JP2020132914A - Wear-resistant thick steel plate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐摩耗厚鋼板に関する。 The present invention relates to a wear resistant thick steel sheet.
鋼板の耐摩耗性を向上させるためには、鋼板の硬さを高くすることが有効である。従来の耐摩耗性を付与した厚鋼板は、炭素を含有する鋼を焼入れし、金属組織をマルテンサイトにすることで硬さを確保している。しかし、一般にマルテンサイトは、大変に硬いため、マルテンサイトを主体組織とする鋼は低温靭性が劣る。 In order to improve the wear resistance of the steel sheet, it is effective to increase the hardness of the steel sheet. Conventional thick steel sheets with abrasion resistance are hardened by quenching carbon-containing steel and making the metal structure martensite to ensure hardness. However, since martensite is generally very hard, steel having martensite as a main structure is inferior in low temperature toughness.
耐摩耗鋼板の低温靭性を向上させる方法として、特許文献１では、Ｍｎの含有量を低減して靭性の低下を抑制し、ＭｏおよびＣｒの含有量を増加させ、焼入れ性を向上させて硬さを高めた耐摩耗鋼板が提案されている。 As a method for improving the low temperature toughness of a wear-resistant steel sheet, in Patent Document 1, the Mn content is reduced to suppress a decrease in toughness, the Mo and Cr contents are increased, and hardenability is improved to improve hardness. A wear-resistant steel sheet with increased toughness has been proposed.
また、特許文献２では、ＷとＢとを含有させて焼入れ性を高め、Ｂの析出を抑制し
た耐摩耗鋼板が提案されている。
Further, Patent Document 2 proposes a wear-resistant steel sheet containing W and B to improve hardenability and suppress the precipitation of B.
また、特許文献３では、質量％で、Ｍｎ：２．６〜４．５％を含有し、Ｃ量とＭｎ量とが（６−Ｍｎ）／５０≦Ｃ≦（１０−Ｍｎ）／５０を満足する耐摩耗鋼が提案されている。特許文献３は、Ｍｎ量を高め、相対的にＣ量を低減した耐摩耗鋼である。 Further, in Patent Document 3, Mn: 2.6 to 4.5% is contained in mass%, and the amount of C and the amount of Mn are (6-Mn) / 50≤C≤ (10-Mn) / 50. Satisfactory wear resistant steels have been proposed. Patent Document 3 is a wear-resistant steel in which the amount of Mn is increased and the amount of C is relatively reduced.
特許文献１および２では、高価なＣｒ、Ｍｏ、Ｗを多量に含有するものであり、合金コストが高いという課題がある。これに対して、特許文献３は、高価な元素の含有を抑制する一方で、Ｍｎの含有量を高めており、粒界の強度を弱めるＭｎが粒界脆化を引き起こし、低温靭性が低いという課題がある。 Patent Documents 1 and 2 contain a large amount of expensive Cr, Mo, and W, and have a problem that the alloy cost is high. On the other hand, Patent Document 3 states that while suppressing the content of expensive elements, the content of Mn is increased, and Mn, which weakens the strength of grain boundaries, causes grain boundary embrittlement and low low temperature toughness. There are challenges.
本発明は、このような実情に鑑み、高価な合金元素などを低減させ、熱間圧延を行って製造する低温靭性に優れた耐摩耗厚鋼板を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a wear-resistant thick steel sheet having excellent low-temperature toughness and manufactured by performing hot rolling while reducing expensive alloying elements and the like.
耐摩耗性を確保するためには、硬さを高めるためマルテンサイトを主組織とすることが重要である。主組織をマルテンサイトにするためには、焼入れ性を高める合金元素の含有が必要である。安価な元素で焼入れ性を高めるには、Ｍｎの利用が有効であるが、Ｍｎの過剰な含有はマルテンサイトの粒界脆化を引き起こすため、低温靭性を大幅に劣化させる。 In order to ensure wear resistance, it is important to use martensite as the main structure in order to increase the hardness. In order to make the main structure martensite, it is necessary to contain alloying elements that enhance hardenability. The use of Mn is effective for enhancing hardenability with an inexpensive element, but excessive content of Mn causes grain boundary embrittlement of martensite, which significantly deteriorates low temperature toughness.
本発明者らは、上記の観点で耐摩耗性を担保しつつ、低温靭性を向上させるために鋭意研究を重ねた結果、Ｍｎを２．０〜５．０％含有させつつ、ＮｂとＢとを含有させて粒界脆化を抑止し、更に旧オーステナイト粒を細粒にさせることにより、従来よりも優れた低温靭性を有する耐摩耗厚鋼板が得られることを見出した。 As a result of intensive studies to improve low temperature toughness while ensuring wear resistance from the above viewpoint, the present inventors have added Nb and B while containing 2.0 to 5.0% of Mn. It has been found that a wear-resistant thick steel sheet having better low-temperature toughness than the conventional one can be obtained by suppressing grain boundary embrittlement and further making the old austenite grains into fine grains.
本発明は、以上に示した知見に基づき、更に検討を加えてなされたものであって、以下の耐摩耗厚鋼板を提供するものである。 The present invention has been made with further studies based on the findings shown above, and provides the following wear-resistant thick steel sheets.
