JP2000256784A - 高靱性耐摩耗部材用厚鋼板 - Google Patents
高靱性耐摩耗部材用厚鋼板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 産業廃棄物の破砕・粉砕機や各種建設機械な
どの摩耗部品に用いられる高靱性耐摩耗部材用厚鋼板を
提供する。 【解決手段】 重量％で、C:0.20％超0.40％以下、Si：
0.2%以上1.0%以下、Mn：0.2%以上2.0%以下、P:0.020%以
下、S:0.010%以下、Al：0.010%以下、Ti：0.005%以上0.
30％以下、V:0.30％以下で、且つTi＋Ｖが0.05％以上0.
40％以下、Nb：0.01％以上0.10％以下、Mg：0.0002％以
上0.0050％以下、N:0.003%以上0.020%以下、O:0.0005％
以上0.0080％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物
からなる組成を有し、粒子径が0.005 〜0.1 μｍのMgO
を核としてその周辺にTiC 、TiN 、VC及びVNの１種又は
２種以上の炭化物、窒化物を有する大きさが0.1 〜１μ
ｍの複合析出物を１平方ｍｍあたり５×103 個以上含む
高靱性耐摩耗部材用厚鋼板。
どの摩耗部品に用いられる高靱性耐摩耗部材用厚鋼板を
提供する。 【解決手段】 重量％で、C:0.20％超0.40％以下、Si：
0.2%以上1.0%以下、Mn：0.2%以上2.0%以下、P:0.020%以
下、S:0.010%以下、Al：0.010%以下、Ti：0.005%以上0.
30％以下、V:0.30％以下で、且つTi＋Ｖが0.05％以上0.
40％以下、Nb：0.01％以上0.10％以下、Mg：0.0002％以
上0.0050％以下、N:0.003%以上0.020%以下、O:0.0005％
以上0.0080％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物
からなる組成を有し、粒子径が0.005 〜0.1 μｍのMgO
を核としてその周辺にTiC 、TiN 、VC及びVNの１種又は
２種以上の炭化物、窒化物を有する大きさが0.1 〜１μ
ｍの複合析出物を１平方ｍｍあたり５×103 個以上含む
高靱性耐摩耗部材用厚鋼板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、産業廃棄物の破
砕・粉砕機や各種建設機械などの摩耗部品に用いられ
る、高靱性耐摩耗部材用厚鋼板に関する。
砕・粉砕機や各種建設機械などの摩耗部品に用いられ
る、高靱性耐摩耗部材用厚鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】資源リサイクルの重要性が高まるなか、
自動車や電化製品等の産業廃棄物の破砕、粉砕をいかに
効率的にかつ経済的に行なうかがますます重要な課題と
なっている。これらの破砕、粉砕機にはさまざまな耐摩
耗部材が用途にあわせて使用されているが、使用環境が
過酷なため、頻繁に交換が必要となる部材も多く、その
耐久性向上と低コスト化は、産業廃棄物処理コスト低減
にとっても大きな課題である。
自動車や電化製品等の産業廃棄物の破砕、粉砕をいかに
効率的にかつ経済的に行なうかがますます重要な課題と
なっている。これらの破砕、粉砕機にはさまざまな耐摩
耗部材が用途にあわせて使用されているが、使用環境が
過酷なため、頻繁に交換が必要となる部材も多く、その
耐久性向上と低コスト化は、産業廃棄物処理コスト低減
にとっても大きな課題である。
【０００３】例えば産業廃棄物シュレッダーでは、破
砕、粉砕処理中の雰囲気温度が200 〜300 ℃まで高くな
ることがあり、そこに用いられているライナー材等は、
破砕、粉砕の際の激しい衝撃を受けるため著しいガウジ
ング摩耗が生じる。そして、このような部材が最終的に
使用できなくなるのは、ある程度摩耗が進行して板厚が
減少してきた際に、衝撃によって割れを生じるためであ
ることが多い。また、建設機械等に用いられる耐摩耗部
材においても摩擦熱のために表面温度が300 ℃程度以上
になることもあり、やはり減厚してきたときに割れが生
じることで寿命が決定される場合が多い。したがって、
このような過酷な環境において部材の耐久性を高めるた
めには、例えば300 ℃程度の高温域においても十分に高
い耐摩耗性を有していて、かつ摩耗により減厚されても
容易に割れを生じないための高い靱性を有することが重
要となる。
砕、粉砕処理中の雰囲気温度が200 〜300 ℃まで高くな
ることがあり、そこに用いられているライナー材等は、
破砕、粉砕の際の激しい衝撃を受けるため著しいガウジ
ング摩耗が生じる。そして、このような部材が最終的に
使用できなくなるのは、ある程度摩耗が進行して板厚が
減少してきた際に、衝撃によって割れを生じるためであ
ることが多い。また、建設機械等に用いられる耐摩耗部
材においても摩擦熱のために表面温度が300 ℃程度以上
になることもあり、やはり減厚してきたときに割れが生
じることで寿命が決定される場合が多い。したがって、
このような過酷な環境において部材の耐久性を高めるた
めには、例えば300 ℃程度の高温域においても十分に高
い耐摩耗性を有していて、かつ摩耗により減厚されても
容易に割れを生じないための高い靱性を有することが重
要となる。
【０００４】高温域で高い耐摩耗性を得るには、高温で
の硬さを高くすることが有効である。そのため、高温で
用いられる耐摩耗部材には、Ｃの他、Si、Cr、Mo等の合
金元素が多く添加される。その例として、低合金系の鋳
