马氏体时效钢的制造方法与流程

本发明涉及马氏体时效钢的制造方法。

背景技术：

马氏体时效钢具有2000MPa左右的非常高的拉伸强度，因此可以用于要求高强度的构件、例如火箭用部件、离心分离机部件、航空器部件、汽车引擎的无级变速器用部件、模具等各种用途。

作为马氏体时效钢的组成的一个例子，可列举以质量％计为18％Ni-8％Co-5％Mo-0.45％Ti-0.1％Al-余量Fe。如此，马氏体时效钢为适量含有Mo、Ti作为强化元素并通过进行时效处理而使Ni₃Mo、Ni₃Ti、Fe₂Mo等金属间化合物析出从而可以得到高强度的钢。

另一方面，马氏体时效钢包含以Ti为代表的非金属夹杂物形成元素，因此对于疲劳强度而言必定不高。特别是，在使疲劳强度劣化的最大因素中存在氮化物(例如TiN)、碳氮化物(例如TiCN)之类的非金属夹杂物。一旦该非金属夹杂物在钢中大幅生长，则以该大幅生长后的非金属夹杂物为起点而产生疲劳破坏。

因此，作为制造马氏体时效钢的方法，通常使用用真空熔融制造重熔用的消耗电极，使用该消耗电极，通过真空电弧重熔法得到马氏体时效钢的方法。

由该真空电弧重熔法制造的马氏体时效钢具有均质(即成分偏析少)、而且非金属夹杂物(TiN、TiCN等)的量少之类的优点。

作为应用前述的真空电弧重熔法，使TiN、TiCN等非金属夹杂物微细化的方法，例如，已知有特定了真空电弧重熔时的接通电流与模具直径的关系的马氏体时效钢的制造方法(例如，参照下述专利文献1)。

此外，作为可以使夹杂物(氧化物系夹杂物、氮化物系夹杂物)的尺寸飞跃性地微细化的马氏体时效钢的制造方法，已知有经过如下工序的马氏体时效钢的制造方法：在一次真空熔融中，向熔液中添加Mg来调整钢水中混浊的氧化物的组成以使成为MgO为主体的Mg氧化物形成工序；在Mg氧化物形成工序之后，使钢水凝固得到Mg氧化物残留的消耗电极的工序；以及，使用消耗电极，与Mg氧化物形成工序相比使气氛的真空度减压将消耗电极重熔，使熔液中的Mg氧化物解离为Mg和氧并且使Mg量为前述Mg氧化物形成工序的50％以下的解离工序(例如，参照下述专利文献2)。

专利文献1：日本特开2003-221627号公报

专利文献2：专利第4692282号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，通常而言，在金属材料的疲劳试验中，已知有试验片的尺寸变大时疲劳强度降低之类的尺寸效果。若该尺寸效果的影响大，则在对于标准尺寸的试验片进行疲劳试验并基于该结果设计大的金属制品时，存在金属制品的疲劳强度不充分的可能性。为了解决该问题，最优选使用与实际使用的金属制品的实际尺寸大小的试验片来进行疲劳试验的方法，但该方法大多从成本以及时间两方面来看是困难的。因此，现状几乎都是不仅考虑使用实际的金属制品的环境而设定适当的试验片尺寸，并且使用许多试验片进行疲劳试验，从而估计实际的金属制品的疲劳强度。

上述尺寸效果的主要原因为试验片中非金属夹杂物的有无。

作为例子，列举出低循环疲劳试验时，由非金属夹杂物(TiN、TiCN等)少的金属材料采取多个试验片，对于采取的多个试验片实施低循环疲劳试验的情况下，与不包含非金属夹杂物的试验片相比，包含非金属夹杂物的试验片中有时成为循环次数低(即疲劳强度低)的测定结果。其结果，有时循环次数为数千循环～数十万循环等循环次数的不均变得极大。对于该问题，特别是在试验片的尺寸小的情况下容易产生。

