(57)【要約】【課題】本発明は、強度及び靭性を高めつつ、高い疲労強度を有する高強度鋼並びにこの高強度鋼を用いた船舶又は発電機のディーゼル機関用クランク軸を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る高強度鋼は、Ｃ：０．３質量％以上０．５質量％以下、Ｓｉ：０質量％超０．１５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．５質量％以下、Ｎｉ：０．８質量％以上２．４質量％以下、Ｃｒ：１質量％以上３質量％以下、Ｍｏ：０．３５質量％以上０．７質量％以下、Ｖ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、Ａｌ：０．００１質量％以上０．０４質量％以下、Ｆｅ：実質的残部、及び不可避的不純物の組成を有し、マルテンサイトを主体とし、Ｍｎの含有率のＳｉの含有率に対する比が５．５超である。上記高強度鋼がセメンタイトを含むとよく、このセメンタイト中のＭｎ濃度としては０．９質量％以上１．８質量％以下が好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．３質量％以上０．５質量％以下、
Ｓｉ：０質量％超０．１５質量％以下、
Ｍｎ：０．８質量％以上１．５質量％以下、
Ｎｉ：０．８質量％以上２．４質量％以下、
Ｃｒ：１質量％以上３質量％以下、
Ｍｏ：０．３５質量％以上０．７質量％以下、
Ｖ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、
Ａｌ：０．００１質量％以上０．０４質量％以下、
Ｆｅ：実質的残部、及び
不可避的不純物の組成を有し、
マルテンサイトを主体とし、
Ｍｎの含有率のＳｉの含有率に対する比が５．５超である高強度鋼。
【請求項２】
セメンタイトを含み、
このセメンタイト中のＭｎ濃度が０．９質量％以上１．８質量％以下である請求項１に記載の高強度鋼。
【請求項３】
下記式（１）で表されるＸ値が６９０以上である請求項１又は請求項２に記載の高強度鋼。
Ｘ＝１０２６．４Ｃ−７５．４Ｓｉ＋３７．７Ｍｎ＋５０．６Ｎｉ＋３１．７Ｃｒ
＋８２．５Ｍｏ＋８３８．４Ｖ  ・・・（１）
（上記式（１）中、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶはそれぞれＣ、Ｓｉ、
Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有率を質量％で表した値である。）
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の高強度鋼からなる船舶又は発電機のディーゼル機関用クランク軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度鋼及び船舶又は発電機のディーゼル機関用クランク軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や発電機で使用されるディーゼル機関は出力向上、耐久性向上、コンパクト化等の性能向上を求められている。そのため、これらのディーゼル機関に用いられるクランク軸を形成する鍛鋼品用鋼は高強度及び高靱性が要求される。具体的には、鍛鋼品用鋼が１０００ＭＰａ以上の引張強度を有することを要求される。
【０００３】
引張強度が１０００ＭＰａ以上である鍛鋼品用鋼としては、ＮｉＣｒＭｏ系の高強度鋼が開発されている。例えば、特開２０１０−２４８５４０号公報では高強度及び高靭性の鍛鋼品用鋼が得られており、船舶や発電機のディーゼル機関用クランク軸として使用されている。また、特許第４３３２０７０号公報では、比較的低コストで製造できる高強度の鍛鋼品用鋼も開発される。
【０００４】
また、上記ディーゼル機関のクランク軸用の鍛造用鋼には高い疲労強度が要求される。疲労強度は通常、材料の強度（硬さ）に比例して高まるが、高強度になると材料内に不可避的に存在する介在物等の欠陥感受性が大きくなることが一般的に知られている。このため、従来の鍛鋼品用鋼では引張強度が１０００ＭＰａ以上で、疲労強度の高い鍛造用鋼を得ることは困難である。従って、強度及び靭性を高めつつ、高い疲労強度を有する高強度鋼が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４８５４０号公報