造材料（例えば、特開昭52-86916、特開昭54-118320 、
特開平1-219145など）があるが、Ｃ、Si、Cr等の合金元
素が高いことから、ある程度靱性を高めるためには鍛造
工程を必要とするために製造コストが高くなる。熱間圧
延で製造できる鋼材で、特開昭59-107066 は高温耐摩耗
性と靱性に優れると称されるものであるが、高温耐摩耗
性を重視しているために、素地の硬さを高めるＣ、Siの
含有量を、熱間圧延材としてはかなり高くしており、さ
らに高温硬さを向上させるCr、Mo多く添加されている。
これらはいずれも靱性を低下させる元素であり、著しい
ガウジング摩耗が生じるような過酷な環境を考慮する
と、靱性は十分ではないと推定される。また、特開平3-
343743は中常温域で高い強度を有する鋼と称されるもの
であるが、その記載内容には靱性値についてはふれられ
ておらず、Siが高いことから靱性値は高くないものと推
察される。
の硬さを高くすることが有効である。そのため、高温で
用いられる耐摩耗部材には、Ｃの他、Si、Cr、Mo等の合
金元素が多く添加される。その例として、低合金系の鋳
造材料（例えば、特開昭52-86916、特開昭54-118320 、
特開平1-219145など）があるが、Ｃ、Si、Cr等の合金元
素が高いことから、ある程度靱性を高めるためには鍛造
工程を必要とするために製造コストが高くなる。熱間圧
延で製造できる鋼材で、特開昭59-107066 は高温耐摩耗
性と靱性に優れると称されるものであるが、高温耐摩耗
性を重視しているために、素地の硬さを高めるＣ、Siの
含有量を、熱間圧延材としてはかなり高くしており、さ
らに高温硬さを向上させるCr、Mo多く添加されている。
これらはいずれも靱性を低下させる元素であり、著しい
ガウジング摩耗が生じるような過酷な環境を考慮する
と、靱性は十分ではないと推定される。また、特開平3-
343743は中常温域で高い強度を有する鋼と称されるもの
であるが、その記載内容には靱性値についてはふれられ
ておらず、Siが高いことから靱性値は高くないものと推
察される。
【０００５】高温でも安定な炭化物や窒化物など高硬度
の析出物をマトリックス中に生成させることは、常温硬
さをあまり上げないで高温硬さを高めることができるの
で、靱性を低下させないで高温での硬さを高める方法と
して有効である。しかし、これらの析出物は多く添加す
ると粗大になる傾向があり、それが破壊の発生起点とな
って靱性を低下させる。そのために高硬度析出物の利用
には限界があった。
の析出物をマトリックス中に生成させることは、常温硬
さをあまり上げないで高温硬さを高めることができるの
で、靱性を低下させないで高温での硬さを高める方法と
して有効である。しかし、これらの析出物は多く添加す
ると粗大になる傾向があり、それが破壊の発生起点とな
って靱性を低下させる。そのために高硬度析出物の利用
には限界があった。
【０００６】したがって、摩擦熱や雰囲気温度によって
材料温度が高温にさらされる過酷な環境下において、そ
れに耐える十分な高温耐摩耗性と、かつ摩耗により減厚
されても割れを生じないための高い靱性をあわせて有
し、さらに消耗品として考えた場合にその耐久性と価格
のバランスからみて満足できる鋼材はこれまでなかった
といえる。
材料温度が高温にさらされる過酷な環境下において、そ
れに耐える十分な高温耐摩耗性と、かつ摩耗により減厚
されても割れを生じないための高い靱性をあわせて有
し、さらに消耗品として考えた場合にその耐久性と価格
のバランスからみて満足できる鋼材はこれまでなかった
といえる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温域にお
ける優れた耐摩耗性と高い靱性を兼ね備える部材用厚鋼
板（板厚６mm以上）を提供することを課題とするもので
ある。
ける優れた耐摩耗性と高い靱性を兼ね備える部材用厚鋼
板（板厚６mm以上）を提供することを課題とするもので
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、高温域での
耐摩耗性を大幅に向上させるための手段として、種々の
炭化物および窒化物などの高硬度析出物に着目し、高温
での硬さと靱性とを両立させるために、これら高硬度析
出物をマトリックス中に多量に微細分散させる方法を種
々検討した。その結果、Mg酸化物(MgO) を利用すること
により、TiC 、TiN 、VC、VNの高硬度析出物を多量にか
つ微細均一に析出させることができること、特定範囲の
大きさのこれら高硬度析出物を一定数以上分散析出させ
ることにより、靱性を低下させないで高温での硬さを大
幅に向上させ得ることを知見した。
耐摩耗性を大幅に向上させるための手段として、種々の
炭化物および窒化物などの高硬度析出物に着目し、高温
での硬さと靱性とを両立させるために、これら高硬度析
出物をマトリックス中に多量に微細分散させる方法を種
々検討した。その結果、Mg酸化物(MgO) を利用すること
により、TiC 、TiN 、VC、VNの高硬度析出物を多量にか
つ微細均一に析出させることができること、特定範囲の
大きさのこれら高硬度析出物を一定数以上分散析出させ
ることにより、靱性を低下させないで高温での硬さを大
幅に向上させ得ることを知見した。
【０００９】本発明の要旨は、（１）重量％で、Ｃ：0.
20％超、0.40％以下、Si：0.2%以上、1.0%以下、Mn：0.
2%以上、2.0%以下、Ｐ：0.020%以下、Ｓ：0.010%以下、
Al：0.010%以下、Ti：0.005%以上、0.30％以下、Ｖ：0.
