(57)【要約】【課題】大型鍛鋼品に要求される降伏強度及び靭性を有し、かつ被削性に優れる鍛鋼品用低合金鋼を提供する。【解決手段】本発明の鍛鋼品用低合金鋼は、Ｃ：０．３０質量％以上０．４０質量％以下、Ｓｉ：０質量％超０．４５質量％以下、Ｍｎ：０．５０質量％以上１．９０質量％以下、Ｎｉ：０．７０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：１．００質量％以上２．３０質量％以下、Ｍｏ：０質量％超０．３５質量％以下、Ｖ：０質量％超０．２０質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織を１７％以上含有し、残部がパーライト組織、フェライト組織又はそれらの組合せ組織であり、下記式（１）を満たす。  （１．５×Ｍｎ＋２×Ｎｉ）／Ｃｒ＜２．３５  ・・・（１）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．３０質量％以上０．４０質量％以下、
Ｓｉ：０質量％超０．４５質量％以下、
Ｍｎ：０．５０質量％以上１．９０質量％以下、
Ｎｉ：０．７０質量％以上２．００質量％以下、
Ｃｒ：１．００質量％以上２．３０質量％以下、
Ｍｏ：０質量％超０．３５質量％以下、
Ｖ：０質量％超０．２０質量％以下
の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、
ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織を１７％以上含有し、残部がパーライト組織、フェライト組織又はそれらの組合せ組織であり、
下記式（１）を満たす鍛鋼品用低合金鋼。
（１．５×Ｍｎ＋２×Ｎｉ）／Ｃｒ＜２．３５  ・・・（１）
【請求項２】
請求項１に記載の鍛鋼品用低合金鋼から製造されるクランク軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛鋼品用低合金鋼及びクランク軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や発電機に使用されるディーゼル機関の伝達部材である大型クランク軸に用いられる鋼材には、ディーゼル機関の出力向上及びコンパクト化を実現するために、高強度化が要求される。
【０００３】
これに対し、組立型のクランク軸のクランクスローに使用できる鍛造用鋼が開発されている（例えば特許第４１５００５４号公報参照）。
【０００４】
ところで、組立型のクランク軸は、鍛鋼品用鋼を成形して得られるクランクスローとクランクジャーナルとを焼嵌めで結合することにより製造される。そのため、ディーゼル機関の運転中にこの焼嵌め部が滑らないようにするため、クランクスローに使用される鍛鋼品用鋼には高い降伏強度（ＹＳ）が要求される。ディーゼル機関の出力向上に伴い、最近では４５０ＭＰａ以上という高い降伏強度が要求されている。
【０００５】
しかし、炭素鋼を用いた鍛鋼品用鋼では、３５０ＭＰａ以上３８０ＭＰａ以下程度の降伏強度しか得られない。また、従来の組成を有する低合金鋼を用いる鍛鋼品用鋼の場合、大型になると焼割れが発生するするため、軸径が６５０ｍｍを超える大型の組立型クランク軸に使用できる鍛鋼品用鋼を製造できない。このように、４５０ＭＰａ以上の降伏強度を有し、かつ大型の組立型クランク軸に使用可能な鍛鋼品用鋼を製造することは困難である。
【０００６】
また、組立型クランク軸に使用するクランクスローやクランクジャーナルは、これらの形状に成形した後、切削加工により仕上げられるため、組立型クランク軸に使用する鍛鋼品用鋼には優れた被削性も要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１５００５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、大型鍛鋼品に要求される降伏強度及び靭性を有し、かつ被削性に優れる鍛鋼品用低合金鋼の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ（炭素）：０．３０質量％以上０．４０質量％以下、Ｓｉ（ケイ素）：０質量％超０．４５質量％以下、Ｍｎ（マンガン）：０．５０質量％以上１．９０質量％以下、Ｎｉ（ニッケル）：０．７０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ（クロム）：１．００質量％以上２．３０質量％以下、Ｍｏ（モリブデン）：０質量％超０．３５質量％以下、Ｖ（バナジウム）：０質量％超０．２０質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ（鉄）及び不可避的不純物である組成を有し、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織を１７％以上含有し、残部がパーライト組織、フェライト組織又はそれらの組合せ組織であり、下記式（１）を満たす鍛鋼品用低合金鋼である。
