JP2024015532A - 耐摩耗鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ni、Moなどの高価な元素の使用を抑制しつつ、耐摩耗性及び低温靭性に優れた耐摩耗鋼を提供する。【解決手段】質量%で、C:0.08~0.20%、Si:0.01~0.50%、Mn:0.10~2.00%、Cr:2.00~8.00%を含有し、金属組織に含まれるセメンタイトが、面積%で、0.5%以下であり、前記セメンタイトの平均円相当直径が500nm以下であり、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、粒径が大きい順に10個の結晶粒の平均粒径が40μm以下であり、表面硬さが360HV10以上であり、-40℃でのシャルピー吸収エネルギーが27J以上である、耐摩耗鋼。【選択図】なし
Description
本発明は、耐摩耗鋼に関するものである。
耐摩耗鋼は、表層近傍の硬さが要求されるため、焼入れ性を高める元素を含有する。Cr、Ni、Moは、焼入れ性を高める元素である。従来からCr、Ni、Moなどを含有する耐摩耗鋼が提案されている(例えば、特許文献1~特許文献4、参照)。
特許文献1及び特許文献2の耐摩耗鋼は、1.0質量%以上のMoを含有する。特許文献3及び特許文献4の耐摩耗鋼は、2.0質量%以上のNiを含有する。Ni及びMoは高価な元素であり、合金コストの観点から、削減が望まれる。本発明の課題は、このような実情に鑑み、Ni、Moなどの高価な元素の使用を抑制しつつ、耐摩耗性及び低温靭性に優れた耐摩耗鋼を提供することである。
本発明の要旨は、以下のとおりである。
(1) 化学成分が、質量%で、
C:0.08%以上、0.20%以下、
Si:0.01%以上、0.50%以下、
Mn:0.10%以上、2.00%以下、
P:0.015%以下、
S:0.0300%以下、
Cr:2.00%以上、8.00%以下、
N:0.008%以下、
Cu:0%以上、0.50%以下、
Ni:0%以上、0.50%以下、
Mo:0%以上、0.50%以下、
V:0%以上、0.500%以下、
B:0%以上、0.0050%以下、
Al:0%以上、0.300%以下、
Ti:0%以上、0.100%以下、
Nb:0%以上、0.100%以下、
Ca:0%以上、0.0100%以下、
Mg:0%以上、0.0100%以下、
REM:0%以上、0.0100%以下、
残部:Fe及び不純物
からなり、
厚さ方向の断面において、金属組織に含まれるセメンタイトが、面積%で、0%以上、0.5%以下であり、前記セメンタイトの平均円相当直径が500nm以下であり、
400μm×400μmの領域において、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、粒径が大きい順に10個の結晶粒の平均粒径が40μm以下であり、
表面硬さが360HV10以上であり、
-40℃でのシャルピー吸収エネルギーが27J以上である、耐摩耗鋼。
(2) 厚さ方向の中央部における硬さが360HV10以上である、上記(1)に記載の耐摩耗鋼。
C:0.08%以上、0.20%以下、
Si:0.01%以上、0.50%以下、
Mn:0.10%以上、2.00%以下、
P:0.015%以下、
S:0.0300%以下、
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N:0.008%以下、
Cu:0%以上、0.50%以下、
Ni:0%以上、0.50%以下、
Mo:0%以上、0.50%以下、
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Mg:0%以上、0.0100%以下、
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残部:Fe及び不純物
からなり、
厚さ方向の断面において、金属組織に含まれるセメンタイトが、面積%で、0%以上、0.5%以下であり、前記セメンタイトの平均円相当直径が500nm以下であり、
400μm×400μmの領域において、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、粒径が大きい順に10個の結晶粒の平均粒径が40μm以下であり、
表面硬さが360HV10以上であり、
-40℃でのシャルピー吸収エネルギーが27J以上である、耐摩耗鋼。
(2) 厚さ方向の中央部における硬さが360HV10以上である、上記(1)に記載の耐摩耗鋼。
本発明によれば、Ni、Moなどの高価な元素の使用を抑制しつつ、耐摩耗性及び低温靭性に優れた耐摩耗鋼が提供される。耐摩耗鋼の合金コストが削減されたことにより、安価な耐摩耗鋼の提供が可能になる。したがって、本発明は産業上の貢献が極めて顕著である。
以下、本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」と称する。)に係る耐摩耗鋼として、主に鋼板について説明する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよい。上限値又は下限値を実施例に示されている値に置き換えてもよい。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
まず、本発明を完成するに至った本発明者らの検討結果、得られた新たな知見について詳述する。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値に置き換えてもよく、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値に置き換えてもよい。上限値又は下限値を実施例に示されている値に置き換えてもよい。
「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
まず、本発明を完成するに至った本発明者らの検討結果、得られた新たな知見について詳述する。
Crは、Ni及びMoに比べて安価な元素である。Ni及びMoの含有量の抑制及びCr含有量の増加により、耐摩耗鋼のコストの削減が可能である。本発明者らの検討の結果、Ni、Moを意図的に含有させない、あるいはNi、Moの含有量をそれぞれ0.50%以下に抑えた場合の省合金型耐摩耗鋼に必要とされるCr含有量は、2.00%以上であるという知見が得られた。
一方、耐摩耗鋼の表面硬さを確保するために、C含有量を増加させることが好ましいが、靭性が低下するという問題が生じた。
一方、耐摩耗鋼の表面硬さを確保するために、C含有量を増加させることが好ましいが、靭性が低下するという問題が生じた。
本発明者らは、セメンタイトの析出及び粗大化の抑制によって、耐摩耗鋼の表面硬さと靭性との両立に成功した。本発明者らの検討の結果、C含有量及び焼入れの停止温度の制限によって、セメンタイトの析出及び粗大化が抑制され、靭性が確保されることがわかった。具体的には、セメンタイトの析出及び粗大化は、C含有量を0.20%以下、焼入れの停止温度を200℃以下にすれば効果的に抑制できることがわかった。セメンタイトの面積率が0.5%以下、かつ平均円相当直径が500nm以下であり、表面硬さがビッカース硬さで360HV10以上である場合、マルテンサイト及び下部ベイナイトの一方又は両方の面積率の合計は、95%以上であることがわかった。
<化学成分>
次に、本実施形態に係る鋼板の化学成分を構成する合金元素について説明する。以下の合金元素の説明において、含有量の「%」は、「質量%」を意味する。
次に、本実施形態に係る鋼板の化学成分を構成する合金元素について説明する。以下の合金元素の説明において、含有量の「%」は、「質量%」を意味する。
[C:0.08%以上、0.20%以下]