30％以下で、かつTi＋Ｖが0.05％以上、0.40％以下、N
b：0.01％以上、0.10％以下、Mg：0.0002％以上、0.005
0％以下、Ｎ：0.003%以上、0.020%以下、Ｏ：0.0005％
以上、0.0080％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純
物からなる組成を有する厚鋼板からなる耐摩耗部材であ
って、粒子径が0.005 〜0.1 μｍのMgO を核としてその
周辺にTiC 、TiN 、VCおよびVNの１種または２種以上の
炭化物、窒化物を有する大きさが0.1 〜１μｍの複合析
出物を１平方ｍｍあたり５×103 個以上含むことを特徴
とする高靱性耐摩耗部材用厚鋼板。
20％超、0.40％以下、Si：0.2%以上、1.0%以下、Mn：0.
2%以上、2.0%以下、Ｐ：0.020%以下、Ｓ：0.010%以下、
Al：0.010%以下、Ti：0.005%以上、0.30％以下、Ｖ：0.
30％以下で、かつTi＋Ｖが0.05％以上、0.40％以下、N
b：0.01％以上、0.10％以下、Mg：0.0002％以上、0.005
0％以下、Ｎ：0.003%以上、0.020%以下、Ｏ：0.0005％
以上、0.0080％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純
物からなる組成を有する厚鋼板からなる耐摩耗部材であ
って、粒子径が0.005 〜0.1 μｍのMgO を核としてその
周辺にTiC 、TiN 、VCおよびVNの１種または２種以上の
炭化物、窒化物を有する大きさが0.1 〜１μｍの複合析
出物を１平方ｍｍあたり５×103 個以上含むことを特徴
とする高靱性耐摩耗部材用厚鋼板。
【００１０】（２）（１）の鋼に、さらに重量％で、C
u：1.0%以下、Cr：3.0%以下、Mo：2.0%以下、Ｂ：0.000
5以上、0.005%以下からなる強化元素群、および靱性向
上元素であるNi：5.0%以下のうちの１種または２種以上
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有
する厚鋼板からなる耐摩耗部材であって、粒子径が0.00
5 〜0.1 μｍのMgO を核としてその周辺にTiC 、TiN 、
VCおよびVNの１種または２種以上の炭化物、窒化物を有
する大きさが0.1 〜１μｍの複合析出物を１平方ｍｍあ
たり５×103 個以上含むことを特徴とする高靱性耐摩耗
部材用厚鋼板である。
u：1.0%以下、Cr：3.0%以下、Mo：2.0%以下、Ｂ：0.000
5以上、0.005%以下からなる強化元素群、および靱性向
上元素であるNi：5.0%以下のうちの１種または２種以上
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有
する厚鋼板からなる耐摩耗部材であって、粒子径が0.00
5 〜0.1 μｍのMgO を核としてその周辺にTiC 、TiN 、
VCおよびVNの１種または２種以上の炭化物、窒化物を有
する大きさが0.1 〜１μｍの複合析出物を１平方ｍｍあ
たり５×103 個以上含むことを特徴とする高靱性耐摩耗
部材用厚鋼板である。
【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。靱
性を低下させないで高温での硬さを向上させるために炭
化物や窒化物などの高硬度析出物を活用するためには、
それら高硬度析出物をマトリックス中に多量にかつ微細
均一に分散析出させることが必要である。発明者らは、
種々検討を重ねた結果、微細な酸化物をあらかじめ微細
分散させておき、そこに炭化物や窒化物を生成する元素
を添加する方法で、酸化物を核とする炭化物および窒化
物の複合析出物が生成する場合があり、この複合析出物
は非常に微細均一に生成し得ることを知見した。さらに
元素の組み合わせについて検討を重ねた結果、核となる
酸化物としてMgO 、炭化物および窒化物を生成する元素
としてTiおよびＶが特に有効であることを知見した。
性を低下させないで高温での硬さを向上させるために炭
化物や窒化物などの高硬度析出物を活用するためには、
それら高硬度析出物をマトリックス中に多量にかつ微細
均一に分散析出させることが必要である。発明者らは、
種々検討を重ねた結果、微細な酸化物をあらかじめ微細
分散させておき、そこに炭化物や窒化物を生成する元素
を添加する方法で、酸化物を核とする炭化物および窒化
物の複合析出物が生成する場合があり、この複合析出物
は非常に微細均一に生成し得ることを知見した。さらに
元素の組み合わせについて検討を重ねた結果、核となる
酸化物としてMgO 、炭化物および窒化物を生成する元素
としてTiおよびＶが特に有効であることを知見した。
【００１２】すなわち、MgO をあらかじめ多量に微細分
散析出させ、そこにTiまたはＶを添加することで、MgO
を核とするTiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物が均一
に生成し、これらはTiおよびＶを多量に添加した場合に
も粗大化が抑制される。MgOはNaCl型の立方晶の結晶構
造を有するものであり、その格子定数は4.21オングスト
ロームである。一方、TiC 、TiN 、VC、VNもいずれも、
NaCl型の立方晶の結晶構造を有し、格子定数はTiC が4.
