JP2003511553A - 鋼材料、その用途とその製造 - Google Patents
鋼材料、その用途とその製造Info
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Abstract
Description
はまた前記材料の製造ならびにその用途にも関する。
望が起っている。これは一般に、例えばカッティング(切断)、パンチング(穿
孔)、ベンディング(曲げ)用及び金属プレート又はシートの深絞り用工具;金
属粉末プレス用の工具;及び冷間圧延ロールに関してそのとおりである。現在冷
間加工ロール、例えば鋼ストリップの冷間圧延に使用されている鋼は、0.73
C, 1.0 Si, 0.60 Mn, 5.25 Cr, 1.10 Mo
, 0.50 V, バランス;鉄及び不可避不純物、の称呼組成を有する。そ
の材料でつくられるロールは、ロールが無芯焼入れされるとき、使用状態で58
−60HRCの硬度を有する。この材料では、材料の無芯焼入れ状態で割れる傾
向があって、これにより完全な破損を招く可能性があると云う問題がある。さら
に、耐摩耗性が十分には満足できない。他方、粉末冶金法で製造した高含量のバ
ナジウムを含む鋼は、靭性ならびに耐摩耗性に関する限り強い要望を満足させは
するが高価である。通常高合金化鋼からなる耐摩耗性の外側の材料を、通常合金
化が少いがより強靭な材料でつくったコア(芯)と、鋳造法又は他の方法により
一体化させた、複合材料製の冷間圧延ロールを設計するのが慣例である。この方
法で、良好な耐摩耗性と靭性を有するロールを得ることができる。幾つかの不利
益のうちの1つは製造コストが高いと云うことである。それ故、粉末冶金式製造
又は複合技術を必要とせず、にも拘らず冷間加工鋼に求められている要求、なか
でも靭性と耐摩耗性への要求を満足させる材料への需要が存在する。
用に使用でき、十分な靭性と硬化能及び耐摩耗性を有する新規な鋼材を提供する
ことである。先ず第1に、本発明は均質(solid)の加工ロール用及び/又は鋼
ストリップの冷間圧延用支持ロール材料を提供することを目的としている。「均
質」とは、この文脈では複合材料からなっているのではないロールを意味する。
これ及び本発明の他の目的は、本発明の特徴である鋼の化学組成と、同じく発明
の特徴である鋼の微細構造との組合せによって達成できる。
らに詳しく述べる。特に断らない限り、%は常に重量%を表わすものとする。
ダーの硬度;強靭焼入れ(tough hardened)状態で30−50HRCの硬度を有
し、そして少くとも約50容積%、好ましくは少くとも80容積%が3μmを超
えるが25μm未満、好ましくは20μm未満のサイズを有する5−12容積%
のMC−カーバイドを含む微細構造を有する。析出したMC−型カーバイドの少
くとも90容積%が、3μmを超えるが25μm未満、好ましくは20μm未満
のサイズを有することが望ましい。この材料は、工具の製造に関連して切削型の
加工をさせるのに適している。使用状態で、仕上げ製品、すなわち例えばロール
などの工具は、無芯焼入れ又は誘導焼入れとそれに続く焼戻しによって与えられ
る60−67HRCに達する表面硬度を有し、そこで焼入れ及び焼戻しした材料
中の微細構造は、5−12容積%のMC−カーバイドを含む焼戻しマルテンサイ
トからなり、このMC−カーバイドのうちの少くとも50容積%、好ましくは少
くとも約80容積%が3μmを超えるが25μm未満、好ましくは20μm未満
のサイズを有する。この場合さらに、MC−カーバイドの少くとも約90容積%
が3μmを超えるが25μm未満、好ましくは20μm未満のサイズを有するこ
とが望ましい。焼戻し前で、マルテンサイトは0.50−0.70重量%のCを
含む。この文脈でサイズとは、材料の調査断面の全方向におけるカーバイド粒子