（１）
鋼組成が質量％で、
Ｃ：０．０８０〜０．２００％、
Ｍｎ：２．０〜５．０％、
Ｎｂ：０．００３〜０．１００％、
Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｐ：０．０２００％以下、
Ｓ ：０．０１００％以下、
Ａｌ：０．１０％以下、
Ｎ：０．００８０％以下
を含有し、さらに、
Ｃｕ：０〜２．０％、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｃｒ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜１．００％、
W：０〜１．００％、
Ｖ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、
Ｍｇ：０〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０〜０．１０００％
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、
面積％で、マルテンサイトを９０％以上含み、残部がパーライト及びフェライトからなり、旧オーステナイト粒径が５０μｍ以下である金属組織を有する耐摩耗厚鋼板。
(1)
Steel composition is mass%,
C: 0.080 to 0.200%,
Mn: 2.0-5.0%,
Nb: 0.003 to 0.100%,
B: 0.0003 to 0.0025%,
Si: 1.00% or less,
P: 0.0200% or less,
S: 0.0100% or less,
Al: 0.10% or less,
N: Contains 0.0080% or less, and further
Cu: 0-2.0%,
Ni: 0-1.0%,
Cr: 0-1.0%,
Mo: 0-1.00%,
W: 0-1.00%,
V: 0 to 0.100%,
Ti: 0 to 0.100%,
Ca: 0 to 0.0050%,
Mg: 0 to 0.0050%,
REM: 0 to 0.1000%
Containing, the balance consists of Fe and impurities,
A wear-resistant thick steel sheet having an area% of 90% or more of martensite, the balance being pearlite and ferrite, and a metal structure having an old austenite particle size of 50 μm or less.
（２）
さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．０５〜２．０％、
Ｃｒ：０．０５〜１．０％
の１種または２種を含有する上記（１）に記載の耐摩耗厚鋼板。
(2)
In addition, in% by mass,
Cu: 0.05-2.0%,
Cr: 0.05-1.0%
The wear-resistant thick steel sheet according to (1) above, which contains one or two of the above.
（３）
さらに、質量％で、
Ｎｉ：０．０５〜１．０％、
Ｍｏ：０．１０〜１．００％、
W：０．１０〜１．００％、
Ｖ：０．００５〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
の１種または２種以上を含有する上記（１）または（２）に記載の耐摩耗厚鋼板。
(3)
In addition, in% by mass,
Ni: 0.05-1.0%,
Mo: 0.10 to 1.00%,
W: 0.10 to 1.00%,
V: 0.005 to 0.100%,
Ti: 0.005 to 0.100%
The wear-resistant thick steel sheet according to (1) or (2) above, which contains one or more of the above.
（４）
さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．１０００％
の１種または２種以上を含有する上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の耐摩耗厚鋼板。
(4)
In addition, in% by mass,
Ca: 0.0005 to 0.0050%,
Mg: 0.0005 to 0.0050%,
REM: 0.0005 to 0.1000%
The wear-resistant thick steel sheet according to any one of (1) to (3) above, which contains one or more of the above.
本発明によれば、表面ブリネル硬さが３６０以上であり、−４０℃のシャルピー吸収エネルギーが５０Ｊ以上である、低温靭性に優れた耐摩耗厚鋼板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wear-resistant thick steel sheet having a surface Brinell hardness of 360 or more, a Charpy absorption energy of −40 ° C. of 50 J or more, and excellent low temperature toughness.
以下、本発明の耐摩耗厚鋼板について、詳細に説明する。 Hereinafter, the wear-resistant thick steel sheet of the present invention will be described in detail.
なお、本実施形態において「厚鋼板」とは、板厚が３ｍｍ以上であって、熱間圧延によって製造された圧延鋼板のことである。まず、本実施形態の耐摩耗厚鋼板に含まれる各成分の限定理由について説明する。なお、本明細書において、元素の含有量に関する「％」は、特に断りがない限り、「質量％」を意味するものである。 In the present embodiment, the "thick steel sheet" is a rolled steel sheet having a thickness of 3 mm or more and manufactured by hot rolling. First, the reason for limiting each component contained in the wear-resistant thick steel sheet of the present embodiment will be described. In the present specification, "%" regarding the content of the element means "mass%" unless otherwise specified.
［Ｃ：０．０８０〜０．２００％］
Ｃは、α’マルテンサイトの硬さを増加させ、耐摩耗性を向上させるために含有する。十分な耐摩耗性を得るためには、Ｃは、０．０８０％以上の含有が必要である。Ｃ量は、好ましくは０．０８５％以上であり、より好ましくは０．０９０％以上である。一方、Ｃ量が０．２００％を超えると過剰に硬くなるため、靭性が劣化する。よって、Ｃ量を０．２００％以下とする。Ｃ量は、好ましくは０．１９０％以下であり、より好ましくは０．１８０％以下である。
[C: 0.080 to 0.200%]
C is contained to increase the hardness of α'martensite and improve wear resistance. In order to obtain sufficient wear resistance, C must be contained in an amount of 0.080% or more. The amount of C is preferably 0.085% or more, and more preferably 0.090% or more. On the other hand, if the amount of C exceeds 0.200%, the toughness deteriorates because it becomes excessively hard. Therefore, the amount of C is set to 0.200% or less. The amount of C is preferably 0.190% or less, more preferably 0.180% or less.
［Ｍｎ：２．０〜５．０％］
Ｍｎは、焼入れ性を向上しマルテンサイト組織を得て摩耗性を向上するために含有する。十分な摩耗性を得るためには、Ｍｎは、２．０％以上の含有が必要である。Ｍｎ量は、好ましくは２．１％以上であり、より好ましくは２．２％以上である。一方、Ｍｎ量が５．０％を超えると、過剰に硬さが増加し靭性が低下する。よって、Ｍｎ量の上限を５．０％以下とする。Ｍｎ量は、好ましくは４．９％以下であり、より好ましくは４．８％以下である。
[Mn: 2.0 to 5.0%]
Mn is contained in order to improve hardenability, obtain a martensite structure, and improve wear resistance. In order to obtain sufficient wear resistance, Mn must be contained in an amount of 2.0% or more. The amount of Mn is preferably 2.1% or more, more preferably 2.2% or more. On the other hand, when the amount of Mn exceeds 5.0%, the hardness increases excessively and the toughness decreases. Therefore, the upper limit of the amount of Mn is set to 5.0% or less. The amount of Mn is preferably 4.9% or less, more preferably 4.8% or less.
［Ｎｂ：０．００３％〜０．１００％］
Ｎｂは、粒界の強度を向上させ粒界脆化を抑制する効果がある。また、Ｎｂは鋼中で炭窒化物などの析出物を作り、スラブの再加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制することで靭性を向上させる効果がある。十分な靭性を得るためには、Ｎｂは、０．００３％以上の含有が必要である。Ｎｂ量は、好ましくは０．００４％以上であり、より好ましくは０．００５％以上である。一方、Ｎｂ量が０．１００％を超えると、粗大な炭窒化物が析出し、かえって靭性を低下させる。よって、Ｎｂ量を０．１００％以下とする。Ｎｂ量は、好ましくは０．０９０％以下であり、より好ましくは０．０８０％以下である。
[Nb: 0.003% to 0.100%]
Nb has the effect of improving the strength of the grain boundaries and suppressing the grain boundary embrittlement. In addition, Nb has the effect of improving toughness by forming precipitates such as carbonitride in steel and suppressing coarsening of austenite grains when the slab is reheated. In order to obtain sufficient toughness, Nb must be contained in an amount of 0.003% or more. The amount of Nb is preferably 0.004% or more, and more preferably 0.005% or more. On the other hand, when the amount of Nb exceeds 0.100%, coarse carbonitride is precipitated, which rather lowers the toughness. Therefore, the amount of Nb is set to 0.100% or less. The amount of Nb is preferably 0.090% or less, more preferably 0.080% or less.
［Ｂ：０．０００３〜０．００２５％］
Ｂは、粒界の強度を向上させ粒界脆化を抑制する効果がある。また、焼入れ性を向上しマルテンサイト組織を得て摩耗性を向上させる効果がある。十分な靭性や摩耗性を得るためには、Ｂは、０．０００３％以上の含有が必要である。Ｂ量は、好ましくは０．０００４％以上であり、より好ましくは０．０００５％以上である。一方、Ｂ量が０．００２５％を超えると、粗大な窒化物として析出し、破壊の起点としてかえって靭性を低下させる。よって、Ｂ量を０．００２５％以下とする。Ｂ量は、好ましくは０．００２４％以下であり、より好ましくは０．００２３％以下である。
[B: 0.0003 to 0.0025%]
B has the effect of improving the strength of the grain boundaries and suppressing the embrittlement of the grain boundaries. In addition, it has the effect of improving hardenability and obtaining a martensite structure to improve wear resistance. In order to obtain sufficient toughness and abrasion resistance, B must be contained in an amount of 0.0003% or more. The amount of B is preferably 0.0004% or more, and more preferably 0.0005% or more. On the other hand, when the amount of B exceeds 0.0025%, it is precipitated as a coarse nitride, and the toughness is rather lowered as a starting point of fracture. Therefore, the amount of B is set to 0.0025% or less. The amount of B is preferably 0.0024% or less, more preferably 0.0023% or less.
［Ｓｉ：０〜１．００％］
Ｓｉは、通常、脱酸のために添加される。本実施形態の耐摩耗厚鋼板では、Ｍｎを多量に含有し、Ｍｎの脱酸効果があるため、Ｓｉは必ずしも必要ではなく、下限は０％でもよい。Ｓｉを脱酸に使用する場合、十分な効果を得るためには０．０１％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．０２％以上とする。また、Ｓｉは、マルテンサイトの粒界脆化を助長する元素であり、Ｓｉ量が１.００％を超えると靭性を劣化させる。よって、Ｓｉ量を１．００％以下とする。Ｓｉ量の好ましい範囲は０．８０％以下であり、より好ましい範囲は０．６０％以下である。
[Si: 0 to 1.00%]
Si is usually added for deoxidation. Since the wear-resistant thick steel sheet of the present embodiment contains a large amount of Mn and has a deoxidizing effect of Mn, Si is not always necessary, and the lower limit may be 0%. When Si is used for deoxidation, it is preferably 0.01% or more, more preferably 0.02% or more in order to obtain a sufficient effect. Further, Si is an element that promotes grain boundary embrittlement of martensite, and when the amount of Si exceeds 1.00%, the toughness deteriorates. Therefore, the amount of Si is set to 1.00% or less. The preferable range of the amount of Si is 0.80% or less, and the more preferable range is 0.60% or less.
［Ｐ：０．０２００％以下］
Ｐは、一般に不純物として含有され、靭性を低下させる。特に、Ｐ量が０．０２００％を超えると顕著に靭性が劣化するため、Ｐ量を０．０２００％以下とする。Ｐ量の好ましい範囲は０．０１８０％以下であり、より好ましい範囲は０．０１６０％以下である。Ｐ量は、できる限り低減することが望ましく、下限は０％でもよいが、過度なＰ量の低減は精錬コストの高騰を招くため、Ｐ量を０．０００１％以上とすることができる。
[P: 0.0200% or less]
P is generally contained as an impurity and reduces toughness. In particular, if the amount of P exceeds 0.0200%, the toughness deteriorates remarkably, so the amount of P is set to 0.0200% or less. The preferable range of the amount of P is 0.0180% or less, and the more preferable range is 0.0160% or less. It is desirable to reduce the amount of P as much as possible, and the lower limit may be 0%. However, since excessive reduction of the amount of P causes an increase in refining cost, the amount of P can be 0.0001% or more.
［Ｓ：０．０１００％以下］
Ｓは、不純物であり、鋼中では硫化物として存在し、靭性を劣化させる。特に、０．０１００％を超えると顕著に靭性が劣化するため、Ｓ量を０．０１００％以下とする。Ｓ量の好ましい範囲は０．００９０％以下であり、より好ましい範囲は０．００８０％以下である。Ｓ量は、できる限り低減することが望ましく、下限は０％でもよい。過度なＳ量の低減は精錬コストの高騰を招くため、Ｓ量を０．０００１％以上とすることができる。
[S: 0.0100% or less]
S is an impurity, which exists as a sulfide in steel and deteriorates toughness. In particular, if it exceeds 0.0100%, the toughness deteriorates remarkably, so the amount of S is set to 0.0100% or less. The preferable range of the amount of S is 0.0090% or less, and the more preferable range is 0.0080% or less. The amount of S is preferably reduced as much as possible, and the lower limit may be 0%. Since an excessive reduction in the amount of S causes an increase in the refining cost, the amount of S can be 0.0001% or more.
［Ａｌ：０〜０．１００％］
Ａｌは、通常、脱酸のために添加される。本発明の耐摩耗厚鋼板では、Ｍｎを多量に含有し、Ｍｎの脱酸効果があるため、Ａｌは必ずしも必要ではなく、下限は０％でもよい。脱酸の効果を得るために、Ａｌ量は０．００５％以上が好ましく、より好ましくは０．０１０％以上、さらに好ましくは０．０２０％以上とする。Ａｌ量が０．１００％を超えると、粗大なＡｌの介在物として析出し、靭性を低下させる。よって、Ａｌ量を０．１００％以下とする。Ａｌ量の好ましい範囲は０．０９５％以下であり、より好ましい範囲は０．０９０％以下である。
[Al: 0 to 0.100%]
Al is usually added for deoxidation. Since the wear-resistant thick steel sheet of the present invention contains a large amount of Mn and has the deoxidizing effect of Mn, Al is not always necessary, and the lower limit may be 0%. In order to obtain the deoxidizing effect, the Al amount is preferably 0.005% or more, more preferably 0.010% or more, and further preferably 0.020% or more. When the amount of Al exceeds 0.100%, it precipitates as coarse Al inclusions and reduces toughness. Therefore, the amount of Al is set to 0.100% or less. The preferable range of the amount of Al is 0.095% or less, and the more preferable range is 0.090% or less.
［Ｎ：０．００８０％以下］
Ｎは、不純物であり、靭性を劣化させる。特に、Ｎ量が０．００８０％を超えると顕著に靭性が劣化する。よって、Ｎ量を０．００８０％以下とする。Ｎ量の好ましい範囲は０．００７０％以下であり、より好ましい範囲は０．００６０％以下である。Ｎ量の下限は０％でもよいが、過度なＮ量の低減は精錬コストの高騰を招くため、Ｎ量を０．０００１％以上とすることができる。Ｎ量は０．００１０％以上であってもよく、０．００２０％以上であってもよい。
[N: 0.0080% or less]
N is an impurity and deteriorates toughness. In particular, when the amount of N exceeds 0.0080%, the toughness deteriorates remarkably. Therefore, the amount of N is set to 0.0080% or less. The preferable range of the amount of N is 0.0070% or less, and the more preferable range is 0.0060% or less. The lower limit of the N amount may be 0%, but since excessive reduction of the N amount causes an increase in the refining cost, the N amount can be 0.0001% or more. The amount of N may be 0.0010% or more, or 0.0020% or more.
以上が、本実施形態の耐摩耗厚鋼板の基本となる化学組成であり、残部は鉄（Ｆｅ）、及び、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不純物である。本実施形態では、さらに、次のような元素を必要に応じて含有させることができる。 The above is the basic chemical composition of the wear-resistant thick steel sheet of the present embodiment, and the balance is iron (Fe) and impurities brought in depending on the conditions of raw materials, materials, manufacturing equipment, and the like. In the present embodiment, the following elements can be further contained as needed.
Ｃｕ、Ｃｒは、目的に応じて、これらの１種または２種が含有されていてもよい。なお、これらの元素は必ずしも必須ではないことから、含有量の下限を０％とする。 Cu and Cr may contain one or two of these depending on the purpose. Since these elements are not always essential, the lower limit of the content is set to 0%.
［Ｃｕ：２．０％以下］
Ｃｕは、焼入れ性を高め摩耗性を向上させるために含有してもよい。Ｃｕは、微量でも効果があるため、特定の下限値は規定しない。Ｃｕ量は、好ましくは０．０５％以上であり、より好ましくは０．１％以上である。ただし、Ｃｕ量が２．０％を超えると、粗大なＣｕの析出物として靭性を低下させる。よって、Ｃｕ量を２．０％以下とする。Ｃｕ量の好ましい範囲は１．９％以下であり、より好ましい範囲は１．８％以下である。
[Cu: 2.0% or less]
Cu may be contained in order to enhance hardenability and wear resistance. Since Cu is effective even in a small amount, a specific lower limit is not specified. The amount of Cu is preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more. However, if the amount of Cu exceeds 2.0%, the toughness is lowered as a coarse Cu precipitate. Therefore, the amount of Cu is set to 2.0% or less. The preferable range of the amount of Cu is 1.9% or less, and the more preferable range is 1.8% or less.
