CN114402086B - 耐磨损钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在300～500℃的高温下发挥高耐磨损性，且兼具低温下的韧性的耐磨损钢板。本发明具有如下的成分组成和组织：所述成分组成包含C：0.10％～0.23％、Si：0.05％～1.00％、Mn：0.10％～2.00％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：0.050％以下、Cr：0.05％～5.00％、N：0.0100％以下以及O：0.0100％以下，且满足1.0≤0.45Cr+Mo≤2.25，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，所述组织的从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率为95％以上，在从上述钢板的表面起1mm的深度处，400℃时的维氏硬度为288以上，且25℃时的布氏硬度为360～490HBW10/3000。

Description

耐磨损钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种适合用作建设机械、产业机械、造船、土木、建筑等的钢结构物的各种部件的耐磨损钢板和其制造方法，特别是涉及一种供于高温下的用途的耐磨损钢板。
背景技术
已知钢的耐磨损性可以通过提高硬度而提高。因此，通过对大量添加了合金元素的合金钢实施淬火等热处理而得到的高硬度钢被广泛用作耐磨损钢。
例如，在专利文献1和2中提出了表层部的硬度以布氏硬度(HB)计为360～490的耐磨损钢板。上述耐磨损钢板通过添加规定量的合金元素，并且进行淬火而制成马氏体主体的组织而实现了高耐磨损性。
这里，在耐磨损钢的用途中，钢板表面的温度变成300～500℃这样的高温的情况不少。为了延长这样的高温下的使用寿命，不仅确保室温下的耐磨损性，而且确保高温下的高耐磨损性很重要。
作为提高该高温下的耐磨损性的技术，例如专利文献3中通过添加规定的合金元素并分散复合析出物，从而实现了高温下的高耐磨损性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4645306号公报
专利文献2：日本专利第4735191号公报
专利文献3：日本特开平10－204575号公报
发明内容
然而，一般而言，在高温下使用的耐磨损钢也并非总是暴露在高温下，根据使用状况的不同，也有在低温下使用的情况。因此，在要求高温下的高耐磨损性的同时也要求低温下的韧性。专利文献3中，与耐磨损性一并对提高低温下的韧性的提高也进行了研究，但由于通过添加规定的合金元素并使复合析出物分散而实现了高温下的高耐磨损性，因此难以得到令人满意的低温下的韧性。
本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种在300～500℃的高温下发挥高耐磨损性且，兼具低温下的韧性的耐磨损钢板和其制造方法。
为了实现上述目的，本发明人等对影响耐磨损钢板的高温耐磨损性的各种因素反复进行了深入研究。发现高温下的耐磨损性受到高温硬度的很大影响，即为了提高高温下的耐磨损性，重要的是抑制高温硬度的降低，具体而言，通过使试验温度：400℃时的维氏硬度HV400为288以上而发挥优异的高温耐磨损性。
而且，通过进一步的研究而发现，为了抑制高温硬度的降低，有效的是添加Cr，根据需要进一步添加规定量以上Mo，为了使上述的试验温度：400℃时的维氏硬度HV400为288以上，需要添加满足1.0≤0.45Cr+Mo的成分。
首先，对作为本发明的基础的实验结果进行说明。
将以质量％计含有0.14％C－0.25％Si－0.50％Mn－0.005％P－0.002％S－0.015％Ti－0.03％Al－(0～4.5)％Cr－(0～2.25)％Mo的组成的钢坯材(板坯)加热到1150℃后进行热轧，制成板厚：25mm的热轧板。对热轧后的钢板进行空冷，以下述的式(i)所示的Ac3点以上的加热温度进行再加热后，实施水冷至室温的淬火处理。