の最長の長さを意味する。
の方法を鋼インゴットの製造に使用することができ、このインゴットから鋼製品
が製造される。第1に、OSPREY法の名でも知られているいわゆる噴霧形成
法(spray forming technique)がすすめられる。この方法により縦軸の周りを
回転するインゴットが次次につくり出され、連続的に製造されているインゴット
の成長端に対して滴状の溶融金属がスプレーされる。ここで金属滴が基体に当る
やいなや比較的速やかに固化するが、その速さは粉末製造のときのようには速く
はなく、インゴットの従来法による製造又は連続鋳造法のようには遅くはない。
大きな寸法、すなわち直径がφ350mmから600mmまでの製品の製造のた
め先ず第1に使用できる可能性のある他の技術は、ESR(Electro Slag Remel
ting)再溶融法である。
2容積%のMC−カーバイド(Mは実質的にバナジウム)を生成させるため、他
方では、鋼のマトリックス中の固溶体中に0.50−0.70重量%の量で存在
させるため、鋼中に十分な量存在させる。鋼マトリックス中に溶解する炭素の含
量が約0.60%であるのが適当である。鋼中の炭素の全量、すなわち鋼マトリ
ックス中に溶解している炭素とカーバイド中に結合している炭素の合計量は、少
くとも1.0%、好ましくは少くとも1.1%でなければならず、一方炭素のm
ax含量は1.9%、好ましくはmax 1.7%とすることができる。
−11容積%のMC−カーバイド(カーバイド中、バナジウムは一部2倍量のニ
オビウムによって置換できる)を与えるため、鋼は、3−4.5V、好ましくは
3.4−4.0V、称呼では約3.7Vとともに1.4−1.7C、好ましくは
1.45−1.65C、称呼では約1.5Cを含む。
のMC−カーバイド(カーバイド中、バナジウムは2倍量のニオビウムで一部置
換できる)を与えるため、鋼は2.0−3.0V、称呼では約2.3Vとともに
1.1−1.3C、称呼では約1.2Cを含む。
戻し前で0.50−0.70%Cを含む。
、したがってシリコンの高濃度での溶解焼入れによる脆性の問題を生ずることな
く鋼の十分な硬度の達成に寄与させるため、存在可能性のあるアルミニウムとと
もに、合計量で0.5−2.0%、好ましくは0.7−1.5%、適量では0.
8−1.2%又は称呼量で約1.0%存在させる。しかしながら、アルミニウム
含量は1.0%を超えてはいけない。鋼は好ましくはmax 0.1%を超える
Alを含まない。
分量存在させる。マンガンはまた、鋼中に低濃度で存在し得る残留量の硫黄を結
合させる機能をもっている。したがってマンガンは、0.1−1.5%、好まし
くは少くとも0.2%の量で存在させる。最も適当な含量は0.3−1.1%範
囲にあり、最も好都合には0.4−0.8%範囲にある。マンガンの称呼含量は
約0.6%である。
mmよりも深い誘導焼入れ深さまで焼入れできなければならない。
ン及びモリブデンとともに鋼に与えるため、鋼中に存在させるべきである。これ
に関連して硬化能とは、焼入れが焼入れする物体中に多かれ少かれ深く浸透する
能力を意味する。硬化能は、寸法の変化を生じる可能性のある焼入れ操作中油又
は水中での急速な冷却が必要でないかなり大きなサイズの物体の場合でも、無芯
焼入れする物体に対して十分でなければならず、また物体の断面で60−64H
RC、通常は62−64HRCの硬度を与えるためにも十分でなければならない
。物体を誘導焼入れする場合は約65−67HRCの高い硬度が恐らく達成でき
るが、誘導焼入れした物体に関する限り、表面層の硬度は通常62−64HRC
である。鋼のマンガン及びモリブデン含量が問題になっているとき、望ましい硬
化能を確かに達成させるには、クロム含量を少くとも4.0%、好ましくは少く