【特許文献２】特許第４３３２０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、強度及び靭性を高めつつ、高い疲労強度を有する高強度鋼並びにこの高強度鋼を用いた船舶又は発電機のディーゼル機関用クランク軸を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ：０．３質量％以上０．５質量％以下、Ｓｉ：０質量％超０．１５質量％以下、Ｍｎ：０．８質量％以上１．５質量％以下、Ｎｉ：０．８質量％以上２．４質量％以下、Ｃｒ：１質量％以上３質量％以下、Ｍｏ：０．３５質量％以上０．７質量％以下、Ｖ：０．１質量％以上０．２５質量％以下、Ａｌ：０．００１質量％以上０．０４質量％以下、Ｆｅ：実質的残部、及び不可避的不純物の組成を有し、マルテンサイトを主体とし、Ｍｎの含有率のＳｉの含有率に対する比が５．５超である高強度鋼である。
【０００８】
当該高強度鋼は、鋼材の組成を上記範囲とし、マルテンサイトを主体とする金属組織を有し、さらにＭｎ含有率のＳｉ含有率に対する比を５．５超とすることにより、強度及び靭性を高めつつ、高い疲労強度を発揮することができる。つまり、当該高強度鋼は、鋼材の組成を上記範囲とすることにより、焼入れ性、強度及び靭性を向上させることができる。また、当該高強度鋼は、Ｍｎ含有率とＳｉ含有率に対する比を５．５超とすることにより、金属組織中に一部生成する粗大な旧オーステナイト粒を抑制することができ、高い疲労強度を発揮することができると考えられる。
【０００９】
当該高強度鋼としては、セメンタイトを含むとよく、このセメンタイト中のＭｎ濃度としては０．９％以上１．８％以下が好ましい。セメンタイトを含み、かつセメンタイト中のＭｎ濃度が上記範囲であることにより、疲労亀裂発生源の１つの因子と考えられるセメンタイト周囲に適度にやわらかい領域が発現し、それが亀裂発生の応力を緩和する働きを持ち、疲労特性を大きく改善することができると考えられる。その結果、当該高強度鋼が高い強度及び靭性を有し、より高い疲労強度を発揮することができる。
【００１０】
当該高強度鋼において、下記式（１）で表されるＸ値としては６９０以上が好ましい。下記式（１）のＸを一定値以上とすることで大型鍛造品の焼入れ性を改善できることを発明者らは見出した。Ｘの値が上記以上であると当該高強度鋼が優れた焼入れ性を備え、より高い強度を有する。なお、下記式（１）中、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶはそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有率を質量％で表した値である。
Ｘ＝１０２６．４Ｃ−７５．４Ｓｉ＋３７．７Ｍｎ＋５０．６Ｎｉ＋３１．７Ｃｒ
＋８２．５Ｍｏ＋８３８．４Ｖ  ・・・（１）
【００１１】
また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該高強度鋼からなる船舶又は発電機のディーゼル機関用クランク軸である。当該ディーゼル機関用クランク軸は、当該高強度鋼からなることから、上述のように高い強度及び靭性を有し、疲労強度に優れる。このクランク軸は、船舶又は発電機に使用されるディーゼル機関に有用である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の高強度鋼は、強度及び靭性を高めつつ、高い疲労強度を発揮する。そのため当該高強度鋼は、船舶又は発電機に使用されるディーゼル機関用クランク軸の素材として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】疲労試験の試験片の形状を示した側面図
【図２】疲労試験の試験片の微小穴の拡大断面図
【図３】実施例及び比較例のＸと引張強度（ＴＳ）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、本発明に係る高強度鋼の実施形態について説明する。