38オングストローム、TiN が4.24オングストローム、VC
が4.16オングストローム、VNが4.13オングストローム、
といずれもMgOと近い。そのため、鋼中にMgO が分散し
ており、固溶状態のTiおよびＶとＣ、Ｎが存在していれ
ば、MgO の上にTiC 、TiN 、VC、VNが容易に析出できる
ものと考えられる。そのためMgO が存在していない場合
のTiC 、TiN 、VC、VNの析出に比べて、MgO を核とする
TiC 、TiN 、VC、VN等の複合析出物ははるかに微細に析
出するものと発明者らは考えている。Mgは酸素との結び
つきが強く、溶綱Ｏ濃度を制御すれば微細なMgO を容易
に析出させられることと、TiC 、TiN 、VC、VNとのいず
れとも格子定数が近いことから、本発明の目的にはMgO
を複合析出物の核とすることが最適であると本発明者ら
は考えている。
散析出させ、そこにTiまたはＶを添加することで、MgO
を核とするTiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物が均一
に生成し、これらはTiおよびＶを多量に添加した場合に
も粗大化が抑制される。MgOはNaCl型の立方晶の結晶構
造を有するものであり、その格子定数は4.21オングスト
ロームである。一方、TiC 、TiN 、VC、VNもいずれも、
NaCl型の立方晶の結晶構造を有し、格子定数はTiC が4.
38オングストローム、TiN が4.24オングストローム、VC
が4.16オングストローム、VNが4.13オングストローム、
といずれもMgOと近い。そのため、鋼中にMgO が分散し
ており、固溶状態のTiおよびＶとＣ、Ｎが存在していれ
ば、MgO の上にTiC 、TiN 、VC、VNが容易に析出できる
ものと考えられる。そのためMgO が存在していない場合
のTiC 、TiN 、VC、VNの析出に比べて、MgO を核とする
TiC 、TiN 、VC、VN等の複合析出物ははるかに微細に析
出するものと発明者らは考えている。Mgは酸素との結び
つきが強く、溶綱Ｏ濃度を制御すれば微細なMgO を容易
に析出させられることと、TiC 、TiN 、VC、VNとのいず
れとも格子定数が近いことから、本発明の目的にはMgO
を複合析出物の核とすることが最適であると本発明者ら
は考えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明では、Mg酸化物の粒子径を
0.005 〜0.1 μｍに限定している。これは、0.005 μｍ
未満ではTiC 、TiN 、VC、VNとの複合析出が困難にな
り、逆に0.1 μｍ超では多量の微細分散析出が困難にな
るためである。また、MgO を核とするTiC 、TiN 、VC、
VNとの複合析出物のサイズを0.1 〜１μｍに、その個数
を１平方ｍｍあたり５×103 個以上に限定している。こ
れはサイズが0.1 μｍ以下、あるいは個数が１平方ｍｍ
あたり５×103 個未満では、耐摩耗性を向上させる効果
が顕著でなく、またサイズが1 μｍ超では破壊起点とな
りやすく、靱性低下の原因となり得るからである。ここ
で、MgO を核とするTiC 、TiN 、VCおよびVNとの複合析
出物と呼んでいるものは、TiC 、TiN 、VC、VNがそれぞ
れ単独でMgO 上に析出しているものと、TiC 、TiN 、V
C、VNのうちの２種以上が同時にMgO 上に析出している
ものとを含む。MgO を核とするTiC 、TiN 、VC、VN等の
複合析出物の個数は、例えば鋼板から抽出レプリカを採
取し、透過型電子顕微鏡で観察するなどの方法で測定
し、１平方ｍｍ当たりの個数に換算した。
0.005 〜0.1 μｍに限定している。これは、0.005 μｍ
未満ではTiC 、TiN 、VC、VNとの複合析出が困難にな
り、逆に0.1 μｍ超では多量の微細分散析出が困難にな
るためである。また、MgO を核とするTiC 、TiN 、VC、
VNとの複合析出物のサイズを0.1 〜１μｍに、その個数
を１平方ｍｍあたり５×103 個以上に限定している。こ
れはサイズが0.1 μｍ以下、あるいは個数が１平方ｍｍ
あたり５×103 個未満では、耐摩耗性を向上させる効果
が顕著でなく、またサイズが1 μｍ超では破壊起点とな
りやすく、靱性低下の原因となり得るからである。ここ
で、MgO を核とするTiC 、TiN 、VCおよびVNとの複合析
出物と呼んでいるものは、TiC 、TiN 、VC、VNがそれぞ
れ単独でMgO 上に析出しているものと、TiC 、TiN 、V
C、VNのうちの２種以上が同時にMgO 上に析出している
ものとを含む。MgO を核とするTiC 、TiN 、VC、VN等の
複合析出物の個数は、例えば鋼板から抽出レプリカを採
取し、透過型電子顕微鏡で観察するなどの方法で測定
し、１平方ｍｍ当たりの個数に換算した。
【００１４】上記のようなサイズおよび個数の析出物を
鋼中に分散させるためには、Al、Mg、Ｏを下記のように
限定し、かつTiおよびＶを下記範囲で含有することが望
ましい。 Al：Alは、0.010%以下とする。これは、Alを0.01％超と
するとアルミナ主体の酸化物が増加し、MgO の生成が抑
制されるためである。MgO を微細、均一に分散させるた
めには、Alは0.005%以下とすることがより好ましい。
鋼中に分散させるためには、Al、Mg、Ｏを下記のように
限定し、かつTiおよびＶを下記範囲で含有することが望
ましい。 Al：Alは、0.010%以下とする。これは、Alを0.01％超と
するとアルミナ主体の酸化物が増加し、MgO の生成が抑
制されるためである。MgO を微細、均一に分散させるた
めには、Alは0.005%以下とすることがより好ましい。
【００１５】Mg：Mgは、0.0002％以上、0.0050％とす
る。0.0002％未満では、TiC 、TiN 、VCおよびVNの複合
析出物を微細化させるのに十分なMgO が得られない。ま
