の鍛鋼品用鋼は、所定の化学成分組成を満足し、金属組織全体に占める割合で、初析フェライトおよびパーライトの合計面積率が９０％以上であり、且つ円相当径が５０ｎｍ以下のＶ系炭化物が、初析フェライト中の１μｍ2あたりに５５個以上５００個以下の個数密度で存在し、降伏応力が４２０ＭＰａ以上であるとともに、疲労強度が３３０ＭＰａ以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．２８％以上０．４７％以下、
Ｓｉ：０％超０．４５％以下、
Ｍｎ：０．９０％以上１．５０％以下、
Ｓ  ：０％超０．００６％以下、
Ｃｕ：０％超０．３０％以下、
Ｍｏ：０％超０．１５％以下および
Ｖ  ：０．０６％以上０．３２％以下
を夫々含有するとともに、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
金属組織全体に占める割合で、初析フェライトおよびパーライトの合計面積率が９０％以上であり、
且つ円相当径が５０ｎｍ以下のＶ系炭化物が、初析フェライト中の１μｍ2あたりに５５個以上５００個以下の個数密度で存在し、
降伏応力が４２０ＭＰａ以上であるとともに、疲労強度が３３０ＭＰａ以上であることを特徴とする鍛鋼品用鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の鍛鋼品用鋼によって構成される組立型クランク軸用鍛鋼クランクスロー。
【請求項３】
請求項１に記載の鍛鋼品用鋼によって構成される鍛鋼ジャーナル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立型クランク軸の構成素材として有用な鍛鋼品用鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境を保全する意識の高まりから、近年では大型船舶用２ストロークエンジンをはじめとするディーゼル機関において、高出力化とコンパクト化を図り、ＣＯ2の排出量を低減することが要求されている。連接棒を介してピストンの上下運動を回転運動に変換するクランク軸は、曲げ応力がクランクスローのフィレット部に繰返し作用するため、特にフィレット部に対して高い疲労強度が求められる。
【０００３】
加えて、回転の中心軸であるジャーナルと偏心部のクランクスローを焼嵌めにより接合して製造される組立型クランク軸では、エンジンの高出力化に伴い、焼嵌め部でのスリップが運転中に生じる恐れがある。このスリップを防止するためには、焼嵌め時のクランクスローがジャーナルを掴む焼嵌め面圧を向上させる必要があり、この面圧の向上にはクランクスローに使用される材料の降伏応力を向上させることが有効であることが知られている。
【０００４】
一般的に、鋼材の降伏応力および疲労強度を向上するには、焼入れを施し、金属組織をマルテンサイトやベイナイト等の引張強度の高い単相組織とすることが有効である。しかしながら、マルテンサイトやベイナイト組織を呈する鋼はフェライト・パーライト鋼と比較して被削性が悪いことが知られている。
【０００５】
組立型クランク軸の部品であるクランクスローやジャーナルは、これらの形状に成形した後、切削加工により最終形状に仕上げられるため、優れた被削性も同時に要求される。現在、高い疲労強度と優れた被削性を兼ね備えた鍛造用鋼若しくは鍛鋼品用鋼を得ることは困難な状況である。
【０００６】
強度および被削性に優れた鍛鋼品用鋼として、例えば特許文献１、２のような技術も提案されている。これらの技術では、化学成分組成を適切に調整するとともに、金属組織を、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組み合わ組織を主体とし、残部がパーライト組織、フェライト組織又はそれらの組み合わせ組織とすることによって、強度と被削性の両特性に優れたものとしている。
【０００７】
これらの技術では、金属組織がベイナイトやマルテンサイトなどの組織を主体としているため、フェライト・パーライト組織を有する炭素鋼と比較して切削性が劣ることは明らかである。
