專利名稱：：鍛造用鋼和用其得到的鍛造品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鍛造用鋼和用其得到的鍛造品。使用本發(fā)明的鍛造用鋼鍛造的鍛造品，在機(jī)械、船舶、電機(jī)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域被廣泛有效地活用，但以下進(jìn)行中心說(shuō)明的是，作為代表性的用途例，其適用于作為船舶用驅(qū)動(dòng)源的傳動(dòng)構(gòu)件使用的曲軸的情況。
背景技術(shù)：
：對(duì)使用鍛造用鋼制造的、例如作為船舶用驅(qū)動(dòng)源的傳動(dòng)構(gòu)件的大型曲軸，要求其在嚴(yán)酷的使用環(huán)境下也難以發(fā)生疲勞破壞，具有優(yōu)異的疲勞特性。作為使曲軸的疲勞特性提高的方法，非專利文獻(xiàn)l中公開的是運(yùn)用加工面的技術(shù)來(lái)提高疲勞特性，具體來(lái)說(shuō)公開的是，通過(guò)采用RR(RoedereRuget)法，使之比通過(guò)自由鍛造法制造的曲軸疲勞特性顯著提高，以及實(shí)施冷軋加工而使疲勞強(qiáng)度提高等。另外，在非專利文獻(xiàn)2中，對(duì)于船舶用曲軸所采用的低合金鋼的疲勞強(qiáng)度提高進(jìn)行了研究，公開有(1)夾雜物容易成為疲勞強(qiáng)度的起點(diǎn)，隨著鋼的高強(qiáng)度化，這一傾向變得顯著；(2)夾雜物尺寸越大，疲勞強(qiáng)度越降低；(3)含有伸長(zhǎng)的夾雜物的鋼材容易表現(xiàn)出疲勞強(qiáng)度的各向異性等。而且，為了使鍛造材的疲勞強(qiáng)度提高，給出的結(jié)論是，使夾雜物形狀成球狀，并減小尺寸是有效的宗旨。然而，在這些文獻(xiàn)中，用于使夾雜物形狀球狀化，且減小尺寸的具體的方法并未公開，應(yīng)該控制的夾雜物的種類和尺寸等也沒有闡明。因此認(rèn)為，為了使對(duì)疲勞特性的提高有效的夾雜物的形態(tài)控制具體化，則需要進(jìn)一步的研究。可是，作為鋼中夾雜物的形態(tài)控制法，至今為止提出有各種方法，例如在專利文獻(xiàn)1中，作為用于得到耐層狀撕裂(lamellartear)和耐氫誘導(dǎo)裂紋性優(yōu)異的結(jié)構(gòu)用低合金鋼的方法，提出有使硫化物和氧化物一起減少，且控制夾雜物的形態(tài)的方法。具體來(lái)說(shuō)，為了抑制阻礙耐層狀撕裂和耐氫誘導(dǎo)裂紋性的Mn硫化物的生成，只要降低S量和O量，并且添加Ca禾QMg即可。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開，通過(guò)添加Mg、Ca，抑制容易因熱軋而延伸的MnS和連接成團(tuán)的Al203系夾雜物的生成，進(jìn)行改變形狀以實(shí)現(xiàn)微細(xì)化等的夾雜物的形態(tài)控制。在專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4中公開，通過(guò)實(shí)現(xiàn)氧化物系夾雜物的超微細(xì)化，以提高作為齒輪材的面疲勞強(qiáng)度和齒彎曲疲勞強(qiáng)度，具體來(lái)說(shuō)提出的是，作為夾雜物而使難以發(fā)生凝集合并的MgO和MgOA1203生成。另外，如果作為硫化物的MnS的一部分為(Mn*Mg)S，則夾雜物的延伸性得到抑制，可知機(jī)械的強(qiáng)度的各向異性降低。在專利文獻(xiàn)5中公開，為了得到被削性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，作為硫化物如果使MnS、CaS、MgS、(Ca、Mn)S、(Ca、Mg、Mn)S存在，特別是含有REM、Ca和Mg來(lái)控制硫化物的形態(tài)，則可知機(jī)械的性質(zhì)的各向異性受到抑制，并且被削性比含S快削鋼進(jìn)一步提高。但是，這些夾雜物的形態(tài)控制技術(shù)，均不是以例如船舶用驅(qū)動(dòng)源的傳動(dòng)構(gòu)件等在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的鍛造品為對(duì)象。因此，為了提高鍛造品的疲勞特性，就要求以用于鍛造品的制造的鍛造用鋼為對(duì)象，研究確立獨(dú)自的夾雜物控制方法。以上述船舶用驅(qū)動(dòng)源的傳動(dòng)構(gòu)件等的鍛造品所使用的鍛造用鋼為對(duì)象，特別列舉專利文獻(xiàn)6。在該專利文獻(xiàn)6中指出，通過(guò)規(guī)定S、Ca、Mg、Al和O的含量，且使Ca和Mg的含量滿足式(l)，則能夠提高疲勞特性。但是，為了更具體地把握存在于大型鋼錠中的夾雜物的形態(tài)，以確實(shí)地提高疲勞特性，則認(rèn)為需要進(jìn)一步的研究。