【００１５】
＜金属組織＞
当該高強度鋼の金属組織は、マルテンサイトを主体とする。ここで、「金属組織がマルテンサイトを主体とする」とは、マルテンサイトが全組織に対し９５面積％以上占めるものをいう。マルテンサイト分率の下限は、９８面積％が好ましく、１００面積％がより好ましい。このように金属組織がマルテンサイトを主体とすることにより、当該高強度鋼が高い強度を有する。また、マルテンサイト分率の測定方法としては、例えば、ナイタールエッチングを施した高強度鋼の断面を光学顕微鏡で写真撮影をし、その顕微鏡写真を目視でマルテンサイトとそれ以外の金属組織に分けそれらの面積比を求めることにより行うことができる。
【００１６】
＜当該高強度鋼の組成＞
当該高強度鋼のＣ含有率の下限としては、０．３質量％であり、０．３２質量％が好ましく、０．３４質量％がより好ましい。一方、当該高強度鋼のＣ含有率の上限としては、０．５質量％であり、０．４８質量％が好ましく、０．４６質量％がより好ましい。当該高強度鋼のＣ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性と強度とを確保できないおそれがある。逆に、当該高強度鋼のＣ含有率が上記上限を超えると、靭性を極端に低下させ、大型鋳塊では逆Ｖ偏析を助長し靭性を低下させるおそれがある。当該高強度鋼のＣ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の焼入れ性及び強度を適切に確保することができる。
【００１７】
当該高強度鋼のＳｉ含有率の下限としては、０質量％超である。一方、当該高強度鋼のＳｉ含有率の上限としては、０．１５質量％であり、０．１２質量％が好ましく、０．１質量％がより好ましい。当該高強度鋼のＳｉ含有率が０質量％であると、当該高強度鋼の焼き入れ性が不十分となる。逆に、当該高強度鋼のＳｉ含有率が上記上限を超えると、結晶粒度の粗大化を促進するおそれがある。当該高強度鋼のＳｉ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の焼入れ性を適切に確保することができる。
【００１８】
当該高強度鋼のＭｎ含有率の下限としては、０．８質量％である。一方、当該高強度鋼のＭｎ含有率の上限としては、１．５質量％であり、１．３質量％が好ましく、１質量％がより好ましい。当該高強度鋼のＭｎ含有率が上記下限未満であると、十分な強度と焼入れ性とを確保できず、結晶粒度のばらつきを抑制できないおそれがある。逆に、当該高強度鋼のＭｎ含有率が上記上限を超えると、逆Ｖ偏析を助長し、靭性を低下させるおそれがある。当該高強度鋼のＭｎ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の焼入れ性及び強度を適切に確保することができる。
【００１９】
当該高強度鋼のＮｉ含有率の下限としては、０．８質量％であり、１質量％が好ましい。一方、当該高強度鋼のＮｉ含有率の上限としては、２．４質量％であり、２質量％が好ましく、１．７質量％がより好ましい。当該高強度鋼のＮｉ含有率が上記下限未満であると、強度及び靭性が低下するおそれがある。逆に、当該高強度鋼のＮｉ含有率が上記上限を超えると、強度の過大な上昇を招き、靭性を低下させるおそれがある。当該高強度鋼のＮｉ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の強度及び靭性を適切に確保することができる。
【００２０】
当該高強度鋼のＣｒ含有率の下限としては、１質量％であり、１．２質量％が好ましい。一方、当該高強度鋼のＣｒ含有率の上限としては、３質量％であり、２質量％が好ましく、１．７質量％がより好ましい。当該高強度鋼のＣｒ含有率が上記下限未満であると、十分な焼入れ性と靭性とを確保できないおそれがある。逆に、当該高強度鋼のＣｒ含有率が上記上限を超えると、逆Ｖ偏析を助長し、靭性を低下させるおそれがある。当該高強度鋼のＣｒ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の焼入れ性及び靭性を適切に確保することができる。
【００２１】