とも4.4%にする必要がある。同時に、鋼中で望ましくないクロムカーバイド
が生成しないためには、クロムは5.5%を超えてはならず、好ましくはmax
5.2%とする。
クス中に前記MC−カーバイドを生成させるため、鋼中に少くとも2.0%、m
ax 4.5%の量で存在させる。前に述べたように、本発明の第1の望ましい
実施態様の鋼は、焼入れ及び焼戻し状態で合計量で8−12、好ましくは9−1
1容積%に達するMC−カーバイドを与えるために、十分な量の炭素とともに3
−4.5V、好ましくは3.4−4.0V、称呼では約3.7Vを含む。前述の
第2の考えられる実施態様によれば、鋼は、合計量で5−7容積%、好ましくは
約6容積%のMC−カーバイドを与えるための前述の炭素量とともに2.0−3
.0V、称呼で約2−3Vを含む。原則として、バナジウムはニオビウムによっ
て置換できるが、そのためにはバナジウムと比較して2倍量のニオビウムが必要
であり、これが欠点である。その他、ニオビウムはカーバイドが鋭い刃状の形と
なる原因をつくり、また純粋なバナジウムカーバイドよりもサイズが大きくなっ
て破壊又はチッピング(傷つき)を起し、その結果材料の靭性を低下させる。し
たがってニオビウムはmax 1.0%を超える量で存在してはならず、好まし
くはmax 0.5%である。最も有利には鋼は意図的に加えたいかなるニオビ
ウムも含んではならず、それ故鋼の最も望ましい実施態様では、鋼の製造に使用
する原料物質からの残渣元素の形での不純物量を超えて許容してはならない。
ましい硬化能を与えるため、少くとも2.5%の量で存在させる。好ましくは、
鋼は少くとも2.8%Mo、最も好都合には少くとも3.0Moを含む必要があ
る。鋼がMC−カーバイドの望ましい量を犠牲にして望ましくないM6C−カー
バイドを含ませないように、鋼は最高で4.0%Mo、好ましくはmax 3.
8、適量ではmax 3.6%Moを含むことができる。モリブデンは原則とし
てタングステンで全部又は一部置換できるが、これはモリブデンの2倍以上のタ
ングステンを必要とし欠点となる。またスクラップ処理がより困難となろう。そ
れ故タングステンはmax 1.0%、好ましくはmax 0.5%を超える量
で存在してはならない。最も好都合には、鋼は意図的に加えたタングステンを含
んではならず、最も好ましい実施態様では鋼の製造用に使用する原料物質からの
残留元素形態の不純物としての量を超えて許容してはならない。
また含んではならない。若干の元素は鋼の特徴に望ましくない影響を与えるので
はっきりと望ましくない。これは例えば、鋼の靭性を悪くしないようできるだけ
低濃度に保持する必要がある燐の場合である。硫黄も望ましくない元素であるが
、靭性に対するその負の影響は、本質的に無害な硫化マンガンを生成するマンガ
ンによって実質的に中和することができる。それ故硫黄は、max量の0.2%
、好ましくはmax 0.05%、適量としてはmax 0.02%の量で許容
できる。ニッケル、銅、コバルトなどの他の元素は、鋼の製造に関連して使用す
る原材料からの残留元素の形の不純物量で存在してもよい。窒素は鋼中に不可避
不純物として存在するが、意図的に加えた元素としては存在しない。
かになるであろう。
元素の重量%及びカーバイド含量の容積%を表1に示した。熱処理物を60×6
0mmサイズの棒の形に鍛造した。
を有する。さらに詳しくは、鋼番号5,6及び7は、前記第1の望ましい実施態
様の鋼の組成例であり、鋼番号8は前記第2の考えられる実施態様の鋼の例であ
る。製造した実験合金は以下の項目について検討した: ・ ソフトアニール後の硬度(HB), ・ 熱処理後の微細構造;TA=1030℃/30分/空気+525℃/2×2
時間, ・ オーステナイト化後の硬度;TA=1030℃/30分/空気+525℃/
2×2時間で, ・ 以下の各温度で焼戻し後の硬度;200℃,300℃,400℃,500℃
,525℃,600℃/2×2時間,TA=1030℃/30分/空気, ・ 硬化能, ・ 耐研磨摩耗性, ・ 靭性ソフトアニールした靭性 鋼番号1と4−8の鋼合金のソフトアニールした靭性を表2に示す。この硬度
は合金のカーバイド及びバナジウム含量からみて称呼硬度と見做すことができる
。
2時間での焼戻しからなる熱処理後の微細構造を光学的顕微鏡及び各種合金変体
のThermo−Calc計算により調べた。カーバイドの量は、クロムとバナ
ジウムの含量が増えると増加した。番号4と7の鋼が最大量のカーバイド相を有
していた(表1を見よ)。硬度対焼戻し温度 多数の異なるオーステナイト化温度でオーステナイト化した試験鋼の硬度に対
する焼戻し温度の影響が図1及び図2のダイアグラムに示されている。焼戻し後
の硬度が少なくとも60HRCという要求は、本発明のすべての異なる試験鋼に
関する限り、1030℃/30分でオーステナイト化及び525−550℃/2
×2時間で焼戻し後余裕をもって楽に達成された。硬化能 鋼の硬化能を比較ジラトメーター(膨脹計)法により測定した。測定した硬度
値を表3に示す。
号6の鋼の硬度が向上した。靭性 調査した鋼の切欠き無し試験片による室温での衝撃テスト結果を図3に示す。
靭性はカーバイド含量の増加とともに減少した。しかしながら、特に番号8の鋼
が、硬度が番号1の鋼の56.5HRCに較べて62HRCと高いことからみて
非常に良好な靭性を有していた。研磨摩耗 SiO2を研磨剤としてピン−トゥ−ディスク−テスト(pin-to-disc-test)
により耐摩耗性を調べた。図4にに示すように、耐摩耗性はバナジウム含量の増
加につれて著しく増加した。検討−特徴プロフィル 表1は、異なる合金に対してそれぞれ平衡が存在すると考えられる多数の異な
るオーステナイト化温度における炭素含量,MC(バナジウムカーバイド),M 3 C(セメンタイト)及び合計カーバイドの含量を示す。
とSiO2でのpin-to-disc-testによる耐摩耗性との間の関係を示す。
鋼の称呼組成は、表4にしたがう組成を持つ筈であると考えられた。表4におい
て、化学組成は重量%で、焼入れ及び焼戻しした状態のカーバイド含量は容積%
で表わされ、バランスは鉄と前記量の不可避不純物である。Cはマルテンサイト
中に溶解した炭素の量を表わす。
熱処理物(heat)を噴霧形成法によって製造した。それぞれのヒートは重さ23
00kgで直径は500mmであった。この鋼の化学組成を表5に示す。
造した。これらの棒から試験片をとり、その微細構造を調べた。これらの研究に
より棒表面近くのカーバイドが棒の中心部のそれよりも小さいことがわかった。
これはヒートの冷却速度による自然の帰結である。表面では、大部分のカーバイ
ドのサイズがしたがって3μm未満の可能性があるが、棒の断面の異なる深さか
らとった複数のサンプルの検討により、棒の主要部のサイズが棒の熱処理前なら
びに焼入れ及び焼戻し後、カーバイドの少くとも50容積%、そして実際少くと
も80容積%が3−25μmのサイズ範囲内、通常3−20μm範囲内のサイズ
であるという要求を満足させたといってよい。
び焼戻し前の微細構造を示す。
たダイアグラムである。
示すダイアグラムである。
Claims (14)
- 【請求項1】 重量%で次の化学組成: 1.0−1.9 C, 0.5−2.0 Si, 0.1−1.5 Mn, 4
.0−5.5 Cr, 2.5−4.0(Mo+W/2)(但しmax 1.0
W), 2.0−4.5(V+Nb/2)(但しmax 1.0Nb), バ
ランス:鉄、及び鋼製造からの残留元素形態での通常量の不純物。 を有し、かつ、鋼の焼入れ及び焼戻しした状態で5−12容積%のMC−カーバ