C(炭素)は、鋼の焼入れ性を高め、硬度を上昇させる元素である。C含有量は、硬度の確保という観点から、0.08%以上である。C含有量は、好ましくは0.10%以上である。一方、Cは、セメンタイトを生成する元素である。C含有量は、靭性の確保という観点から0.20%以下である。C含有量は、好ましくは0.18%以下であり、より好ましくは0.15%以下である。
C(炭素)は、鋼の焼入れ性を高め、硬度を上昇させる元素である。C含有量は、硬度の確保という観点から、0.08%以上である。C含有量は、好ましくは0.10%以上である。一方、Cは、セメンタイトを生成する元素である。C含有量は、靭性の確保という観点から0.20%以下である。C含有量は、好ましくは0.18%以下であり、より好ましくは0.15%以下である。
[Si:0.01%以上、0.50%以下]
Si(ケイ素)は、脱酸元素である。Si含有量は、脱酸の効果を得るという観点から、0.01%以上である。Si含有量は、好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.10%以上である。一方、Si含有量は、靭性の確保という観点から0.50%以下である。Si含有量は、好ましくは0.40%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。
Si(ケイ素)は、脱酸元素である。Si含有量は、脱酸の効果を得るという観点から、0.01%以上である。Si含有量は、好ましくは0.05%以上であり、より好ましくは0.10%以上である。一方、Si含有量は、靭性の確保という観点から0.50%以下である。Si含有量は、好ましくは0.40%以下であり、より好ましくは0.30%以下である。
[Mn:0.10%以上、2.00%以下]
Mn(マンガン)は、鋼の焼入れ性を高める元素である。Mn含有量は、硬度の確保という観点から、0.10%以上である。Mn含有量は、好ましくは0.50%以上であり、より好ましくは0.80%以上であり、更に好ましくは1.00%以上である。一方、Mnは、鋼の結晶粒界を脆化させる元素である。Mn含有量は、靭性の確保という観点から、2.00%以下である。Mn含有量は、好ましくは1.80%以下であり、より好ましくは1.60%以下である。
Mn(マンガン)は、鋼の焼入れ性を高める元素である。Mn含有量は、硬度の確保という観点から、0.10%以上である。Mn含有量は、好ましくは0.50%以上であり、より好ましくは0.80%以上であり、更に好ましくは1.00%以上である。一方、Mnは、鋼の結晶粒界を脆化させる元素である。Mn含有量は、靭性の確保という観点から、2.00%以下である。Mn含有量は、好ましくは1.80%以下であり、より好ましくは1.60%以下である。
[P:0.015%以下]
P(リン)は、製造工程において、鋼に混入する元素である。P含有量は、靭性の確保という観点から、0.015%以下である。P含有量は、好ましくは0.012%以下であり、より好ましくは0.010%以下である。P含有量は、低減させることが好ましく、下限は限定されないが、製造コストの観点から、0%超であってよい。P含有量は、0.001%以上であってもよい。
P(リン)は、製造工程において、鋼に混入する元素である。P含有量は、靭性の確保という観点から、0.015%以下である。P含有量は、好ましくは0.012%以下であり、より好ましくは0.010%以下である。P含有量は、低減させることが好ましく、下限は限定されないが、製造コストの観点から、0%超であってよい。P含有量は、0.001%以上であってもよい。
[S:0.0300%以下]
S(硫黄)は、製造工程において、鋼に混入する元素である。S含有量は、靭性の確保という観点から、0.0300%以下である。S含有量は、好ましくは0.0050%以下であり、より好ましくは0.0030%以下である。S含有量は、低減させることが好ましく、下限は限定されないが、製造コストの観点から、0%超であってよい。S含有量は、0.0001%以上であってもよい。
S(硫黄)は、製造工程において、鋼に混入する元素である。S含有量は、靭性の確保という観点から、0.0300%以下である。S含有量は、好ましくは0.0050%以下であり、より好ましくは0.0030%以下である。S含有量は、低減させることが好ましく、下限は限定されないが、製造コストの観点から、0%超であってよい。S含有量は、0.0001%以上であってもよい。
[Cr:2.00%以上、8.00%以下]
Cr(クロム)は、鋼の焼入れ性を高める元素である。Crは、Ni、Moなどの高価な元素の含有量を抑えて、耐摩耗鋼の硬度及び靭性を確保するという観点から重要な元素である。Cr含有量は、焼入れ性の確保という観点から、2.00%以上である。Cr含有量は、好ましくは2.10%以上であり、より好ましくは2.40%以上である。一方、Cr含有量は、コストの観点から、8.00%以下であり、7.50%以下であってもよい。Cr含有量は、好ましくは5.00%以下であり、より好ましくは3.00%以下である。
Cr(クロム)は、鋼の焼入れ性を高める元素である。Crは、Ni、Moなどの高価な元素の含有量を抑えて、耐摩耗鋼の硬度及び靭性を確保するという観点から重要な元素である。Cr含有量は、焼入れ性の確保という観点から、2.00%以上である。Cr含有量は、好ましくは2.10%以上であり、より好ましくは2.40%以上である。一方、Cr含有量は、コストの観点から、8.00%以下であり、7.50%以下であってもよい。Cr含有量は、好ましくは5.00%以下であり、より好ましくは3.00%以下である。
[N:0.0080%以下]
N(窒素)は、製造工程において、鋼に混入する元素である。N含有量は、靭性の確保という観点から、0.0080%以下である。N含有量は、好ましくは0.0070%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。N含有量は、低減させることが好ましく、下限は限定されないが、製造コストの観点から、0%超であってよい。AlやTiを含有させる場合、Nと結合して、AlN、TiNなどの微細な窒化物が形成される。N含有量は、窒化物による金属組織の微細化という観点から、好ましくは0.0010%以上であり、より好ましくは0.0020%以上である。
N(窒素)は、製造工程において、鋼に混入する元素である。N含有量は、靭性の確保という観点から、0.0080%以下である。N含有量は、好ましくは0.0070%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。N含有量は、低減させることが好ましく、下限は限定されないが、製造コストの観点から、0%超であってよい。AlやTiを含有させる場合、Nと結合して、AlN、TiNなどの微細な窒化物が形成される。N含有量は、窒化物による金属組織の微細化という観点から、好ましくは0.0010%以上であり、より好ましくは0.0020%以上である。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、製造コストを過剰に上昇させずに焼入れ性を高めるため、必要に応じて、Cu、Ni、Mo、V及びBの1種又は2種以上を下記の範囲内で含有させてもよい。
[Cu:0%以上、0.50%以下]
Cu(銅)は、鋼の焼入性を高める元素である。Cu含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を確実に得るために、Cu含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。一方、Cu含有量は、コストの観点から、0.50%以下である。Cu含有量は、好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.05%以下である。