（１．５×Ｍｎ＋２×Ｎｉ）／Ｃｒ＜２．３５  ・・・（１）
【００１０】
当該鍛鋼品用低合金鋼は、鋼材の各組成の含有量を上記範囲でかつ上記式（１）を満たすものとし、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織を１７％以上含有するものとすることで、優れた靱性が得られると共に、大型のクランク軸等の大型鍛鋼品に要求される高い降伏強度が確保できる。また、当該鍛鋼品用低合金鋼は、鋼材の組成を上記式（１）を満たすものとすることにより、金属組織のセメンタイト中のＣｒ濃度が大きくなり、これにより切削時の抵抗力が減少するため被削性に優れる。
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該鍛鋼品用低合金鋼から製造されるクランク軸である。当該クランク軸は、当該鍛鋼品用低合金鋼からなることから、上述のように高い降伏強度及び靭性を有しかつ被削性に優れる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の鍛鋼品用低合金鋼は、大型鍛鋼品に要求される降伏強度及び靭性を有し、かつ被削性に優れるので、舶用の組立型大型クランク軸等にも好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例におけるベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率と降伏強度との関係を示すグラフ
【図２】実施例におけるＭｎ、Ｎｉ及びＣｒ含有量とドリル穴加工時のトルク抵抗との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る鍛鋼品用低合金鋼の実施形態について説明する。
【００１５】
＜金属組織＞
当該鍛鋼品用低合金鋼の金属組織は、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の割合（組織分率）が１７％以上であり、残部がパーライト組織、フェライト組織又はそれらの組合せ組織である。このように金属組織においてベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率が上記下限以上となるようにすることで、当該鍛鋼品用低合金鋼は、舶用の組立型大型クランク軸等として要求される高い降伏強度（４５０ＭＰａ以上）を有する。なお、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率の測定方法としては、例えば鍛鋼品用低合金鋼からミクロ組織観察用の試験片を切り出し、この試験片の表面を鍛伸方向に鏡面研磨し、ナイタールで腐食して光学顕微鏡で観察することにより行うことができる。
【００１６】
＜組成＞
当該鍛鋼品用低合金鋼は、Ｃ：０．３０質量％以上０．４０質量％以下、Ｓｉ：０質量％超０．４５質量％以下、Ｍｎ：０．５０質量％以上１．９０質量％以下、Ｎｉ：０．７０質量％以上２．００質量％以下、Ｃｒ：１．００質量％以上２．３０質量％以下、Ｍｏ：０質量％超０．３５質量％以下、Ｖ：０質量％超０．２０質量％以下の基本成分を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物である組成を有し、かつ下記式（１）を満たす。
（１．５×Ｍｎ＋２×Ｎｉ）／Ｃｒ＜２．３５  ・・・（１）
【００１７】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＣ含有率の下限としては、０．３０質量％であり、０．３２質量％が好ましい。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＣ含有率の上限としては、０．４０質量％であり、０．３９質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＣ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性が得られず、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質で十分な降伏強度が得られる金属組織の組織分率を確保できないおそれがある。逆に、当該鍛鋼品用低合金鋼のＣ含有率が上記上限を超えると、靭性が極端に低下すると共に、セメンタイトの安定性を高めて焼ならし時のパーライトの生成が促進されるため、降伏強度が低下するおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼のＣ含有率を上記範囲とすることで、当該鍛鋼品用低合金鋼の焼入れ性及び降伏強度を適切に確保することができる。