【０００８】
一方、高強度化と被削性を両立させた鋼材として、特許文献３のような技術も提案されている。この技術では、フェライト中に微細な析出物を１５ｎｍ以下の平均列間隔で点列状に存在させることで、軟質のフェライトを強化し、フェライト・パーライト組織における強度と切削性を両立している。
【０００９】
しかしながらこの技術で対象とするのは、自動車部品を初めとした比較的小さな鋼材であり、十数℃／秒以上の冷却速度を必要とする。組立型クランク軸を初めとする大型鍛鋼品では、質量効果が大きく、製品の中心においてもこのような冷却速度で冷却を施すことは不可能である。したがって、組立型クランク軸を初めとする大型鍛鋼品に、こうした技術を応用することは事実上不可能である。
【００１０】
こうしたことから、組立型クランク軸のような大型鍛鋼品において、炭化物をフェライト中に微細分散させることで、優れた被削性と高降伏応力、および高疲労強度等の強度を両立させた技術は未だ完成されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１５−１１７４１９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９００４０号公報
【特許文献３】特許第５０３５１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた被削性を発揮するとともに、高い降伏応力と高い疲労強度を示すようなる鍛鋼品用鋼、および組立型クランク軸用鍛鋼クランクスロー、並びに鍛鋼ジャーナルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決することのできた本発明の鍛鋼品用鋼は、
質量％で、
Ｃ  ：０．２８％以上０．４７％以下、
Ｓｉ：０％超０．４５％以下、
Ｍｎ：０．９０％以上１．５０％以下、
Ｓ  ：０％超０．００６％以下、
Ｃｕ：０％超０．３０％以下、
Ｍｏ：０％超０．１５％以下および
Ｖ  ：０．０６％以上０．３２％以下
を夫々含有するとともに、残部が鉄および不可避的不純物からなり、
金属組織全体に占める割合で、初析フェライトおよびパーライトの合計面積率が９０％以上であり、
且つ円相当直径が５０ｎｍ以下のＶ系炭化物が、前記初析フェライト中の１μｍ2あたりに５５個以上５００個以下の個数密度で存在し、
降伏応力が４２０ＭＰａ以上であるとともに、疲労強度が３３０ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【００１４】
上記のような本発明の鍛鋼品用鋼によって組立型クランク軸用鍛鋼クランクスローや鍛鋼ジャーナルを構成することによって、これらの製品の特性が極めて良好なものとなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記のように構成されており、化学成分組成および金属組織を適切に調整するとともに、所定大きさのＶ系炭化物における初析フェライト中での個数密度を適切に調整することによって、優れた被削性を発揮するとともに、高い降伏応力と高い疲労強度を示すような鍛鋼品用鋼が実現できた。このような鍛鋼品用鋼は、組立型クランク軸用鍛鋼クランクスローや鍛鋼ジャーナルの素材として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、Ｖ系炭化物の個数密度が降伏応力に与える影響を示したグラフである。
【図２】図２は、Ｖ系炭化物の個数密度が疲労強度に与える影響を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者は、優れた被削性を発揮するとともに、高い降伏応力と高い疲労強度を示すような鍛鋼品用鋼の実現を目指し、様々な角度から検討した。特に、鋼中の析出物の形態（大きさ、個数密度）と、降伏応力および強度の関係、および金属組織と鋼材の被削性との関係について検討した。
【００１８】