当該高強度鋼のＭｏ含有率の下限としては、０．３５質量％であり、０．４５質量％が好ましい。一方、当該高強度鋼のＭｏ含有率の上限としては、０．７質量％であり、０．６質量％が好ましい。当該高強度鋼のＭｏ含有率が上記下限未満であると、焼入れ性、強度及び靭性を向上させることができなくなり、逆Ｖ偏析を助長するおそれがある。逆に、当該高強度鋼のＭｏ含有率が上記上限を超えると、鋼塊中のミクロ偏析を助長することになり、またＭｏは重い元素であるため、重量偏析が発生するおそれがある。当該高強度鋼のＭｏ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の焼入れ性、強度及び靭性を適切に確保することができる。
【００２２】
当該高強度鋼のＶ含有率の下限としては、０．１質量％である。一方、当該高強度鋼のＶ含有率の上限としては、０．２５質量％であり、０．２質量％が好ましく、０．１７質量％がより好ましい。当該高強度鋼のＶ含有率が上記下限未満であると、焼入れ性及び強度が不十分となる。逆に、Ｖは平衡分配係数が低いため、当該高強度鋼のＶ含有率が上記上限を超えると、ミクロ偏析（正常偏析）が発生するおそれがある。当該高強度鋼のＶ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の焼入れ性及び強度を適切に確保することができる。
【００２３】
当該高強度鋼のＡｌ含有率の下限としては、０．００１質量％である。一方、当該高強度鋼のＡｌ含有量の上限としては、０．０４質量％である。当該高強度鋼のＡｌ含有率が上記下限未満であると、脱酸元素として酸素量低減する作用を有効に発揮することができないおそれがある。逆に、Ａｌ含有率が上記上限を超えると、酸化物の粗大化を招き、かえって靭性や疲労特性を低下るおそれがある。当該高強度鋼のＡｌ含有率を上記範囲とすることで、当該高強度鋼の酸素量低減効果が適切に奏される。
【００２４】
当該高強度鋼は焼入れ性を向上させる観点からＣｕを含有することが好ましい。当該高強度鋼のＣｕ含有率の下限としては、０．１質量％が好ましい。一方、当該高強度鋼のＣｕ含有率の上限としては、２質量％が好ましい。当該高強度鋼のＣｕ含有率が上記下限未満であると、焼入れ性を向上させることができないおそれがある。逆に、当該高強度鋼のＣｕ含有率が上記上限を超えると、靭性が低下するおそれがある。
【００２５】
当該高強度鋼は、実質的残部であるＦｅと不可避的不純物とを含む。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Ｐ、Ｓ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｔｉ等の元素の混入が許容される。また、更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更に改善される。
【００２６】
当該高強度鋼の不可避不純物であるＰの含有率の上限としては、０．１５質量％が好ましく、０．１質量％がより好ましく、０．０５質量％がさらに好ましい。当該高強度鋼のＰ含有率が上記上限を超えると、粒界編析による粒界破壊を助長するおそれがある。
【００２７】
当該高強度鋼の不可避不純物であるＳの含有率の上限としては、０．０２質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましく、０．００５質量％がさらに好ましく、０．００２５質量％が特に好ましい。Ｓ含有率が上記上限を超えると、硫化物系介在物が増大して強度を劣化させるおそれがある。
【００２８】
（ＭｎとＳｉの含有比）
当該高強度鋼のＭｎ含有率のＳｉ含有率に対する比（以下、「Ｍｎ／Ｓｉ」ともいう）としては、５．５超である。Ｍｎ／Ｓｉが５．５超であることで、金属組織中に一部生成する粗大な旧オーステナイト粒を抑制することができる。当該高強度鋼のＭｎ／Ｓｉの下限としては１０が好ましく、２０がより好ましい。当該高強度鋼は、Ｍｎ／Ｓｉが上記下限未満であると粗大な旧オーステナイト粒が生成され、疲労強度を低下させるおそれがある。
【００２９】