【００１８】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＳｉ含有率の下限としては、０質量％超である。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＳｉ含有率の上限としては、０．４５質量％であり、０．３２質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＳｉ含有率が上記上限を超えると、靭性が損なわれるおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼のＳｉ含有率を上記範囲とすることで、当該鍛鋼品用低合金鋼の焼き入れ性を向上させ十分な靭性を確保することができる。
【００１９】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｎ含有率の下限としては、０．５０質量％であり、０．８０質量％が好ましい。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｎ含有率の上限としては、１．９０質量％であり、１．５０質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｎ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性が得られず、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質で十分な降伏強度が得られる金属組織の組織分率を確保できなくなると共に、十分な靭性が得られないおそれがある。逆に、当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｎ含有率が上記上限を超えると、セメンタイト中のＣｒ濃度が低下し被削性が損なわれるおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｎ含有率を上記範囲とすることで、当該鍛鋼品用低合金鋼の降伏強度及び靭性を適切に確保することができる。
【００２０】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＮｉ含有率の下限としては、０．７０質量％であり、０．７４質量％が好ましい。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＮｉ含有率の上限としては、２．００質量％であり、１．５０質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＮｉ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性が得られず、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質で十分な降伏強度が得られる金属組織の組織分率を確保できなくなるおそれがある。また、当該鍛鋼品用低合金鋼のＮｉ含有率が上記上限を超えると、セメンタイト中のＣｒ濃度を低下させ被削性が損なわれるおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼のＮｉ含有率を上記範囲とすることで、当該鍛鋼品用低合金鋼の焼入れ性及び強度を適切に確保することができる。
【００２１】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＣｒ含有率の下限としては、１．００質量％であり、１．４０質量％が好ましい。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＣｒ含有率の上限としては、２．３０質量％であり、２．１０質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＣｒ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性が得られず、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質で十分な降伏強度が得られる金属組織の組織分率を確保できなくなり、十分な強度が得られなくなるおそれがある。逆に、当該鍛鋼品用低合金鋼のＣｒ含有率が上記上限を超えると、金属組織のセメンタイトの割合が増加し靭性が損なわれるおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼のＣｒ含有率を上記範囲とすることで、当該鍛鋼品用低合金鋼の焼入れ性、強度及び靭性を適切に確保することができる。