Ac3(℃)＝912.0－230.5×C+31.6×Si－20.4×Mn－39.8×Cu－18.1×Ni－14.8×Cr+16.8×Mo…(i)
以板厚方向上1mm的位置成为试验片表面(磨损试验面)的方式从得到的钢板采取圆柱状的试验片(直径8mm×长度20mm)，实施高温下的磨损试验。磨损试验使用示意性地示于图1的磨损试验装置。
即，在将设置有磨损试验装置的气氛炉的温度保持为400℃的状态下，在与试验机内的转子连接的盘状的磨损件(主成分：氧化铝)上载置试验片，利用与试验片的上部连接的秤锤(砝码)负载98N的载荷，同时使磨损件以转子转速：60m/min旋转300次，进行了试验。测定该试验后的磨损量，依照后述的实施例中的高温下的耐磨损性的评价方法求出耐磨损比＝(软钢板的磨损量)/(各钢板的磨损量)进行了评价。而且，将该耐磨损比为1.8以上的情况判定为“高温下的耐磨损性优异”。
整理该磨损试验的结果，示于图2。由图2的结果可知，为了提高高温下的耐磨损性，有效的是添加规定量以上的Cr、根据需要而含有的Mo，具体而言使含量满足以虚线为边界的区域、即1.0≤0.45Cr+Mo。
另外，发现在300～500℃的温度区域，特别是固溶状态的Cr、进而Mo对耐磨损性发挥效果。即，在比上述温度区域高的温度区域中使用的以往的耐热钢通常在铁素体组织中大量添加Cr、Mo并使碳氮化物析出而发挥高温硬度，本发明中的上述研究结果是基于与以往的耐热钢不同的构思而发现的。
进而，固溶状态的Cr、进而Mo除有助于高温下的耐磨损性以外，还具有使碳氮化物析出而使低温下的韧性良好的优点。
本发明是基于该见解进一步加以研究而完成的。即，本发明的主旨如下。
1.一种耐磨损钢板，具有如下的成分组成和组织：
所述成分组成以质量％计包含C：0.10％～0.23％、Si：0.05％～1.00％、Mn：0.10％～2.00％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：0.050％以下、Cr：1.00％～5.00％、N：0.0100％以下以及O：0.0100％以下，且满足下式(1)，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，
所述组织的从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率为95％以上，
在从上述钢板的表面起1mm的深度处，400℃时的维氏硬度为288以上，且25℃时的布氏硬度为360～490HBW10/3000。
1.00≤0.45Cr+Mo≤2.25…(1)
其中，式(1)中的元素符号为各元素的含量(质量％)，不含有的元素的含量为0。
2.根据上述1所述的耐磨损钢板，上述成分组成以质量％计进一步含有选自Mo：1.80％以下、Cu：5.00％以下、Ni：5.00％以下、V：1.00％以下、W：1.00％以下、Co：1.00％以下、Nb：0.050％以下、Ti：0.100％以下、B：0.0100％以下、Ca：0.0200％以下、Mg：0.0200％以下以及REM：0.0200％以下中的1种以上。
3.一种耐磨损钢板的制造方法，是制造上述1或2所述的耐磨损钢板的方法，对钢坯材实施热轧而制成热轧钢板，对该热轧钢板进行直接淬火或再加热淬火，所述直接淬火的冷却开始温度为Ar3相变点以上且冷却停止温度为Ms点以下，冷却速度为5℃/s以上，所述再加热淬火的冷却开始温度为Ac3相变点以上且冷却停止温度为Mf点以下，冷却速度为5℃/s以上。
根据本发明，能够提供一种在高温下发挥高耐磨损性的耐磨损钢板，因此发挥产业上特殊的效果。
附图说明
图1是表示磨损试验装置的示意图。
图2是表示Cr和Mo的含量与磨损试验结果的关系的图。
具体实施方式
接下来，对本发明的耐磨损钢板具体地进行说明。在本发明中，耐磨损钢板和供于其制造的钢坯材重要的是具有上述成分组成。因此，首先对本发明中如上限定钢的成分组成的理由进行说明。应予说明，有关成分组成的“％”只要没有特别说明，则是指“质量％”。
[成分组成]
C：0.10％～0.23％
C是具有增加钢板表层的硬度、提高耐磨损性的作用的元素。进而，抑制高温下的硬度降低，是在成为高温的环境下提高耐磨损性的本发明中的重要的元素之一。为了得到上述效果，使C含量为0.10％以上。从减少其它合金元素的含量，以更低成本制造的观点考虑，C含量优选为0.12％以上。另一方面，如果C含量超过0.23％，则容易形成碳化物，反而导致高温时的硬度降低。另外，由于室温下的表面硬度变高，因此韧性降低。因此，C含量为0.23％以下。另外，从抑制高温时的硬度降低或者抑制韧性的降低的观点考虑，优选使C含量为0.21％以下。
Si：0.05％～1.00％
Si是作为脱氧剂发挥作用的元素。另外，Si在钢中固溶，具有通过固溶强化而提高基体相的硬度的作用。为了得到这些效果，使Si含量为0.05％以上。Si含量优选为0.10％以上，更优选为0.20％以上。另一方面，如果Si含量超过1.00％，则产生韧性降低，进而夹杂物量增加等问题。因此，使Si含量为1.00％以下。Si含量优选为0.80％以下，更优选为0.60％以下，进一步优选为0.40％以下。
Mn：0.10％～2.00％
Mn是具有增加钢的淬透性的作用的元素，是具有增加钢板表层的硬度、提高耐磨损性的作用的元素。另外，以固溶状态存在，具有抑制高温下的硬度降低的效果。为了得到这些效果，使Mn含量为0.10％以上。Mn含量优选为0.30％以上，更优选为0.50％以上。另一方面，如果Mn含量超过2.00％，则除韧性降低以外，合金成本变得过高。因此，Mn含量为2.00％以下。Mn含量优选为1.80％以下，更优选为1.60％以下。
P：0.050％以下
P是作为不可避免的杂质而含有的元素，由于在晶界偏析而带来使母材的韧性降低等不良影响。因此，优选尽可能降低P含量，如果为0.050％以下，则能够允许。应予说明，P含量的下限没有特别限定，可以为0％，但通常P是作为杂质在钢中不可避免地含有的元素，因此工业上可以超过0％。另外，过度的减少导致精炼成本高涨，因此，P含量优选为0.0005％以上。
S：0.050％以下
S是作为不可避免的杂质而含有的元素，以MnS等硫化物系夹杂物的形式存在于钢中，带来使母材的韧性降低等不良影响。因此，优选尽可能降低S含量，如果为0.050％以下，则能够允许。应予说明，S含量的下限没有特别限定，可以为0％，但通常S是作为杂质在钢中不可避免地含有的元素，因此工业上可以超过0％。另外，过度的减少导致精炼成本高涨，因此，S含量优选为0.0005％以上。
Al：0.050％以下
Al是作为脱氧剂发挥作用，并且具有使晶粒微细化的作用的元素。为了得到这些效果，优选使Al含量为0.010％以上。另一方面，如果Al含量超过0.050％，则氧化物系夹杂物增加，清洁度降低，韧性降低。因此，Al含量为0.050％以下。应予说明，Al含量优选为0.040％以下，更优选为0.030％以下。
Cr：1.00％～5.00％
Cr是具有增加钢板表层的硬度、提高耐磨损性的作用的元素。进而，以固溶状态存在，抑制高温下的硬度降低，是在成为高温的环境下提高耐磨损性的本发明中的重要的元素之一。为了得到上述效果，使Cr含量为1.00％以上。Cr含量优选为1.25％以上，更优选为1.50％以上。
另一方面，如果Cr含量超过5.00％，则Cr碳化物析出，因此高温硬度反而降低。另外，过度的Cr的添加导致韧性的降低。因此，Cr含量为5.00％以下。Cr含量优选为4.50％以下，更优选为4.00％以下。
N：0.0100％以下
N是作为不可避免的杂质而含有的元素，带来使母材的韧性降低等不良影响，但能够允许含有0.0100％以下。另一方面，N含量的下限没有特别限定，可以为0％，通常N是作为杂质在钢中不可避免地含有的元素，因此工业上可以超过0％。
O：0.0100％以下
O是作为不可避免的杂质而含有的元素，带来使母材的韧性降低等不良影响，但能够允许含有0.0100％以下。另一方面，O含量的下限没有特别限定，可以为0％，通常O是作为杂质在钢中不可避免地含有的元素，因此工业上可以超过0％。
进而，对于本发明的耐磨损钢板，重要的是以上的基本成分满足下式(1)。
1.00≤0.45Cr+Mo≤2.25…(1)
在本发明中，为了提高高温下的耐磨损性，通过添加规定量以上的Cr、根据需要的后述的Mo，从而提高了高温下的耐磨损性。如此，在单独添加Cr。进而根据需要与Cr一起添加Mo的复合添加中，满足上式(1)对于确保400℃时的硬度特别重要。即，0.45Cr+Mo＜1.0时，从表层起1mm的深度的400℃时的硬度降低，高温下的耐磨损性降低。因此，设为1.00≤0.45Cr+Mo。进而，为了提高高温下的耐磨损性，优选为1.10≤0.45Cr+Mo，更优选为1.20≤0.45Cr+Mo。
另一方面，如果为0.45Cr+Mo＞2.25，则韧性大幅劣化。因此，设为0.45Cr+Mo≤2.25。
以上为本发明中的基本的成分组成，但可以任意地进一步含有选自Mo：1.80％以下、Cu：5.00％以下、Ni：5.00％以下、V：1.00％以下、W：1.00％以下、Co：1.00％以下、Nb：0.050％以下、Ti：0.100％以下、B：0.0100％以下、Ca：0.0200％以下、Mg：0.0200％以下以及REM：0.0200％以下中的1种以上。
Mo：1.80％以下
Mo与Cr同样地是具有提高高温下的耐磨损性的作用的元素，为了提高高温下的耐磨损性，可以任意地添加。在添加Mo的情况下，为了得到上述效果，优选使Mo含量为0.01％以上。另一方面，如果Mo含量超过1.80％，则导致韧性的降低、合金成本的上升。因此，在添加Mo的情况下，使Mo含量为1.80％以下。进而，在添加Mo的情况下，需要满足上述的式(1)。应予说明，在没有添加Mo的钢中，在通过化学分析而检测出微量的Mo的情况下，在上述的式(1)中反映分析结果。
Cu：5.00％以下
Cu是具有提高高温下的耐磨损性的作用的元素，为了提高高温下的耐磨损性，可以任意地添加。在添加Cu的情况下，为了得到上述效果，优选使Cu含量为0.01％以上。另一方面，如果Cu含量超过5.00％，则导致焊接性的劣化、合金成本的上升。因此，在添加Cu的情况下，使Cu含量为5.00％以下。
Ni：5.00％以下
Ni与Cu同样地是具有提高高温下的耐磨损性的作用的元素，为了提高高温下的耐磨损性，可以任意地添加。在添加Ni的情况下，为了得到上述效果，优选使Ni含量为0.01％以上。另一方面，如果Ni含量超过5.00％，则导致焊接性的劣化、合金成本的上升。因此，在添加Ni的情况下，使Ni含量为5.00％以下。
V：1.00％以下
V与Cu同样地是具有提高高温下的耐磨损性的作用的元素，为了提高钢板内部的硬度，可以任意地添加。在添加V的情况下，为了得到上述效果，优选使V含量为0.01％以上。另一方面，如果V含量超过1.00％，则导致焊接性的劣化、合金成本的上升。因此，在添加V的情况下，使V含量为1.00％以下。
W：1.00％以下
W与Cu同样地是具有提高高温下的耐磨损性的作用的元素，为了提高高温下的耐磨损性，可以任意地添加。在添加W的情况下，为了得到上述效果，优选使W含量为0.01％以上。另一方面，如果W含量超过1.00％，则导致焊接性的劣化、合金成本的上升。因此，在添加W的情况下，使W含量为1.00％以下。
Co：1.00％以下
Co与Cu同样地是具有提高高温下的耐磨损性的作用的元素，为了提高钢板内部的硬度，可以任意地添加。在添加Co的情况下，为了得到上述效果，优选使Co含量为0.01％以上。另一方面，如果Co含量超过1.00％，则导致焊接性的劣化、合金成本的上升。因此，在添加Co的情况下，使Co含量为1.00％以下。
Nb：0.050％以下
Nb是有助于提高高温下的耐磨损性的元素。在添加Nb的情况下，为了得到上述效果，优选使Nb含量为0.005％以上，更优选为0.007％以上。另一方面，如果Nb含量超过0.050％，则NbC大量析出，加工性降低。因此，在添加Nb的情况下，使Nb含量为0.050％以下。Nb含量优选为0.040％以下。进一步优选为0.030％以下。
Ti：0.100％以下
Ti是氮化物形成趋势强且具有固定N而减少固溶N的作用的元素。因此，通过添加Ti，能够提高母材和焊接部的韧性。另外，在添加Ti和B这两者的情况下，通过Ti固定N而抑制BN的析出，其结果，促进B的淬透性提高效果。为了得到这些效果，在添加Ti的情况下，优选使Ti含量为0.010％以上，更优选为0.012％以上。另一方面，如果Ti含量超过0.100％，则TiC大量析出，使加工性降低。因此，在含有Ti的情况下，Ti含量为0.100％以下。Ti含量优选为0.090％以下。进一步优选为0.080％以下。
B：0.0100％以下
B是具有即使微量添加也显著提高淬透性的作用的元素。因此，通过添加B而促进淬火时的马氏体的形成，能够进一步提高耐磨损性。为了得到上述效果，在添加B的情况下，优选使B含量为0.0001％以上，更优选为0.0005％以上，进一步更优选为0.0010％以上。另一方面，如果B含量超过0.0100％，则焊接性降低。因此，在添加B的情况下，使B含量为0.0100％以下。B含量优选为0.0050％以下。进一步优选为0.0030％以下。
Ca：0.0200％以下
Ca是与S结合且具有抑制在轧制方向伸长的MnS等的形成的作用的元素。因此，通过添加Ca，以硫化物系夹杂物呈球状的方式进行形态控制，能够提高焊接部等的韧性。为了得到上述效果，在添加Ca的情况下，优选使Ca含量为0.0005％以上。另一方面，如果Ca含量超过0.0200％，则钢的清洁度降低。清洁度的降低导致由表面瑕疵的增加引起的表面性状劣化以及弯曲加工性的降低。因此，在添加Ca的情况下，使Ca含量为0.0200％以下。
Mg：0.0200％以下
Mg与Ca同样地是与S结合且具有抑制在轧制方向伸长的MnS等的形成的作用的元素。因此，通过添加Mg，以硫化物系夹杂物呈球状的方式进行形态控制，能够提高焊接部等的韧性。为了得到上述效果，在添加Mg的情况下，优选使Mg含量为0.0005％以上。另一方面，如果Mg含量超过0.0200％，则钢的清洁度降低。清洁度的降低导致由表面瑕疵的增加引起的表面性状劣化以及弯曲加工性的降低。因此，在添加Mg的情况下，使Mg含量为0.0200％以下。
REM：0.0200％以下
REM(稀土金属)与Ca、Mg同样地是与S结合且具有抑制在轧制方向伸长的MnS等的形成的作用的元素。因此，通过添加REM，以硫化物系夹杂物呈球状的方式进行形态控制，能够提高焊接部等的韧性。为了得到上述效果，在添加REM的情况下，优选使REM含量为0.0005％以上。另一方面，如果REM含量超过0.0200％，则钢的清洁度降低。清洁度的降低导致由表面瑕疵的增加引起的表面性状劣化以及弯曲加工性的降低。因此，在添加REM的情况下，使REM含量为0.0200％以下。
本发明的耐磨损钢板除具有上述成分组成以外，还具有从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率为95％以上的组织，在从上述钢板的表面起1mm的深度处，400℃时的维氏硬度为288以上，且25℃时的布氏硬度为360～490HBW10/3000。以下对如上限定钢的组织和硬度的理由进行说明。
[组织]
对本发明的耐磨损钢板的组织进行说明。
[从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率为95％以上]