その結果、所定大きさのＶ系炭化物における初析フェライト中での個数密度を適切に調整することによって、高い降伏応力と高い疲労強度が実現できること、および金属組織を適切に調整することによって、優れた被削性を発揮できることを見出し、本発明を完成した。まず本発明の鍛鋼品用鋼で規定する要件について説明する。
【００１９】
［初析フェライトおよびパーライトの合計面積率：９０％以上］
優れた被削性を発揮させるためには、初析フェライトおよびパーライトの合計面積率を、金属組織全体に占める割合で、９０％以上とする必要がある。初析フェライトおよびパーライトの合計面積率は、好ましくは９５％以上であり、より好ましくは９８％以上である。また、初析フェライトおよびパーライトの合計面積率は、１００％であってもよい。
【００２０】
［円相当直径が５０ｎｍ以下のＶ系炭化物の初析フェライト中の１μｍ2あたりの個数密度：５５個以上５００個以下］
鍛鋼品用鋼の優れた降伏応力と疲労強度を実現するためには、初析フェライト中の１μｍ2あたりのに析出するＶ系炭化物の個数密度を５５個／μｍ2以上とする必要がある。好ましくは１００個／μｍ2以上であり、より好ましくは１５０個／μｍ2以上である。
【００２１】
しかしながら、Ｖ系炭化物の個数密度が過剰になって５００個／μｍ2を超えると、靱性が低下するおそれがある。Ｖ系炭化物の個数密度の上限は、好ましくは４５０個／μｍ2以下であり、より好ましくは４００個／μｍ2以下である。
【００２２】
本発明で対象とするＶ系炭化物とは、Ｖは勿論のこと、Ｃｒ、Ｍｏ等の炭化物形成元素を含有している炭化物をも含む趣旨である。また、対象とするとするＶ系炭化物の大きさを、「円相当直径が５０ｎｍ以下」としたのは、円相当直径が５０ｎｍを超えるようなＶ系炭化物では初析フェライトの強度向上に寄与しないからである。
【００２３】
なお、「円相当直径」とは、Ｖ系炭化物の大きさに着目し、その面積が等しくなる円の直径に相当する値である。
【００２４】
上記のような要件を満足する本発明の鍛鋼品用鋼では、ベイナイト組織やマルテンサイト組織と同等の降伏応力や疲労強度を発揮するものとなる。具体的には、降伏応力が４２０ＭＰａ以上であるとともに、疲労強度が３３０ＭＰａ以上を満足するものとなる。なお、上記「疲労強度」は、ＪＩＳ−Ｚ２２７４：１９７８に準拠して測定される疲労限度（以下では、これを「疲労強度」と呼ぶ）に基づいて評価される。この疲労強度の下限は、３３０ＭＰａ以上であることが必要であるが、好ましくは３５０ＭＰａ以上である。鍛鋼品用鋼の疲労強度が上記下限に満たない場合には、この鍛鋼品用鋼を組立型クランク軸用鍛鋼クランクスローや鍛鋼ジャーナルの素材として適用したときに、これらの部品の耐久性が不十分となるおそれがある。
【００２５】
本発明の鍛鋼品用鋼は、その化学成分組成も適切に調整する必要がある。すなわち、Ｃ：０．２８％以上０．４７％以下、Ｓｉ：０％超０．４５％以下、Ｍｎ：０．９０％以上１．５０％以下、Ｓ：０％超０．００６％以下、Ｃｕ：０％超０．３０％以下、Ｍｏ：０％超０．１５％以下およびＶ：０．０６％以上０．３２％以下を夫々含有する鍛鋼品用鋼である。これらの元素における範囲を設定した理由は次の通りである。なお、下記化学成分組成における各元素の含有量の単位は、いずれも「質量％」である。
【００２６】
（Ｃ：０．２８％以上０．４７％以下）
Ｃは、鋼材の強度を確保する上で有効な元素である。そのためには、Ｃは０．２８％以上含有させる。しかしながら、Ｃ量が過剰になると、鋼材の靱性を低下させる。こうしたことから、Ｃ量は０．４７％以下とする。Ｃ量の下限は、０．３０％以上であることが好ましく、より好ましくは０．３２％以上である。またＣ量の上限は、０．４５％以下であることが好ましい。
【００２７】
（Ｓｉ：０％超０．４５％以下）
Ｓｉは、鋼材の脱酸および強度向上に寄与する元素である。その効果を有効に発揮させるためには、Ｓｉは０．１％以上含有させることが好ましく、より好ましくは０．１５％以上である。しかしながら、Ｓｉ量が過剰になると、逆Ｖ遍析が著しくなり靱性が低下するおそれがある。こうした観点から、Ｓｉ量は０．４５％以下とする必要がある。Ｓｉ量の上限は、好ましくは０．４０％以下であり、より好ましくは０．３５％以下である。