此外，通常而言，形成非金属夹杂物的元素为氧、氮、硫。

在马氏体时效钢(特别是利用真空电弧重熔法而制造的马氏体时效钢)那样的高清洁度的金属材料中，这些元素的量极少的情况多，但上述非金属夹杂物的影响极难为零。其结果，对于这样的金属材料实施低循环疲劳试验时，存在在一定的概率下出现低循环次数的情况。

如此，可知马氏体时效钢中，存在通过疲劳试验而测定的循环次数不均变大的情况、尺寸效果的影响变大的情况。

另一方面，从马氏体时效钢的疲劳强度必定不高的情况出发，必然要求一定程度上较高地维持疲劳强度。

本发明是鉴于上述情况而成的。

即、本发明的课题在于提供：可以制造抑制实施疲劳试验(特别是低循环疲劳试验)时的测定结果(循环次数)的不均、降低尺寸效果的影响、一定程度上较高地维持疲劳强度的马氏体时效钢的马氏体时效钢的制造方法。

用于解决问题的方案

用于解决前述课题的具体的方法如以下所示。

<1>一种马氏体时效钢的制造方法，其用于制造含有0.2～3.0质量％的Ti的马氏体时效钢，所述制造方法具有：利用真空熔融制造含有Ti：0.2～3.0质量％以及N：0.0025～0.0050质量％的重熔用电极的重熔用电极制造工序；和，通过使所述重熔用电极进行重熔，制造平均钢锭直径650mm以上的钢锭的钢锭制造工序。

<2>根据<1>所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述重熔用电极制造工序包含向钢水中添加N的工序。

<3>根据<2>所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，向所述钢水中添加N是通过在与该钢水接触的气氛中导入氮气来进行的。

<4>根据<1>～<3>中任一项所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述重熔用电极还含有Si：0.01～0.10质量％。

<5>根据<1>～<4>中任一项所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述重熔用电极还含有Mn：0.01～0.10质量％。

<6>根据<1>～<5>中任一项所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述重熔用电极还含有Al：1.7质量％以下。

<7>根据<1>～<6>中任一项所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述钢锭制造工序通过真空电弧重熔使所述重熔用电极进行重熔。

<8>根据<1>～<7>中任一项所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述重熔用电极的化学组成为C：0.01质量％以下、Al：1.7质量％以下、Si：0.01～0.10质量％、Mn：0.01～0.10质量％、Ti：0.2～3.0质量％、Ni：8.0～22.0质量％、Co：5.0～20.0质量％、Mo：2.0～9.0质量％、N：0.0025～0.0050质量％、O：0.0015质量％以下、余量为Fe以及不可避免的杂质。

<9>根据<1>～<8>中任一项所述的马氏体时效钢的制造方法，其中，所述钢锭的化学组成为C：0.01质量％以下、Al：1.7质量％以下、Si：0.01～0.10质量％、Mn：0.01～0.10质量％、Ti：0.2～3.0质量％、Ni：8.0～22.0质量％、Co：5.0～20.0质量％、Mo：2.0～9.0质量％、N：不足0.0025质量％、O：0.0015质量％以下、余量为Fe以及不可避免的杂质。

发明的效果

根据本发明，能够提供可以制造抑制实施疲劳试验(特别是低循环疲劳试验)时的测定结果(循环次数)的不均、降低尺寸效果的影响、在一定程度上较高地维持疲劳强度的马氏体时效钢的马氏体时效钢的制造方法。

附图说明

图1为表示实施例1中的低循环疲劳试验后的试验片的断裂面的扫描电子显微镜图像(二次电子图像)。

图2为表示实施例1中的低循环疲劳试验后的试验片的断裂面的扫描电子显微镜图像(反射电子图像(组成图像))。

图3为表示在本发明的一个例子中，钢锭的平均钢锭直径和对钢锭进行热锻造而得到的钢坯中的氧化物系夹杂物的个数(氧化物系夹杂物个数指数)的关系的图表。

具体实施方式

以下，对于本发明的马氏体时效钢的制造方法(以下，也称为“本发明的制造方法”)进行详细地说明。

本发明的制造方法为用于制造含有0.2～3.0质量％Ti的马氏体时效钢的方法，其具有：利用真空熔融制造含有钛(以下，称为“Ti”)：0.2～3.0质量％以及氮(以下，称为“N”)：0.0025～0.0050质量％的重熔用电极的重熔用电极制造工序；和，通过使前述重熔用电极进行重熔，制造平均钢锭直径650mm以上的钢锭的钢锭制造工序。