Cu(銅)は、鋼の焼入性を高める元素である。Cu含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を確実に得るために、Cu含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。一方、Cu含有量は、コストの観点から、0.50%以下である。Cu含有量は、好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.05%以下である。
[Ni:0%以上、0.50%以下]
Ni(ニッケル)は、鋼の焼入性を高める元素である。Ni含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Ni含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。一方、Ni含有量は、コストの観点から、0.50%以下である。Ni含有量は、好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.05%以下である。
Ni(ニッケル)は、鋼の焼入性を高める元素である。Ni含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Ni含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。一方、Ni含有量は、コストの観点から、0.50%以下である。Ni含有量は、好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.05%以下である。
[Mo:0%以上、0.50%以下]
Mo(モリブデン)は、鋼の焼入性を高める元素である。Mo含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Mo含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。一方、Mo含有量は、コストの観点から、0.50%以下である。好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.05%以下である。
Mo(モリブデン)は、鋼の焼入性を高める元素である。Mo含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Mo含有量は、好ましくは0.01%以上であり、より好ましくは0.03%以上である。一方、Mo含有量は、コストの観点から、0.50%以下である。好ましくは0.30%以下であり、より好ましくは0.10%以下であり、更に好ましくは0.05%以下である。
[V:0%以上、0.500%以下]
V(バナジウム)は、炭化物や窒化物などの析出物を形成する元素であり、焼入れ性を高める効果を有する。V含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、V含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.005%以上である。一方、V含有量は、コストの観点から、0.500%以下である。好ましくは0.300%以下であり、より好ましくは0.100%以下であり、更に好ましくは0.050%以下である。
V(バナジウム)は、炭化物や窒化物などの析出物を形成する元素であり、焼入れ性を高める効果を有する。V含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、V含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.005%以上である。一方、V含有量は、コストの観点から、0.500%以下である。好ましくは0.300%以下であり、より好ましくは0.100%以下であり、更に好ましくは0.050%以下である。
[B:0%以上、0.0050%以下]
B(ホウ素)は、微量であっても鋼の焼入性を顕著に高める元素である。B含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、B含有量は、好ましくは0.0003%以上であり、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0008%以上である。一方、Bを過剰に含有させても効果が飽和するので、B含有量は、0.0050%以下である。B含有量は、好ましくは0.0045%以下であり、より好ましくは0.0040%以下である。
B(ホウ素)は、微量であっても鋼の焼入性を顕著に高める元素である。B含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、B含有量は、好ましくは0.0003%以上であり、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0008%以上である。一方、Bを過剰に含有させても効果が飽和するので、B含有量は、0.0050%以下である。B含有量は、好ましくは0.0045%以下であり、より好ましくは0.0040%以下である。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、必要に応じて、炭化物、窒化物、酸化物、硫化物などの化合物を形成するAl、Ti、Nb、Ca、Mg及びREMの1種又は2種以上を含有させてもよい。
[Al:0%以上、0.300%以下]
Al(アルミニウム)は、脱酸元素であり、窒化物を形成する元素でもある。Al含有量の下限は限定されず0%でもよい。脱酸の効果を得るために、Al含有量は、好ましくは0.005%以上である。AlNによる金属組織の微細化という観点から、Al含有量は、より好ましくは0.010%以上である。一方、粗大な介在物の生成の抑制という観点から、Al含有量は0.300%以下である。Al含有量は、好ましくは0.100%以下であり、より好ましくは0.070%以下である。
Al(アルミニウム)は、脱酸元素であり、窒化物を形成する元素でもある。Al含有量の下限は限定されず0%でもよい。脱酸の効果を得るために、Al含有量は、好ましくは0.005%以上である。AlNによる金属組織の微細化という観点から、Al含有量は、より好ましくは0.010%以上である。一方、粗大な介在物の生成の抑制という観点から、Al含有量は0.300%以下である。Al含有量は、好ましくは0.100%以下であり、より好ましくは0.070%以下である。
[Ti:0%以上、0.100%以下]
Ti(チタン)は、脱酸元素であり、窒化物を形成する元素でもある。また、Tiは、鋼にBが含まれる場合、BNの形成を抑制して焼入れ性を高めるために利用される。Ti含有量の下限は限定されず0%でもよい。脱酸の効果を得るために、Ti含有量は、好ましくは0.003%以上である。TiNによる金属組織の微細化という観点から、Ti含有量は、より好ましくは0.005%以上であり、更に好ましくは0.010%以上である。一方、粗大な介在物の生成の抑制という観点から、Ti含有量は0.100%以下である。Ti含有量は、より好ましくは、0.050%以下であり、更に好ましくは0.030%以下である。
Ti(チタン)は、脱酸元素であり、窒化物を形成する元素でもある。また、Tiは、鋼にBが含まれる場合、BNの形成を抑制して焼入れ性を高めるために利用される。Ti含有量の下限は限定されず0%でもよい。脱酸の効果を得るために、Ti含有量は、好ましくは0.003%以上である。TiNによる金属組織の微細化という観点から、Ti含有量は、より好ましくは0.005%以上であり、更に好ましくは0.010%以上である。一方、粗大な介在物の生成の抑制という観点から、Ti含有量は0.100%以下である。Ti含有量は、より好ましくは、0.050%以下であり、更に好ましくは0.030%以下である。
[Nb:0%以上、0.100%以下]
Nb(ニオブ)は、炭化物や窒化物などの析出物を形成する元素である。Nb含有量の下限は限定されず0%でもよい。析出物による金属組織の微細化という観点から、Nb含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.005%以上であり、更に好ましくは0.010%以上である。一方、Nbを過剰に含有させても効果が飽和するので、Nb含有量は0.100%以下である。Nb含有量は、好ましくは0.050%以下であり、更に好ましくは0.030%以下である。
Nb(ニオブ)は、炭化物や窒化物などの析出物を形成する元素である。Nb含有量の下限は限定されず0%でもよい。析出物による金属組織の微細化という観点から、Nb含有量は、好ましくは0.003%以上であり、より好ましくは0.005%以上であり、更に好ましくは0.010%以上である。一方、Nbを過剰に含有させても効果が飽和するので、Nb含有量は0.100%以下である。Nb含有量は、好ましくは0.050%以下であり、更に好ましくは0.030%以下である。
[Ca:0%以上、0.0100%以下]
Ca(カルシウム)は、酸化物や硫化物を形成し、介在物の形態を制御する元素である。Ca含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Ca含有量は、好ましくは0.0003%以上である。Ca含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、粗大な介在物の生成の抑制という観点から、Ca含有量は0.0100%以下である。Ca含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
Ca(カルシウム)は、酸化物や硫化物を形成し、介在物の形態を制御する元素である。Ca含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Ca含有量は、好ましくは0.0003%以上である。Ca含有量は、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、粗大な介在物の生成の抑制という観点から、Ca含有量は0.0100%以下である。Ca含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
[Mg:0%以上、0.0100%以下]
Mg(マグネシウム)は、酸化物や硫化物を形成し、介在物の形態を制御する元素である。Mg含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Mg含有量は、好ましくは0.0003%以上であり、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、コストの観点から、Mg含有量は0.0100%以下である。Mg含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
Mg(マグネシウム)は、酸化物や硫化物を形成し、介在物の形態を制御する元素である。Mg含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Mg含有量は、好ましくは0.0003%以上であり、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、コストの観点から、Mg含有量は0.0100%以下である。Mg含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
[REM:0%以上、0.0100%以下]
REM(希土類元素)とは、Sc、Yの2元素と、La、Ce、Ndなどのランタノイド15元素との合計17元素の総称を意味する。REM含有量とは、前記17元素の合計含有量を意味する。
REMは、酸化物や硫化物を形成し、介在物の形態を制御する元素である。REM含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Mg含有量は、好ましくは0.0003%以上であり、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、コストの観点から、REM含有量は0.0100%以下である。REM含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
REM(希土類元素)とは、Sc、Yの2元素と、La、Ce、Ndなどのランタノイド15元素との合計17元素の総称を意味する。REM含有量とは、前記17元素の合計含有量を意味する。
REMは、酸化物や硫化物を形成し、介在物の形態を制御する元素である。REM含有量の下限は限定されず0%でもよい。効果を得るために、Mg含有量は、好ましくは0.0003%以上であり、より好ましくは0.0005%以上であり、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、コストの観点から、REM含有量は0.0100%以下である。REM含有量は、好ましくは0.0080%以下であり、より好ましくは0.0060%以下である。
本実施形態に係る鋼の上記化学成分の残部は、Fe及び不純物である。ここで、不純物とは、本実施形態に係る耐摩耗鋼を工業的に製造する際に、意図的に含有させないが、鉱石、スクラップ等の原料や、製造工程における種々の要因によって混入する成分である。不純物の含有は、本実施形態に係る耐摩耗鋼の特性に悪影響を与えない範囲で許容される。
<金属組織>
次に、本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織について説明する。以下において、金属組織の「%」は、「面積%」である。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、金属組織に含まれるセメンタイトが、面積%で、0%以上、0.5%以下である。前記セメンタイトの平均円相当直径は500nm以下である。400μm×400μmの領域において、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、粒径が大きい順に10個の結晶粒の平均粒径が40μm以下である。
次に、本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織について説明する。以下において、金属組織の「%」は、「面積%」である。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、金属組織に含まれるセメンタイトが、面積%で、0%以上、0.5%以下である。前記セメンタイトの平均円相当直径は500nm以下である。400μm×400μmの領域において、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、粒径が大きい順に10個の結晶粒の平均粒径が40μm以下である。
本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織は、セメンタイトの面積率及び平均円相当直径並びに結晶の平均粒径が上述した範囲であればよい。例えば、上部ベイナイト又はパーライトが生成すると、セメンタイトの面積率が増加し、粗大化し易い。フェライトが生成すると硬さ不足となり易く、靭性を低下させる場合がある。残留オーステナイトは、変形により硬質のマルテンサイトとなり(加工誘起マルテンサイト)、靭性を低下させる場合がある。そのため、本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織はマルテンサイト及び下部ベイナイトの一方又は両方からなることが好ましい。マルテンサイト及び下部ベイナイトの面積率の合計は、好ましくは、95%以上である。マルテンサイト及び下部ベイナイトを除く残部は、フェライト、パーライト、残留オーステナイト及び上部ベイナイトの1種又は2種以上からなる。
マルテンサイト及び下部ベイナイトは、ラス状の硬質相であり、一般に、セメンタイトの有無によって判別される。本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織がマルテンサイト及び下部ベイナイトからなる場合、セメンタイトが含まれる金属組織は下部ベイナイトと見做される。本実施形態においては、マルテンサイトと下部ベイナイトとを判別する必要はない。光学顕微鏡によって、フェライト、パーライト、残留オーステナイト及び上部ベイナイトが観察されない場合、金属組織がマルテンサイト及び下部ベイナイトの一方又は両方からなると判断される。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、セメンタイトの面積率及び平均円相当直径並びに結晶の平均粒径が上述した範囲であれば、マルテンサイト及び下部ベイナイト以外の金属組織を含んでもよい。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、セメンタイトの面積率及び平均円相当直径並びに結晶の平均粒径が上述した範囲であれば、マルテンサイト及び下部ベイナイト以外の金属組織を含んでもよい。
金属組織の観察は、耐摩耗鋼の厚さが16mm未満の場合は、表面から厚さ方向に、厚さの1/2の部位(以下、「1/2t部」とも称される)において行われる。耐摩耗鋼の厚さが16mm以上である場合は、表面から厚さ方向に、厚さの1/4の部位(以下、「1/4t部」とも称される)において金属組織の観察が行われる。金属組織の観察に使用される試料の観察面は、試料のL(長手)方向(圧延方向)に沿って厚さ方向に切断された断面(以下、「試料のL(長手)方向断面」と称する場合がある。)であり、湿式研磨、ナイタールによるエッチングが施される。金属組織の観察は、400倍の倍率で行われ、5視野の観察によってフェライト、パーライト、残留オーステナイト及び上部ベイナイトの有無が判定される。
[セメンタイトの面積率:0%以上、0.5%以下]
本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織がマルテンサイトからなる場合、セメンタイトの面積率は0%である。本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織が、マルテンサイト及び下部ベイナイトからなる場合、セメンタイトが含まれる金属組織は、下部ベイナイトと見做される。セメンタイトの面積率は、靭性の確保という観点から、0.5%以下である。セメンタイトの面積率は、好ましくは0.4%以下であり、より好ましくは0.3%以下である。焼入れ停止温度を低下させると、上部ベイナイト及びパーライトの生成が抑制され、セメンタイトの面積率が減少する。
本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織がマルテンサイトからなる場合、セメンタイトの面積率は0%である。本実施形態に係る耐摩耗鋼の金属組織が、マルテンサイト及び下部ベイナイトからなる場合、セメンタイトが含まれる金属組織は、下部ベイナイトと見做される。セメンタイトの面積率は、靭性の確保という観点から、0.5%以下である。セメンタイトの面積率は、好ましくは0.4%以下であり、より好ましくは0.3%以下である。焼入れ停止温度を低下させると、上部ベイナイト及びパーライトの生成が抑制され、セメンタイトの面積率が減少する。
セメンタイトの面積率は、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、以下、「SEM」と称される)によって測定される。セメンタイトの面積率は、耐摩耗鋼の厚さが16mm未満の場合は、1/2t部において行われる。耐摩耗鋼の厚さが16mm以上である場合は、1/4t部においてセメンタイトの面積率が測定される。セメンタイトの面積率の測定に使用される試料の観察面は、試料のL(長手)方向断面であり、電解エッチングが施される。セメンタイトの面積率は、30000倍で撮影された写真の画像解析によって測定される。
[セメンタイトの平均円相当直径:500nm以下]
セメンタイトの平均円相当直径は、靭性の確保という観点から、500nm以下である。セメンタイトの平均円相当直径は、好ましくは300nm以下である。セメンタイトの平均円相当直径は、50nm以上であってもよく、100nm以上であってもよい。セメンタイトの平均円相当直径は、面積率の測定に使用されたSEM写真の画像解析によって求められるセメンタイトの面積(合計)、及びセメンタイトの個数から算出される。すなわち、セメンタイトの合計面積をセメンタイトの個数で除したセメンタイトの平均面積から平均円相当直径が算出される。セメンタイトの面積率が0%である場合、平均円相当直径は0nmである。焼入れ停止温度を低下させると、上部ベイナイト及びパーライトの生成が抑制され、セメンタイトの平均円相当直径が小さくなる。上部ベイナイト及びパーライトに含まれるセメンタイトは、平均円相当直径及び面積率が大きい。セメンタイトの面積率が0.5%以下であり、平均円相当直径が500nm以下であれば、上部ベイナイト及びパーライトの面積率の合計は5%未満であると判断してよい。
セメンタイトの平均円相当直径は、靭性の確保という観点から、500nm以下である。セメンタイトの平均円相当直径は、好ましくは300nm以下である。セメンタイトの平均円相当直径は、50nm以上であってもよく、100nm以上であってもよい。セメンタイトの平均円相当直径は、面積率の測定に使用されたSEM写真の画像解析によって求められるセメンタイトの面積(合計)、及びセメンタイトの個数から算出される。すなわち、セメンタイトの合計面積をセメンタイトの個数で除したセメンタイトの平均面積から平均円相当直径が算出される。セメンタイトの面積率が0%である場合、平均円相当直径は0nmである。焼入れ停止温度を低下させると、上部ベイナイト及びパーライトの生成が抑制され、セメンタイトの平均円相当直径が小さくなる。上部ベイナイト及びパーライトに含まれるセメンタイトは、平均円相当直径及び面積率が大きい。セメンタイトの面積率が0.5%以下であり、平均円相当直径が500nm以下であれば、上部ベイナイト及びパーライトの面積率の合計は5%未満であると判断してよい。
[15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均:40μm以下]
400μm×400μmの領域において15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個(粒径が大きい順に10個の結晶粒径)の平均は、40μm以下である。以下では、結晶方位差が15°以上の高角粒界で囲まれた粒径を高角粒径と称する。高角粒径が大きくなると破壊が発生しやすくなり、高角粒径が小さくなると靭性が向上する。高角粒径は、400μm×400μmの領域内の結晶粒のうち上位10個(大きい方から10個)の平均値で評価される。高角粒径は、より好ましくは30μm以下である。
400μm×400μmの領域において15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個(粒径が大きい順に10個の結晶粒径)の平均は、40μm以下である。以下では、結晶方位差が15°以上の高角粒界で囲まれた粒径を高角粒径と称する。高角粒径が大きくなると破壊が発生しやすくなり、高角粒径が小さくなると靭性が向上する。高角粒径は、400μm×400μmの領域内の結晶粒のうち上位10個(大きい方から10個)の平均値で評価される。高角粒径は、より好ましくは30μm以下である。
本実施形態では、高角粒径は電子線後方散乱回折法(Electron Back Scattered Diffraction Pattern、以下、「EBSD」とも称される)によって測定される。EBSDによる測定は、400μm×400μmの視野で、0.4μmのピッチで行われる。市販の解析ソフト(TSL社製 OIM-Analysis)によって粒径分布が表示され、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、上位10個の粒径の平均が算出される。EBSDによる測定は、耐摩耗鋼の厚さが16mm未満の場合は、1/2t部において行われる。厚さが16mm以上である場合は、1/4t部においてEBSDによる測定が行われる。EBSDによる測定に使用される試料は、観察面が10mm角であり、鋼板における幅方向の端部から板幅の1/4の位置(1/4幅)から切り出される。観察面は、試料のL(長手)方向断面であり、電解研磨が施される。
次に、本実施形態に係る耐摩耗鋼の表面硬さ、1/2t部における硬さ、及び耐摩耗鋼の低温靭性について説明する。
[表面硬さ:360HV10以上]
本実施形態に係る耐摩耗鋼の表面硬さは、耐摩耗性を確保するために、ビッカース硬さで360HV10以上である。耐摩耗鋼の表面硬さは、好ましくは400HV10以上であり、高いほど好ましく、上限は限定されない。耐摩耗鋼の表面硬さは、靭性の確保という観点から、450HV10以下であってもよい。
耐摩耗鋼の表面硬さは、脱炭の影響を考慮して、耐摩耗鋼の表面から厚さ方向に0.7mmの位置で測定される。ビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に準拠して行われ、荷重は10kgfである。ビッカース硬さは、試料のL(長手)方向断面において測定された3点の平均値である。表面硬さがビッカース硬さで360HV10以上である場合、フェライト及び残留オーステナイトの面積率の合計は5%未満であると判断してよい。
本実施形態に係る耐摩耗鋼の表面硬さは、耐摩耗性を確保するために、ビッカース硬さで360HV10以上である。耐摩耗鋼の表面硬さは、好ましくは400HV10以上であり、高いほど好ましく、上限は限定されない。耐摩耗鋼の表面硬さは、靭性の確保という観点から、450HV10以下であってもよい。
耐摩耗鋼の表面硬さは、脱炭の影響を考慮して、耐摩耗鋼の表面から厚さ方向に0.7mmの位置で測定される。ビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に準拠して行われ、荷重は10kgfである。ビッカース硬さは、試料のL(長手)方向断面において測定された3点の平均値である。表面硬さがビッカース硬さで360HV10以上である場合、フェライト及び残留オーステナイトの面積率の合計は5%未満であると判断してよい。
[厚さ方向の中央部における硬さ:360HV10以上]
耐摩耗鋼の厚さ方向の中央部は、1/2t部と同義であり、以下では、耐摩耗鋼の厚さ方向の中央部における硬さを1/2t部硬さと称する。1/2t部硬さは、使用による耐摩耗性の劣化の防止という観点から、好ましくはビッカース硬さで360HV10以上、より好ましくは380HV10以上である。1/2t部硬さは、さらに好ましくは400HV10以上であり、高いほど好ましく、上限は限定されない。1/2t部硬さは、靭性の確保という観点から、450HV10以下であってもよい。ビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に準拠して行われ、荷重は10kgfである。ビッカース硬さは、試料のL(長手)方向断面において測定された3点の平均値である。1/2t部硬さは、焼入れ性を高める合金の含有量の増加、焼入れの冷却速度の上昇によって確保される。
耐摩耗鋼の厚さ方向の中央部は、1/2t部と同義であり、以下では、耐摩耗鋼の厚さ方向の中央部における硬さを1/2t部硬さと称する。1/2t部硬さは、使用による耐摩耗性の劣化の防止という観点から、好ましくはビッカース硬さで360HV10以上、より好ましくは380HV10以上である。1/2t部硬さは、さらに好ましくは400HV10以上であり、高いほど好ましく、上限は限定されない。1/2t部硬さは、靭性の確保という観点から、450HV10以下であってもよい。ビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に準拠して行われ、荷重は10kgfである。ビッカース硬さは、試料のL(長手)方向断面において測定された3点の平均値である。1/2t部硬さは、焼入れ性を高める合金の含有量の増加、焼入れの冷却速度の上昇によって確保される。
[-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値:27J以上]
耐摩耗鋼は、寒冷地や高地で使用される場合がある。加工時及び使用時の衝撃による破壊を抑制するため、耐摩耗鋼は-40℃での靭性の確保が必要とされる。このような観点から、本実施形態に係る耐摩耗鋼は、-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値が27J以上である。-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値は、好ましくは50J以上である。-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値は、高いほど好ましく、上限は限定されないが、100J以下であってもよい。
耐摩耗鋼は、寒冷地や高地で使用される場合がある。加工時及び使用時の衝撃による破壊を抑制するため、耐摩耗鋼は-40℃での靭性の確保が必要とされる。このような観点から、本実施形態に係る耐摩耗鋼は、-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値が27J以上である。-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値は、好ましくは50J以上である。-40℃でのシャルピー吸収エネルギーの平均値は、高いほど好ましく、上限は限定されないが、100J以下であってもよい。
シャルピー試験は、JIS Z 2242:2018に準拠し、Vノッチを設けたフルサイズの試験片を用いて行われる。耐摩耗鋼の厚さが12mm以下である場合は、5mmのサブサイズの試験片が用いられる。シャルピー試験片の採取位置は、板厚16mm以上の耐摩耗鋼は1/4t部であり、板厚16mm未満の耐摩耗鋼は1/2t部である。シャルピー試験片の長手方向は、圧延方向である。測定値のばらつきを考慮し、シャルピー吸収エネルギーの平均値は、3本の試験片の測定値の算術平均である。
本実施形態に係る耐摩耗鋼の形状は、特に限定されず、鋼板、鋼帯、形鋼、鋼管、棒鋼、鋼線等である。鋼板、鋼帯、形鋼、鋼管等の鋼材の厚さは、特に限定されず、例えば、8mm以上、50mm以下である。鋼材の厚さは、10mm以上であってよく、16mm以上であってもよい。鋼材の厚さは、45mm以下であってよく、40mm以下であってもよい。
本実施形態に係る耐摩耗鋼が棒鋼の場合は、直径を厚さとみなして、ビッカース硬さ測定、シャルピー試験を行えばよい。
本実施形態に係る耐摩耗鋼が棒鋼の場合は、直径を厚さとみなして、ビッカース硬さ測定、シャルピー試験を行えばよい。
<製造方法>
次に、本実施形態に係る耐摩耗鋼の製造方法を説明する。
次に、本実施形態に係る耐摩耗鋼の製造方法を説明する。
本実施形態に係る耐摩耗鋼は、鋼を溶製し、成分の調整後、鋳造して得られた鋼片を鋼素材として製造される。鋼素材は熱間圧延され、そのまま焼入れが施されるか、又は空冷される。空冷後は、再加熱され、焼入れが施される。熱間圧延後に焼入れが施された後、再加熱及び焼入れが施されてもよい。
本実施形態に係る耐摩耗鋼の製造に使用される鋼素材の製法は限定されず、公知の方法で製造される。
例えば、鋼片は、転炉、電気炉等の通常の精錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法、造塊-分塊法等の公知の方法で製造される。
鋼片は、好ましくは、鋳造後に冷却され、Ac3変態点以上の温度に再加熱されて、熱間圧延が施される。連続鋳造後の鋼片は、400℃以下に冷却されずにホットチャージで加熱炉に装入されると、鋳造時に生成した粗大なオーステナイトが加熱後の鋼片にも残存する場合がある。耐摩耗鋼の組織の微細化を促進させるために、連続鋳造後の鋼片は、一旦、400℃以下まで冷却されることが好ましい。
例えば、鋼片は、転炉、電気炉等の通常の精錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法、造塊-分塊法等の公知の方法で製造される。
鋼片は、好ましくは、鋳造後に冷却され、Ac3変態点以上の温度に再加熱されて、熱間圧延が施される。連続鋳造後の鋼片は、400℃以下に冷却されずにホットチャージで加熱炉に装入されると、鋳造時に生成した粗大なオーステナイトが加熱後の鋼片にも残存する場合がある。耐摩耗鋼の組織の微細化を促進させるために、連続鋳造後の鋼片は、一旦、400℃以下まで冷却されることが好ましい。
熱間圧延は、被圧延材の表面の温度がAr3変態点以上である温度域で行われる。Ar3変態点は冷却時にオーステナイトからフェライトへの変態が開始する温度である。熱間圧延前の鋼素材の加熱温度は、好ましくは900℃以上であり、より好ましくは1000℃以上であり、さらに好ましくは1100℃以上である。加熱温度は、結晶粒の粗大化を抑制するために、好ましくは1330℃以下である。加熱温度は、より好ましくは1200℃以下であり、更に好ましくは1150℃以下である。
耐摩耗鋼の熱間圧延では、低温靭性の確保という観点から、再結晶を促進させて、オーステナイトの粒径を小さくすることが好ましい。再結晶を促進させるために、1000℃以上の温度域における圧下率は、好ましくは、50%以上である。1000℃以上の温度域における圧下率(単に圧下率と称する)は、熱間圧延前の鋼素材の厚さと、1000℃における被圧延材の厚さとから、以下の式で求められる。
圧下率(%)=100×{(鋼素材の厚み)-(1000℃における被圧延材の厚み)}/鋼素材の厚み
圧下率(%)=100×{(鋼素材の厚み)-(1000℃における被圧延材の厚み)}/鋼素材の厚み
熱間圧延の終了温度は、フェライトの生成を防止するという観点から、Ar3変態点以上である。熱間圧延の終了後、そのまま、被圧延材に焼入れが施される場合は、熱間圧延の終了温度は770℃以上である。一方、熱間圧延の終了温度は、金属組織の微細化という観点から、好ましくは900℃以下であり、より好ましくは850℃以下である。熱間圧延の終了後の被圧延材の厚さは、耐摩耗鋼の厚さであり、例えば、8mm以上、50mm以下である。
熱間圧延後の被圧延材は、そのまま焼入れが施されるか、空冷される。空冷された被圧延材は、再加熱され、焼入れが施される。熱間圧延後の被圧延材に、そのまま焼入れが施される工程は、直接焼入れと称される。熱間圧延後の被圧延材が空冷され、再加熱され、焼入れが施される工程は、再加熱焼入れと称される。熱間圧延後に焼入れが施された被圧延材に、再加熱及び焼入れが施されてもよい。再加熱温度は、フェライトの生成を防止するという観点から、Ac3変態点以上の温度であればよい。再加熱温度は、好ましくは850℃以上であり、より好ましくは900℃以上である。金属組織の微細化という観点から、再加熱温度は、好ましくは1150℃以下である。再加熱温度は、より好ましくは1050℃以下であり、更に好ましくは1000℃以下である。
以下の焼入れの開始温度、冷却速度、停止温度の説明には、直接焼入れ及び再加熱焼入れの工程による違いはない。焼入れの開始温度は、フェライトの生成を防止するという観点から、770℃以上である。焼入れの冷却速度は、フェライトの生成を防止、セメンタイトの析出及び成長の抑制という観点から、被圧延材の表面温度で、3℃/秒以上である。冷却速度は、速いほど好ましいが、冷却設備の能力、被圧延材の厚さなどによって限界があり、50℃/秒以下であってよい。
焼入れの停止温度は、フェライトの生成を防止、セメンタイトの析出及び成長の抑制という観点から、被圧延材の表面温度で200℃以下である。焼入れの停止温度は、特にセメンタイトの成長の抑制という観点から、好ましくは、被圧延材の表面温度で100℃以下である。
ここで、Ac3は下記で計算される加熱時の変態開始温度、Ar3は下記で計算される冷却時の変態開始温度であり、鋼の化学成分を用いて計算される。
Ac3(℃)=902-255×C+19×Si-11×Mn-5×Cr+13×Mo-20×Ni+55×V
Ar3(℃)=868-396×C+24.6×Si-68.1×Mn-24.8×Cr
上式におけるC、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Vは質量%で表した含有量を意味する。
Ar3(℃)=868-396×C+24.6×Si-68.1×Mn-24.8×Cr
上式におけるC、Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Vは質量%で表した含有量を意味する。
以下に本発明の実施例を示す。ただし、以下に示す実施例は本発明の一例であり、本発明は以下に説明する実施例に制限されるものではない。実施例1は直接焼入れの一例であり、実施例2は再加熱焼入れの一例である。
<実施例1>
転炉による鋼の溶製、連続鋳造によって製造された鋼片の厚さは245mmである。鋼片から試料が採取され、蛍光X線分析法、燃焼-赤外線吸収法、不活性ガス融解法、誘導結合プラズマ質量分析法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry、ICP質量分析法)などを用いて化学成分の分析が行われた。結果は表1に示されている。表1~表3において、下線は本発明の範囲外の値又は条件であることを意味する。
転炉による鋼の溶製、連続鋳造によって製造された鋼片の厚さは245mmである。鋼片から試料が採取され、蛍光X線分析法、燃焼-赤外線吸収法、不活性ガス融解法、誘導結合プラズマ質量分析法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry、ICP質量分析法)などを用いて化学成分の分析が行われた。結果は表1に示されている。表1~表3において、下線は本発明の範囲外の値又は条件であることを意味する。
鋼片に、熱間圧延が施され、そのまま、被圧延材に焼入れが施され、 鋼板(耐摩耗鋼)が製造された。熱間圧延の加熱温度はAc3変態点以上であり、終了温度はAr3変態点以上である。熱間圧延工程において、被圧延材には1000℃以上の温度域における圧下率が50%以上となる圧延が施された。
熱間圧延に使用された鋼片の鋼No.、焼入れの開始温度、冷却速度、停止温度及び鋼板の板厚は表2に示されている。
熱間圧延に使用された鋼片の鋼No.、焼入れの開始温度、冷却速度、停止温度及び鋼板の板厚は表2に示されている。
(金属組織観察)
得られた各厚鋼板の金属組織の観察は、耐摩耗鋼の厚さが16mm未満の場合は1/2t部において、耐摩耗鋼の厚さが16mm以上である場合は、1/4t部において行われた。観察面は、試料のL(長手)方向断面であり、湿式研磨、ナイタールによるエッチングが施された。金属組織の観察は、400倍の倍率で行われ、5視野の観察によってフェライト、パーライト、上部ベイナイト、及び残留オーステナイトの有無が判定された。下部ベイナイト及びマルテンサイト以外の組織が観察された場合、下記記号により表2に示し、下記の組織が観察されなかった場合は「‐」を記した。
α:フェライト
P:パーライト
uB:上部ベイナイト
γ:残留オーステナイト
得られた各厚鋼板の金属組織の観察は、耐摩耗鋼の厚さが16mm未満の場合は1/2t部において、耐摩耗鋼の厚さが16mm以上である場合は、1/4t部において行われた。観察面は、試料のL(長手)方向断面であり、湿式研磨、ナイタールによるエッチングが施された。金属組織の観察は、400倍の倍率で行われ、5視野の観察によってフェライト、パーライト、上部ベイナイト、及び残留オーステナイトの有無が判定された。下部ベイナイト及びマルテンサイト以外の組織が観察された場合、下記記号により表2に示し、下記の組織が観察されなかった場合は「‐」を記した。
α:フェライト
P:パーライト
uB:上部ベイナイト
γ:残留オーステナイト
(セメンタイトの面積率及び平均円相当直径の測定)
金属組織の観察に用いた試料に電解研磨が施され、SEMによってセメンタイトの面積率及び円相当直径が測定された。30000倍で撮影された写真の画像解析によってセメンタイトの面積、及びセメンタイトの個数が測定され、セメンタイトの面積率及び平均円相当直径が算出された。セメンタイトの面積率及び平均円相当直径は表2に示されている。
金属組織の観察に用いた試料に電解研磨が施され、SEMによってセメンタイトの面積率及び円相当直径が測定された。30000倍で撮影された写真の画像解析によってセメンタイトの面積、及びセメンタイトの個数が測定され、セメンタイトの面積率及び平均円相当直径が算出された。セメンタイトの面積率及び平均円相当直径は表2に示されている。
(有効結晶粒径の測定)
更に、EBSDによって、15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均が測定された。EBSDによる測定は、400μm×400μmの視野で、0.4μmのピッチで行われた。15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均が、TSL社製のOIM-Analysisによって求められた。15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均は有効結晶粒径として表2に示されている。
更に、EBSDによって、15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均が測定された。EBSDによる測定は、400μm×400μmの視野で、0.4μmのピッチで行われた。15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均が、TSL社製のOIM-Analysisによって求められた。15°以上の高角粒界で囲まれた粒径上位10個の平均は有効結晶粒径として表2に示されている。
(ビッカース硬さ試験)
試料のL(長手)方向断面において、耐摩耗鋼の表面から厚さ方向に0.7mmの位置及び1/2t部で耐摩耗鋼のビッカース硬さが測定された。ビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に準拠し、10kgfの荷重で行われた。ビッカース硬さは、測定された任意の3点の平均値である。表面硬さが360HV10以上であれば耐摩耗性が良好であり、さらに1/2t部の硬さが360HV10以上であれば摩耗性の劣化抑制も良好である。
試料のL(長手)方向断面において、耐摩耗鋼の表面から厚さ方向に0.7mmの位置及び1/2t部で耐摩耗鋼のビッカース硬さが測定された。ビッカース硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に準拠し、10kgfの荷重で行われた。ビッカース硬さは、測定された任意の3点の平均値である。表面硬さが360HV10以上であれば耐摩耗性が良好であり、さらに1/2t部の硬さが360HV10以上であれば摩耗性の劣化抑制も良好である。
(シャルピー試験)
シャルピー試験は、JIS Z 2242:2018に準拠し、Vノッチを設けたフルサイズの試験片を用いて行われた。シャルピー吸収エネルギーの平均値は、3本の試験片の測定値の算術平均である。シャルピー試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向である。
耐摩耗鋼の厚さが12mm以下である場合は、5mmのサブサイズの試験片が用いられた。シャルピー試験片の採取位置は、板厚16mm以上の耐摩耗鋼は1/4t部であり、板厚16mm未満の耐摩耗鋼は1/2t部である。ビッカース硬さ(表面硬さ及び1/2t硬さ)及びシャルピー吸収エネルギー(KV2)は表2に示されている。シャルピー吸収エネルギーが27J以上であれば低温靭性が良好である。
シャルピー試験は、JIS Z 2242:2018に準拠し、Vノッチを設けたフルサイズの試験片を用いて行われた。シャルピー吸収エネルギーの平均値は、3本の試験片の測定値の算術平均である。シャルピー試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向である。
耐摩耗鋼の厚さが12mm以下である場合は、5mmのサブサイズの試験片が用いられた。シャルピー試験片の採取位置は、板厚16mm以上の耐摩耗鋼は1/4t部であり、板厚16mm未満の耐摩耗鋼は1/2t部である。ビッカース硬さ(表面硬さ及び1/2t硬さ)及びシャルピー吸収エネルギー(KV2)は表2に示されている。シャルピー吸収エネルギーが27J以上であれば低温靭性が良好である。
<実施例2>
表1に成分が示される鋼片に、熱間圧延が施され、空冷後、被圧延材に再加熱焼入れが施され、 鋼板が製造された。熱間圧延の加熱温度はAc3変態点以上であり、終了温度はAr3変態点以上である。熱間圧延工程において、被圧延材には1000℃以上の温度域における圧下率が50%以上となる圧延が施された。再加熱焼入れの加熱温度はAc3変態点以上である。
熱間圧延に使用された鋼片の鋼No.、焼入れの開始温度、冷却速度、停止温度及び鋼板の板厚は表3に示されている。
表1に成分が示される鋼片に、熱間圧延が施され、空冷後、被圧延材に再加熱焼入れが施され、 鋼板が製造された。熱間圧延の加熱温度はAc3変態点以上であり、終了温度はAr3変態点以上である。熱間圧延工程において、被圧延材には1000℃以上の温度域における圧下率が50%以上となる圧延が施された。再加熱焼入れの加熱温度はAc3変態点以上である。
熱間圧延に使用された鋼片の鋼No.、焼入れの開始温度、冷却速度、停止温度及び鋼板の板厚は表3に示されている。
実施例1と同様に、得られた各厚鋼板の金属組織の観察、セメンタイトの面積率及び平均円相当直径の測定、有効結晶粒径の測定、ビッカース硬さ及びシャルピー吸収エネルギーの測定が行われた。結果は表3に示されている。
表2及び表3に示されるように、本発明の要件を満たす鋼板は、Ni、Moを含まないか、含有量がそれぞれ0.50%以下に抑えられており、耐摩耗性及び低温靭性に優れている。
Claims (2)
- 化学成分が、質量%で、
C:0.08%以上、0.20%以下、
Si:0.01%以上、0.50%以下、
Mn:0.10%以上、2.00%以下、
P:0.015%以下、
S:0.0300%以下、
Cr:2.00%以上、8.00%以下、
N:0.0080%以下、
Cu:0%以上、0.50%以下、
Ni:0%以上、0.50%以下、
Mo:0%以上、0.50%以下、
V:0%以上、0.500%以下、
B:0%以上、0.0050%以下、
Al:0%以上、0.300%以下、
Ti:0%以上、0.100%以下、
Nb:0%以上、0.100%以下、
Ca:0%以上、0.0100%以下、
Mg:0%以上、0.0100%以下、
REM:0%以上、0.0100%以下、
残部:Fe及び不純物
からなり、
厚さ方向の断面において、金属組織に含まれるセメンタイトが、面積%で、0%以上、0.5%以下であり、前記セメンタイトの平均円相当直径が500nm以下であり、
400μm×400μmの領域において、15°以上の高角粒界で囲まれた結晶粒のうち、粒径が大きい順に10個の結晶粒の平均粒径が40μm以下であり、
表面硬さが360HV10以上であり、
-40℃でのシャルピー吸収エネルギーが27J以上である、耐摩耗鋼。 - 厚さ方向の中央部における硬さが360HV10以上である、請求項1に記載の耐摩耗鋼。
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