非專利文獻(xiàn)1"曲軸的進(jìn)步改善"，日本船舶用機(jī)關(guān)學(xué)會(huì)志，昭和48年10月，第8巻，第10號(hào)，p.54-59非專利文獻(xiàn)2"關(guān)于高強(qiáng)度曲軸材的疲勞強(qiáng)度特性的研究"，JournaloftheJIME，平成13年，vol.36，No.6，p.385-390專利文獻(xiàn)1特公昭58-35255號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特公昭57-59295號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3特開平7-188853號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4特開平7-238342號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5特開2000-87179號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6特開2004-225128號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于這樣的情況而做，其目的在于，提供一種用于得到表現(xiàn)出優(yōu)異的疲勞特性的鍛造品的夾雜物被微細(xì)化的鍛造用鋼，以及使用這種鍛造用鋼得到的發(fā)揮出良好的疲勞特性的鍛造品(特別是曲軸)。所謂本發(fā)明的鍛造用鋼，具有的特征是，含有C:0.20.6%(意思％的意思。以下同)、Si:0,050.5%、Mn:0,21.5%、Nh0.13.5%、Cr:0.94%、Mo:0.10.7%、Al:0馬0.1%、S:0.008%以下(不含0%)、O:0.0025%以下(不含0%)TotalCa:0.0030%以下(不含0%)、TotalMg:0.0015°/。以下(不含0%)，并且使固溶Ca和固溶Mg滿足下述(I)(IV)的任意一項(xiàng)。(I)固溶Ca:2500ppb(質(zhì)量ppb的意思。以下同)，并且固溶Mg:0.045ppm(質(zhì)量ppm的意思。以下同)(II)固溶Ca:2100ppb，且固溶Mg:510ppm(III)固溶Ca:2ppb以下(不含0ppb)，且固溶Mg:0.045ppm(IV)固溶Ca:2500ppb，且固溶Mg:0.04ppm以下(不含0ppm)本發(fā)明的鍛造用鋼，此外作為其他元素還可以含有(a)從V、Nb、Ta和Hf構(gòu)成的群中選擇的1種以上，合計(jì)為0.0050.2%,(b)Ti:0.05%以下(不含0%)，(c)Cu:1.0%以下(不含0%)。本發(fā)明的鍛造用鋼，鋼中存在的最大夾雜物的當(dāng)量圓直徑低于100,。在本發(fā)明中，也包括使用上述鍛造用鋼制造的鍛造品(特別是曲軸)。本發(fā)明按上述構(gòu)成，通過(guò)調(diào)整鋼中的固溶Ca量和固溶Mg量，能夠控制所形成的夾雜物的形態(tài)，能夠提供夾雜物被微細(xì)化的鍛造用鋼。使用這樣的鍛造用鋼得到的鍛造品，能夠期待優(yōu)異的疲勞特性，特別是作為船舶所使用的曲軸等的大型鍛造制品極為有用。圖1是表示本發(fā)明規(guī)定的TotalCa量和TotalMg量的范圍的曲線圖。圖2是表示鋼中存在的最大夾雜物的當(dāng)量圓直徑和耐久限度比的關(guān)系的曲線圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明者們?cè)谇笆鲞@種情況之下，以提高在嚴(yán)酷的環(huán)境下使用的鍛造品的疲勞特性為最終目標(biāo)，從種種角度進(jìn)行了研究。特別是凝固溫度緩慢的大型鋼錠(例如20噸以上)，因?yàn)殡y以獲得作為目標(biāo)的疲勞強(qiáng)度，所以從與以往不同的觀點(diǎn)進(jìn)行了研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，特別是通過(guò)使鋼中的固溶Ca量和固溶Mg量在(I)(IV)的任意一項(xiàng)的范圍內(nèi)，并且控制鋼中的TotalCa量和TotalMg量以及S量，則鋼中存在的最大夾雜物的尺寸顯著變小，會(huì)充分地提高疲勞強(qiáng)度。以下對(duì)于本發(fā)明進(jìn)行詳述。首先在本發(fā)明中，使鋼中的固溶Ca量和固溶Mg量在上述(I)(IV)的任意一項(xiàng)的范圍內(nèi)。以下對(duì)于各范圍進(jìn)行說(shuō)明。(I)固溶Ca.'2500ppb，且固溶Mg:0.045ppm通過(guò)使鋼中的固溶Ca和固溶Mg含量在上述范圍內(nèi)，作為氧化物低熔點(diǎn)的(Ca、Al、Mg)0{指包括全部()內(nèi)的元素的氧化物。以下同}生成。因?yàn)樵撗趸镌阱懺鞎r(shí)容易變形，所以能夠使鍛造品中的夾雜物尺寸微細(xì)。另外，作為硫化物，低熔點(diǎn)的(Ca、Mg、Mn)S(指包括全部()內(nèi)的元素的氧化物。以下同}或者(Ca、Mg)S生成(若固溶Ca和固溶Mg的含量比較多，則有成為(Ca、Mg)S的傾向)。該硫化物比MnS更容易微細(xì)分散，因此能夠使鍛造品中的夾雜物尺寸微細(xì)。(II)固溶Ca:2100ppb，且固溶Mg:510ppm通過(guò)使鋼中的固溶Ca和固溶Mg含量在上述范圍內(nèi)，氧化物從高熔點(diǎn)的MgO成為低熔點(diǎn)的(Ca、Al、Mg)O。另外硫化物從高熔點(diǎn)的MgS，成為低熔點(diǎn)的(Ca、Mg)S。上述(Ca、Al、Mg)O在鍛造時(shí)容易變形，另外(Ca、Mg)S比MgS更容易微細(xì)分散，因此能夠使鍛造品中的夾雜物尺寸微細(xì)。(III)固溶Ca:2ppb以下(不含0ppb)，且固溶Mg.'0.045ppm通過(guò)使鋼中的固溶Ca和固溶Mg含量在上述范圍內(nèi)，作為氧化物，比八1203難凝集的尖晶石(spinelle)(Al、Mg)O生成，另外，作為硫化物，比MnS更容易微細(xì)分散的(Mg、Mn)S生成，因此作為結(jié)果，粗大的夾雜物的生成得到抑制，能夠使疲勞特性提高。