当該高強度鋼の旧オーステナイト粒の粒径の上限としては、１００μｍが好ましく、８０μｍがより好ましく、５０μｍがさらに好ましい。当該高強度鋼は、マルテンサイトを主体とする金属組織を有し、金属組織中の旧オーステナイト粒の粒径を上記上限未満とすることにより、旧オーステナイト粒の粗大部にかかる応力集中を緩和でき靭性を高めるだけでなく、疲労特性も高めることができる。なお、この旧オーステナイト粒の粒径とは光学顕微鏡にて１００倍で５視野内に観測される最大の粒径である。結晶粒度の測定は、ＪＩＳ−Ｇ−０５５１に掲載されている「鋼のフェライト及び旧オーステナイト結晶粒界現出方法」にて行うことができる。
【００３０】
（セメンタイト中のＭｎ濃度）
当該高強度鋼の金属組織はマルテンサイトを主体とするが、セメンタイトを含んでもよい。セメンタイト中のＭｎ濃度の下限としては、０．９質量％が好ましく、１質量％がより好ましい。一方、Ｍｎ濃度の上限としては、１．８質量％が好ましく、１．５質量％がより好ましい。当該高強度鋼のセメンタイト中のＭｎ濃度が上記下限未満であると、セメンタイト周囲に疲労亀裂発生の原因となる応力が集中すると考えられ、疲労特性が低下するおそれがある。逆に、Ｍｎ濃度が上記上限を超えると、セメンタイト周囲が軟化しすぎて疲労特性が低下すると考えられる。セメンタイト中のＭｎ濃度を上記範囲とすることで、疲労亀裂発生源の１つの因子と考えられるセメンタイト周囲に適度にやわらかい領域が発現し、それが亀裂発生の応力を緩和する作用があり疲労特性を大きく改善することができると推定される。この結果、高強度、高靭性でより高い疲労強度を有する高強度鋼を得ることができる。なお、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にて定量分析できる。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。
【００３１】
（各組成の関係式）
当該高強度鋼において、下記式（１）で表されるＸ値の下限としては、６９０が好ましく、６９５がより好ましく、７００がさらに好ましい。実験で得られたデータから下記式（１）のＸ値を上記下限以上とすることで、大型鍛造品の焼入れ性を改善できることを発明者らは見出した。Ｘ値が上記以上であると、当該高強度鋼が優れた焼入れ性を備え、より高い強度を有する。なお、下記式（１）中、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶはそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖの含有率を質量％で表した値である。
Ｘ＝１０２６．４Ｃ−７５．４Ｓｉ＋３７．７Ｍｎ＋５０．６Ｎｉ＋３１．７Ｃｒ
＋８２．５Ｍｏ＋８３８．４Ｖ  ・・・（１）
【００３２】
＜機械的性質＞
当該高強度鋼の引張強度の下限としては、１０５０ＭＰａが好ましく、１１００ＭＰａがより好ましい。当該高強度鋼の引張強度が上記下限以上であると、クランク軸に要求される強度を満たすことができる。強度の評価は、例えば、ＪＩＳ−Ｚ−２２４１による引張試験により行うことができる。
【００３３】
当該高強度鋼の吸収エネルギー（ｖＥ）の下限としては、５０Ｊが好ましく、８０Ｊがより好ましい。当該高強度鋼の吸収エネルギー（ｖＥ）が上記下限以上であると、クランク軸に要求される靭性を満たすことができる。靭性の評価は、例えば、ＪＩＳ−Ｚ−２２４２によるシャルピー衝撃試験による吸収エネルギー（ｖＥ）（室温での吸収エネルギー）の測定により行うことができる。
【００３４】
当該高強度鋼の耐久限度比の下限としては、０．４５が好ましく、０．５がより好ましく、０．５２がさらに好ましく、０．５４が特に好ましい。当該高強度鋼が上記下限以上であると、クランク軸に要求される疲労強度を満たすことができる。耐久限度比とは、疲労試験の破断応力を引張試験の最大応力で除したものである。破断応力の測定方法としては、例えば、ＪＩＳ−Ｚ−２２７４による金属材料の回転曲げ疲れ試験により行うことができる。
【００３５】
＜製造方法＞
当該高強度鋼の製法は、特に限定されるものではなく、常法に従って高周波溶解炉や電気炉、転炉などを用いて所定化学成分に調整してから鋳造する製法を用いることができる。また、成分調整後に真空処理を施すことも有効である。鋳造は、大型鍛造用鋼の場合は主としてインゴット鋳造が採用されるが、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。