【００２２】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｏ含有率の下限としては、０質量％超である。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｏ含有率の上限としては、０．３５質量％であり、０．３２質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＭｏ含有率が上記上限を超えると、微細炭化物が生成され靭性が損なわれるおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼が上記範囲のＭｏを含有することで、焼入れ性が向上し、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質で十分な降伏強度が得られる金属組織の組織分率を確保でき、十分な強度が得られる。
【００２３】
当該鍛鋼品用低合金鋼のＶ含有率の下限としては、０質量％超である。一方、当該鍛鋼品用低合金鋼のＶ含有率の上限としては、０．２０質量％であり、０．１０質量％が好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼のＶ含有率が上記上限を超えると、微細炭化物が生成され靭性が損なわれるおそれがある。当該鍛鋼品用低合金鋼が上記範囲のＶを含有することで、焼入れ性が向上し、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質で十分な降伏強度が得られる金属組織の組織分率を確保でき、十分な強度が得られる。
【００２４】
当該鍛鋼品用低合金鋼は、上述した基本成分以外に残部にＦｅ及び不可避的不純物を含む。また、不可避的不純物としては、例えば原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれるＣｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ａｓ（ヒ素）、Ｐｂ（鉛）、Ｔｉ（チタン）等の元素の混入が許容される。また、さらにその他の組成を積極的に含有させることも有効であり、含有される組成の種類によって鍛鋼材の特性がさらに改善される。
【００２５】
＜各組成の関係式＞
当該鍛鋼品用低合金鋼において、各元素の含有量が下記式（１）を満たす。
（１．５×Ｍｎ＋２×Ｎｉ）／Ｃｒ＜２．３５  ・・・（１）
【００２６】
各元素の含有量が上記式（１）を満たす範囲では、Ｃｒ濃度が２４％以上の比較的脆いセメンタイトが生成する。この比較的脆いセメンタイトが生成することで、切削時の抵抗力が減少し、被削性が向上すると考えられる。なお、セメンタイト中のＣｒ濃度が少なくとも２２％以上であれば、大型クランク軸用の部品の切削加工で要求される十分な被削性が得られる。
【００２７】
＜機械的性質＞
当該鍛鋼品用低合金鋼の降伏強度（ＹＳ）の下限としては、４５０ＭＰａが好ましく、５００ＭＰａがより好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼の降伏強度が上記下限以上であると、組立型の大型クランク軸の要求を持たし、軸径が６５０ｍｍ以上のクランク軸を製造できる。降伏強度の評価は、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠した引張試験により行うことができる。
【００２８】
当該鍛鋼品用低合金鋼の吸収エネルギーｖＥ（室温での吸収エネルギー）の下限としては、２０Ｊが好ましく、３０Ｊがより好ましい。当該鍛鋼品用低合金鋼の吸収エネルギーが上記下限以上であると、組立型の大型クランク軸に要求される靭性を満たすことができる。吸収エネルギーの評価は、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠したシャルピー衝撃試験により行うことができる。
【００２９】
＜鍛鋼品用低合金鋼及びクランク軸の製造方法＞
当該鍛鋼品用低合金鋼は、例えば溶製工程、鋳造工程、加熱工程、鍛造工程及び熱処理工程を備える製造方法により製造される。さらに、当該鍛鋼品用低合金鋼を機械加工工程により加工することで当該クランク軸が製造される。
【００３０】
（溶製工程）
溶製工程では、まず高周波溶解炉、電気炉、転炉などを用いて、上述した所定の組成に調整した鋼を溶製する。その後、その溶鋼に真空処理を施し、Ｏ（酸素）、Ｈ（水素）等のガス成分や不純元素を除去する。