【００２８】
（Ｍｎ：０．９０％以上１．５０％以下）
Ｍｎは、鋼材の焼入れ性や強度向上に寄与する元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｍｎ量は０．９０％以上含有させる必要がある。Ｍｎ量の下限は、好ましくは１．０％以上であり、より好ましくは１．１％以上である。しかしながら、Ｍｎ量が過剰になると、ベイナイト組織やマルテンサイト組織等に変態し、被削性が低下するおそれがある。こうした観点から、Ｍｎ量は１．５０質量％以下とする必要がある。Ｍｎ量の上限は、好ましくは１．４％以下であり、より好ましくは１．３５質量％以下である。
【００２９】
（Ｓ：０％超０．００６％以下）
Ｓは、鋼中でＭｎと結合してＭｎＳを形成する。ＭｎＳは、主鍛造方向に対して垂直方向の延性や靱性を低下させる。また粗大なＭｎＳが存在すると、疲労強度が低下する。こうした観点から、Ｓはできるだけ低減することがよく、０．００６％以下とする。好ましくは０．００４％以下であり、より好ましくは０．００２％以下である。但し、Ｓは鋼中に不可避的に混入してくる不純物であり、その量を０％にすることは工業生産上不可能である。
【００３０】
（Ｃｕ：０％超０．３０％以下）
Ｃｕ量が過剰になると、熱間鍛造性を悪化させる。こうした観点から、Ｃｕ量は０．３０％以下とする必要がある。好ましく０．２８％以下である。但し、Ｃｕは製錬時において溶鋼からの分離が困難な元素であるため、その量を０％にすることはできない。
【００３１】
（Ｍｏ：０％超０．１５％以下）
Ｍｏは、鋼材の強度を向上させるとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。添加量が多いとベイナイト組織やマルテンサイト組織へ変態し、被削性が低下するおそれがある。こうした観点から、Ｍｏ量は０．１５％以下とする必要がある。好ましくは０．１０％以下である。但し、Ｍｏはスクラップ中に不可避的に混入してくる元素であるため、その量を０％にすることはできない。
【００３２】
（Ｖ：０．０６％超０．３２％以下）
Ｖは、初析フェライト中に微細なＶ系炭化物を析出することで鋼材の疲労強度を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｖ量は０．０６％以上とする必要がある。好ましくは０．０８％以上であり、より好ましくは０．１０％以上である。しかしながら、Ｖ量が過剰になると、ミクロ遍析の発生を助長することによって鋼材の靱性を低下させるおそれがある。こうした観点から、Ｖ量は０．３２％以下とする。好ましく０．３０％以下である。
【００３３】
本発明の鍛鋼品用鋼の基本成分は上記の通りであり、残部は実質的に鉄である。ただし、原材料、資材、製造設備等の状況によって不可避的に持ち込まれる不純物が鋼中に含まれることは当然に許容される。こうした不可避的不純物としては、上述したＳの他、例えばＰ、Ｎ、Ｏ、Ｎｉ、Ｃｒ等が含まれる。
【００３４】
本発明の鍛鋼品用鋼は、上述した本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、不可避的不純物を含有してもよい。
【００３５】
例えば、不可避的不純物であるNiはその含有量が増加するとベイナイト組織やマルテンサイト組織への変態を促進して、被削性が低下するおそれがある。こうした観点から、Ｎｉ量は０．３５％以下であることが好ましく、０．３０％以下であることがより好ましく、０.２５％以下であることがより一層好ましい。
【００３６】
また、不可避的不純物であるCrもその含有量が増加するとベイナイト組織やマルテンサイト組織への変態を促進して、被削性が低下するおそれがある。こうした観点から、Ｃｒ量は０．３５％以下であることが好ましく、０．３０％以下であることがより好ましく、０.２５％以下であることがより一層好ましい。
【００３７】