［Ｃｒ：１．０％以下］
Ｃｒは、焼入れ性を高め摩耗性を向上させるために含有してもよい。Ｃｒは、微量でも効果があるため、特定の下限値は規定しない。Ｃｒ量は、好ましくは０．０５％以上であり、より好ましくは０．１％以上である。ただし、Ｃｒ量が１．０％を超えると、粗大なＣｒ炭化物が析出し靭性や曲げ加工性を低下させる。よって、Ｃｒ量を１．０％以下とする。Ｃｒ量の好ましい範囲は０．９％以下であり、より好ましい範囲は０．８％以下である。
[Cr: 1.0% or less]
Cr may be contained in order to enhance hardenability and wear resistance. Since Cr is effective even in a small amount, a specific lower limit is not specified. The amount of Cr is preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more. However, if the amount of Cr exceeds 1.0%, coarse Cr carbides are precipitated to reduce toughness and bendability. Therefore, the amount of Cr is set to 1.0% or less. The preferable range of the amount of Cr is 0.9% or less, and the more preferable range is 0.8% or less.
Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔｉは、目的に応じて、これらの１種または２種以上が含有されていてもよい。なお、これらの元素は必ずしも必須ではないことから、含有量の下限を０％とする。 Ni, Mo, W, V, Ti may contain one or more of these depending on the purpose. Since these elements are not always essential, the lower limit of the content is set to 0%.
［Ｎｉ：１．０％以下］
Ｎｉは、靱性を向上させるために含有してもよい。Ｎｉは、微量でも効果があるため、特定の下限値は規定しない。Ｎｉ量は、好ましくは０．０５％以上であり、より好ましくは０．１％以上である。ただし、Ｎｉは高価な元素であり、Ｎｉ量が１．０％を超えると合金コストが高騰する。よって、Ｎｉ量を１．０％以下とする。Ｎｉ量の好ましい範囲は０．９％以下であり、より好ましくは０．８％以下である。
[Ni: 1.0% or less]
Ni may be contained to improve toughness. Since Ni is effective even in a small amount, a specific lower limit is not specified. The amount of Ni is preferably 0.05% or more, more preferably 0.1% or more. However, Ni is an expensive element, and if the amount of Ni exceeds 1.0%, the alloy cost rises. Therefore, the amount of Ni is set to 1.0% or less. The preferable range of the amount of Ni is 0.9% or less, and more preferably 0.8% or less.
［Ｍｏ：１．００％以下、Ｗ：１．００％以下］
Ｍｏ、Ｗは、マルテンサイトの粒界脆化を抑制し靭性を向上させるために含有してもよい。十分な靭性や曲げ加工性を得るためには、Ｍｏ、Ｗのそれぞれの量は、０．１０％以上であることが好ましい。高い靭性が必要な場合には、Ｍｏ、Ｗのそれぞれの量は、０．２０％以上であることが好ましい。一方、Ｍｏ、Ｗのいずれかの量が１．００％を超えると、粗大な炭化物として析出し、破壊の起点として靭性や曲げ加工性を劣化させる。よって、Ｍｏ、Ｗの量はそれぞれ、１．００％以下とする。Ｍｏ、Ｗのそれぞれの量は、好ましくは０．９０％以下であり、より好ましくは０．８０％以下である。
[Mo: 1.00% or less, W: 1.00% or less]
Mo and W may be contained in order to suppress grain boundary embrittlement of martensite and improve toughness. In order to obtain sufficient toughness and bendability, the amounts of Mo and W are preferably 0.10% or more. When high toughness is required, the respective amounts of Mo and W are preferably 0.20% or more. On the other hand, if the amount of either Mo or W exceeds 1.00%, it precipitates as coarse carbide and deteriorates toughness and bendability as a starting point of fracture. Therefore, the amounts of Mo and W are set to 1.00% or less, respectively. The respective amounts of Mo and W are preferably 0.90% or less, and more preferably 0.80% or less.
［Ｖ：０．１００％以下、Ｔｉ：０．１００％以下］
Ｖ、Ｔｉは、鋼中で炭窒化物などの析出物を作り、スラブの再加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制することで靭性を向上させる効果がある。これらの元素を靭性向上のために含有してもよい。これらの元素は微量でも効果があるため、特定の下限値は規定しない。Ｖ、Ｔｉのそれぞれの量は、好ましくは０．００５％以上であり、より好ましくは０．０１０％以上である。しかし、これらの元素のいずれかの量を、０．１００％を超えて含有すると、粗大な炭窒化物が析出し靭性や曲げ加工性を低下させる。よって、これらの元素のそれぞれの量を０．１００％以下とする。これらの元素の好ましい範囲はそれぞれ０．０９０％以下であり、より好ましい範囲はそれぞれ０．０８０％以下である。
[V: 0.100% or less, Ti: 0.100% or less]
V and Ti have the effect of improving toughness by forming precipitates such as carbonitride in steel and suppressing coarsening of austenite grains when the slab is reheated. These elements may be contained for improving toughness. Since these elements are effective even in trace amounts, no specific lower limit is specified. The respective amounts of V and Ti are preferably 0.005% or more, and more preferably 0.010% or more. However, if the amount of any of these elements exceeds 0.100%, coarse carbonitrides are precipitated and the toughness and bendability are lowered. Therefore, the amount of each of these elements is set to 0.100% or less. The preferred range of each of these elements is 0.090% or less, and the more preferable range is 0.080% or less, respectively.
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、目的に応じて、これらの１種または２種以上が含有されていてもよい。なお、これらの元素は必ずしも必須ではないことから、含有量の下限を０％とする。 Ca, Mg, and REM may contain one or more of these depending on the purpose. Since these elements are not always essential, the lower limit of the content is set to 0%.
［Ｃａ：０．００５０％以下、Ｍｇ：０．００５０％以下、ＲＥＭ：０．１０００％以下］
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭは、いずれもＳと結合し圧延方向に長く伸びるＭｎＳの形成を抑制して硫化物が球状となるように形態制御し、靭性を向上させる効果がある。これらの元素を靭性の向上のために含有してもよい。これらの元素は微量でも効果があるため、特定の下限値は規定しない。これらの元素のそれぞれの量は、好ましくは０．０００５％以上である。しかし、Ｃａ、Ｍｇのいずれかの量が０．００５０％を超える、もしくはＲＥＭの量が０．１０００％を超えると、いずれも粗大な介在物が増加し靭性や曲げ加工性を低下させる。よって、Ｃａ、Ｍｇの量をそれぞれ０．００５０％以下、ＲＥＭの量を０．１０００％以下とする。Ｃａ、Ｍｇの量の好ましい範囲はそれぞれ０．００４０％以下であり、より好ましい範囲はそれぞれ０．００３０％以下である。ＲＥＭの量の好ましい範囲は０．０９００％以下であり、より好ましい範囲は０．０８００％以下である。なお「ＲＥＭ」との用語は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドからなる合計１７元素を指し、上記「ＲＥＭの含有量」とは、これらの１７元素の合計含有量を意味する。
[Ca: 0.0050% or less, Mg: 0.0050% or less, REM: 0.1000% or less]
Ca, Mg, and REM all have the effect of suppressing the formation of MnS that binds to S and extends long in the rolling direction, controls the morphology so that the sulfide becomes spherical, and improves toughness. These elements may be contained to improve toughness. Since these elements are effective even in trace amounts, no specific lower limit is specified. The amount of each of these elements is preferably 0.0005% or more. However, when the amount of either Ca or Mg exceeds 0.0050% or the amount of REM exceeds 0.1000%, coarse inclusions increase and the toughness and bendability are lowered. Therefore, the amounts of Ca and Mg are set to 0.0050% or less, and the amount of REM is set to 0.1000% or less. The preferable range of the amounts of Ca and Mg is 0.0040% or less, respectively, and the more preferable range is 0.0030% or less, respectively. The preferred range of the amount of REM is 0.0900% or less, and the more preferable range is 0.0800% or less. The term "REM" refers to a total of 17 elements composed of Sc, Y and lanthanoids, and the above-mentioned "content of REM" means the total content of these 17 elements.
次に、本実施形態の耐摩耗厚鋼板の金属組織について説明する。なお、本明細書において、面積率に関する「％」は、特に断りがない限り、「面積％」を意味するものである。 Next, the metal structure of the wear-resistant thick steel sheet of the present embodiment will be described. In the present specification, "%" regarding the area ratio means "area%" unless otherwise specified.
［マルテンサイト面積率：９０％以上］
摩耗性向上のためには、硬さを高めることが必要である。合金コストをなるべくかけずに、硬さを高めるためには、マルテンサイト組織とすることが必要である。十分な摩耗性を得るためには、マルテンサイト面積率は９０％以上が必要であり、高い摩耗性が必要な場合は、マルテンサイト面積率は９２％以上が必要である。
[Martensite area ratio: 90% or more]
In order to improve wear resistance, it is necessary to increase the hardness. In order to increase the hardness at the lowest possible alloy cost, it is necessary to have a martensite structure. In order to obtain sufficient wear resistance, the martensite area ratio needs to be 90% or more, and when high wear resistance is required, the martensite area ratio needs to be 92% or more.
マルテンサイト以外の組織は、パーライトおよびフェライトであるが、いずれも耐摩耗性を劣化させる。このため、パーライトおよびフェライトをできる限り低減することが好ましいが、パーライトおよびフェライトの和の面積率が１０面積％以下であれば許容できる。パーライト、フェライトは、光学顕微鏡によって、ラス状の組織であるマルテンサイトと判別することができる。 The structures other than martensite are pearlite and ferrite, both of which degrade wear resistance. Therefore, it is preferable to reduce pearlite and ferrite as much as possible, but it is acceptable if the area ratio of the sum of pearlite and ferrite is 10 area% or less. Pearlite and ferrite can be distinguished from martensite, which is a lath-like structure, by an optical microscope.
［旧オーステナイト粒径：５０μｍ以下］
靭性を高めるには粒を微細化することが重要である。十分な靭性を得るためには５０μｍ以下とすることが必要であり、高い靭性を得るためには４５μｍ以下が必要である。旧オーステナイト粒径は小さいほど好ましいが、熱間圧延の圧下率の確保などを考慮すると、旧オーステナイト粒径は１０μｍ以上となる。旧オーステナイト粒径は、試料を採取して鏡面研磨し、ピクリン酸で腐食して旧オーステナイト粒界を現出させ、円相当径（直径）の平均値として求める。
[Old austenite particle size: 50 μm or less]
It is important to make the grains finer in order to increase the toughness. It is necessary to make it 50 μm or less in order to obtain sufficient toughness, and 45 μm or less in order to obtain high toughness. The smaller the particle size of the old austenite is, the more preferable it is. However, in consideration of ensuring the reduction rate of hot rolling, the particle size of the old austenite is 10 μm or more. The old austenite grain size is obtained as the average value of the equivalent circle diameter (diameter) by collecting a sample, mirror-polishing it, and corroding it with picric acid to reveal the old austenite grain boundaries.
次に、本実施形態の耐摩耗厚鋼板の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法では、特に限定する必要はないが、上記の組成を有する溶鋼を連続鋳造などの公知の鋳造方法で、所定寸法の鋼片とすることが望ましい。
鋳造後はそのまま熱間圧延を行ってもよいが、スラブを室温まで冷却し、Ａｃ３以上の温度に再加熱して、熱間圧延を行ってもよい。
Ａｃ３は、鋼の組織がオーステナイト単相になる温度である。Ａｃ３は、得られた鋼片から試験片を採取し、加熱時及び冷却時の熱膨張挙動から求めることができる。
熱間圧延後、そのまま焼入れる場合は、下記式（１）で求められる冷却速度以上で２５０℃以下の温度まで冷却する。鋼帯を製造する場合も、熱間圧延後、下記式（１）で求められる冷却速度以上で冷却して２５０℃以下で巻き取る。冷却速度の上限は、水冷装置の能力と板厚とで自ずと制限される。
熱間圧延後、水冷もしくは空冷して、Ａｃ３以上の温度に再加熱し、焼入れてもよい。その場合、再加熱後に、下記式（１）で求められる冷却速度ＶＣ（℃／ｓ）以上で２５０℃以下の温度まで冷却して焼き入れする。水冷の冷却速度は１０℃／ｓ以上が好ましい。
焼入れによりマルテンサイトを主組織とする厚鋼板を得ることができる。
ＶＣ＝１０（２．９４−０．７５×（２．７×［Ｃ］＋０．４×［Ｓｉ］＋［Ｍｎ］＋０．４５×［Ｎｉ］＋０．８×［Ｃｒ］＋２×［Ｍｏ］）・・・（１）
上記式（１）において、［Ｘ］は質量％で表される元素Ｘの含有量であり、元素Ｘを含まない場合は０を代入する。
Next, a method for manufacturing the wear-resistant thick steel sheet of the present embodiment will be described.
The production method of the present embodiment is not particularly limited, but it is desirable that the molten steel having the above composition is made into a steel piece having a predetermined size by a known casting method such as continuous casting.
After casting, hot rolling may be performed as it is, but hot rolling may be performed by cooling the slab to room temperature and reheating to a temperature of Ac3 or higher.
Ac3 is the temperature at which the structure of the steel becomes austenite single phase. Ac3 can be obtained from the thermal expansion behavior during heating and cooling by collecting a test piece from the obtained steel piece.
When baking as it is after hot rolling, it is cooled to a temperature of 250 ° C. or lower at a cooling rate higher than the cooling rate required by the following formula (1). Also in the case of producing a steel strip, after hot rolling, it is cooled at a cooling rate higher than the cooling rate required by the following formula (1) and wound at 250 ° C. or lower. The upper limit of the cooling rate is naturally limited by the capacity of the water cooling device and the plate thickness.
After hot rolling, it may be water-cooled or air-cooled, reheated to a temperature of Ac3 or higher, and quenched. In that case, after reheating, the mixture is cooled to a temperature of 250 ° C. or lower at a cooling rate of VC (° C./s) or higher obtained by the following formula (1) and quenched. The cooling rate for water cooling is preferably 10 ° C./s or higher.
By quenching, a thick steel sheet having martensite as the main structure can be obtained.
VC = 10 (2.94-0.75 x (2.7 x [C] + 0.4 x [Si] + [Mn] + 0.45 x [Ni] + 0.8 x [Cr] + 2 x [Mo] ) ... (1)
In the above formula (1), [X] is the content of the element X represented by mass%, and when the element X is not contained, 0 is substituted.
本発明の効果を詳細に確認するため、以下の実験を行った。なお、本実施例は、本発明の一実施例を示すものであり、本発明は以下の構成に限定されるものではない。 In order to confirm the effect of the present invention in detail, the following experiment was carried out. It should be noted that the present embodiment shows one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following configurations.
表１に示す成分組成を有するスラブをＡｃ３以上に加熱し、表２に示す圧延条件にて熱間圧延し、次いで、必要に応じて熱処理を施した後、表３に示す製品厚を有する厚鋼板を得た。再加熱温度はＡｃ３以上とした。
得られた厚鋼板から採取した各試験片について、マルテンサイトの面積率、旧オーステナイト粒径、硬さ、靭性、耐摩耗性試験を行った。その結果を表３に示す。
なお、各特性の具体的な評価方法は、以下の通りである。
A slab having the component composition shown in Table 1 is heated to Ac3 or higher, hot-rolled under the rolling conditions shown in Table 2, and then heat-treated as necessary, and then the thickness having the product thickness shown in Table 3 is obtained. A steel plate was obtained. The reheating temperature was Ac3 or higher.
Each test piece collected from the obtained thick steel sheet was subjected to martensite area ratio, old austenite particle size, hardness, toughness, and wear resistance test. The results are shown in Table 3.
The specific evaluation method for each characteristic is as follows.
「マルテンサイトの面積率、旧オーステナイト粒径」
圧延板の表面を含む部位から試験片を切り出し、圧延幅方向に平行な板厚断面を鏡面研磨し、ナイタール腐食した。その後、表面から０．７ｍｍの部位を中央とする５００μｍ×５００μｍの視野を光学顕微鏡で観察し、ミクロ組織を同定し、マルテンサイトの面積率を算出した。なお、光学顕微鏡による観察は、圧延方向に平行な板厚断面において１箇所のみ行った。また、マルテンサイトの面積率を同定したものを再び鏡面研磨し、ピクリン酸で腐食し、旧オーステナイト粒界を現出させ、表面から０．７ｍｍの部位を中央とする５００μｍ×５００μｍの範囲に含まれる旧オーステナイト粒の個数とマルテンサイトの面積から円相当径を測定し、それらの平均値を旧オーステナイト粒径とした。
"Area ratio of martensite, old austenite particle size"
A test piece was cut out from a portion including the surface of the rolled plate, and a cross section of the plate thickness parallel to the rolling width direction was mirror-polished and corroded with nital. Then, a field of view of 500 μm × 500 μm centered on a portion 0.7 mm from the surface was observed with an optical microscope to identify the microstructure, and the area ratio of martensite was calculated. The observation with an optical microscope was performed at only one place in the plate thickness cross section parallel to the rolling direction. In addition, the identified area ratio of martensite is mirror-polished again and corroded with picric acid to reveal the old austenite grain boundaries, which are included in the range of 500 μm × 500 μm centered on the portion 0.7 mm from the surface. The equivalent circle diameter was measured from the number of old austenite grains and the area of martensite, and the average value thereof was taken as the old austenite grain size.
「靭性」
鋼板の１／４厚位置から長さ方向に採取し、幅方向に亀裂が伝播するような方向にノッチを入れたＪＩＳ４号試験片により、−４０℃での吸収エネルギー（ｖＥ−４０℃（Ｊ））を評価し、−４０℃のシャルピー吸収エネルギーが５０Ｊ以上である場合を良好なものとした。
"Toughness"
Absorption energy at -40 ° C (vE-40 ° C (J)) by JIS No. 4 test piece sampled from the 1/4 thickness position of the steel sheet in the length direction and notched in the direction in which cracks propagate in the width direction. )) Was evaluated, and the case where the Charpy absorption energy at −40 ° C. was 50 J or more was regarded as good.
「硬さ」
ＪＩＳ Ｚ ２２４３に従って、鋼板のＺ方向断面について、鋼板表面から０．７ｍｍ位置まで研削して研磨を施し、ブリネル硬さＨＢＷ（１０／３０００）を測定した。ブリネル硬さは、３６０以上である場合を良好なものと評価した。
"Hardness"
According to JIS Z 2243, the cross section of the steel sheet in the Z direction was ground and polished to a position 0.7 mm from the surface of the steel sheet, and the Brinell hardness HBW (10/3000) was measured. When the Brinell hardness was 360 or more, it was evaluated as good.
「耐摩耗性」
幅５０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ５ｍｍの試験片を水平方向に対して３０°傾けて設置し、サイズが５号の珪砂を試験片の上１５０ｍｍの高さまで装入し、さらに、珪砂の上１０ｍｍの高さまで水を注入し、スクラッチング摩耗試験（周速度３．７ｍ／ｓ、５０時間）を行った。摩耗減量を求め、普通鋼（ＳＳ４００)を基準に相対比で評価した。普通鋼に対する摩耗減量（摩耗量比）は、０．５０以下である場合を良好なものと評価した。
"Abrasion resistance"
A test piece with a width of 50 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 5 mm is installed at an angle of 30 ° with respect to the horizontal direction, and silica sand of size 5 is charged to a height of 150 mm above the test piece, and further on the silica sand. Water was injected to a height of 10 mm, and a scratching wear test (peripheral speed 3.7 m / s, 50 hours) was performed. Abrasion weight loss was determined and evaluated as a relative ratio based on ordinary steel (SS400). The wear loss (wear ratio) with respect to ordinary steel was evaluated as good when it was 0.50 or less.
Claims (4)
Ｃ：０．０８０〜０．２００％、
Ｍｎ：２．０〜５．０％、
Ｎｂ：０．００３〜０．１００％、
Ｂ：０．０００３〜０．００２５％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｐ：０．０２００％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎ：０．００８０％以下
を含有し、さらに、
Ｃｕ：０〜２．０％、
Ｎｉ：０〜１．０％、
Ｃｒ：０〜１．０％、
Ｍｏ：０〜１．００％、
W：０〜１．００％、
Ｖ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｃａ：０〜０．００５０％、
Ｍｇ：０〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０〜０．１０００％
を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、
面積％で、マルテンサイトを９０％以上含み、残部がパーライト及びフェライトからなり、旧オーステナイト粒径が５０μｍ以下である金属組織を有する耐摩耗厚鋼板。 Steel composition is mass%,
C: 0.080 to 0.200%,
Mn: 2.0-5.0%,
Nb: 0.003 to 0.100%,
B: 0.0003 to 0.0025%,
Si: 1.00% or less,
P: 0.0200% or less,
S: 0.0100% or less,
Al: 0.100% or less,
N: Contains 0.0080% or less, and further
Cu: 0-2.0%,
Ni: 0-1.0%,
Cr: 0-1.0%,
Mo: 0-1.00%,
W: 0-1.00%,
V: 0 to 0.100%,
Ti: 0 to 0.100%,
Ca: 0 to 0.0050%,
Mg: 0 to 0.0050%,
REM: 0 to 0.1000%
Containing, the balance consists of Fe and impurities,
A wear-resistant thick steel sheet having an area% of 90% or more of martensite, the balance being pearlite and ferrite, and a metal structure having an old austenite particle size of 50 μm or less.
Ｃｕ：０．０５〜２．０％、
Ｃｒ：０．０５〜１．０％
の１種または２種を含有する請求項１に記載の耐摩耗厚鋼板。 In addition, in% by mass,
Cu: 0.05-2.0%,
Cr: 0.05-1.0%
The wear-resistant thick steel sheet according to claim 1, which contains one or two of the above.
Ｎｉ：０．０５〜１．０％、
Ｍｏ：０．１０〜１．００％、
W：０．１０〜１．００％、
Ｖ：０．００５〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
の１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の耐摩耗厚鋼板。 In addition, in% by mass,
Ni: 0.05-1.0%,
Mo: 0.10 to 1.00%,
W: 0.10 to 1.00%,
V: 0.005 to 0.100%,
Ti: 0.005 to 0.100%
The wear-resistant thick steel sheet according to claim 1 or 2, which contains one or more of the above.
Ｃａ：０．０００５〜０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０．０００５〜０．１０００％
の１種または２種以上を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐摩耗厚鋼板。 In addition, in% by mass,
Ca: 0.0005 to 0.0050%,
Mg: 0.0005 to 0.0050%,
REM: 0.0005 to 0.1000%
The wear-resistant thick steel sheet according to any one of claims 1 to 3, which contains one or more of the above.
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