本发明的制造方法通过上述构成，可以制造抑制实施疲劳试验(特别是低循环疲劳试验)时的测定结果(循环次数)的不均、降低尺寸效果的影响、在一定程度上较高地维持疲劳强度的马氏体时效钢。

在本发明中，低循环疲劳试验是指基于ASTM E606而进行的试验。

此外，在本发明中，马氏体时效钢是指如通常所定义的那样，通过实施时效处理(老化)从而得到2000MPa左右的非常高的强度的超强力钢。

以下，作为通过本发明的制造方法得到上述的效果的理由，说明推定的理由。

本发明的制造方法中，重熔用电极(以下，称为“电极”)中含有Ti：0.2～3.0质量％以及N：0.0025质量％以上。因此，在所制造的钢锭(马氏体时效钢)中，作为Ti系非金属夹杂物，含有不少氮化钛(以下，也称为“TiN”)、碳氮化钛(以下，也称为“TiCN”)。该Ti系非金属夹杂物被认为在重熔用电极制造工序中的凝固过程中生长，虽然在钢锭制造工序中的(电极重熔而成的)钢水池中一部熔融但未完全熔融，在重熔后的凝固过程再次生长。该Ti系非金属夹杂物由于主要在凝固过程中生长，因此与后述的氧化物系夹杂物相比，最大尺寸的控制比较容易。

认为本发明中，在所制造的钢锭中，可以将该Ti系非金属夹杂物设为适度大小(例如9～15μm)，并且使该Ti系非金属夹杂物均质地分散。并且，认为在钢锭的疲劳试验中，由于疲劳破坏的几乎全部可以以该Ti系非金属夹杂物为起点而引起，因此可以抑制基于疲劳试验(特别是低循环疲劳试验)的测定结果(循环次数)的不均。进而，认为使适度大小的Ti系非金属夹杂物均质地分散于上述钢锭中，从而也可以降低尺寸效果的影响。

作为上述的“Ti系非金属夹杂物均质地分散”的状态的一个例子，可以列举出由通过锻造钢锭从而得到的钢坯采取φ10mm×20mm的试验片时，在该试验片的表面附近Ti系非金属夹杂物以大概超过50％的概率而存在的程度的状态。

另一方面，在电极中(重熔电极中)中，除上述Ti系非金属夹杂物以外也存在含有氧化物系夹杂物(氧化铝(Al₂O₃)、尖晶石(MgO-Al₂O₃)等)的情况。

该情况下，氧化物系夹杂物也包含在钢锭制造工序中的钢水池中。在钢水池凝固而成为钢锭为止的过程中，钢水池中的氧化物系夹杂物在钢水池中上浮分离、或者被捕获到凝固界面而直接保持原样地残存在钢锭中。在钢锭中残存的氧化物系夹杂物在钢锭的疲劳试验中成为断裂起点、使疲劳强度降低。

上述氧化物系夹杂物由于钢水的对流而生长。因此，氧化物系夹杂物与上述Ti系非金属夹杂物不同，其的最大尺寸的管理困难。

鉴于氧化物系夹杂物存在的情况，本发明中的重熔用电极制造工序中，将电极中N的量设为0.0025质量％以上这样较高的值。由此，即便在电极中氧化物系夹杂物存在的情况下，上述的Ti系非金属夹杂物与氧化物系夹杂物相比也容易变得大幅生长。

并且，在钢锭制造工序中，通过将上述的电极重熔从而制造钢锭。

在该钢锭制造工序中，Ti系非金属夹杂物虽然在钢水池中一部分熔融但未完全熔融，在重熔后的凝固过程中再次生长直至适度的大小。如此，在钢锭中也同样地维持电极中的Ti系非金属夹杂物的状态。即、钢锭制造工序中，可以得到具有适度大小(例如比氧化物系夹杂物大但并不过大的大小；例如9～15μm)并且分散有大小不均少的Ti系非金属夹杂物的钢锭。

此外，本发明中的钢锭制造工序中，制造平均钢锭直径650mm以上的钢锭。

钢锭的平均钢锭直径变大时(具体而言为650mm以上时)，存在钢锭制造工序中的凝固界面的进行速度(例如上升速度)变慢的倾向。由此，可以延长至钢水池整体凝固为止的时间、即氧化物系夹杂物的上浮分离的时间，因此可以有效地起到氧化物系夹杂物的上浮分离效果。由此，可以降低钢锭中的氧化物系夹杂物的量。

进而，钢锭的平均钢锭直径变大时(具体而言为650mm以上时)，存在对钢锭进行锻造(例如热锻造)而制成锻造品时的锻造比变大的倾向。由于该锻造比的增大，在锻造钢锭时，可以将氧化物系夹杂物破碎而进行微细化。因此，可以减小氧化物系夹杂物对于疲劳试验的影响。

因此，通常有在钢锭内存在形成于枝晶树间的微孔的情况。所述微孔通过锻造(例如热锻造)时的压接而不会被发现的情况很多。然而，在锻造时的压接程度不足时(特别是上述锻造比小时)，在实施疲劳试验时有时以空隙(以下，也称作“空穴”)缺陷的形式发现。

锻造比大、即钢锭的平均钢锭直径为650mm以上，对于上述的空穴缺陷的抑制也是有效的。

其中，对于钢锭的平均钢锭直径进行说明。

对于钢锭的平均钢锭直径，钢锭为圆锥台形状或者圆柱形状的情况下，是指将钢锭上表面的直径与钢锭下表面的直径的总和除以2得到的值。

此外，对于钢锭的平均钢锭直径，在钢锭为棱锥台形状或者棱柱形状的情况下，是指钢锭上表面的外接圆直径与钢锭下表面的外接圆的直径的总和除以2得到的值。

由以上，通过本发明的制造方法，可以制造适度大小(例如9～15μm。以下相同)的Ti系非金属夹杂物均质地分散、并且氧化物系夹杂物的影响得以降低的钢锭。

认为在所得到的钢锭中，适度大小的(例如与氧化物系夹杂物相比大但不过大)Ti系非金属夹杂物均质地分散，从而抑制引起疲劳破坏的位置的偏移(不均)。详细而言，几乎全部钢锭的疲劳破坏均可以以Ti系非金属夹杂物为起点而引起(即、排除Ti系非金属夹杂物以外的夹杂物的影响)。由此，认为由钢锭采取多个试验片，进行疲劳试验时，抑制每个试验片的测定结果(循环次数)的不均。

此外，认为由于同样的理由，在上述钢锭中，基于尺寸效果的影响降低。因此，在疲劳试验中，以较少的试验数就可以得到可靠性高的疲劳强度的代表值。

进而，认为在该钢锭中，Ti系非金属夹杂物的大小被限制在一定程度(即不过大)、以及氧化物系夹杂物是微细的，从而在一定程度上较高地维持疲劳强度。

此外，根据本发明的制造方法，在所制造的马氏体时效钢中，可以抑制极大的氧化物系夹杂物的产生。此外，反之即便在产生极大的氧化物系夹杂物的情况下，也容易检测或者管理该氧化物系夹杂物的产生。

在本发明中，钢锭的平均钢锭直径如上述所述为650mm以上。钢锭的平均钢锭直径不足650mm时，其效果不充分。特别是存在钢锭的疲劳强度降低的倾向。

另一方面，钢锭的平均钢锭直径的上限没有特别限制，平均钢锭直径优选800mm以下。推断平均钢锭直径为800mm以下时，进一步抑制Ti系非金属夹杂物变得过大，进一步抑制疲劳试验的循环次数的降低。

此外，在本发明中，上述电极中的N量如上所述，为0.0025～0.0050质量％。

N的量不足0.0025质量％时，氧化物系夹杂物的大小容易超过Ti系非金属夹杂物的大小。因此，上述的本发明的效果(特别是抑制测定值的不均的效果、以及降低尺寸效果的影响的效果)不充分。

另一方面，N量超过0.0050质量％时，存在由微孔引起的缺陷增加的倾向。

此外，在本发明中，电极以及马氏体时效钢中所含的Ti量如上所述为0.2～3.0质量％。

Ti的量不足0.2质量％时，Ti系非金属夹杂物的量变少，因此上述的本发明的效果不充分。

另一方面，Ti的量超过3.0质量％时，存在马氏体时效钢的延性以及韧性劣化的倾向。

接着，对于本发明的制造方法的各工序进行说明。

<重熔用电极制造工序>

重熔用电极制造工序为利用真空熔融制造含有Ti：0.2～3.0质量％以及N：0.0025～0.0050质量％的重熔用电极的工序。

在此所谓“真空熔融”包括：使原料熔融而得到钢水的熔融过程和使所得到的钢水凝固而制成电极的凝固过程。

真空熔融的条件没有特别限定，可以应用公知的条件。

此外，在本工序中，Ti以及N可以分别预先包含在原料中、或可以在真空熔融的中途添加到钢水中。

本工序中的优选方式为包含向钢水中添加N的工序的方式。作为在该方式中的添加N之前的钢水，优选包含Ti：0.2～3.0质量％的钢水。添加N之前的钢水除Ti以外更优选包含最终希望制造的马氏体时效钢的成分。

此外，在该方式中，向钢水中添加N时，在钢水的凝固过程中，Ti与N键合，形成TiN、TiCN等Ti系非金属夹杂物。

作为向钢水中添加N的方法，优选在真空熔融的气氛(与钢水接触的气氛)中导入氮气(N₂气)的方法。在该方法中，更容易形成与氧化物系夹杂物相比要大的Ti系非金属夹杂物，因此可以更有效地发挥上述的本发明的效果。

在该方法中，在上述气氛中导入氮气将上述气氛制成氮气氛之后，保持3分钟以上(优选为5分钟以上)。由此，可以向钢水中更有效地添加N。该保持时间的上限没有特别限制，但该保持时间可以例如为30分钟以下(优选为20分钟以下)。

此外，该氮气氛的压力从向钢水中更有效地添加N的观点出发优选1kPa以上、更优选10kPa以上。另一方面，该氮气氛的压力从更容易进行真空炉内的观察的观点出发优选40kPa以下、更优选20kPa以下。

此外，优选上述保持之后、对气氛进行减压。由此，钢水中的N与气氛的N成为平衡状态，从而可以使钢水中的N量成为一定的值，进而可以防止电极中过量地生成Ti系非金属夹杂物。

对于减压后的压力，从更有效地得到基于减压的效果的观点出发，期望为200Pa以上且800Pa以下。

此外，对气氛进行减压之后，优选保持30分钟以上。由此，可以使钢水中的N更有效地成为平衡状态。另一方面，从进一步抑制钢水中的氧化物的生成的观点出发，减压后的保持时间优选为180分钟以下。

本工序中所制造的重熔用电极如前所述，含有Ti：0.2～3.0质量％以及N：0.0025～0.0050质量％。

重熔用电极(以及优选后述的钢锭)进而优选含有Si：0.01～0.10质量％(更优选为0.01～0.05质量％)。由此，可以提高Ti以及N的活量，因此可以进一步扩大TiN、TiCN等Ti系非金属夹杂物的尺寸，提高上述的本发明的效果。

此外，重熔用电极(以及优选后述的钢锭)进一步优选含有Mn：0.01～0.10质量％(更优选为0.01～0.05质量％)。由此，与Ni一同形成金属间化合物，提高时效化能力，从而可以提高由TiN、TiCN等Ti系非金属夹杂物导致的断裂的敏感性，提高上述本发明的效果。

此外，重熔用电极(以及优选后述的钢锭)进而优选含有Al：1.7质量％以下。重熔用电极(以及优选后述的钢锭)含有Al，从而可以进一步提高对钢锭进行时效处理时的强度。此外，Al的量为1.7质量％以下时，可以进一步提高对钢锭进行时效处理时的韧性。

此外，对于重熔用电极(以及优选后述的钢锭)，C(碳)优选为0.01质量％以下。由此，可以进一步抑制由碳化物的形成导致的金属间化合物的析出量减少，进而可以进一步抑制疲劳强度的降低。

此外，对于重熔用电极(以及优选后述的钢锭)，优选含有Ni(镍)：8.0～22.0质量％。Ni的量为8.0质量％以上时，可以进一步抑制钢锭的韧性降低。Ni的量为22.0质量％以下时，在钢锭中，抑制奥氏体组织的稳定化、更容易形成马氏体组织。

此外，对于重熔用电极(以及优选后述的钢锭)，优选含有Mo(钼)：2.0～9.0质量％。Mo的量为2.0质量％以上时，容易形成通过时效处理而有助于强化的包含Mo的微细的金属间化合物。Mo的量为9.0质量％以下时，包含Mo的微细的金属间化合物在基质中析出，从而可以进一步提高基质的强度。

此外，对于重熔用电极(以及优选后述的钢锭)，优选含有Co(钴)：5.0～20.0质量％。Co的量为5.0质量％以上时，可以进一步降低Mo的固容度，可以进一步促进Mo形成微细的金属间化合物而析出。Co的量为20.0质量％以下时，可以进一步抑制脆化。

此外，重熔用电极(以及优选后述的钢锭)优选O(氧)为0.0015质量％以下。由此，可以进一步抑制氧化物系夹杂物的生长、可以进一步抑制疲劳强度的降低。

作为重熔用电极的化学组成，除N的量以外，也优选制成与希望制造的钢锭(马氏体时效钢)实质上相同的成分组成。

作为重熔用电极的化学组成，特别优选的是：C：0.01质量％以下、Al：1.7质量％以下、Si：0.01～0.10质量％、Mn：0.01～0.10质量％、Ti：0.2～3.0质量％、Ni：8.0～22.0质量％、Co：5.0～20.0质量％、Mo：2.0～9.0质量％、N：0.0025～0.0050质量％、O：0.0015质量％以下、余量为Fe以及不可避免的杂质的化学组成。

<钢锭制造工序>

对于钢锭制造工序，为使前述重熔用电极进行重熔从而制造钢锭的工序。

其中，作为重熔的方法，可以列举出真空电弧重熔、电渣重熔等。其中，在得到均质且(即成分偏析少)、而且非金属夹杂物(TiN、TiCN等)的量少的钢锭的观点上优选真空电弧重熔。

需要说明的是，在本工序中重熔了的电极凝固而成为钢锭是不言而喻的。

作为上述重熔的方式，优选所得到的钢锭中的N量少于重熔用电极中的N的量的方式。

本工序中得到的钢锭的化学组成，除N的量以外，优选制成与重熔电极的化学组成实质上相同的成分组成。

作为钢锭的化学组成，特别优选的是：C：0.01质量％以下、Al：1.7质量％以下、Si：0.01～0.10质量％、Mn：0.01～0.10质量％、Ti：0.2～3.0质量％、Ni：8.0～22.0质量％、Co：5.0～20.0质量％、Mo：2.0～9.0质量％、N：不足0.0025质量％、O：0.0015质量％以下、余量为Fe以及不可避免的杂质的化学组成。