本発明の鍛鋼品用鋼は、上記のように化学成分組成を調整した鋼材を溶解・鋳造する溶解・鋳造工程と、鋳造工程で得られる鋼塊を加熱する加熱工程と、加熱した鋼塊を鍛造する鍛造工程と、鍛造工程で得られた鍛造品（以下、「ワーク」と呼ぶことがある）を焼ならし、焼戻しする熱処理工程と、熱処理工程後のワークを機械加工する機械加工工程とを備えることによって製造できる。これらの各工程における詳細は下記の通りである。
【００３８】
［溶解・鋳造工程］
高周波溶解炉や電気炉、転炉等を用いて所定の化学成分組成の鋼を溶解し、真空精錬等によって硫黄や酸素等の不純物元素を除去する。成分調整後に真空処理を施し、不純物元素やＯ、Ｈ等のガス成分を除去する。鋳造は、大型鍛鋼品用鋼の場合には、主としてインゴット（鋼塊）鋳造が採用される。
【００３９】
［加熱工程］
鍛造加工は、材料の変形能の良好な限られた温度範囲で行うため、鍛造前の加熱温度は例えば１１５０℃以上１３５０℃以下とする。このとき鋼塊表面と内部の温度を均一にするため、０．５時間以上の加熱保持が必要である。一般的に、被加工物の直径の２乗に比例すると考えられており、大型の鋼材ほど保持時間が長くなる。このときの加熱温度の下限は、好ましくは１２００℃以上であり、加熱温度の上限は好ましくは概ね１２８０℃以下である。
【００４０】
［鍛造工程］
上記の温度範囲に加熱された鋼塊を鍛造する。このとき、ザク巣やミクロポロシティなどの鋳造欠陥を圧着させるには、３Ｓ以上の鍛錬成形比（ＪＩＳ  Ｇ０７０１：１９５７）を確保する必要がある。
【００４１】
［熱処理工程］
本発明の鍛鋼品用鋼は化学成分組成だけでなく、ミクロ組織を適切に制御することによって、その目的を達成するため、目的のミクロ組織を得る目的で、焼ならしや焼戻し等の熱処理を実施する。オーステナイト化は少なくともＡｃ3点以上（８３０℃以上）に徐加熱（昇温速度：３０〜７０℃／時程度）し、一定時間（０．５時間以上）以上保持する。このときＶ系炭化物を十分に固溶させるためには、８５０℃以上のオーステナイト化温度で処理する必要がある。
【００４２】
しかしながら、旧オーステナイト粒の結晶粒粗大化抑制の観点から、９７０℃以下のオーステナイト化温度で処理する必要がある。大型鍛鋼品用鋼の場合には、加熱時に材料の内外で温度差が生じるため、オーステナイト化温度まで徐加熱し、鋼材の表面と内部の温度を均一にするために一定時間保持して焼ならしする。保持時間は鋼材の直径に比例し、大型の鋼材ほど保持時間が長い。鋼材内部まで均一な温度になるまで冷却は行わない。
【００４３】
上記の焼ならし温度から、５００℃までを５℃／分以上の平均冷却速度で冷却することで、鋼の初析フェライト中に微細なＶ系炭化物を析出させることができる。しかしながら、１００℃／分を超える平均冷却速度で冷却すると、マルテンサイト変態やベイナイト変態を起こす可能性があり、鋼材の被削性が低下させるおそれがある。そのため、このときの平均冷却速度は１００℃／分以下とする必要がある。また、完全にパーライト変態を完了させるためには、４００℃以下まで冷却する。このときの冷却が不十分であると、特性のばらつきの原因となり得る。
【００４４】
焼戻しは、所定の温度（例えば、５５０〜６５０℃）まで徐加熱（例えば昇温速度３０〜７０℃／時）し、一定時間（例えば５〜２０時間）保持する。この焼戻し処理は、鋼材の強度と延性、靱性のバランスを調整するとともに、相変態で生じた内部応力や変態応力を除去する効果がある。そのため、５５０℃以上に加熱して焼戻し処理を行う必要がある。但し、焼戻し温度が高温になると、炭化物の粗大化により、材料が軟化するため、十分に強度を確保できない可能性がある。そのため、６５０℃以下で焼戻しを行う必要がある。
【００４５】
［機械加工工程］
必要に応じて、熱処理を施した鍛造品の少なくとも表層の一部を研削等の仕上げ機械加工を施すことによって、組立型クランク軸用鍛鋼スローや鍛鋼ジャーナル等の大型鍛鋼品を得ることができる。
【００４６】
以下、実施例に基づいて、本発明の作用効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前記および後記の趣旨に徴して設計変更することは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００４７】