(IV)固溶Ca:2500ppb，且固溶Mg:0.04ppm以下(不含0ppm)通過(guò)使鋼中的固溶Ca和固溶Mg含量在上述范圍內(nèi)，作為氧化物，比"203難凝集、且為低熔點(diǎn)的(Al、Ca)O生成，另外作為硫化物，比MgS更容易微細(xì)分散的(Ca、Mn)S，因此作為結(jié)果，粗大的夾雜物的生成得到抑制，能夠使疲勞特性提高。若鋼中的固溶Ca和固溶Mg的含量在上述(I)(IV)以外的范圍，則粗大的夾雜物容易生成，因?yàn)椴粸閮?yōu)選。例如，固溶Mg量超過(guò)10ppm時(shí)，與固溶Ca量無(wú)關(guān)，高熔點(diǎn)的MgS和MgO在凝固中大量生成，成為粗大的夾雜物而使純凈度降低，因此不為優(yōu)選。另外，即使固溶Mg量在10ppm以下，而固溶Ca量低于2ppb量，上述MgS和MgO也生成，它們凝集而變得粗大。另外，因?yàn)镸gS和MgO如上述為高熔點(diǎn)，所以鍛造時(shí)變形容易，在鍛造品中作為粗大的夾雜物殘留。另一方面，固溶Mg量低于0.04ppm，固溶Ca量低于2ppb時(shí)，作為氧化物粗大的A1203生成，另外作為硫化物粗大的MnS生成，因此不為優(yōu)選。還有，上述鋼中的固溶Ca和固溶Mg的含量，如后述實(shí)施例所示，由SIMS(SecondaryIonizationMassSpectrometer,二次離子質(zhì)量分析裝置)測(cè)定。其次，對(duì)于本發(fā)明規(guī)定TotalCa量、TotalMg量和S量的理由進(jìn)行說(shuō)明。(TotalCa:0.0030%以下(不含0%))若鋼中的TotalCa量超過(guò)0.0030%，則粗大的含Ca氧化物(CaO等)和含Ca硫化物(CaS)，另外還有它們的復(fù)合夾雜物容易發(fā)生。因此在本發(fā)明中，將TotalCa量抑制在0.0030。/。以下。優(yōu)選為0.0020%以下，更優(yōu)選為0.0015%以下。(TotalMg:0.0015%以下(不含0%))若鋼中的TotalMg量超過(guò)0.0015%，則粗大的含Mg氧化物(MgO等)、含Mg硫化物(MgS)和它們的復(fù)合夾雜物容易發(fā)生。因此在本發(fā)明中，將TotalMg量抑制在0.0015%以下。優(yōu)選為0.0010%以下，更優(yōu)選為0.0008%以下。圖1是表示本發(fā)明規(guī)定的上述TotalCa量和TotalMg的范圍的曲線圖，采用并整理了后述的實(shí)施例的數(shù)據(jù)。(S:0.008%以下(不含0%))S容易在鋼中形成粗大的硫化物(MnS、CaS、MgS)，因此是構(gòu)成使鍛造用鋼錠的疲勞強(qiáng)度降低的原因的元素。因此，鋼中的S量為0.008%以下，優(yōu)選為0.005%以下，更優(yōu)選為0.003%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.001%以下。本發(fā)明為了像這樣實(shí)現(xiàn)夾雜物的微細(xì)化，而在調(diào)整上述成分方面具有特征，但是，為了使例如曲軸等的鍛造品所要求的強(qiáng)度和韌性，再有使本發(fā)明中作為目標(biāo)的疲勞強(qiáng)度的提高達(dá)到確實(shí)，優(yōu)選使鋼材滿足下述成分組成。(C:0.20.6%)C是有助于強(qiáng)度提高的元素，為了確保充分的強(qiáng)度，可以使之含有0.2%以上，優(yōu)選為0.25%以上，更優(yōu)選為0.3%以上。但是若C量過(guò)多，則會(huì)使曲軸的韌性劣化，因此將其抑制在0.6%以下，優(yōu)選為0.55%以下，更優(yōu)選為0.5%以下。(Si:0,050.5%)Si是在強(qiáng)度提高、脫氧方面發(fā)揮作用的元素。為了使兩種效果一起得到充分發(fā)揮，可以使Si量為0.05%以上，優(yōu)選為0.1%以上，更優(yōu)選為0.15%以上。但是若過(guò)多，則反而V偏析顯著，因此為0.5%以下，優(yōu)選為0.45%以下，更優(yōu)選為0.4%以下。(Mn:0.21.5%)Mn也是提高淬火性并且有助于強(qiáng)度提高的元素，為了確保充分的強(qiáng)度和淬火性，可以使之含有0.2%以上，優(yōu)選為0.5%以上，更優(yōu)選為0.8%以上。但是若過(guò)多，則反而有助長(zhǎng)V偏析的情況，因此為1.5%以下，優(yōu)選為1.2%以下。(Ni:0.13.5%)Ni作為韌性提高元素為有用的元素，使之含有0.1%以上。優(yōu)選為0.2%以上。但是，若Ni量變得過(guò)剩，則成本上升，因此為3.5%以下，優(yōu)選為3.0%以下。(Cr:0.940/0)Cr是提高淬火性并且使韌性提高的元素，這些作用通過(guò)使之含有0.9M以上，優(yōu)選為1.1%以上，更優(yōu)選為1.3%以上而有效地得到發(fā)揮。但是若過(guò)多，則反而存在助長(zhǎng)V偏析的情況，因此為4%以下，優(yōu)選為3%以下，更優(yōu)選為2%以下。(Mo:0.10.7%)Mo是在淬火性、強(qiáng)度、韌性的全在提高上有效發(fā)揮作用的元素，為了有效地發(fā)揮這些作用，使之含有0.1%以上，優(yōu)選為0.20%以上，更優(yōu)選為0.25%以上。但是Mo是平衡分配系數(shù)小，容易成為微偏析(正常偏析)的原因的元素，因此為0.7%以下，優(yōu)選為0.6%以下，更優(yōu)選為0.5%以下。(Al:0駕0.1%)Al作為煉鋼工序中的脫氧元素有效，另外對(duì)鋼的耐裂紋性也有效。因此，使A1量(指TotalAl量。以下同)含有0.005%以上，優(yōu)選使之含有90.010%以上。另一方面，Al以A1N等的形態(tài)固定N，除了阻礙N和V等的配合帶來(lái)的鋼的強(qiáng)化作用以外，還與各種元素結(jié)合而生成非金屬夾雜物和金屬間化合物，有使鋼的韌性降低的情況，因此Al量為0.1。/。以下，優(yōu)選為0.08%以下。(0:0.0025%以下(不含0%))O(氧)形成Si02、A1203、MgO、CaO等的氧化物，是構(gòu)成夾雜物而使鋼錠的疲勞強(qiáng)度降低的元素。因此，優(yōu)選O極力降低，O量(TotalO量)為0.0025%以下，優(yōu)選為0.0015%以下。本發(fā)明所使用的鍛造用鋼的成分組成如上述，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。作為不可避免的雜質(zhì)，例如可列舉P和N等，P優(yōu)選為0.03%以下，更優(yōu)選為0.02%以下。另夕卜，N優(yōu)選為0.01%以下，更優(yōu)選為0.008%以下。在不對(duì)前述本發(fā)明的作用造成不良影響的范圍內(nèi)，如下述，也可以使用進(jìn)一步積極地含有其他元素的鍛造用鋼。(從V、Nb、Ta和Hf之中選擇的1種以上合計(jì)0.0050.2%)V、Nb、Ta、Hf具有析出強(qiáng)度及組織微細(xì)化效果，是對(duì)鋼材的高強(qiáng)度化有用的元素。為了有效地發(fā)揮這樣的作用，優(yōu)選含有從V、Nb、Ta和Hf之中選擇的1種以上合計(jì)為0.005%以上，更優(yōu)選合計(jì)為0.01%以上。但是，即使使之過(guò)剩地含有，上述效果也是飽和，因?yàn)樵诮?jīng)濟(jì)性上浪費(fèi)，所以優(yōu)選為合計(jì)在0.2%以下，更優(yōu)選合計(jì)在0.15%以下。(Ti:0.05%以下(不含0%))Ti是作為不可避免的雜質(zhì)被包含，或者是期待鋼的耐氫裂紋性的改善效果而使之含有的元素。Ti系夾雜物要構(gòu)成TiN、TiC、Ti4C2S2這樣的微細(xì)夾雜物而分散在鋼中，吸納捕捉超過(guò)固溶限度的鋼中的剩余氫，在改善鋼的耐氫裂紋性上具有很大的效果。為了發(fā)揮這樣的效果，優(yōu)選使鋼中的Ti量為0.0002%以上，更優(yōu)選為0.0004%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.0006%以上。但是，作為不可避免的雜質(zhì)被含有時(shí)和為了發(fā)現(xiàn)上述效果而使Ti含有時(shí)的任意一種情況下，若Ti量超過(guò)0.05。/。，則在鋼中都會(huì)形成粗大的氮化物，有使疲勞特性降低的情況。因此，鋼中的Ti量?jī)?yōu)選為0.05W以下。更優(yōu)選為0.03%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01%以下。(Cu:1.0%以下(不含0%))Cu是作為不可避免的雜質(zhì)被包含，或者是作為韌性提高元素而添加的元素(還有，作為韌性提高元素使Cu含有時(shí)，優(yōu)選使01含量為0.05%以上，更優(yōu)選為0.1%以上)。但是，若Cu量超過(guò)1.0。/。，則成本上升的原因，并且熱裂紋有可能發(fā)生。因此Cu量為1.0%以下，優(yōu)選為0.5%以下。此外作為被允許積極添加的其他元素的例子，還可列舉具有淬火性改善效果的B，和作為固溶強(qiáng)化元素或析出強(qiáng)化元素的W、Ce、La、Zr、Te等，這些元素能夠單獨(dú)添加或復(fù)合添加2種以上，但優(yōu)選合計(jì)量抑制在0.1%左右以下。使鋼中的S量TotalCa量、TotalMg量、固溶Ca量和固溶Mg量在上述規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，推薦下述的方法作為一種手段，但本發(fā)明沒有規(guī)定局限于這一鍛造用鋼的制造方法，并不受后述的工序限定。S含量能夠通過(guò)控制2次精煉時(shí)的頂渣組成進(jìn)行調(diào)整。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)使頂渣中的CaO濃度和SiCb濃度的比(CaO/Si02:以下記述為"C/S")優(yōu)選高達(dá)3.0以上，能夠使鋼中的S含量降低。另外，作為補(bǔ)充手段，通過(guò)再提高CaO濃度和八1203濃度的比(CaO/Al203)，也能夠使鋼中的S含量降低。推薦使頂渣中的MgO濃度為5%以上，并且使CaO濃度為30%以上。另一方面，若上述頂渣中的MgO濃度和CaO濃度過(guò)高，則熔渣固化，從而精煉作業(yè)自身變得困難，因此推薦頂渣中的MgO濃度為25M以下，另外頂渣中的CaO濃度推薦為65%以下。另外，精煉時(shí)的鋼水中的溶存Al濃度推薦在50900ppm的范圍內(nèi)。若鋼水中的溶存Al濃度低于50ppm，則溶存氧量上升，凝固中結(jié)晶的氧化物個(gè)數(shù)增加，純凈度惡化，因此不為優(yōu)選。另一方面，若溶存Al濃度超過(guò)900ppm，則溶存氧濃度降低，并且鋼中的固溶Ca量和固溶Mg量變得過(guò)剩，因此不為優(yōu)選。通過(guò)采用這種方法，能夠使鋼中的固溶Ca量和鋼中的固溶Mg量處于規(guī)定范圍內(nèi)。此外在本發(fā)明中，通過(guò)包含如下內(nèi)容的工序進(jìn)行精煉有效對(duì)于從轉(zhuǎn)爐或電爐出鋼的鋼水，進(jìn)行第l次加熱、成分調(diào)整，對(duì)于該第l次加熱、成分調(diào)整結(jié)束后的鋼水，進(jìn)行脫氣處理，對(duì)于該脫氣處理后的鋼水，進(jìn)行第2次加熱、成分調(diào)整(加熱、成分調(diào)整一脫氣處理一加熱、成分調(diào)整)。第1次加熱、成分調(diào)整是使鋼水成分處在規(guī)定的范圍內(nèi)的處理，另外，脫氣處理是進(jìn)行除去存在于鋼水內(nèi)的氫等的氣體成分的處理，因此兩種處理都需要一邊極力抑制浮在鋼水表面上的頂渣的巻入，一邊加大攪拌動(dòng)力密度。另一方面，第2次加熱、成分調(diào)整，其主要承擔(dān)的是使由于上述脫氣處理而一下子巻入鋼水中的頂渣浮起分離的功能和成分、溫度的微調(diào)整，可以一邊將鋼水溫度調(diào)整到鑄造條件相應(yīng)的溫度，一邊以不會(huì)使新的頂渣巻入發(fā)生的低攪拌動(dòng)力密度來(lái)進(jìn)行攪拌。具體來(lái)說(shuō)，在成分調(diào)整(含Al量調(diào)整)后的脫氣處理時(shí)，直至該脫氣處理的中期(中途)，推薦攪拌動(dòng)力密度(S:由后述式(1)求得。下同)以50200W/ton進(jìn)行攪拌。這樣優(yōu)選使攪拌動(dòng)力密度為50W/ton以上，更優(yōu)選為60W/ton以上，優(yōu)選為200W/ton以下，更優(yōu)選為180W/ton以下，如此調(diào)整噴送氣體的流量，其后的脫氣處理(中期以后)，推薦使攪拌動(dòng)力密度為140W/ton以下，優(yōu)選為120W/ton以下(除去0W/ton)，如此調(diào)整噴送氣體的流量。另外，在第2次加熱、成分調(diào)整中，推薦使攪拌動(dòng)力密度優(yōu)選為25W/ton以下，更優(yōu)選為20W/ton以下，優(yōu)選為2.0W/ton以上，如此來(lái)調(diào)整吹送氣體的流量。更詳細(xì)地說(shuō)是遵循如下步驟。首先，從轉(zhuǎn)爐和電爐中出鋼到鑄桶的鋼水，被運(yùn)送到2次精煉裝置，實(shí)施第1次加熱、成分調(diào)整(以后記述為L(zhǎng)F-I)。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)使電弧放電發(fā)生，邊加熱鋼水達(dá)到T!^1600'C左右，邊釆用熔劑供給裝置投入熔劑，再由氣體噴送裝置噴送Ar氣體來(lái)攪拌鋼水。還有，在LF-I中，熔劑的種類和量推薦為，使后述的真空脫氣處理結(jié)束后(換言之，即第2次加熱、成分調(diào)整開始時(shí))的頂渣的組成同時(shí)滿足如下3個(gè)條件，如此來(lái)控制加熱溫度，并調(diào)整副原料(熔劑)的投入量(i)CaO的質(zhì)量相對(duì)于Si02的質(zhì)量為3.0倍以上。(ii)CaO的質(zhì)量相對(duì)于A1203的質(zhì)量為1.53.5倍以上。(iii)頂渣組成中的T.Fe的質(zhì)量和MnO的質(zhì)量的總和為頂渣的總質(zhì)200810179824.4量的1.0%以下。第1次加熱、成分調(diào)整結(jié)束了的鋼水，被搬送到鑄桶等真空脫氣裝置中，對(duì)于該鋼水實(shí)施真空脫氣處理(以后也記述為VD)。詳細(xì)地說(shuō)，是使排氣裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)排氣管在鑄桶內(nèi)排出鋼水上方的氣體，由此使鑄桶內(nèi)的氣氛壓力P接近0.5Torr左右的真空狀態(tài)。再由氣體噴送裝置噴送Ar氣來(lái)攪拌鋼水。根據(jù)以上這樣的方法，從成分調(diào)整大體完成的鋼水除去氫的處理得以進(jìn)行。在該處理中，優(yōu)選采用防止頂渣巻入到鋼水內(nèi)和脫氫這兩者都能夠兼顧的攪拌動(dòng)力密度s。因此，在VD前半部，如果使攪拌動(dòng)力密度s為50200W/ton這樣來(lái)調(diào)整底吹氣體的流量Qg，則既能夠?qū)㈨斣膸喨胍种圃谧钚∠薅?，又能夠高效率地進(jìn)行脫氫。另外在VD前半部，如果使拌動(dòng)力密度e為140W/ton以下(除去0W/ton)這樣來(lái)調(diào)整底吹氣體的流量Qg，則巻入的頂渣的浮起分離得到促進(jìn)，因此優(yōu)選。還有，在攪拌動(dòng)力密度s的計(jì)算中，底吹氣體的噴送前溫度T。(Ar氣體的噴送前溫度)為常溫(298K)，底吹氣體的噴送后溫度Tg(Ar氣體的噴送后溫度)為鋼水溫度TL。式1371.Q/TLIn+9.8'Pl.h0+一丄Dg乂(1)s:攪拌動(dòng)力密度(W/ton)T。底吹氣體的噴送前溫度(常溫(298K))TL:鋼水溫度(K)ML:鋼水量(ton)Pl:鋼水密度(kg/m3)Qg:底吹氣體流量(Nl/min)Tg:底吹氣體的噴送后溫度(K)P:氣氛壓力(torr)h。鋼水深度(m)例如，在第1次加熱、成分調(diào)整(LF-I)中，鑄桶的尺寸和實(shí)際的鋼水裝入量Ml等幾個(gè)條件里然不同，但是，通過(guò)使Qg/ML為0.303.75Nl/minton，攪拌動(dòng)力密度s成為4.767.2W/ton。此外，對(duì)于VD后的鋼水，進(jìn)行第2次加熱、成分調(diào)整(以后記述為L(zhǎng)F-II)，由此能夠制造高純凈鋼。艮P，將真空脫氣處理結(jié)束了的鋼水，搬送到鑄桶等2次精煉裝置，對(duì)鋼水實(shí)施第2次加熱、成分調(diào)整。具體來(lái)說(shuō)，可列舉通過(guò)使電弧放電發(fā)生，邊加熱鋼水達(dá)到K60(TC左右，邊從氣體噴送裝置噴送Ar氣體來(lái)攪拌鋼水來(lái)攪拌鋼水。作為鋼水的攪拌強(qiáng)度，推薦使通過(guò)上式(1)計(jì)算的攪拌動(dòng)力密度s在25W/ton以下，2.0W/ton以上，如此來(lái)調(diào)整Ar氣體的流量Qg。通過(guò)使上述攪拌動(dòng)力密度e在25W/ton以下，能夠防止新的頂渣巻入。在此LF-II中，也可以進(jìn)行成分分析，進(jìn)行對(duì)應(yīng)需要的成分微調(diào)整。如此，通過(guò)再度進(jìn)行LF處理(LF-II)，能夠進(jìn)一步促進(jìn)從VD途中進(jìn)行的"巻入的頂渣和脫氧生成物的浮起分離"。還有，如前述，LF-II中的頂渣成分優(yōu)選為(i)堿度，即CaO/SiO2>3.0，(ii)CaO/Al203=1,53.5，(iii)T,Fe+MnO《1.0質(zhì)量。/。，從而能夠確實(shí)地防止頂渣中的氧化物造成的鋼水成分的再氧化。如上述，在精煉工序中，包含(加熱、成分調(diào)整一脫氣處理一加熱、成分調(diào)整)的工序即可，對(duì)于其前后的工序則沒有限定。因此，可以在例如上述(加熱、成分調(diào)整一脫氣處理一加熱、成分調(diào)整)工序之后，以上述條件或上述以外的條件，對(duì)(脫氣處理一加熱、成分調(diào)整)或(脫氣處理一加熱)，增加進(jìn)行的工序1次，或增加多次反復(fù)任意一方或雙方的工序，也可以在上述(加熱、成分調(diào)整一脫氣處理一加熱、成分調(diào)整)工序之后，設(shè)置以上述條件或上述以外的條件只再度進(jìn)行脫氣這樣的工序等。本發(fā)明也包括使用上述鍛造用鋼得到的鍛造品，但是共制造方法沒有特別限制，例如，通過(guò)包含如下工序的工序進(jìn)行制造即可加熱上述鍛造用鋼之后進(jìn)行原材鍛造的工序；進(jìn)行中間檢查之后加熱并鍛造成制品形狀的工序；通過(guò)熱處理而均質(zhì)化，并且進(jìn)行淬火、正火處理而硬質(zhì)化的工序；進(jìn)行機(jī)械精加工的工序。作為由該方法得到的鍛造品，可列舉曲軸(一體型曲軸、組裝型曲軸)，以及因?yàn)槠浒l(fā)揮著優(yōu)異的疲勞特性，所以除曲軸以外，還可列舉船舶用的中間軸、推進(jìn)軸、組裝型曲軸的曲拐、一般機(jī)械零件、壓力容器、中空原材這樣的高強(qiáng)度制品。作為鍛造品制造成曲軸時(shí)，如果被制造為一體型曲軸，則能夠以純凈度高的部分占據(jù)軸表層側(cè)，因?yàn)槟軌虻玫綇?qiáng)度和疲勞特性優(yōu)異曲軸，所以優(yōu)選。這種情況下，一體型曲軸的制造方法沒有特別限定，但優(yōu)選的是R.R.和T.R.鍛造法(使鋼錠的軸心為曲軸的軸心部而進(jìn)行鍛造加工，使容易因中心偏析而引起特性的劣化的部分成為曲軸的全部的軸心這樣進(jìn)行一體鍛造加工的方法)。還有，作為其他的鍛造方法，也可以通過(guò)自由鍛造法(作為曲柄臂和曲柄銷為一體的毛坯進(jìn)行鍛造，通過(guò)氣體切割和機(jī)械加工精加工成曲軸形狀的方法)等進(jìn)行制造。以下，列舉實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明當(dāng)然不受下述實(shí)施例限制，也可以在能夠符合前、后述的宗旨的范圍適當(dāng)加以變更實(shí)施，這些均包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。實(shí)施例在電爐內(nèi)熔解20100噸(ton)的廢鋼原料，出鋼到鑄桶中。其后，使用具有底吹攪拌裝置的鑄桶加熱式精煉裝置，進(jìn)行鋼水處理。在該鋼水處理工序中，對(duì)于從轉(zhuǎn)爐或電爐出鋼的鋼水，進(jìn)行第l次加熱、成分調(diào)整(LF-I)，對(duì)于該第1次加熱、成分調(diào)整結(jié)束后的鋼水進(jìn)行脫氣處理(VD)，對(duì)于該脫氣處理后的鋼水進(jìn)行第2次加熱、成分調(diào)整(LF-n)。在上述第1次加熱、成分調(diào)整中的成分調(diào)整時(shí)，將CaO、Al203和MgO等的造渣劑添加到鋼水表面，形成含有表1所示的量的CaO和MgO的頂渣。接著，添加Al對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧，再通過(guò)加蓋脫氣裝置的真空處理進(jìn)行脫氫。在鋼水處理中適宜取樣鋼水以測(cè)定鋼水中的溶存Al濃度，使該溶存A1濃度在推薦的范圍內(nèi)，從而根據(jù)需要而進(jìn)一步添加Al。鋼水中的溶存Al濃度顯示在表1中。還有，下述表1所示的含S合金、含Mg合金、含Ca合金在LF-II時(shí)添加。另外，到達(dá)上述脫氣處理(VD)的中期(VD前半部)的攪拌動(dòng)力密度、其后(中其以后、VD后半部)的脫氣處理的攪拌動(dòng)力密度、和LF-II中的攪拌動(dòng)力密度如表l所示。上述鋼水處理結(jié)束后，提取頂渣的試樣，并且通過(guò)底注鑄錠法鑄造鋼錠(20100噸)。鋼錠的凝固完成后，從鑄模內(nèi)抽出鋼錠，加熱到1150'C以上并實(shí)施熱鍛，制造各種尺寸的圓棒狀鍛造品。這時(shí)，對(duì)于20噸鋼錠實(shí)施熱鍛并加工成直徑250450mm的圓棒狀，對(duì)于50噸鋼錠實(shí)施熱鍛并加工成直徑350700mm的圓棒狀，對(duì)于100噸鋼錠實(shí)施熱鍛并加工成直徑6001200mm的圓棒狀。還有，利用上述頂渣的試樣，通過(guò)ICP發(fā)射光譜分析，調(diào)查頂渣中的CaO濃度和MgO濃度。其結(jié)果顯示在表l中。另外，通過(guò)化學(xué)分析調(diào)查各鍛造材的化學(xué)成分組成，其結(jié)果顯示在表2中。此外，測(cè)定鋼錠中的固溶Ca量和固溶Mg量，并且以下述的方法進(jìn)行鍛造品中的夾雜物組成分析、疲勞試驗(yàn)。還有，表2中的鋼中的TotalCa量和TotalMg量根據(jù)ICP-質(zhì)量分析法(ICP-MS法)而求得。研磨從鋼錠上提取的試樣，裝填到二次離子質(zhì)量分析裝置("ims5f"CAMECA公司制)，對(duì)于各試樣，在500X500(jam2)的區(qū)域觀察Ca、Mg的二次離子像，在該區(qū)域內(nèi)選擇3處Ca、Mg沒有局部性地稠化的地方，在深度方向上進(jìn)行分析。這時(shí)的一次離子源為02+。然后，深度方向的濃度分布一定時(shí)，以該值作為固溶濃度。在深度方向分析的過(guò)程中存在夾雜物時(shí)，濃度分布有大的變動(dòng)，但可到達(dá)不存在夾雜物的深度來(lái)進(jìn)行分析，在濃度分布一定的階段，以該值作為固溶濃度。還有，關(guān)于濃度定量的方法，是測(cè)定作為標(biāo)準(zhǔn)試料對(duì)24Mg(150keV，lX1014atoms/cm2)，27A1(200keV，1X10"atoms/cm2)進(jìn)行了離子注入的純鐵，采用得到的相對(duì)靈敏度系數(shù)(RSF)測(cè)定原子濃度。這些測(cè)定結(jié)果一并記錄在表2中。在鍛造后的圓棒中，從鋼錠底部相當(dāng)位置的中心部切割試樣，通過(guò)EPMA進(jìn)行夾雜物的組成分析。這時(shí)，對(duì)于各試樣，隨機(jī)選擇50個(gè)以上的夾雜物進(jìn)行組成分析。其結(jié)果顯示在表3中。另外在表3中，還顯示在上述50個(gè)以上的夾雜物之中最大的夾雜物的當(dāng)量圓直徑。還有，表3的所謂"鍛造品中的夾雜物"的項(xiàng)目中的"微細(xì)"，是指上述夾雜物其當(dāng)量圓直徑均低于10(Him的情況，一并顯示的夾雜物組成，在氧化物系的情況下，表示進(jìn)行了上述分析的全部氧化物系夾雜物之中占5成以上的個(gè)數(shù)的氧化物的組成，在硫化物的情況下，表示進(jìn)行了上述分析的全部硫化物系夾雜物之中占5成以上的個(gè)數(shù)的硫化物的組成。另外，所謂"粗大"是指當(dāng)量圓直徑為lOOiim以上的粗大夾雜物被檢測(cè)到1個(gè)以上的情況，一并顯示的夾雜物組成表示上述粗大夾雜物的組成。另外，上述"鍛造品中的夾雜物"中，除了氧化物和硫化物各自單獨(dú)存在的情況以外，還包括氧化物和硫化物呈鄰接形態(tài)或復(fù)合形態(tài)(例如以氧化物為核，硫化物存在于周圍的形態(tài))的情況(復(fù)合夾雜物的情況)，但即使為復(fù)合夾雜物，也要分別求得該復(fù)合夾雜物中的氧化物和硫化物的尺寸來(lái)加以評(píng)價(jià)。在鍛造后的圓棒中，從鋼錠底部相當(dāng)位置的中心部沿半徑方向提取直徑10mmX長(zhǎng)度:30mm的平滑試驗(yàn)片，以下述的條件實(shí)施疲勞試驗(yàn)。另外，釆用從與疲勞試驗(yàn)相同的位置提取的試驗(yàn)片，在常溫下實(shí)施拉伸試驗(yàn)。然后，作為疲勞試驗(yàn)的指標(biāo)，求得耐久限度比(疲勞強(qiáng)度aw/抗拉強(qiáng)度cjB)。用5個(gè)試驗(yàn)片進(jìn)行該試驗(yàn)，求得耐久限度比的平均值，該耐久限度比超過(guò)0.42的評(píng)價(jià)為疲勞特性優(yōu)異。其結(jié)果顯示在表3中。試驗(yàn)方法回轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)(應(yīng)力比=_1，轉(zhuǎn)速3600rpm)疲勞強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法差分法差分應(yīng)力20MPa初期應(yīng)力300MPa試驗(yàn)片個(gè)數(shù)各5個(gè)各試驗(yàn)片的疲勞強(qiáng)度=(斷裂應(yīng)力)一(差分應(yīng)力)表1<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>※余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)is:o<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>由表13能夠進(jìn)行如下考察(下述No.表示表13中的實(shí)驗(yàn)No.)。No.117因?yàn)闈M足本發(fā)明規(guī)定的成分組成，所以鋼中存在的最大夾雜物小，作為結(jié)果可知，能夠得到高的耐久限度比。相對(duì)于此，No.1828因?yàn)殇摬牡幕瘜W(xué)成分脫離本發(fā)明的規(guī)定要件，所以鋼中存在的最大夾雜物如下述這樣粗大，作為結(jié)果是耐久限度比降低。詳細(xì)地說(shuō)，No.18是添加了含S合金、含Mg合金和含Ca合金的例子，并且精煉時(shí)的攪拌也過(guò)強(qiáng)，因此S量、TotalCa量、TotalMg量、固溶Ca量和固溶Mg量全部脫離上限，其結(jié)果是氧化物和硫化物都粗大。No.l9因?yàn)榫珶挄r(shí)的攪拌過(guò)強(qiáng)，所以巻入頂渣中的MgO、CaO，作為結(jié)果是TotalCa量、TotalMg量、固溶Ca超出上限，氧化物和硫化物都粗大。No.20由于添加含Mg合金，導(dǎo)致TotalMg量和固溶Mg量超過(guò)上限，因此形成了粗大的含Mg夾雜物。No.21由于添加含Ca合金，導(dǎo)致TotalCa量和固溶Ca量超過(guò)上限，因此形成了粗大的含Ca夾雜物。No.22是添加了含Mg合金，且LF-II時(shí)的攪拌弱的例子。這種情況下，雖然固溶Mg量在規(guī)定范圍內(nèi)，但是TotalMg量超過(guò)上限，因此粗大的含Mg夾雜物產(chǎn)生。No.23是添加了含Ca合金，且LF-II時(shí)的攪拌弱的例子。這種情況下，雖然固溶Ca量在規(guī)定范圍內(nèi)，但是TotalCa量超過(guò)上限，因此粗大的含Ca夾雜物產(chǎn)生。No.24由于添加了含S合金，致使S量超過(guò)上限，作為結(jié)果是硫化物粗大。No.25是VD前半部的攪拌強(qiáng)度小，且LF-II時(shí)的攪拌也弱的例子。這種情況下，固溶Ca量和固溶Mg量不滿規(guī)定下限值，因此作為結(jié)果是粗大的A1203和粗大MnS產(chǎn)生。No.26因?yàn)殇撍械娜艽鍭l濃度高于推薦的范圍，固溶Ca量超過(guò)上限，所以粗大的含Ca夾雜物產(chǎn)生。No.27因?yàn)殇撍械娜艽鍭l濃度低于推薦的范圍，固溶Ca量和固溶Mg量不江規(guī)定下限值，所以粗大的A1203和粗大MnS形成。圖2是整理了由EPMA檢測(cè)的鋼中存在的上述最大夾雜物的當(dāng)量圓直徑和耐久限度比的關(guān)系的曲線圖，但是由該圖2可知，耐久限度比和上述最大夾雜物的當(dāng)量圓直徑呈現(xiàn)出非常密切的關(guān)聯(lián)。另外可知，上述最大夾雜物的當(dāng)量圓直徑低于100pm時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)耐久限度比超過(guò)0.42的優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度。權(quán)利要求1.一種鍛造用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.2～0.6％、Si0.05～0.5％、Mn0.2～1.5％、Ni0.1～3.5％、Cr0.9～4％、Mo0.1～0.7％、Al0.005～0.1％、S0.008％以下但不含0％、O0.0025％以下但不含0％，全部Ca0.0030％以下但不含0％、全部Mg0.0015％以下但不含0％，并且，固溶Ca和固溶Mg滿足下述(I)～(IV)中的任一項(xiàng)，(I)固溶Ca2～500ppb，并且，固溶Mg0.04～5ppm，(II)固溶Ca2～100ppb，并且，固溶Mg5～10ppm，(III)固溶Ca2ppb以下但不含0ppb，并且，固溶Mg0.04～5ppm，(IV)固溶Ca2～500ppb，并且，固溶Mg0.04ppm以下但不含0ppm，其中，ppb表示質(zhì)量ppb，ppm表示質(zhì)量ppm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍛造用鋼，其特征在于，作為其他元素以質(zhì)量％計(jì)還含有下述(A)(C)中的至少一組(A)從V、Nb、Ta和Hf中選擇的1種以上，含量合計(jì)為0.0050.2%，(B)Ti:0.05%以下但不含0%，(C)Cu:1.0%以下但不含0%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍛造用鋼，其特征在于，鋼中存在的最大夾雜物的當(dāng)量圓直徑低于100pm。4.一種鍛造品，其使用權(quán)利要求3所述的鍛造用鋼制造而成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍛造品，其中，該鍛造品是曲軸。全文摘要提供一種用于得到表現(xiàn)出優(yōu)異的疲勞特性的鍛造品的夾雜物被微細(xì)化的鍛造用鋼，以及使用這種鍛造用鋼得到的發(fā)揮出良好的疲勞特性的鍛造品。本發(fā)明的鍛造用鋼，具有的特征是，滿足規(guī)定的成分組成(特別是固溶Ca和固溶Mg滿足下述(I)～(IV)的任意一項(xiàng))。(I)固溶Ca2～500ppb(質(zhì)量ppb的意思。以下同)，并且固溶Mg0.04～5ppm(質(zhì)量ppm的意思。以下同)，(II)固溶Ca2～100ppb，且固溶Mg5～10ppm，(III)固溶Ca2ppb以下(不含0ppb)，且固溶Mg0.04～5ppm，(IV)固溶Ca2～500ppb，且固溶Mg0.04ppm以下(不含0ppm)。文檔編號(hào)C22C38/44GK101492789SQ20081017982公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2008年12月5日優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日發(fā)明者出浦哲史,安孫子貴,長(zhǎng)尾元裕申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所