如果从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率小于95％，则钢板的基体组织的硬度降低，因此耐磨损性劣化。因此，使马氏体的体积率为95％以上。马氏体以外的剩余部分组织没有特别限定，可以存在铁素体、珠光体、奥氏体、贝氏体。另一方面，马氏体的体积率越高越好，因此，该体积率的上限没有特别限定，可以为100％。应予说明，上述马氏体的体积率是从耐磨损钢板的表面起1mm的深度处的位置的值。另外，马氏体的体积率可以通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
[硬度]
[400℃时的维氏硬度为288以上]
对于高温下的耐磨损性，也能够通过提高从该钢板的表面起1mm的深度(也称为表层部)处的高温下的硬度而提高。从钢板的表面起1mm的深度处的400℃的硬度小于288时，无法得到充分的耐磨损性。优选为306以上。应予说明，对上限不需要特别限定，从低合金化和低成本化的观点考虑，优选为490以下。
应予说明，规定400℃时的硬度是因为在耐磨损钢板的使用环境中钢板表面的温度成为300℃以上这样的高温的情况不少，因此对于硬度规定，以相对于该高温区域的下限具有余量的400℃进行规定。
这里，上述维氏硬度使用如下得到的值，即，使用维氏硬度计(带有加热装置)，将试验片(钢板)的温度保持在400℃，依据JIS Z 2252“高温维氏硬度测定方法”的规定，以载荷：1kgf(试验力：9.8N)在从钢板表面起1mm的深度处的位置进行测定测得的值。
[25℃时的布氏硬度为360～490HBW10/3000]
钢板的耐磨损性可以通过提高从该钢板的表面起1mm的深度(表层部)处的硬度而提高。钢板表层部的25℃时的硬度以布氏硬度计小于360HBW时，无法得到充分的耐磨损性。另一方面，如果钢板表层部的25℃时的硬度以布氏硬度计超过490HBW，则母材的韧性劣化。因此，在本发明中，使钢板表层部的25℃时的硬度以布氏硬度计为360～490HBW。应予说明，这里，上述硬度为从耐磨损钢板的表面起1mm的深度处的位置的布氏硬度。另外，上述布氏硬度是使用直径10mm的钨硬球，以载荷3000kgf进行测定而得的值(HBW10/3000)。
应予说明，本发明的钢板的厚度没有特别限定，例如对于板厚为100mm的厚钢板，也能够应用本发明。
接下来，对本发明的耐磨损钢板的制造方法进行说明。
对具有上述的成分组成的钢坯材进行加热，实施热轧而制成热轧钢板，对该热轧钢板进行直接淬火或再加热淬火而制成耐磨损钢板，所述直接淬火的冷却开始温度为Ar3相变点以上且冷却停止温度为Mf点以下，冷却速度为5℃/s以上，所述再加热淬火的冷却开始温度为Ac3相变点以上且冷却停止温度为Mf点以下，冷却速度为5℃/s以上。
首先，钢坯材的制造方法不需要特别限定，优选将具有上述的成分组成的钢水利用转炉等公知的熔炼方法进行熔炼，并利用连续铸造法等公知的铸造方法制成规定尺寸的板坯等钢坯材。应予说明，通过铸锭－分解轧制法制成规定尺寸的板坯等钢坯材也没有任何问题。
得到的钢坯材在不进行冷却而直接进行热轧，或者进行冷却后，优选再加热到加热温度：900℃～1250℃而进行热轧，制成期望板厚(壁厚)的钢板。
这里，在对钢坯材进行再加热而进行热轧的情况下，钢坯材的再加热温度小于900℃时，加热温度过低，变形阻力变大，对热轧机的负荷增大，有可能难以热轧。另一方面，如果成为超过1250℃的高温，则氧化变得显著，氧化损失增大，成品率有可能降低。从这样的方面出发，再加热温度优选为900℃～1250℃。应予说明，更优选为950℃～1150℃。另外，从对热轧机的负荷的观点考虑，轧制结束温度优选为800℃～950℃。
接下来，从Ar3相变点以上起对热轧后的钢板直接进行淬火处理。这是为了通过从奥氏体状态的淬火而得到马氏体组织。通过该淬火处理，从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率为95％以上，且使25℃时的布氏硬度为360～490HBW10/3000以及使400℃时的维氏硬度为288以上。如此，在从小于Ar3相变点起的淬火时，无法充分地淬火，硬度降低，得不到耐磨损性高的微观组织。
Ar3相变点例如可以通过下式而求出。
Ar3(℃)＝910－273×C－74×Mn－57×Ni－16×Cr－9×Mo－5×Cu(各元素为含量(质量％))
另外，也可以在热轧结束后放冷后，再加热到Ac3相变点以上的温度而进行淬火处理来代替热轧结束后立即进行淬火。这是为了通过从奥氏体状态的淬火而得到马氏体组织。在从小于Ac3相变点起的淬火时，无法充分地淬火，硬度降低，得不到耐磨损性高的微观组织。
Ac3相变点例如可以通过下式而求出。
Ac3(℃)＝912.0－230.5×C+31.6×Si－20.4×Mn－39.8×Cu－18.1×Ni－14.8×Cr+16.8×Mo(各元素为含量(质量％以下))
这里，直接淬火处理时和再加热淬火处理中的冷却速度需要为形成马氏体相的冷却速度，具体而言为5℃/s以上。应予说明，冷却速度的上限不需要特别限制，但如果超过200℃/s，则在一般的设备中钢板的长边方向或宽度方向的组织的偏差显著变大，因此冷却速度优选为200℃/s以下。
进而，冷却的停止温度为Mf点以下，优选为150℃以下。这是因为如果停止温度超过Mf点，则得不到充分体积率的马氏体组织，25℃时的硬度和400℃时的硬度降低，高温下的耐磨损性降低。
Mf点例如可以通过下式而求出。
Mf(℃)＝410.5－407.3×C－7.3×Si－37.8×Mn－20.5×Cu－19.5×Ni－19.8×Cr－4.5×Mo(各元素为含量(质量％))
实施例
对表1所示的成分组成的钢水进行熔炼，制成钢坯材(板坯)。对这些钢坯材(板坯)实施表2所示的条件的加热温度和轧制结束温度下的热轧，制成表2所示的板厚的热轧板。对一部分的热轧板实施在热轧结束后立即淬火的直接淬火处理。另外，对剩余的热轧板实施在热轧后放冷，再加热后淬火的再加热淬火处理。
在从得到的钢板的表面起1mm的深度(表层部)处，测定马氏体的体积率和表层部硬度(25℃时的布氏硬度和400℃时的维氏硬度)，并且对各钢板的高温下的耐磨损性进行评价。各试验方法如下。
[马氏体的体积率]
钢板的耐磨损性主要由钢板的表层部的硬度决定。因此，以从表面起1mm的深度的位置成为观察面的方式从得到的各钢板采取样品。对上述样品的表面进行镜面研磨，进一步进行硝酸乙醇腐蚀液腐蚀后，使用扫描式电子显微镜(SEM)，拍摄10mm×10mm的范围。使用图像解析装置对所拍摄的图像进行解析，由此求出马氏体的面积分数。
[表层部硬度]
首先，从得到的钢板采取硬度测定用试验片，依据JIS Z 2243(1998)的规定，在25℃测定从钢板的表面起在板厚方向上1mm位置的布氏硬度。即，为了除去钢板表面的氧化皮和脱碳层的影响，从钢板的表面磨削除去1mm，在25℃测定从钢板表面起1mm的面处的表面的布氏硬度。应予说明，在测定时，使用直径10mm的钨硬球，载荷为3000kgf。
另外，400℃时的维氏硬度如下测定，即，使用维氏硬度计(带有加热装置)，将试验片(钢板)的温度保持为400℃，依据JIS Z 2252“高温维氏硬度测定方法”的规定，以载荷：1kgf(试验力：9.8N)在从钢板表面起1mm的深度的位置进行测定。即，从钢板的表面磨削除去1mm，在400℃测定从钢板表面起1mm的面处的表面的维氏硬度。
[在高温下的耐磨损性]
以从得到的钢板的表面起在板厚方向上1mm的位置成为试验片表面(磨损试验面)的方式采取圆柱状的试验片(直径8mm×长度20mm)，实施高温下的磨损试验。磨损试验使用示意性地示于图1的磨损试验装置。
即，在将设置有磨损试验装置的气氛炉的温度保持在400℃的状态下，在与试验机内的转子连接的盘状的磨损件(主成分：氧化铝)上设置上述的试验片，利用与试验片的上部连接的秤锤施加98N的载荷，同时使磨损件以转子转速：60m/min旋转300次，进行了试验。
在以上的试验结束后，取出试验片，测定试验片的质量。由试验前后的试验片的质量差算出磨损量。对于各钢板的高温下的磨损特性，以钢板No.31的比较材(钢种U：软钢板)的磨损量为基准(＝1.0)，以耐磨损比＝(软钢板的磨损量)/(各钢板的磨损量)进行了评价。应予说明，将高温下的耐磨损比为1.8以上的情况判定为“高温下的耐磨损性优异”。
将得到的结果一并记载于表2。
(3)夏比冲击试验
在得到的钢板的板厚的1/4的位置，从与轧制方向垂直的方向(C方向)采取V型缺口试验片，依据JIS Z 2242(1998)的规定实施夏比冲击试验。求出试验温度为－40℃时的吸收能量vE－40(J)。应予说明，试验片根数各为3根，将其算术平均作为该钢板的吸收能量vE－40。将vE－40为27J以上的钢板判定为“母材的韧性优异的钢板”。
[表1]
Figure BDA0003547460590000141
[表2]
Figure BDA0003547460590000151
由表1和2可知，发明例均得到从表面起1mm深度的25℃时的硬度以布氏硬度计为360～490HBW10/3000，高温下的耐磨损比为1.8以上，－40℃时的吸收能量为27J以上，高温下的耐磨损性和低温下的韧性优异的耐磨损钢板。另一方面，相当于比较例的钢板No.4、5、6、10、11、12的表层部硬度或马氏体组织分数与发明例不同，高温下的耐磨损性比发明例差。另外，在相当于比较例的钢板No.24中，碳量低且马氏体组织分数与发明例不同，高温下的耐磨损性比发明例差。在钢板No.25中，碳量高且表层部的硬度与发明例不同，高温下的耐磨损性、低温下的韧性比发明例差。
在钢板No.26、27、28、29、31和32中，各种元素的添加量比发明例多，低温下的韧性比发明例差。在钢板No.30中，Cr的添加量比发明例少，高温下的耐磨损性比发明例差。在0.45Cr+Mo＜1.0的钢板No.33中，高温下的耐磨损性比发明例差。进而，在2.25＜0.45Cr+Mo的钢板No.34中，低温下的韧性比发明例差。

Claims (3)

1.一种耐磨损钢板，具有如下的成分组成和组织：
所述成分组成以质量％计包含C：0.10％～0.23％、Si：0.05％～1.00％、Mn：0.10％～2.00％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：0.050％以下、Cr：1.00％～5.00％、N：0.0100％以下以及O：0.0100％以下，且满足下式(1)，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，
所述组织的从钢板的表面起1mm的深度处的马氏体的体积率为95％以上，
在从所述钢板的表面起1mm的深度处，400℃时的维氏硬度为288以上，且25℃时的布氏硬度为360～490HBW10/3000，
1.00≤0.45Cr+Mo≤2.25…(1)
其中，式(1)中的元素符号为各元素的含量，含量的单位为质量％，不含有的元素的含量为0。
2.根据权利要求1所述的耐磨损钢板，其中，所述成分组成以质量％计进一步含有选自Mo：1.80％以下、Cu：5.00％以下、Ni：5.00％以下、V：1.00％以下、W：1.00％以下、Co：1.00％以下、Nb：0.050％以下、Ti：0.100％以下、B：0.0100％以下、Ca：0.0200％以下、Mg：0.0200％以下以及REM：0.0200％以下中的1种以上。
3.一种耐磨损钢板的制造方法，是制造权利要求1或2所述的耐磨损钢板的方法，对具有权利要求1或2所述的钢坯材实施热轧而制成热轧钢板，对该热轧钢板进行直接淬火或再加热淬火，所述直接淬火的冷却开始温度为Ar3相变点以上且冷却停止温度为由下式算出的Mf点以下，冷却速度为5℃/s以上，所述再加热淬火的冷却开始温度为Ac3相变点以上且冷却停止温度为所述Mf点以下，冷却速度为5℃/s以上，
Mf(℃)＝410.5－407.3×C－7.3×Si－37.8×Mn－20.5×Cu－19.5×Ni－19.8×Cr－4.5×Mo
其中，式中的元素符号表示所述成分组成中的各元素的含量，单位为质量％，不含有的元素的含量为0。
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