下記表１に示す化学成分を有する各種鋼材を、高周波溶解炉および電気炉にて溶製し、所定の化学成分組成に調整した後、成分調整後に真空処理施し、不純物元素やＯ、Ｈ等のガス成分を除去した。製錬後、鋳込みを行い、５０ｋｇまたは９０ｔｏｎのインゴット（鋼塊）に造塊した。なお、表１に示した鋼種Ｇを用い、後記表３の試験Ｎｏ．８に示した例が実機に相当している。
【００４８】
【表１】
2018162514.tif 000002
【００４９】
９０ｔｏｎインゴットに関して、実機のクランクスローの形状にまでニアネット鍛造を施した。一方、５０ｋｇインゴットに関しては、実機の鍛造条件を模擬して熱間で角材形状へ鍛伸し、室温まで放冷した。なお、全てのインゴットにおいては、ザク巣やミクロポロシィティ等の鋳造欠陥を圧着させるために、３Ｓ以上の鍛錬成形比（ＪＩＳ  Ｇ０７０１：１９５７）を確保した。
【００５０】
鍛伸したインゴットに対し、機械的特性を確保するための熱処理（焼ならし処理、焼戻し処理）を施した。このときの焼ならしは、下記表２に示すような、オーステナイト化温度（８７０〜９５０℃）まで昇温し、鋼塊の中心まで均一な温度になるまで保持した。
【００５１】
大型クランク軸の場合には、保持温度まで徐加熱し、２２時間のオーステナイト化処理を施した後、２００℃以下まで冷却した。また焼戻しに関しては、６２０℃で２２時間施した。なお、焼ならし後の平均冷却速度（焼ならし温度から５００℃までの平均冷却速度）に関しては、最も冷却されにくいフィレット部における平均冷却速度を記載している。
【００５２】
５０ｋｇインゴットに関しては、２０ｍｍ×２０ｍｍ×Ｌ２００ｍｍの角材を切り出した後、実機のクランク軸のフィレット部を模擬して、３００℃以下までを平均冷却速度が０．５〜５℃／分の範囲で冷却を行い、その後、焼戻しは６１０℃で１０時間以上保持し、炉冷または放冷した。
【００５３】
【表２】
2018162514.tif 000003
【００５４】
［ミクロ組織観察］
熱処理後、ミクロ観察用の試験片を切りだし、鍛伸方向に対して垂直な面を研磨し、研磨面をナイタールで腐食させて、光学顕微鏡でミクロ組織を観察した。
【００５５】
［引張試験］
熱処理後、小型材に関しては、試験片の長手方向が鍛伸方向に対して平行となるように試験片を加工した。実機クランクスローに関しては、フィレット部から３０ｍｍ×３０ｍｍ×Ｌ２５０ｍｍ程度の角材を切り出した後、試験片加工を施した。引張試験片の形状はＪＩＳ１４Ａ号引張試験片（φ６ｍｍ×Ｇ．Ｌ．３０ｍｍまたはφ１４ｍｍ×Ｇ．Ｌ．７０ｍｍ）とした。引張試験は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１：１９９８に基づいて実施し、０．２％耐力、引張強さ、伸びおよび絞り等の引張特性を測定した。
【００５６】
なお、上記「Ｇ．Ｌ．」とは、標点間距離（Ｇａｕｇｅ  Ｌｅｎｇｔｈ）、すなわち引張試験片において応力のかかる有効な距離を示す。
【００５７】
［回転曲げ疲労試験］
熱処理後、試験片の長手方向が鍛伸方向に対して平行となるように回転曲げ疲労試験片を加工し、回転曲げ疲労試験を実施した。実機クランクスローに関しては、フィレット部から角材を３０ｍｍ×３０ｍｍ×Ｌ２５０ｍｍ程度の角材を切り出した後、試験片加工を施した。回転曲げ疲労試験片の形状はＪＩＳ１号回転曲げ疲労試験片（φ８ｍｍ，Ｒ３０ｍｍ，Ｇ．Ｌ．２２ｍｍまたはφ１０ｍｍ，Ｒ３０ｍｍ，Ｇ．Ｌ．３０ｍｍ）とし、回転曲げ疲労試験はＪＩＳ−Ｚ２２７４：１９７８に基づいて実施した。疲労強度に関しては、或る応力水準を３×１０6回負荷し、未破断の場合は順次応力幅を増加させ、最も大きい未破断応力を疲労強度とする階差法により疲労強度を求め、同一条件の試料を３本作製し、その平均値を疲労強度とした。
【００５８】
［Ｖ系炭化物の分散状態および個数密度の測定］
熱処理後、鍛伸方向に対して垂直な面を観察面とし、電解液での電解研磨により作製した薄膜またはサンプル抽出レプリカを作製し、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）で初析フェライト中における析出物、および析出物の分散状態を観察した。このときの加速電圧は２００ｋＶとし、５万倍〜５００万倍の倍率にて観察を行った。
【００５９】
初析フェライト中の析出物の同定を行うために、上記ＴＥＭにより観察した抽出レプリカにてエネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｎｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＥＤＳ）により、成分分析を実施した。ＥＤＳ分析を実施して析出物は、全てＶ系炭化物であることが判明したため、初析フェライト中の析出物は全てＶ系炭化物として扱った。
【００６０】
薄膜またはサンプル抽出レプリカにより得られた組織写真を使用し、画像解析により、初析フェライト中に析出したＶ系炭化物の粒径（円相当直径）と個数を測定した。その測定結果から、粒径が５０ｎｍ以下のＶ系炭化物の個数と測定面積の商により、１μｍ2あたりに存在する粒径５０ｎｍ以下のＶ系炭化物の個数密度を算出した。
【００６１】
[評価基準]
ミクロ組織の観察結果、引張特性（０．２％耐力、引張強さ、伸びおよび絞り）、疲労特性、およびＶ系炭化物の個数密度の測定結果を、下記表３に示す。なお、下記表３において、「Ｆ」は初析フェライト、「Ｐ」はパーライト、「Ｂ」はベイナイトを夫々示し、ミクロ組織が、初析フェライト＋パーライト（Ｆ＋Ｐ）、または初析フェライト＋パーライト＋ベイナイト（Ｆ＋Ｐ＋Ｂ）の複合組織で、初析フェライトとパーライトの合計面積率が９０％以上を満たすものを「○」、合計面積率が９０％に満たないものを「×」と評価した。降伏応力は、引張試験時に降伏点が観察できた場合は上降伏点、観察できなかった場合は０．２％耐力で評価した。そして４２０ＭＰａ以上の高い降伏応力を示す例を「○」、４２０ＭＰａ未満の低い降伏応力を示す例を「×」と評価した。疲労強度については、３３０ＭＰａ以上の高い疲労強度を示す例を「○」、３３０ＭＰａ未満の疲労強度を示す例を「×」と評価した。Ｖ系炭化物の個数密度において、「−」で示した欄は、Ｖ系炭化物の観察を実施していない場合を示している。
【００６２】
【表３】
2018162514.tif 000004
【００６３】
この結果から、下記のように考察できる。試験Ｎｏ．１〜８は、本発明で規定する要件のいずれをも満足する実施例であり、高降伏応力で高疲労強度である鍛鋼品用鋼が実現できていることが分かる。またこれらの鋼材では、初析フェライト＋パーライト（Ｆ＋Ｐ）の合計面積率が９０％以上を満たしているので、優れた被削性を発揮することが予想される。
【００６４】
これに対し試験Ｎｏ．９〜１６は、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない例であり、降伏応力および高疲労強度の少なくともいずれかの点で低下していることが分かる。
【００６５】
具体的には、試験Ｎｏ．９〜１５は、オーステナイト化温度から５００℃までの平均冷却速度が遅くなった例であり、Ｖ系炭化物の個数密度が少なくなっており、降伏応力および疲労強度の少なくともいずれかが低下している。
【００６６】
試験Ｎｏ．１６は、Ｖを含有していない鋼種Ｈを用いた例であり、適切な製造条件で製造しても、Ｖ系炭化物の析出が殆どないことが予想され、降伏応力および疲労強度が低下している。
【００６７】
これらの結果に基づき、Ｖ系炭化物の個数密度が降伏応力に与える影響を図１に示す。またＶ系炭化物の個数密度が疲労強度に与える影響を図２に示す。図１、２から明らかなように、降伏応力：４２０ＭＰａ以上、疲労強度：３３０ＭＰａ以上を確保するためには、初析フェライト中のＶ系炭化物の個数密度を５５個／μｍ2以上とする必要があることが分かる。
【図１】
2018162514.tif 000005
【図２】
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