本发明的制造方法根据需要也可以具有重熔用电极制造工序以及钢锭制造工序以外的其它工序。

作为其它工序，可以列举出热锻造工序、浸透工序(soaking process)、压延工序、时效处理工序等公知的工序。

实施例

以下列举出实施例具体地说明本发明，但本发明不限于这些实施例。在以下，低循环疲劳试验基于ASTM E606而进行。

〔实施例1〕

<重熔用电极以及钢锭的制造>

利用真空熔融制造下述表1的“电极”栏中示出的成分组成的重熔用电极。

详细而言，真空熔融中向与钢水接触的气氛中导入氮气，从而将上述气氛制成氮气氛(压力13kPa)。在该状态下保持10分钟，提高钢水中的N的量。之后，将气氛减压至300Pa，使钢水中的N成为平衡状态，在该状态下持续熔融90分钟。接着对钢水进行出钢，使出钢后的钢水凝固得到重熔用电极。

接着，利用真空电弧重熔使由上述得到的重熔用电极进行重熔而制造下述表1的“钢锭”栏中示出的成分组成的钢锭(马氏体时效钢)。

其中，钢锭的平均钢锭直径设为800mm。

如表1所示，所得到的钢锭中，N的量从重熔用电极中的N量开始减少。O量也从重熔用电极中的O量开始稍微减少。

<低循环疲劳试验>

对于由上述得到的钢锭，进行热锻造，分别制造φ180mm的钢坯A(钢坯No.A)和φ250mm的钢坯B(钢坯No.B)。

由相当于制作的钢坯的顶侧的位置以及相当于相同的钢坯的底侧的位置分别采取3～4根φ10mm、平行部长度20mm的低循环疲劳试验用的试验片(下述表2中，试验片No.1～No.4)。此时，从由距钢坯直径的中心位置到钢坯直径的1/4为止的区域采取各试验片。此外，各试验片在低循环疲劳试验中，由以在钢坯的径向施加力的形式采取。

对于采取的各试验片，分别在温度200℃、频率1Hz、应变宽度0～0.80％的条件下实施低循环疲劳试验。

在该试验中，求出与产生断裂时的循环次数的增加成比例增大的值、即循环指数。其中，循环指数大表示产生断裂时的循环次数大。循环指数1.00以上为实用上所允许的值。

在该试验中进一步观察断裂面中的断裂起点，将该断裂起点分为TiN、氧化物、空穴、其它、以及不明。

在下述表2中示出结果。

〔比较例1〕

在实施例1中，在真空熔融中不添加N、并且将平均钢锭直径设为500mm，除此以外与实施例1同样地操作，制造重熔用电极以及钢锭，进行与实施例1同样的低循环疲劳试验。

在下述表1中示出重熔用电极以及钢锭的成分组成。

此外，在下述表2中示出低循环疲劳试验的结果。

〔比较例2〕

在实施例1中，将钢锭直径设为500mm，除此以外与实施例1同样地操作，制造重熔用电极以及钢锭，进行与实施例1同样的低循环疲劳试验。

在下述表1中示出重熔用电极以及钢锭的成分组成。

此外，在下述表2中示出低循环疲劳试验的结果。

[表1]

～表1的说明～

·表1中的各元素的数字为电极中或者钢锭中的量(质量％)。

·在各电极或者各钢锭中，上述元素以外的元素为Fe以及不可避免的杂质。

[表2]

如表2所示，电极中的N的含量为0.0025质量％以上，并且钢锭的平均钢锭直径为650mm以上的实施例1中，循环指数的不均小、并且循环指数的平均值以及循环指数的最小值为一定程度上较高的值。即、测定结果的不均小、并且疲劳强度在一定程度上维持得较高。

与之相对，电极中的N的含量为0.0010质量％、并且钢锭的平均钢锭直径为500mm的比较例1中，循环指数(即疲劳强度)的不均大。例如，该比较例1中，循环指数的最小值为循环指数的平均值的1/9左右。

此外，电极中的N的含量为0.0025质量％以上、并且钢锭的平均钢锭直径为500mm的比较例2中，循环指数的平均值低。特别是，在该比较例2中，存在循环指数低于1.00的结果。

此外，如表2所示，实施例1中，断裂起点几乎全为Ti系非金属夹杂物(TiN)。

图1以及图2为表示实施例1中的低循环疲劳试验后的试验片的断裂面的扫描电子显微镜(scanning electron microscope；以下称为“SEM”)的图像。

图1为试验片的断裂面的二次电子图像，图2为与图1中示出的断裂面相同的断裂面的反射电子图像(组成图像)。

与实施例1相对，比较例1中，完全没看到作为TiN的断裂起点，断裂起点几乎全为氧化物以及空穴。

此外，比较例2中，作为TiN的断裂起点极少，断裂起点几乎全为氧化物以及空穴。

接着，调查钢锭的平均钢锭直径与对钢锭进行热锻造而得到的钢坯中的氧化物系夹杂物的个数的关系。

具体而言，对于实施例1(平均钢锭直径800mm)中的钢坯A，通过SEM，计数在面积55mm²的范围内存在的1.5μm以上的大小的氧化物系夹杂物的个数。基于所计数的氧化物系夹杂物的个数，求出氧化物系夹杂物个数指数。其中，氧化物系夹杂物个数指数为与氧化物系夹杂物的个数的增加成比例地增大的指数。

接着，在实施例1的钢坯A的制作中，使平均钢锭直径分别变为600mm、690mm，除此以外与实施例1的钢坯A的制作同样地制作，制作2个钢坯。此外，在实施例1的钢坯A的制作中，使平均钢锭直径变化为500mm、并且、进一步将钢坯A的截面积一分为半而使锻造比增加，除此以外与实施例1的钢坯A的制作同样地制作，制作截面积为钢坯A的截面积的一半的钢坯C。对于所得到的3个钢坯，分别与上述同样地操作，通过SEM计数氧化物系夹杂物的个数，与上述同样地操作，求出氧化物系夹杂物个数指数。

图3为表示平均钢锭直径与氧化物系夹杂物个数指数的关系的图表。

如图3所示，确认到平均钢锭直径为650mm以上时，氧化物系夹杂物个数指数(即、氧化物系夹杂物的个数)显著减少。

由该结果，确认到平均钢锭直径为650mm以上时，充分地起到氧化物系夹杂物的上浮分离的效果，可以使氧化物系夹杂物的个数显著地降低。

接着，对于实施例1以及比较例1以及2中的各钢坯，通过下述的酸提取法测定钢坯中所含的Ti系非金属夹杂物的尺寸。

-基于酸提取法的Ti系非金属夹杂物的尺寸的测定-

由钢坯采取5g夹杂物测定用的试验片，使所采取的试验片溶解在硝酸溶液中。用过滤器过滤所得到的溶液，过滤作为残渣(未熔融而残存的成分)的Ti系非金属夹杂物(TiN、TiCN)。接着，用SEM观察过滤器上的Ti系非金属夹杂物，测定Ti系非金属夹杂物的大小。需要说明的是，Ti系非金属夹杂物的大小以外接于Ti系非金属夹杂物的圆的直径的方式求出。

上述测定的结果，在实施例1的钢坯中，Ti系非金属夹杂物的大小最大为11.9μm、并且几乎全部的Ti系非金属夹杂物为10μm左右的均匀的大小。

另一方面，比较例1的钢坯中，Ti系非金属夹杂物的大小最大为6.3μm。

此外，比较例2的钢坯中，Ti系非金属夹杂物的大小最大为7.8μm。

如以上那样，根据本发明的制造方法，可以制造具有适度大小、并且具有大小在一定程度上一致的Ti系非金属夹杂物均匀地分散的钢锭(马氏体时效钢)。

该钢锭中，疲劳试验中的疲劳破坏几乎均可以以Ti系非金属夹杂物为起点而生成，由此可以抑制测定结果(循环次数)的不均。此外，该钢锭中具有适度大小、并且大小在一定程度上一致的Ti系非金属夹杂物被均匀地分散，因此降低由尺寸效果产生的影响。因此，在疲劳试验中，可以以更少的试验数得到可靠性高的疲劳强度的代表值。

此外，该钢锭中，由于Ti系非金属夹杂物没有过大以及Ti系非金属夹杂物没有过小(例如比氧化物系夹杂物大)，因此可抑制疲劳强度的界限值(下限值)的降低。