た、0.0050％超ではMgO が粗大になり、靱性を低下させ
る原因になる。TiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物を
微細化させるのに十分なMgO を得るためには、Mgは、さ
らに望ましくは0.0010％以上、0.0030％以下とする。
る。0.0002％未満では、TiC 、TiN 、VCおよびVNの複合
析出物を微細化させるのに十分なMgO が得られない。ま
た、0.0050％超ではMgO が粗大になり、靱性を低下させ
る原因になる。TiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物を
微細化させるのに十分なMgO を得るためには、Mgは、さ
らに望ましくは0.0010％以上、0.0030％以下とする。
【００１６】Ｏ：Ｏは、0.0005％以上、0.0080％以下と
する。0.0005％未満では、TiC 、TiN 、VCおよびVNの複
合析出物を微細化させるのに十分なMgO が得られない。
また、0.0080％超ではMgO が粗大になり、靱性を低下さ
せる原因になる。TiC 、TiN、VCおよびVNの複合析出物
を微細化させるのに十分なMgO を得るためには、Ｏは、
さらに望ましくは0.0015％以上、0.0040％以下とする。
する。0.0005％未満では、TiC 、TiN 、VCおよびVNの複
合析出物を微細化させるのに十分なMgO が得られない。
また、0.0080％超ではMgO が粗大になり、靱性を低下さ
せる原因になる。TiC 、TiN、VCおよびVNの複合析出物
を微細化させるのに十分なMgO を得るためには、Ｏは、
さらに望ましくは0.0015％以上、0.0040％以下とする。
【００１７】TiおよびＶ：Ti＋Ｖが0.05％未満では耐摩
耗性を向上させるのに十分な複合析出物を得られない。
また、Ti、Ｖそれぞれ単独で0.30％を超えるか、Ti＋Ｖ
の量が0.40％を超えると、１μｍ超の粗大析出物が生成
しやすく、靱性を低下させる場合がある。また、Tiは複
合析出物を生成させる目的以外にも、脱酸元素として少
なくとも0.005%の添加が必要である。そのため、Tiを添
加する範囲は0.005%以上、0.30％以下、Ｖを添加する範
囲は0.30％以下とし、かつTi＋Ｖの量を0.05％以上、0.
40％以下とする。Tiの添加については、特にTiを0.015%
以上添加する場合に、添加方法に留意が必要である。溶
綱へのTi添加は、溶綱のＯ濃度を0.010%以下とした状態
で、まず0.005%以上、0.015%以下を添加して脱酸を行な
い、引き続いてMgを添加して微細なMgO を鋼中に生成さ
せ、その後に残りのTiを添加するようにする。これは、
0.015%超のTiをMgより先に添加した場合には、MgO の微
細分散が不十分となり、その結果、MgO を核とするTiC
およびTiN が微細分散析出しないためである。
耗性を向上させるのに十分な複合析出物を得られない。
また、Ti、Ｖそれぞれ単独で0.30％を超えるか、Ti＋Ｖ
の量が0.40％を超えると、１μｍ超の粗大析出物が生成
しやすく、靱性を低下させる場合がある。また、Tiは複
合析出物を生成させる目的以外にも、脱酸元素として少
なくとも0.005%の添加が必要である。そのため、Tiを添
加する範囲は0.005%以上、0.30％以下、Ｖを添加する範
囲は0.30％以下とし、かつTi＋Ｖの量を0.05％以上、0.
40％以下とする。Tiの添加については、特にTiを0.015%
以上添加する場合に、添加方法に留意が必要である。溶
綱へのTi添加は、溶綱のＯ濃度を0.010%以下とした状態
で、まず0.005%以上、0.015%以下を添加して脱酸を行な
い、引き続いてMgを添加して微細なMgO を鋼中に生成さ
せ、その後に残りのTiを添加するようにする。これは、
0.015%超のTiをMgより先に添加した場合には、MgO の微
細分散が不十分となり、その結果、MgO を核とするTiC
およびTiN が微細分散析出しないためである。
【００１８】さらに、Al、Mg、Ｏ、Ti、Ｖ以外の元素の
本発明の鋼成分の限定理由を述べる。 Ｃ：Ｃは鋼の常温および高温硬さを上昇させ、耐摩耗性
を高めるうえで重要である。本発明では、TiC 、TiN 、
VC、VNなどの高硬度の析出相の効果によって、Ｃ量は低
めに抑えるが、それでも0.20％以下では十分な耐摩耗性
を維持できない。また、0.40％を超えると延性および靱
性が低下するので、Ｃ含有量は、0.20％超、0.40％以下
に限定した。
本発明の鋼成分の限定理由を述べる。 Ｃ：Ｃは鋼の常温および高温硬さを上昇させ、耐摩耗性
を高めるうえで重要である。本発明では、TiC 、TiN 、
VC、VNなどの高硬度の析出相の効果によって、Ｃ量は低
めに抑えるが、それでも0.20％以下では十分な耐摩耗性
を維持できない。また、0.40％を超えると延性および靱
性が低下するので、Ｃ含有量は、0.20％超、0.40％以下
に限定した。
【００１９】Si：Siは常温硬さを上昇させるとともに、
鋼の軟化抵抗を高めることから、400 ℃程度までの高温
での耐摩耗性向上に効果もある。0.2%未満ではこの効果
は少なく、逆に1.0%を超えると靱性を低下させるので、
Siの含有量を0.2%以上、1.0%以下とした。
鋼の軟化抵抗を高めることから、400 ℃程度までの高温
での耐摩耗性向上に効果もある。0.2%未満ではこの効果
は少なく、逆に1.0%を超えると靱性を低下させるので、
Siの含有量を0.2%以上、1.0%以下とした。
【００２０】Mn：Mnは焼入性を高めて硬度を上昇させる
ので耐摩耗性には有効である。0.2%未満の添加では硬さ
上昇はあまり大きくなく、また2.0%を超えて添加すると
靱性を低下させる。このため含有量は0.2%以上、2.0%以
下とする。
ので耐摩耗性には有効である。0.2%未満の添加では硬さ
上昇はあまり大きくなく、また2.0%を超えて添加すると
靱性を低下させる。このため含有量は0.2%以上、2.0%以