イドを含み、そのうち少くとも50容積%、好ましくは少くとも約80容積%が
3μmを超えるが25μm未満、好ましくは20μm未満のサイズを有し、さら
に焼戻し前に、0.50−0.70重量%の炭素が焼入れした状態の鋼のマルテ
ンサイト中に溶解している微細構造を有する鋼からなることを特徴とする鋼材。 - 【請求項2】 1.35−1.7C及び3.0−4.5Vを含むことを特徴
とする請求項1記載の鋼材。 - 【請求項3】 1.40−1.65C、好適には少くとも1.45C、及び
3.4−4.0Vを含み、MC−カーバイドの合計量が8−12、好ましくは9
−11容積%に達することを特徴とする請求項2記載の鋼材。 - 【請求項4】 5−7容積%に達するMC−カーバイドの合計量を与えるた
め1.1−1.3C及び2.0−3.0Vを含むことを特徴とする請求項1記載
の鋼材。 - 【請求項5】 鋼が0.7−1.5%、好適には0.8−1.2%Siを含
むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の鋼材。 - 【請求項6】 シリコンはアルミニウムによって一部置換されるが、鋼は1
.0%を超えるアルミニウム、好ましくはmax 0.1%を超えるアルミニウ
ムを含んでいないことを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の
鋼材。 - 【請求項7】 鋼が少くとも0.2%Mn、好ましくは0.3−1.1Mn
、好適には0.4−0.8Mnを含むことを特徴とする、請求項1ないし6のい
ずれか1項に記載の鋼材。 - 【請求項8】 4.4−5.2%Crを含むことを特徴とする、請求項1な
いし7のいずれか1項に記載の鋼材。 - 【請求項9】 鋼が2.5−3.6Mo、好ましくは2.75−3.25%
Moを含むことを特徴とする、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の鋼材。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の鋼材の冷間加工
工具への使用。 - 【請求項11】 金属ストリップの冷間圧延のための均質ロールへの請求項
10記載の使用。 - 【請求項12】 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の重量%表示の化
学組成を有する鋼メルトを調製すること;慣用のインゴット鋳造又は連続鋳造法
あるいはスプレー形成法によってこのメルトからインゴットを製造すること;プ
ラスチック加工及び/又は機械加工により上記インゴットを望ましい最終の形に
加工すること;このようにして得られた製品を、マトリックス中に5−12容積
%のMC−カーバイドを含み、そのうちの少くとも50容積%、好ましくは少く
とも約80容積%のカーバイドが3μmを超えるが25μm未満、好ましくは2
0μm未満のサイズを有する焼戻したマルテンサイトからなる前記マトリックス
を達成するために1000−1100℃でのオーステナイト化及び500−60
0℃での焼戻しにより熱処理することを特徴とする、鋼製品の製造方法。 - 【請求項13】 請求項12に記載の方法によって製造されること;鋼のマ
トリックスが8−12、好ましくは9−11容積%のMC−カーバイドを含むこ
と;及び焼入れ後のマルテンサイトが0.50−0.70重量%の溶解炭素を含
むことを特徴とする鋼製品。 - 【請求項14】 請求項12に記載の方法にしたがって製造されること;及
び焼入れ後の鋼のマトリックスが、5−7容積%のMC−カーバイドと0.50
−0.70重量%の溶解炭素を含むマルテンサイトからなることを特徴とする鋼
製品。
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