【００３６】
また、当該高強度鋼を用いてクランク軸を製造する方法も特に限定されず、この製造としては、例えば、電気炉で当該高強度鋼の組成を有する鋼を溶製し、その溶製した鋼から真空精錬によりＳなどの不純元素やＯなどのガス成分を除去し、その不純物元素やガス成分を除去した鋼を造塊し、その造塊した鋼を加熱し素材鍛造し、素材鍛造した鋼を中間検査の後加熱してクランク軸形状に鍛造し、クランク軸形状に鍛造した鋼を熱処理により均質化及び焼入れ処理して硬質化し、その均質化及び硬質化したクランク軸形状の鋼を仕上げ機械加工する方法を用いることができる。
【００３７】
さらに、高強度鋼のクランク軸形状への鍛造加工法としては、例えば、クランクアームとクランクピンとを一体にしたブロックとして鍛造し、ガス切断及び機械加工によってクランク軸形状に仕上る自由鍛造法と、鋼塊をクランク軸の形状に鍛造加工するＲ．Ｒ．及びＴ．Ｒ．鍛造法が挙げられる。特に後者の鍛造法を採用すれば、シャフト表層側を清浄度の高い部分で占めさせることができ、強度や疲労特性に優れたクランク軸が得られ易い。こうして得られたクランク軸は、船舶又は発電機に使用されるディーゼル機関用クランク軸として有用である。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例によって本発明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。
【００３９】
［試験試料の作成］
（実施例１）
表１の実施例１の欄に示す組成を有する鋼原料を高周波炉により溶製し、鋳造して直径１３２ｍｍ〜１５８ｍｍ、長さ３２３ｍｍの鋼塊（５０ｋｇ）を得た。得られた鋼塊の押湯部分を切除し、１２３０℃で５〜１０時間加熱した後、自由鍛造プレス機を用いて高さ比で１／２まで圧縮し、鋼塊中心線を９０°回転させて鍛造して９０ｍｍ×９０ｍｍ×４５０ｍｍにまで引き伸ばした後、大気中で放冷した。次に、室温にまで放冷した素材を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。なお、オーステナイト化処理は、各素材を昇温速度５０℃／ｈｒで８７０℃まで昇温して３時間保持した後、８７０℃〜５００℃の温度域を平均冷却速度５０℃／ｍｉｎで冷却し、焼戻し処理として６００℃で１３ｈｒ保持してから炉冷する方法を採用した。このようにして実施例１の高強度鋼の試験試料を作成した。なお、表１中「−」は測定限界以下を示す。
【００４０】
（実施例２〜実施例５及び比較例１〜比較例１９）
表１の実施例２〜実施例５及び比較例１〜比較例１９の欄に示す組成とした以外は実施例１と同様の手順で実施例２〜実施例５及び比較例１〜比較例１９の高強度鋼の試験試料を作成した。実施例１〜実施例５はＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌの含有率が本発明の範囲内であり、Ｍｎの含有率のＳｉの含有率に対する比が５．５超を満たす。比較例１〜比較例１４、比較例１８及び比較例１９はＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ａｌの含有率が本発明の範囲外である。比較例１５〜比較例１９はＭｎ／Ｓｉが５．５超であることを満たしていない。
【００４１】
【表１】
2015045049.tif 000002
【００４２】
［機械的性質の測定］
引張試験により上記試験試料の引張強度（ＴＳ）を測定した。引張試験はＪＩＳ−Ｚ−２２４１に基づいて実施し、このとき試験片形状はＪＩＳ−Ｚ−２２０１の１４号試験片でφ６×Ｇ．３０とした。
【００４３】
シャルピー衝撃試験により上記試験試料の吸収エネルギー（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−Ｚ−２２４２に基づいて実施し、このときの試験片形状はＪＩＳ−Ｚ−２２０２の２ｍｍＶノッチを採用した。
【００４４】
以下の疲労試験により、耐久限度比（疲労試験の破断応力／引張試験の最大応力）を指標として疲労強度の評価を行った。疲労試験に用いた疲労試験片１の形状を図１に示す。疲労試験片１は、試験資料を二つの円柱部２、４の間にくびれ部３が接続された形状に加工したものである。円柱部２、４は滑らかな仕上げ面、くびれ部３は精密仕上げ面になるように軸方向に紙やすりで研磨した。疲労試験片１の全体長さＷ１は９０ｍｍ、円柱部２の長さＷ２は３０ｍｍ、くびれ部３の長さＷ３は３０ｍｍ、円柱部４の長さＷ４は３０ｍｍ、円柱部２、４及びくびれ部３の両端の直径Ｄ１は１２ｍｍ、くびれ部３の中央の直径Ｄ２は６ｍｍである。くびれ部３は曲率半径Ｒ１３９ｍｍで中央部にかけてくびれている。また、疲労試験片１には、疲労試験片１の中央位置５に介在物を模擬した人工的な欠陥として、図２に示す微小穴１１を表面に直角にドリルを用いて形成した。微小穴１１は円柱の下部に円錐を接続した形状である。図２に微小穴１１の断面形状を示す。疲労試験片１の微小穴１１の直径Ｄ３は６８μｍ、円錐の頂点までの深さＨ１は６８μｍ、円錐断面の頂点の角度ｒ１は１２０°である。
【００４５】
疲労試験は、小野式回転曲げ疲労試験機（株式会社島津製作所の「Ｈ７型」）にて行った。試験条件は、容量１０ｋｇｆｍ、回転数３０００ｒｐｍ、応力比−１であり、本試験で３×１０６回の繰返しに耐えた最高の公称応力を破断応力とした。なお、疲労試験の初期応力を４４０ＭＰａとして試験を開始し、試験片が破断するまで応力を２０ＭＰａずつ増加させ疲労試験を行った。破断応力は破断したときの応力から２０ＭＰａを引いた値とした。
【００４６】
［旧オーステナイト粒の粒径］
粗大粒は、光学顕微鏡により１００倍で５視野内を観測し、最大の旧オーステナイト粒の粒径を測定した。
【００４７】
［セメンタイト中のＭｎ濃度］
セメンタイト中のＭｎ濃度は、ＳＥＭに付属しているＥＤＸで定量分析することにより測定した。
【００４８】
組成含有率から求めたＸの値、上記測定により得られたマルテンサイト分率、粗大粒、セメンタイト中のＭｎ濃度、引張強度（ＴＳ）、吸収エネルギー（ｖＥ）及び耐久限度比の結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
2015045049.tif 000003
【００５０】
［測定結果］
実施例１〜実施例５は、いずれも引張強度（ＴＳ）は１０５０ＭＰａ以上、吸収エネルギー（ｖＥ）は５０Ｊ以上、耐久限度比は０．４５以上である。
【００５１】
これに対し、比較例１、比較例５、比較例７、比較例９、比較例１１は引張強度（ＴＳ）が１０５０ＭＰａ未満である。比較例２〜比較例６、比較例８、比較例１０、比較例１２〜比較例１７は吸収エネルギー（ｖＥ）が５０Ｊ未満である。比較例２〜比較例４、比較例１５〜比較例１９では耐久限度比が０．４５未満である。
【００５２】
比較例１５〜比較例１９はＭｎ／Ｓｉが５．５超を満たさないため耐久限度比が０．４３以下であり実施例及び他の比較例に比べて低い値となっていると思われる。また、比較例１５〜比較例１８の旧オーステナイト粗大粒は４００μｍ以上のものが観測された。Ｍｎ／Ｓｉが５．５超を満たさないと旧オーステナイト粗大粒が大きくなり耐久限度比を低下させることが推測される。また、比較例４はセメンタイト中のＭｎ濃度が１．８質量％を超えており耐久限度比が著しく低い。比較例１７及び比較例１９はセメンタイト中のＭｎ濃度が０．９質量％未満であり、耐久限度比が低い。
【００５３】
実施例及び比較例のＸと引張強度（ＴＳ）との関係を示すグラフを図３に示す。横軸はＸであり、縦軸は引張強度（ＴＳ）である。Ｘの値が大きくなると引張強度（ＴＳ）が直線的に大きくなることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の高強度鋼及びこの高強度鋼を用いた船舶又は発電機のディーゼル機関用クランク軸は強度並びに靭性を高めつつ、高い疲労強度を有する。
【符号の説明】
【００５５】
１  疲労試験片
２  円柱部
３  くびれ部
４  円柱部
５  中央位置
１１  微小穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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