下とする。
【００２１】Nb：Nbは圧延前の加熱時におけるオーステ
ナイト粒の粗大化抑制と再結晶温度を高める効果によっ
て制御圧延の効果を助長して結晶粒の微細化に寄与し、
靱性向上のために必要である。この効果を発揮するため
には0.01％以上の添加が必要である。ただし、0.10％を
超えて添加すると、粗大なNb析出物を生じてかえって靱
性が低下する。このためNb含有量は0.01％以上、0.10％
以下とした。
ナイト粒の粗大化抑制と再結晶温度を高める効果によっ
て制御圧延の効果を助長して結晶粒の微細化に寄与し、
靱性向上のために必要である。この効果を発揮するため
には0.01％以上の添加が必要である。ただし、0.10％を
超えて添加すると、粗大なNb析出物を生じてかえって靱
性が低下する。このためNb含有量は0.01％以上、0.10％
以下とした。
【００２２】Ｎ：ＮはTiまたはＶと結びついてTiN また
はVNを生成する。0.003%未満ではTiN またはVNの生成が
不十分であるが、0.020%超ではTiN またはVNは粗大にな
りやすく、靱性を低下させる。従ってＮの含有量は0.00
3%以上、0.020%以下とする。
はVNを生成する。0.003%未満ではTiN またはVNの生成が
不十分であるが、0.020%超ではTiN またはVNは粗大にな
りやすく、靱性を低下させる。従ってＮの含有量は0.00
3%以上、0.020%以下とする。
【００２３】以上は本発明における鋼の基本成分である
が、さらに本発明では上記成分の他に、Cu、Cr、Mo、
Ｂ、Niのうち一種または二種以上添加することができ
る。 Cu：Cuは硬さを高めて耐摩耗性を向上させる。しかし、
多量の添加は靱性からはかえって有害となるため、Cuを
添加する場合の上限を1.0%とした。 Cr：Crは高温耐摩耗性向上効果が大きい元素である。し
かし、多量の添加は靱性からはかえって有害となるた
め、Crを添加する場合の上限を3.0%とした。 Mo：Moも高温耐摩耗性向上効果が大きい元素である。し
かし2%を超えると靱性に対しては有害となるので、Moを
添加する場合の上限を2.0%とした。 Ｂ：Ｂは焼入性を高めて硬さを上昇させ、高温耐摩耗性
向上にも寄与する。その効果を発揮するには0.0005％以
上必要であるが、0.005%超では靱性を低下させる。した
がって、Ｂの含有量は0.0005％以上、0.005%以下とす
る。 Ni：Niは高温耐摩耗性にはあまり寄与しないが、靱性向
上には有効である。ただし、あまり多量に添加するとオ
ーステナイトが生成して耐摩耗性を低下させるので、Ni
を添加する場合の上限を5%とした。下限は特に限定する
ものではないが、靱性を向上させるには1%以上の添加が
好ましい。
が、さらに本発明では上記成分の他に、Cu、Cr、Mo、
Ｂ、Niのうち一種または二種以上添加することができ
る。 Cu：Cuは硬さを高めて耐摩耗性を向上させる。しかし、
多量の添加は靱性からはかえって有害となるため、Cuを
添加する場合の上限を1.0%とした。 Cr：Crは高温耐摩耗性向上効果が大きい元素である。し
かし、多量の添加は靱性からはかえって有害となるた
め、Crを添加する場合の上限を3.0%とした。 Mo：Moも高温耐摩耗性向上効果が大きい元素である。し
かし2%を超えると靱性に対しては有害となるので、Moを
添加する場合の上限を2.0%とした。 Ｂ：Ｂは焼入性を高めて硬さを上昇させ、高温耐摩耗性
向上にも寄与する。その効果を発揮するには0.0005％以
上必要であるが、0.005%超では靱性を低下させる。した
がって、Ｂの含有量は0.0005％以上、0.005%以下とす
る。 Ni：Niは高温耐摩耗性にはあまり寄与しないが、靱性向
上には有効である。ただし、あまり多量に添加するとオ
ーステナイトが生成して耐摩耗性を低下させるので、Ni
を添加する場合の上限を5%とした。下限は特に限定する
ものではないが、靱性を向上させるには1%以上の添加が
好ましい。
【００２４】上記の成分の他に不可避的不純物として、
Ｐ、Ｓは、靱性を低下させる有害な元素であるので、そ
の量は少ないほうが良く、Ｐ：0.020%以下、Ｓ：0.010%
以下、さらに望ましくはＰ：0.010%以下、Ｓ：0.005%以
下とする。
Ｐ、Ｓは、靱性を低下させる有害な元素であるので、そ
の量は少ないほうが良く、Ｐ：0.020%以下、Ｓ：0.010%
以下、さらに望ましくはＰ：0.010%以下、Ｓ：0.005%以
下とする。
【００２５】鋼の製造方法は、本発明鋼ではMgO を核と
するTiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物が所定量存在
すれば良いので、鋳造後の加熱、圧延、熱処理条件は適
宜選択すれば良い。
するTiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物が所定量存在
すれば良いので、鋳造後の加熱、圧延、熱処理条件は適
宜選択すれば良い。
【００２６】
【実施例】表１に示す組成を有する鋼を溶製して得られ
た鋼片を、表２に示す本発明と比較法のそれぞれの製造
条件に基づいて板厚６mm〜100mm 鋼板に製造した。これ
らについて母材の靱性と、常温および高温硬さ、0.1 〜
１μｍのMgO を核とするTiC 、TiN 、VC、VNとの複合析
出物の個数、および耐摩耗性について調査した。靱性は
−40℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値
で評価した（JIS Z2201 ４号試験片、試験片の板厚方向
採取位置：1/4t、試験片採取方向は板厚方向に直角）。
硬さ測定はビッカース硬さ試験方法（JIS Z2244)によ
り、常温硬さは25℃、高温硬さは300 ℃で測定した。Mg
O を核とするTiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物の個
数は、鋼板から抽出レプリカを採取して透過型電子顕微