【００３１】
（鋳造工程）
鋳造工程では、上記溶製工程で成分調整した鋼を用いてインゴット（鋼塊）を鋳造する。大型鍛鋼品用鋼の場合は、主としてインゴット鋳造が採用され、比較的小型の鍛鋼品の場合は連続鋳造法を採用することも可能である。
【００３２】
（加熱工程）
加熱工程では、所定の温度で所定時間、鋼塊を加熱する。低温になると材料の変形抵抗が増大するので、材料の変形能の良好な範囲で加工を行うために、加熱温度は例えば１１５０℃以上とする。また、鋼塊の表面と内部との温度を均一にするために所定の加熱時間が必要であり、加熱時間は例えば３時間以上とする。加熱時間は、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、大型材ほど加熱保持時間は長くなる。
【００３３】
（鍛造工程）
鍛造工程では、加熱工程で１１５０℃以上の温度に加熱された鋼塊を鍛造する。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ために、鍛錬成形比としては３Ｓ以上が好ましい。
【００３４】
（熱処理工程）
熱処理工程では、焼鈍処理及び焼ならし処理を行った後、焼戻し処理を行う。
【００３５】
まず、鍛造した鋼塊の焼鈍処理を行う。焼鈍処理では、鍛造鋼塊を加熱して所定の温度（例えば２５０℃以上３５０℃以下）で所定時間（例えば５時間以上）保持する。その後、オーステナイト化温度以上（例えば８５０℃以上９２０℃以下）まで加熱し、所定時間（例えば３時間以上）保持した後、所定温度（例えば５０℃以上２００℃以下）となるまで徐冷する。さらに、上記冷却後、所定の温度（例えば５００℃以上８００℃以下）まで昇温速度３０℃／ｈｒ以上７０℃／ｈｒ以下で徐加熱し、一定時間（例えば５時間以上）保持する。
【００３６】
焼ならし処理では、焼鈍処理後、室温まで冷却された鍛造鋼塊から鋼材を切り出し、まず、その鋼材のオーステナイト化を行う。オーステナイト化は、Ａｃ３変態点（８３０℃）以上に昇温速度３０℃／ｈｒ以上７０℃／ｈｒ以下で徐加熱して、一定時間（例えば１時間以上）保持する。なお、大型の鋼材の場合、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、鋼材の表面と内部との温度を均一にするために一定時間保持する必要がある。この保持時間は、鋼材直径に依存し、大型材ほど長くする必要がある。
【００３７】
次に、焼ならし処理において、オーステナイト化により鋼材の温度が均質になった後、鋼材を冷却する。このときの冷却速度の下限としては、０．５℃／分が好ましく、１℃／分がより好ましい。また、上記冷却速度の上限としては、８℃／分が好ましく、５℃／分がより好ましい。上記冷却速度が上記下限未満であると、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織が減少し、十分な降伏強度が得られなくなるおそれがある。一方、上記冷却速度が上記上限を超えると、冷却時の熱応力や変態応力により割れが発生するおそれがある。
【００３８】
上記冷却後、焼戻し処理を行うことにより当該鍛鋼品用低合金鋼が得られる。鋼材の焼戻しは、所定の温度まで昇温速度３０℃／ｈｒ以上７０℃／ｈｒ以下で徐加熱し、一定時間（例えば５時間以上）保持する。焼戻しは、強度、延性及び靭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（残留応力）を除去するため例えば５５０℃以上で行う。ただし、高温になると炭化物の粗大化、転位組織の回復などにより鋼材が軟化し、十分な強度が確保できないため例えば６５０℃以下とする。
【００３９】
（機械加工工程）
熱処理工程後の当該鍛鋼品用低合金鋼をクランクスローやクランクジャーナルに鍛造した後、切削又は研削を含む仕上げ機械加工を施すことで、当該クランク軸用の部品を得ることができる。そして、仕上げ機械加工を施したクランクスローとクランクジャーナルとを焼嵌めることにより当該クランク軸が得られる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４１】
〔鋼種及び調質方法の評価〕
まず、鋼種及び調質方法に関して、大型クランク軸への適用性について評価した。
【００４２】
（実施例１）
実施例１は、表１に示す組成を有する綱を９００℃以上１２３０℃以下の温度間で熱間鍛造した後、ガス切断により軸径９５０ｍｍのクランクスローの形状に成形した。次に、この成形したクランクスローを８７０℃に加熱した後、空冷により冷却し、焼ならしを行った。さらに、冷却したクランクスローを６２０℃まで加熱し、焼戻しを施した。
【００４３】
（比較例１〜３）
比較例１〜３は、表１に示す組成を有する鋼を９００℃以上１２３０℃以下の温度間で熱間鍛造した後、ガス切断により軸径６２０ｍｍ、７２０ｍｍ及び１０６２ｍｍのクランクスローの形状に成形した。次に、これらの成形したクランクスローを８７０℃に加熱した後、空冷により冷却し、焼ならしを行った。さらに、冷却したクランクスローを６２０℃まで加熱し、焼戻しを施した。
【００４４】
（比較例４）
比較例４は、表１に示す組成を有する綱を９００℃以上１２３０℃以下の温度間で熱間鍛造した後、ガス切断により軸径７２０ｍｍのクランクスローの形状に成形した。次に、この成形したクランクスローを８７０℃に加熱した後、水溶液の濃度を２５質量％に調整したポリアルキレングリコール系のポリマー液により冷却し、焼入れを行った。さらに、冷却したクランクスローを６２０℃まで加熱し、焼戻しを施した。
【００４５】
［焼割れ評価］
調質を行ったクランクスローを目視検査により観察し、割れの有無を確認した。
【００４６】
［降伏強度評価］
調質を行ったクランクスローの焼嵌め部近傍から試験片を採取し、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を実施した。試験片の形状は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）の１４Ａ号試験片でφ６×Ｇ．Ｌ．３０ｍｍとし、降伏強度を測定した。本試験では、降伏強度４５０ＭＰａ以上のものを合格とした。
【００４７】
本試験では、クランクスローに割れが認められず、かつ降伏強度が４５０ＭＰａ以上のものを総合評価「Ａ」とした。また、降伏強度が４５０ＭＰａ未満のものを総合評価「Ｂ」、割れが認められたものを総合評価「Ｃ」とした。これらの測定結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2015190040.tif 000002
【００４９】
［測定結果］
実施例１のクランクスローは、焼割れが認められず、かつ４５０ＭＰａ以上の降伏強度が得られた。これにより、本発明の基本成分を含有し、焼ならし後に焼戻しを行う処理による調質を行った鋼が、大型クランク軸に好適に使用できることがわかった。
【００５０】
一方、比較例１〜３の鋼を用いたクランクスローは、焼割れは認められなかったものの、降伏強度が低く、組立型の大型クランク軸に適用できないといえる。
【００５１】
また、比較例４の鋼を用いたクランクスローは、比較的軸径が大きいにもかかわらず焼入れしたために表層と内部との温度差が生じ易く、焼入れ時に生じた上記温度差によって熱応力又は変態応力が発生し、そのために割れが発生したと考えられる。
【００５２】
〔鋼の組成及び金属組織評価〕
次に、鋼の組成及び金属組織について評価した。
【００５３】
（実施例２〜５、比較例５〜１５）
実施例２〜５、比較例５〜１５は、表２に示す組成を有する鋼を溶製し、試験用の鍛鋼品用鋼を製造した。まず、高周波炉を用いて表１に示す組成の鋼を溶製し、幅１７０ｍｍ×厚み１２０ｍｍ×高さ２３０ｍｍの４０ｋｇの鋼塊を鋳造した。次に、得られた鋼塊の押湯部分を切除し、１２３０℃で５時間以上１０時間以下加熱した。次に、自由鍛造プレス機により、加熱した鋼塊を高さ比で１／２まで圧縮し、鋼塊中心線を９０°回転させて鍛造し、幅９０ｍｍ×厚み９０ｍｍ×長さ４５０ｍｍまで引き伸ばした後、その素材を大気中で放冷した。その後、２５０℃以上３００℃以下に冷却された素材を加熱炉で１０時間以上保持した後、５０℃／ｈｒで加熱し８７０℃で５時間保持した。その後、その素材を１００℃以上１５０℃以下まで炉冷した後、再び５０℃／ｈｒで加熱し、６５０℃で１５時間保持した後、大気中で放冷し焼鈍し処理を施した。
【００５４】
次に、室温まで放冷した上記素材から幅２０ｍｍ×厚み２０ｍｍ×長さ２００ｍｍの角材を切り出し、小型シミュレート炉を用いてオーステナイト化処理を施した。オーステナイト化処理は、切り出した素材（上記角材）を５０℃／ｈｒで８７０℃まで昇温して１時間保持した後、８７０℃から５００℃までの温度範囲における平均冷却速度が１．０℃／ｍｉｎとなるよう冷却を行った。その後、上記素材を室温まで冷却した後、焼戻し処理として６２０℃で１０時間保持してから大気中で放冷した。なお、上述のオーステナイト化処理した後の８７０℃から５００℃までの温度範囲における１．０℃／ｍｉｎという平均冷却速度は、大型鍛鋼品中の焼ならし後の冷却を模擬した冷却速度である。
【００５５】
（比較例１６〜１９）
比較例１６〜１９は、組成が実施例２〜５と同じ組成の鋼を用いて、焼ならし後の冷却における平均冷却速度を０．３℃／ｍｉｎとした以外は上記実施例２と同様の製造方法により試験用素材を製造した。
【００５６】
（比較例２０、２１）
比較例２０、２１は、表２に示す組成を有する鋼を用いて、上記実施例２と同様の製造方法により試験用素材を製造した。なお、比較例２０、２１で用いた鋼は、その組成が上記式（１）を持たさないものである。
【００５７】
（実施例６〜９）
実施例６〜９は、組成が実施例２〜５と同じ組成の鋼を用いて、焼ならし後の冷却における平均冷却速度を５．０℃／ｍｉｎとした以外は上記実施例２と同様の製造方法により試験用素材を製造した。
【００５８】
（比較例２２、２３）
比較例２２、２３は、組成が比較例２０、２１と同じ組成の鋼を用いて、焼ならし後の冷却における平均冷却速度を５．０℃／ｍｉｎとした以外は上記実施例２と同様の製造方法により試験用素材を製造した。
【００５９】
［機械的性質の測定］
製造した上記試験素材から試験片を採取し、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）に準拠して引張試験を実施した。試験片の形状は、ＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１）の１４Ａ号試験片でφ６×Ｇ．Ｌ．３０ｍｍとし、降伏強度（ＹＳ）を測定した。この試験では、降伏強度４５０ＭＰａ以上のものを合格とした。
【００６０】
また、シャルピー衝撃試験により上記試験素材の吸収エネルギー（ｖＥ）（室温での吸収エネルギー）を測定し、靭性の評価を行った。シャルピー衝撃試験はＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）に準拠して実施し、このときの試験片形状はＪＩＳ−Ｚ２２４２（２００５）の２ｍｍＶノッチを採用した。この試験では、吸収エネルギーが２０Ｊ以上のものを合格と判定した。
【００６１】
［金属組織の観察］
試験素材から金属組織観察用の試験片を切出し、その試験片を３％ナイタール液で腐食して光学顕微鏡で観察した。具体的には、光学顕微鏡で１００倍の倍率で観察及び撮影を行い、撮影した写真に対して１１行×１１列の格子を当ててベイナイト組織又はマルテンサイト組織に当たる格子点を数えた。そして、この格子点の数を全格子数１２１で割ることによって各視野におけるベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率（金属組織における割合）とした。試験素材毎に同様の測定を３視野で行い、その平均値を各素材におけるベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率とした。表２では、この組織分率を「Ｂ・Ｍ分率」と記載した。
【００６２】
［セメンタイト中の合金元素の濃度分析］
セメンタイト中の合金元素の濃度分析は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）付属のＥＤＸにて定量分析することにより行った。ＥＤＸは、電子線照射により発生する特性Ｘ線を検出し、エネルギーで分光することによって元素分析や組成分析を行う手法である。なお、表２中で「セメンタイト中Ｃｒ濃度」の欄に斜線を付している比較例５〜８、１０、１２〜１９については、セメンタイト中の合金元素の濃度分析を実施していない。
【００６３】
［被削性評価］
被削性の評価として、試験素材についてドリル穴加工時のトルク抵抗値の測定試験を行った。幅２０ｍｍ×厚み２０ｍｍ×２００ｍｍの試験素材から長さ１２ｍｍで切断した角材を試験片とし、この試験片の切断面に対してドリル穴加工を行った。φ５ｍｍの超硬ドリル（サンドビック株式会社の「８６０．１−０５００−０１９Ａ１−ＰＭ４２３４」）を用い、試験片一つにつき１本のドリルで深さ１０ｍｍの穴を２つ開けた。ドリル加工は、回転数４，０００ｒｐｍ、送り速度０．２５ｍｍ／ｒｅｖで、潤滑油（水溶性潤滑剤（ユシロ化学工業株式会社のユシローケン「ＥＣ５０」）を５０倍希釈）を１０Ｌ／ｍｉｎの流量でドリル加工部に供給しながら行った。被削性評価では、ドリルが試験片に接触してから深さ１０ｍｍの穴を開け終えるまでの間のトルク抵抗の平均値を測定し、１８０Ｎ・ｃｍ以下を合格とした。なお、表２中で「トルク抵抗」の欄に斜線を付している比較例５〜８、１０、１２〜１９については、被削性の評価を実施していない。
【００６４】
本試験では、降伏強度、吸収エネルギー及び被削性が共に合格と判定されたものを総合評価「Ａ」とした。また、降伏強度（ＹＳ）が４５０ＭＰａ未満のものを総合評価「Ｂ」、吸収エネルギー（ｖＥ）が２０Ｊ未満のものを総合評価「Ｃ」、ドリル穴加工時のトルク抵抗が１８０Ｎ・ｃｍを超えるものを総合評価「Ｄ」とした。これらの測定結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
2015190040.tif 000003
【００６６】
［測定結果］
実施例２〜９は、いずれも降伏強度が高く靭性及び被削性も優れており総合評価Ａであった。これらの鍛鋼品用低合金鋼は、大型クランク軸として好適に使用できるといえる。
【００６７】
これに対し、比較例５〜１５は、降伏強度、靭性及び被削性の少なくともいずれかが合格の範囲を満たさなかった。これらの試験素材は、本発明の基本成分の範囲を満たさない組成を有する鋼を用いて作成したものである。本発明の基本成分のうち、Ｃ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒは強度向上に寄与する元素であり、本発明で規定するこれらの元素の含有量の下限未満の元素を有する組成のもの（比較例５、８、１０、１２）の降伏強度が低下しているといえる。また、本発明の基本成分のうち、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖは、過剰であると靱性を損なう元素であり、本発明で規定するこれらの元素の含有量の上限を超える元素を有する組成のもの（比較例６、７、１３、１４、１５）の靱性が低下している。また、本発明の基本成分のうち、Ｍｎ及びＮｉは、過剰であるとセメンタイト組織中のＣｒ濃度が低下するので、本発明で規定するこれらの元素の含有量の上限を超える元素を有する組成のもの（比較例９、１１）は被削性が低下している。
【００６８】
比較例１６〜１９は、焼ならし後の冷却における平均冷却速度を小さくしたために、試験素材中のベイナイト組織及びマルテンサイト組織が少なくなり、いずれの試験素材中にもベイナイト組織及びマルテンサイト組織が認められなかった。比較例１６〜１９は、ベイナイト組織及びマルテンサイト組織が少ないため、降伏強度が低下していると考えられる。
【００６９】
比較例２０及び２１は、本発明の基本成分の範囲を満たす組成を有する鋼を用いているが、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｒの含有量が上記式（１）を満たしていない。そのため、セメンタイト中のＣｒ濃度が低くなり、被削性が低下したと考えられる。
【００７０】
実施例６〜９は、焼ならし後の冷却における平均冷却速度を大きくしたために、試験素材中のベイナイト組織又はマルテンサイト組織の割合が多くなり、試験素材の金属組織の全てがベイナイト組織及びマルテンサイト組織となった。そのため、セメンタイト中のＣｒ濃度が低下せず、被削性が低下しなかったといえる。また、実施例６〜９は、降伏強度が実施例２〜５よりも向上しており、焼ならし後の冷却における平均冷却速度を制御することにより降伏強度を向上させることができるといえる。
【００７１】
比較例２２及び２３は、比較例２０及び２１よりも焼ならし後の冷却における平均冷却速度を大きくしたために、試験素材中のベイナイト組織又はマルテンサイト組織の割合が比較例２０及び２１よりも多くなっている。しかし、Ｍｎ、Ｎｉ及びＣｒの含有量が上記式（１）を満たしていないため、セメンタイト中のＣｒ濃度が高くならず、比較例２０及び２１に対して被削性が向上しなかったと考えられる。
【００７２】
上記実施例２〜９、比較例５〜２３の測定結果について、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率（Ｂ・Ｍ分率）と降伏強度（ＹＳ）との関係を図１に示す。図１の黒丸のプロットは実施例の測定結果を示し、四角形のプロットは比較例の測定結果を示している。図１より、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率が高いほど降伏強度が向上する傾向があり、ベイナイト組織、マルテンサイト組織又はそれらの組合せ組織の組織分率が１７％以上であると４５０ＭＰａ以上の高い降伏強度が得られることがわかる。
【００７３】
また、上記実施例２〜９、比較例９、１１、２０〜２３の測定結果について、上記式（１）の左辺の値とトルク抵抗との関係を図２に示す。図２の黒丸のプロットは実施例の測定結果を示し、四角形のプロットは比較例の測定結果を示している。図２より、上記式（１）の左辺の値が大きいほどトルク抵抗が大きくなる傾向があり、上記式（１）の左辺の値が２．３５未満であるとトルク抵抗が１８０Ｎ・ｃｍ以下となり、優れた被削性が得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上説明したように、当該鍛鋼品用低合金鋼は、大型鍛鋼品に要求される高い降伏強度及び靭性を有し、かつ被削性に優れるので、舶用の組立型大型クランク軸等に好適に用いられる。
【図１】
2015190040.tif 000004
【図２】
2015190040.tif 000005