鏡で観察し、１平方ｍｍ当たりの個数に換算した。耐摩
耗性は、同一形状試験片について、25℃で１時間、およ
び雰囲気温度300 ℃の炉内で30分間のガウジング摩耗試
験を行ない、試験片の摩耗減量を測定し、同時に測定し
た標準試験片（SM400)の摩耗減量との比（標準試験片の
摩耗減量／試験材の摩耗減量）により評価した。この指
数が高いほど高い耐摩耗性を示すことになる。
た鋼片を、表２に示す本発明と比較法のそれぞれの製造
条件に基づいて板厚６mm〜100mm 鋼板に製造した。これ
らについて母材の靱性と、常温および高温硬さ、0.1 〜
１μｍのMgO を核とするTiC 、TiN 、VC、VNとの複合析
出物の個数、および耐摩耗性について調査した。靱性は
−40℃におけるシャルピー衝撃試験の吸収エネルギー値
で評価した（JIS Z2201 ４号試験片、試験片の板厚方向
採取位置：1/4t、試験片採取方向は板厚方向に直角）。
硬さ測定はビッカース硬さ試験方法（JIS Z2244)によ
り、常温硬さは25℃、高温硬さは300 ℃で測定した。Mg
O を核とするTiC 、TiN 、VCおよびVNの複合析出物の個
数は、鋼板から抽出レプリカを採取して透過型電子顕微
鏡で観察し、１平方ｍｍ当たりの個数に換算した。耐摩
耗性は、同一形状試験片について、25℃で１時間、およ
び雰囲気温度300 ℃の炉内で30分間のガウジング摩耗試
験を行ない、試験片の摩耗減量を測定し、同時に測定し
た標準試験片（SM400)の摩耗減量との比（標準試験片の
摩耗減量／試験材の摩耗減量）により評価した。この指
数が高いほど高い耐摩耗性を示すことになる。
【００２７】表中、下線を付した数値は、本発明外の成
分値および特性が不十分なものを示す。MgOを核とするT
iC 、TiN 、VCおよびVNの0.1 〜１μｍの大きさの複合
析出物の個数が１平方ｍｍあたり５×103 個以上である
本発明鋼（表２のＡ〜Ｉ）においては、靱性、常温およ
び高温耐摩耗性とも高いレベルにある。これに対し、本
発明により限定された化学組成範囲を逸脱した比較鋼に
おいては、鋼ＪはＣ量が低いため常温および高温耐摩耗
性が低い。また、鋼ＫはＣが高いため、鋼ＰはAlが高い
ため、鋼ＱはTiが低いため、鋼ＲはTiが高いため、鋼Ｓ
はTi＋Ｖ量が低いため、鋼ＷはMgが低いため、鋼ＸはMg
が高いため、鋼ＹはＮが高いため、鋼ＺはＯが高いた
め、それぞれMgを核とする複合析出物の個数が少なく、
そのため特に高温耐摩耗性が低い。このうち、鋼Ｋ、鋼
Ｑ、鋼Ｒ、鋼Ｓ、鋼Ｗ、鋼Ｘ、鋼Ｙ、鋼Ｚは粗大析出物
のため靱性も低い。また、鋼ＬはSiが、鋼ＭはMnが、鋼
ＮはＰが、鋼ＯはＳが、鋼ＶはNbがそれぞれ高いため靱
性が低い。鋼ＵはNb量が低いため靱性が低く、また鋼Ｔ
はTi＋Ｖが高いため靱性が低い。
分値および特性が不十分なものを示す。MgOを核とするT
iC 、TiN 、VCおよびVNの0.1 〜１μｍの大きさの複合
析出物の個数が１平方ｍｍあたり５×103 個以上である
本発明鋼（表２のＡ〜Ｉ）においては、靱性、常温およ
び高温耐摩耗性とも高いレベルにある。これに対し、本
発明により限定された化学組成範囲を逸脱した比較鋼に
おいては、鋼ＪはＣ量が低いため常温および高温耐摩耗
性が低い。また、鋼ＫはＣが高いため、鋼ＰはAlが高い
ため、鋼ＱはTiが低いため、鋼ＲはTiが高いため、鋼Ｓ
はTi＋Ｖ量が低いため、鋼ＷはMgが低いため、鋼ＸはMg
が高いため、鋼ＹはＮが高いため、鋼ＺはＯが高いた
め、それぞれMgを核とする複合析出物の個数が少なく、
そのため特に高温耐摩耗性が低い。このうち、鋼Ｋ、鋼
Ｑ、鋼Ｒ、鋼Ｓ、鋼Ｗ、鋼Ｘ、鋼Ｙ、鋼Ｚは粗大析出物
のため靱性も低い。また、鋼ＬはSiが、鋼ＭはMnが、鋼
ＮはＰが、鋼ＯはＳが、鋼ＶはNbがそれぞれ高いため靱
性が低い。鋼ＵはNb量が低いため靱性が低く、また鋼Ｔ
はTi＋Ｖが高いため靱性が低い。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、MgO を
核としてその周辺にTiC 、TiN 、VCおよびVNの１種また
は２種以上の炭化物、窒化物を有する大きさが0.1 〜１
μｍの複合析出物を鋼中に微細分散させることにより、
摩擦熱や雰囲気温度によって材料温度が高温にさらされ
る過酷な環境下において、それに耐える十分な高温耐摩
耗性と、かつ摩耗により減厚されても割れを生じないた
めの高い靱性をあわせて有する、安価で優れた鋼材が得
られ、その工業上の寄与は極めて大きい。
核としてその周辺にTiC 、TiN 、VCおよびVNの１種また
は２種以上の炭化物、窒化物を有する大きさが0.1 〜１
μｍの複合析出物を鋼中に微細分散させることにより、
摩擦熱や雰囲気温度によって材料温度が高温にさらされ
る過酷な環境下において、それに耐える十分な高温耐摩
耗性と、かつ摩耗により減厚されても割れを生じないた
めの高い靱性をあわせて有する、安価で優れた鋼材が得
られ、その工業上の寄与は極めて大きい。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ：0.20％超、0.40％以下、
Si：0.2%以上、1.0%以下、Mn：0.2%以上、2.0%以下、
Ｐ：0.020%以下、Ｓ：0.010%以下、Al：0.010%以下、T
i：0.005%以上、0.30％以下、Ｖ：0.30％以下で、かつT
i＋Ｖが0.05％以上、0.40％以下、Nb：0.01％以上、0.1
0％以下、Mg：0.0002％以上、0.0050％以下、Ｎ：0.003
%以上、0.020%以下、Ｏ：0.0005％以上、0.0080％以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有
する厚鋼板からなる耐摩耗部材であって、粒子径が0.00
5 〜0.1 μｍのMgO を核としてその周辺にTiC 、TiN 、
VCおよびVNの１種または２種以上の炭化物、窒化物を有
する大きさが0.1〜１μｍの複合析出物を１平方ｍｍあ
たり５×103 個以上含むことを特徴とする高靱性耐摩耗
部材用厚鋼板。 - 【請求項２】 請求項１の鋼に、さらに重量％で、Cu：
1.0%以下、Cr：3.0%以下、Mo：2.0%以下、Ｂ：0.0005％
以上、0.005%以下からなる強化元素群および靱性向上元
素であるNi：5.0%以下のうちの１種または２種以上を含
み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する
厚鋼板からなる耐摩耗部材であって、粒子径が0.005 〜
0.1 μｍのMgOを核としてその周辺にTiC 、TiN 、VCお
よびVNの１種または２種以上の炭化物、窒化物を有する
大きさが0.1 〜１μｍの複合析出物を１平方ｍｍあたり
５×103個以上含むことを特徴とする高靱性耐摩耗部材
用厚鋼板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6361699A JP2000256784A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 高靱性耐摩耗部材用厚鋼板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6361699A JP2000256784A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 高靱性耐摩耗部材用厚鋼板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000256784A true JP2000256784A (ja) | 2000-09-19 |
Family
ID=13234437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6361699A Withdrawn JP2000256784A (ja) | 1999-03-10 | 1999-03-10 | 高靱性耐摩耗部材用厚鋼板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000256784A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1681362A1 (en) * | 2003-10-17 | 2006-07-19 | Nippon Steel Corporation | High strength thin steel sheet excellent in hole expansibility and ductility |
| JP2008169443A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Jfe Steel Kk | 加工性に優れた耐摩耗鋼板およびその製造方法 |
| CN103194684A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-10 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种耐磨钢板及其制造方法 |
| JP2014529355A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-11-06 | 宝山鋼鉄股▲分▼有限公司 | 高硬度・高靭性・耐磨耗鋼板およびその製造方法 |
| JP2014529686A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-11-13 | 宝山鋼鉄股▲分▼有限公司 | 高強度・高靭性・耐磨耗鋼板およびその製造方法 |
| EP3974557A4 (en) * | 2020-07-29 | 2023-01-18 | Korea Railroad Research Institute | ALLOY STEEL FOR RAILWAY COUPLERS |
-
1999
- 1999-03-10 JP JP6361699A patent/JP2000256784A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1681362A1 (en) * | 2003-10-17 | 2006-07-19 | Nippon Steel Corporation | High strength thin steel sheet excellent in hole expansibility and ductility |
| EP1681362A4 (en) * | 2003-10-17 | 2008-06-18 | Nippon Steel Corp | HIGH-RESISTANT THIN STEEL PLATE WITH EXCELLENT LOCHEXPANDABILITY AND DUCTILITY |
| US8182740B2 (en) | 2003-10-17 | 2012-05-22 | Nippon Steel Corporation | High-strength steel sheets excellent in hole-expandability and ductility |
| US8192683B2 (en) | 2003-10-17 | 2012-06-05 | Nippon Steel Corporation | High-strength steel sheets excellent in hole-expandability and ductility |
| JP2008169443A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Jfe Steel Kk | 加工性に優れた耐摩耗鋼板およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |