JP2024050410A - 鋼板 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
【課題】耐腐食摩耗性および靭性に優れた鋼板を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１０％以上０．２４％未満、Ｓｉ：０．０５％以上１．００％以下、Ｍｎ：０．１０％以上２．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下（０％を除く）、Ｓ：０．０３００％以下（０％を除く）、Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、Ｃｒ：３．００％以上１１．５０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、表面硬さがブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上４７５以下であることを特徴とする鋼板。【選択図】なし
Description
本発明は、鋼板に関する。本発明は、特に、産業機械、運搬機器等で耐摩耗性が要求される部材用に用いられる鋼板に関し、なかでも、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において耐腐食摩耗性に優れる鋼板に関する。
パワーショベル、ブルドーザー、ホッパー、バケット、ダンプトラック、コンベアなど産業機械、運搬機器等の部材は、土砂や鉱石、石炭などとの接触により摩耗が生じる。このため、部材の寿命延長を目的に耐摩耗性に優れた厚鋼板が用いられている。産業機械、運搬機器等の実際の使用環境は、乾燥、湿潤など種々の状態にあり、湿潤状態で使用される場合は腐食性物質を含むことが多い。そのような環境下における腐食摩耗は非常に激しいことが知られている。特に、石炭採掘環境では、石炭からの浸出液が酸性を示す場合があり、そのような場合は一層腐食摩耗が激しくなる。そのため、耐食性と耐摩耗性を併せ持つ耐腐食摩耗性に優れた鋼板が求められていた。
このような要望に対して、例えば、特許文献１では、質量％で、Ｃ：０．１８～０．２５％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．１０～２．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｃｒ：０．０５～２．００％、Ｎｂ：０．００５～０．１００％、Ｔｉ：０．００５～０．１００％、Ｗ：０．０５～１．００％、必要に応じて、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｂ、ＲＥＭ、Ｃａ、Ｍｇの１種または２種以上を含む組成の腐食環境における耐摩耗性に優れる厚鋼板が開示されている。なお、特許文献１では、腐食環境としてＮａＣｌ水溶液を用いて耐摩耗性を評価している。
また、特許文献２では、質量％で、Ｃ：０．２０％超え０．３５％以下、Ｓｉ：０．０２～１．００％、Ｍｎ：０．１～２．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｓｂ：０．００５～０．２０％、Ｂ：０．０００３～０．００３０％を含み、更に、Ｃｒ：０．０５～２．０％、Ｍｏ：０．０５～１．０％のうちから選ばれた１種以上を含み、かつ０．０５≦（Ｃｒｓｏｌ＋２．５Ｍｏｓｏｌ）≦２．０（ここで、Ｃｒｓｏｌ：鋼中固溶Ｃｒ量（質量％）、Ｍｏｓｏｌ：鋼中固溶Ｍｏ量（質量％））を満足する組成の耐腐食摩耗性に優れる耐摩耗鋼板が開示されている。なお、特許文献２では、腐食環境としてＮａＣｌ水溶液を用いて耐摩耗性を評価している。
また、特許文献３では、Ｃ：０．０１～０．２５％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．１～２．０％、Ｐ：０．０３５％以下、Ｓ：０．０３５％以下、Ａｌ：０．００３～０．１０％、Ｃｕ：０．０５～０．３５％、Ｎｉ：０．０２～０．４０％、Ｓｂ：０．０１～０．２％、Ｗ：０．００５～０．５％、Ｎｂ：０．００３～０．０２５％、Ｃｒ：０．１％以下、Ｎ：０．００１０～０．００８０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、かつ表面から深さ方向に２ｍｍの位置のビッカース硬度が１４０以上であることで、特定環境下に置いて優れた耐食性、耐磨耗性、高靭性を示す耐食鋼が開示されている。
また、特許文献４では、質量％で、Ｃ：０．１０～０．３５％、Ｓｉ：１．００％超、２．００％以下、Ｍｎ：０．１０～２．００％、Ｐ：０．０２００％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：０．０５％超、２．００％以下、Ａｌ：０．０１０～０．１００％、Ｎ：０．００２０～０．０１００％、Ｂ：０．０００３～０．００３０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、Ｈ≧２３５＋７０６［Ｃ］（１－０．３［Ｃ］２）（式中、Ｈは前記耐食性耐摩耗鋼板の表層部硬度（ＨＶ）を表し、［Ｃ］は前記Ｃの含有量（質量％）を表す）を満足することで靭性に優れ、かつ耐食性と耐摩耗性とを両立する耐食性耐摩耗鋼板が開示されている。なお、特許文献４では、腐食環境として人工海水を用いて耐摩耗性を評価している。
また、特許文献５では、質量％で、Ｃ：０．０１～０．１５％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．１０～２．００％、Ｃｒ：０．０５％超、３．００％以下、Ａｌ：０．０１～０．１０％、Ｂ：０．０００３～０．００２０％、Ｎ：０．００２０～０．０１００％を含有し、次式（Ｃｅｑ（％）＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／４）（式中、［Ｘ］は、元素Ｘの質量％での含有量を表す）によって求められる炭素当量Ｃｅｑ（％）が０．２０％以上であり、表層部のラス状組織の面積率が９０％以上であり、前記ラス状組織に存在するセメンタイトの長軸／短軸比の平均値が２．００以上である金属組織を有し、表層部硬度が２００以上（ＨＶ５）であることで、石炭専用船又は鉱炭兼用船の船倉に好適な、耐食性及び耐摩耗性に優れた鋼が開示されている。
しかしながら、特許文献１、２および４では、耐食性の改善対象とする腐食環境がＮａＣｌ水溶液や人工海水であるため、石炭採掘環境などのような酸性環境における耐腐食摩耗性を改善できていない、という問題点があった。また、特許文献３、５は、鋼材の硬さがビッカース硬度で３６５以下と低く、耐摩耗性が低いため、産業機械や運搬機器等には適さないという問題点があった。また、産業機械や運搬機器等にはその使用環境の過酷さから適切な靭性を有する必要がある。
本発明は、かかる事情に鑑み、耐腐食摩耗性および靭性に優れた鋼板を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、耐腐食摩耗性の観点から各種要因の影響について鋭意検討した。その結果、鋼材の耐摩耗性と耐食性を同時に向上させるために下記の（１）と（２）を同時に満たすことで、石炭採掘環境のような酸性環境における耐腐食摩耗性が向上するとの知見を得た。
耐摩耗性を向上させるためには、
（１）硬さを上昇させる。
酸性環境での耐食性を向上させるためには、
（２）酸性の腐食環境において、アノード反応によりイオンとして溶出し、インヒビター効果により腐食を抑制することで、耐腐食摩耗性を向上させるのに有効であるＣｒを添加する。
（１）硬さを上昇させる。
酸性環境での耐食性を向上させるためには、
（２）酸性の腐食環境において、アノード反応によりイオンとして溶出し、インヒビター効果により腐食を抑制することで、耐腐食摩耗性を向上させるのに有効であるＣｒを添加する。
すなわち、前記課題を解決するためには、耐摩耗性と耐食性が同時に向上するように硬さを上昇させつつ、Ｃｒを添加する、ことが必要であると知見した。
本発明の要旨は、次の通りである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．１０％以上０．２４％未満、
Ｓｉ：０．０５％以上１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下（０％を除く）、
Ｓ：０．０３００％以下（０％を除く）、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｃｒ：３．００％以上１１．５０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
表面硬さがブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上４７５以下
であることを特徴とする鋼板。
［２］さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．０００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下、
Ｃｕ：２．００％以下、
Ｎｉ：２．００％以下、
Ｃｏ：２．００％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｂ：０．００３０％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする［１］に記載の鋼板。
［１］質量％で、
Ｃ：０．１０％以上０．２４％未満、
Ｓｉ：０．０５％以上１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下（０％を除く）、
Ｓ：０．０３００％以下（０％を除く）、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｃｒ：３．００％以上１１．５０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
表面硬さがブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上４７５以下
であることを特徴とする鋼板。
［２］さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．０００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下、
Ｃｕ：２．００％以下、
Ｎｉ：２．００％以下、
Ｃｏ：２．００％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｂ：０．００３０％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする［１］に記載の鋼板。
本発明によれば、耐腐食摩耗性および靭性に優れた鋼板を得ることができる。
以下に、本発明を詳細に説明する。なお、成分組成に関する「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味するものとする。
Ｃ：０．１０％以上０．２４％未満
Ｃは、鋼の硬さを高める元素である。所望の硬さを確保するため、０．１０％以上のＣを含有する必要がある。Ｃ含有量が、０．１０％未満であると、所望の表面硬さが得られなくなり、十分な耐腐食摩耗性が得られなくなる。一方、０．２４％以上では硬さが高くなりすぎ、目標の表面硬さを確保することが出来なくなる。したがって、Ｃ含有量は、０．１０％以上０．２４％未満とする。好ましくは、０．１１％以上、０．２２％以下である。より好ましくは０．１２％以上、０．２１％以下である。
Ｃは、鋼の硬さを高める元素である。所望の硬さを確保するため、０．１０％以上のＣを含有する必要がある。Ｃ含有量が、０．１０％未満であると、所望の表面硬さが得られなくなり、十分な耐腐食摩耗性が得られなくなる。一方、０．２４％以上では硬さが高くなりすぎ、目標の表面硬さを確保することが出来なくなる。したがって、Ｃ含有量は、０．１０％以上０．２４％未満とする。好ましくは、０．１１％以上、０．２２％以下である。より好ましくは０．１２％以上、０．２１％以下である。
Ｓｉ：０．０５％以上１．００％以下
Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤として作用する有効な元素である。このような効果を確保するためには、０．０５％以上のＳｉの含有を必要とする。一方、Ｓｉを１．００％を超えて多量に含有すると、延性が低下し、また介在物が増加する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５％以上１．００％以下とする。好ましくは０．１０％以上０．４０％以下である。
Ｓｉは、溶鋼の脱酸剤として作用する有効な元素である。このような効果を確保するためには、０．０５％以上のＳｉの含有を必要とする。一方、Ｓｉを１．００％を超えて多量に含有すると、延性が低下し、また介在物が増加する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５％以上１．００％以下とする。好ましくは０．１０％以上０．４０％以下である。
Ｍｎ：０．１０％以上２．００％以下
Ｍｎは焼入れ性を向上させる元素であり、所望の硬さを確保するために０．１０％以上のＭｎを含有する必要がある。Ｍｎ含有量が、０．１０％未満であると、所望の表面硬さが得られなくなり、十分な耐腐食摩耗性が得られなくなる。一方、２．００％を超えて過剰に含有すると溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０％以上２．００％以下とする。好ましくは０．１５％以上１．８０％以下である．より好ましくは０．２０％以上１．８０％以下である。
Ｍｎは焼入れ性を向上させる元素であり、所望の硬さを確保するために０．１０％以上のＭｎを含有する必要がある。Ｍｎ含有量が、０．１０％未満であると、所望の表面硬さが得られなくなり、十分な耐腐食摩耗性が得られなくなる。一方、２．００％を超えて過剰に含有すると溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０％以上２．００％以下とする。好ましくは０．１５％以上１．８０％以下である．より好ましくは０．２０％以上１．８０％以下である。
Ｐ：０．０３０％以下（０％を除く）
Ｐは、鋼中に多量に含有すると溶接性を劣化させる。そのため、０．０３０％を上限とする。Ｐ含有量は、できるだけ低減することが望ましく、好ましくは０．０１５％以下である。しかしながら、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、Ｐ含有量は０．００１％以上が好ましい。
Ｐは、鋼中に多量に含有すると溶接性を劣化させる。そのため、０．０３０％を上限とする。Ｐ含有量は、できるだけ低減することが望ましく、好ましくは０．０１５％以下である。しかしながら、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、Ｐ含有量は０．００１％以上が好ましい。
Ｓ：０．０３００％以下（０％を除く）
Ｓは、鋼中に多量に含まれるとＭｎＳとして析出し、ガス切断性劣化を招くため、できるだけ低減することが望ましく、０．０３００％以下とする必要がある。ただし、過度の低減は精錬コストの増大を招くため、Ｓ含有量は０．０００１％以上とすることが好ましい。
Ｓは、鋼中に多量に含まれるとＭｎＳとして析出し、ガス切断性劣化を招くため、できるだけ低減することが望ましく、０．０３００％以下とする必要がある。ただし、過度の低減は精錬コストの増大を招くため、Ｓ含有量は０．０００１％以上とすることが好ましい。
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下
Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素であり、窒化物を形成しオーステナイト粒径を小さくし靭性を向上する効果を有する。これらの効果を得るため、Ａｌ含有量として０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．１００％を超えると鋼素材や鋼板の清浄度が低下し、その結果、靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５％以上０．１００％以下とする。好ましくは０．０７０％以下であり、より好ましくは０．０５０％以下である。好ましくは０．０１０％以上である。
Ａｌは、製鋼時の脱酸に必要な元素であり、窒化物を形成しオーステナイト粒径を小さくし靭性を向上する効果を有する。これらの効果を得るため、Ａｌ含有量として０．００５％以上含有する必要がある。一方、０．１００％を超えると鋼素材や鋼板の清浄度が低下し、その結果、靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５％以上０．１００％以下とする。好ましくは０．０７０％以下であり、より好ましくは０．０５０％以下である。好ましくは０．０１０％以上である。
Ｃｒ：３．００％以上１１．５０％以下
Ｃｒは、本発明において重要な要件であり、特に石炭採掘環境などの酸性の腐食環境における耐腐食摩耗性を著しく向上させる効果を有する。Ｃｒは、焼入れ性を向上させる元素であり、硬さを上昇させる効果を有する。また、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において、アノード反応によりＣｒ酸イオンとして溶出し、インヒビター効果により腐食を抑制することで、耐腐食摩耗性を向上させる効果を有する。所望の表面硬さを確保し、かつ、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において十分な耐腐食摩耗性を得るためには、Ｃｒを３．００％以上含有する必要がある。一方、１１．５０％を超えて含有すると、溶接性が低下するとともに、製造コストが高騰する。さらに、硬さが高くなりすぎ、目標の表面硬さを確保することが出来なくなる。そのため、Ｃｒ含有量は、３．００％以上１１．５０％以下の範囲に限定した。なお、Ｃｒ含有量は、好ましくは５．００％超である。また、Ｃｒの含有量は、好ましくは１１．００％以下であり、より好ましくは１０．００％以下である。
Ｃｒは、本発明において重要な要件であり、特に石炭採掘環境などの酸性の腐食環境における耐腐食摩耗性を著しく向上させる効果を有する。Ｃｒは、焼入れ性を向上させる元素であり、硬さを上昇させる効果を有する。また、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において、アノード反応によりＣｒ酸イオンとして溶出し、インヒビター効果により腐食を抑制することで、耐腐食摩耗性を向上させる効果を有する。所望の表面硬さを確保し、かつ、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において十分な耐腐食摩耗性を得るためには、Ｃｒを３．００％以上含有する必要がある。一方、１１．５０％を超えて含有すると、溶接性が低下するとともに、製造コストが高騰する。さらに、硬さが高くなりすぎ、目標の表面硬さを確保することが出来なくなる。そのため、Ｃｒ含有量は、３．００％以上１１．５０％以下の範囲に限定した。なお、Ｃｒ含有量は、好ましくは５．００％超である。また、Ｃｒの含有量は、好ましくは１１．００％以下であり、より好ましくは１０．００％以下である。
以上、本発明の鋼板における基本成分（必須成分）について説明した。本発明の鋼板における成分組成のうち、上記以外の成分（残部）はＦｅおよび不可避的不純物とすることができる。ここで不可避的不純物として、ＮとＯについてはそれぞれ、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．０１００％以下が許容できる。
上記成分組成を有することで、本発明で目的とする特性が得られる。
本発明の鋼板の成分組成は、さらに、必要に応じて選択元素として、下記の元素から選ばれる一種以上を、それぞれ下記含有量の範囲で含有することができる。
Ｍｏ：１．０００％以下
Ｍｏは、焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、硬さを上昇させる効果を有する。このような効果を得るためには、Ｍｏを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、１．０００％を超えるとＭｏ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は、１．０００％以下とし、好ましくは０．８００％以下とする。また、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は、好ましくは０．１００％以上とする。
Ｍｏは、焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、硬さを上昇させる効果を有する。このような効果を得るためには、Ｍｏを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、１．０００％を超えるとＭｏ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は、１．０００％以下とし、好ましくは０．８００％以下とする。また、Ｍｏを含有する場合、Ｍｏ含有量は、好ましくは０．１００％以上とする。
Ｎｂ：０．１００％以下
Ｎｂは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｎｂを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．１００％を超えると効果は飽和する。したがって、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は、０．１００％以下とする。また、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｎｂは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｎｂを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．１００％を超えると効果は飽和する。したがって、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は、０．１００％以下とする。また、Ｎｂを含有する場合、Ｎｂ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｔｉ：０．１００％以下
Ｔｉは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｔｉを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．１００％を超えると効果は飽和する。したがって、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は０．１００％以下とする。また、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｔｉは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｔｉを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．１００％を超えると効果は飽和する。したがって、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は０．１００％以下とする。また、Ｔｉを含有する場合、Ｔｉ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｖ：０．２００％以下
Ｖは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｖを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．２００％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．２００％以下とする。また、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｖは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｖを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．２００％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は０．２００％以下とする。また、Ｖを含有する場合、Ｖ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｚｒ：０．１００％以下
Ｚｒは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｚｒを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．１００％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．１００％以下とする。また、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｚｒは、強度を高めるために有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｚｒを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、０．１００％を超えると効果が飽和する。したがって、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は０．１００％以下とする。また、Ｚｒを含有する場合、Ｚｒ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｓｎ：０．２００％以下
Ｓｎは、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において、鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応を抑制することで鋼材の耐候性を向上させるために有効な元素である。このような効果を充分に得るためには、Ｓｎを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、Ｓｎを０．２００％を超えて含有しても効果が飽和する。したがって、Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は０．２００％以下とする。また、Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｓｎは、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において、鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応を抑制することで鋼材の耐候性を向上させるために有効な元素である。このような効果を充分に得るためには、Ｓｎを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、Ｓｎを０．２００％を超えて含有しても効果が飽和する。したがって、Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は０．２００％以下とする。また、Ｓｎを含有する場合、Ｓｎ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｓｂ：０．２００％以下
Ｓｂは、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において、鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応を抑制することで鋼材の耐候性を向上させるために有効な元素である。このような効果を充分に得るためには、Ｓｂを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、Ｓｂを０．２００％を超えて含有しても効果が飽和する。したがって、Ｓｂを含有する場合、Ｓｂ含有量は０．２００％以下とする。また、Ｓｂを含有する場合、Ｓｂ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｓｂは、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において、鋼材のアノード反応を抑制するとともに、カソード反応である水素発生反応を抑制することで鋼材の耐候性を向上させるために有効な元素である。このような効果を充分に得るためには、Ｓｂを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、Ｓｂを０．２００％を超えて含有しても効果が飽和する。したがって、Ｓｂを含有する場合、Ｓｂ含有量は０．２００％以下とする。また、Ｓｂを含有する場合、Ｓｂ含有量は、好ましくは０．００１％以上とする。
Ｃｕ：２．００％以下
Ｃｕは、腐食生成物を緻密にし、腐食促進因子である水、酸素、硫酸イオン、塩化物イオンなどの地鉄への透過を抑制することで、腐食反応を抑制する。この効果により、耐腐食摩耗性が向上する。このような効果を得るには、Ｃｕを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、Ｃｕ含有量が２．００％を超えると熱間加工性が低下し、製造コストが増大する。したがって、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は２．００％以下とし、好ましくは１．５０％以下、さらにより好ましくは１．２０％以下とする。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．１０％以上、さらにより好ましくは０．６０％以上とする。
Ｃｕは、腐食生成物を緻密にし、腐食促進因子である水、酸素、硫酸イオン、塩化物イオンなどの地鉄への透過を抑制することで、腐食反応を抑制する。この効果により、耐腐食摩耗性が向上する。このような効果を得るには、Ｃｕを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、Ｃｕ含有量が２．００％を超えると熱間加工性が低下し、製造コストが増大する。したがって、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は２．００％以下とし、好ましくは１．５０％以下、さらにより好ましくは１．２０％以下とする。また、Ｃｕを含有する場合、Ｃｕ含有量は、好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．１０％以上、さらにより好ましくは０．６０％以上とする。
Ｎｉ：２．００％以下
Ｎｉは、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｎｉを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、２．００％を超える含有は、製造コストを上昇させる。そのため、Ｎｉを含有する場合には、Ｎｉの含有量は、２．００％以下に限定し、好ましくは１．５０％以下、より好ましくは０．６０％以下とする。また、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉの含有量は、好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．１０％以上、さらにより好ましくは０．３０％以上とする。
Ｎｉは、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るためには、Ｎｉを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、２．００％を超える含有は、製造コストを上昇させる。そのため、Ｎｉを含有する場合には、Ｎｉの含有量は、２．００％以下に限定し、好ましくは１．５０％以下、より好ましくは０．６０％以下とする。また、Ｎｉを含有する場合、Ｎｉの含有量は、好ましくは０．０１％以上、さらに好ましくは０．１０％以上、さらにより好ましくは０．３０％以上とする。
Ｃｏ：２．００％以下
Ｃｏは、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るためには、Ｃｏを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、２．００％を超える含有は、製造コストを上昇させる。そのため、Ｃｏを含有する場合には、Ｃｏ含有量は、２．００％以下に限定する。また、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．０１％以上とする。
Ｃｏは、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るためには、Ｃｏを０．０１％以上含有することが好ましい。一方、２．００％を超える含有は、製造コストを上昇させる。そのため、Ｃｏを含有する場合には、Ｃｏ含有量は、２．００％以下に限定する。また、Ｃｏを含有する場合、Ｃｏ含有量は、好ましくは０．０１％以上とする。
Ｗ：１．０００％以下
Ｗは、焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、硬さを上昇させる効果を有する。このような効果を得るためには、Ｗを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、１．００％を超えるとＷ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、１．０００％以下とし、好ましくは０．８００％以下とする。また、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、好ましくは０．００１％以上、さらに好ましくは０．１００％以上とする。
Ｗは、焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、硬さを上昇させる効果を有する。このような効果を得るためには、Ｗを０．００１％以上含有することが好ましい。一方、１．００％を超えるとＷ消費量増加に伴うコスト上昇を招く。したがって、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、１．０００％以下とし、好ましくは０．８００％以下とする。また、Ｗを含有する場合、Ｗ含有量は、好ましくは０．００１％以上、さらに好ましくは０．１００％以上とする。
Ｂ：０．００３０％以下
Ｂは、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るためには、Ｂを０．０００１％以上含有することが好ましい。一方、０．００３０％を超えると効果は飽和する。したがって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は、０．００３０％以下とする。また、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は、好ましくは０．０００１％以上とする。
Ｂは、焼入れ性を向上させるために有効な元素である。この効果を得るためには、Ｂを０．０００１％以上含有することが好ましい。一方、０．００３０％を超えると効果は飽和する。したがって、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は、０．００３０％以下とする。また、Ｂを含有する場合、Ｂ含有量は、好ましくは０．０００１％以上とする。
ＲＥＭ：０．０１００％以下
ＲＥＭは、Ｓを固定し、割れの原因となるＭｎＳの生成を抑制するために有効である。このような効果を得るためには、ＲＥＭを０．０００５％以上含有することが好ましい。一方、０．０１００％を超えて含有すると鋼中介在物量が増加し、割れを招く。そのため、ＲＥＭを含有する場合には、ＲＥＭ含有量は、０．０１００％以下に限定し、好ましくは０．００３５％以下、より好ましくは０．００２０％以下とする。また、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０００５％以上とする。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙと、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素の総称であり、ここでいうＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量である。
ＲＥＭは、Ｓを固定し、割れの原因となるＭｎＳの生成を抑制するために有効である。このような効果を得るためには、ＲＥＭを０．０００５％以上含有することが好ましい。一方、０．０１００％を超えて含有すると鋼中介在物量が増加し、割れを招く。そのため、ＲＥＭを含有する場合には、ＲＥＭ含有量は、０．０１００％以下に限定し、好ましくは０．００３５％以下、より好ましくは０．００２０％以下とする。また、ＲＥＭを含有する場合、ＲＥＭ含有量は、好ましくは０．０００５％以上とする。なお、ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｙと、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素の総称であり、ここでいうＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量である。
Ｃａ：０．０１００％以下
Ｃａは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性向上に有効な元素である。この効果を十分に得るためには、Ｃａを０．０００１％以上含有することが好ましい。一方、０．０１００％を超えると鋼中の介在物の量が増加し、割れの原因となる。したがって、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０１００％以下とする。また、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００１％以上とする。
Ｃａは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性向上に有効な元素である。この効果を十分に得るためには、Ｃａを０．０００１％以上含有することが好ましい。一方、０．０１００％を超えると鋼中の介在物の量が増加し、割れの原因となる。したがって、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は０．０１００％以下とする。また、Ｃａを含有する場合、Ｃａ含有量は、好ましくは０．０００１％以上とする。
Ｍｇ：０．０１００％以下
Ｍｇは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性向上に有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｍｇを０．０００１％以上含有することが好ましい。一方、０．０１００％を超えると、鋼中の介在物の量が増加し割れの原因となる。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０１００％以下とする。また、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０００１％以上とする。
Ｍｇは、鋼中のＳを固定して溶接熱影響部の靭性向上に有効な元素である。この効果を充分に得るためには、Ｍｇを０．０００１％以上含有することが好ましい。一方、０．０１００％を超えると、鋼中の介在物の量が増加し割れの原因となる。したがって、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は０．０１００％以下とする。また、Ｍｇを含有する場合、Ｍｇ含有量は、好ましくは０．０００１％以上とする。
また、本発明の鋼板は、ブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上４７５以下の表面硬さを有する。ここでいう「表面硬さ」は、表面から板厚方向に０．５ｍｍの位置で、ＪＩＳ Ｚ ２２４３（２００８）の規定に準拠して測定した値（ブリネル硬さ）を言うものとする。
表面硬さ：ブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上４７５以下
表面硬さが、ＨＢＷ１０／３０００で３７０未満では、表面硬さが低く、十分な耐腐食摩耗性を示さないため、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境等、摩耗環境が厳しく、より高い耐腐食摩耗性が要求される場合に、所望の摩耗寿命を確保できない。このため、本発明の鋼板では、表面硬さをブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上に限定した。一方、表面硬さがＨＢＷ１０／３０００で４７５を超えると、曲げ加工性が劣化してしまう。このため、表面硬さをブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で４７５以下とした。
表面硬さが、ＨＢＷ１０／３０００で３７０未満では、表面硬さが低く、十分な耐腐食摩耗性を示さないため、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境等、摩耗環境が厳しく、より高い耐腐食摩耗性が要求される場合に、所望の摩耗寿命を確保できない。このため、本発明の鋼板では、表面硬さをブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上に限定した。一方、表面硬さがＨＢＷ１０／３０００で４７５を超えると、曲げ加工性が劣化してしまう。このため、表面硬さをブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で４７５以下とした。
［鋼板の製造方法］
上記した成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法や造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とする。なお、溶鋼に、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を付加しても良いことは言うまでもない。熱間圧延においては、強度を確保するために、鋼素材の加熱温度および熱間圧延時の仕上終了温度および冷却速度を適正化することが好ましい。すなわち、熱間仕上圧延終了温度を確保する観点から、好ましくは１０００～１２５０℃の温度に鋼素材を加熱したのち、所望の寸法形状に熱間圧延するか、あるいは鋼素材の温度が熱間圧延可能な程度に高温である場合には加熱することなく、あるいは均熱する程度で直ちに所望の寸法形状の鋼材に熱間圧延することが好ましい。
上記した成分組成の溶鋼を、転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法や造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とする。なお、溶鋼に、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を付加しても良いことは言うまでもない。熱間圧延においては、強度を確保するために、鋼素材の加熱温度および熱間圧延時の仕上終了温度および冷却速度を適正化することが好ましい。すなわち、熱間仕上圧延終了温度を確保する観点から、好ましくは１０００～１２５０℃の温度に鋼素材を加熱したのち、所望の寸法形状に熱間圧延するか、あるいは鋼素材の温度が熱間圧延可能な程度に高温である場合には加熱することなく、あるいは均熱する程度で直ちに所望の寸法形状の鋼材に熱間圧延することが好ましい。
なお、熱間圧延では、強度を確保するために、熱間仕上圧延終了温度および熱間圧延終了後の冷却速度を適正化することが好ましく、７７０℃以上の温度において熱間圧延を終了して、７００℃以下まで空冷した後、８５０℃から１０００℃に再加熱した後、その後直ちにあるいは若干の放置時間（例えば１０～６０ｓの放置時間）の後、７５０℃以上の冷却開始温度から冷却速度０．５℃／ｓ以上、１００℃／ｓ以下の冷却（例えば、水冷）を実施し、冷却停止温度２００℃以下で冷却を終了することが好ましい。また、熱間圧延終了後、直ちにあるいは若干の放置時間（例えば１０～６０ｓの放置時間）の後、７５０℃以上の冷却開始温度（水冷の場合は、水冷開始温度とする。）から冷却速度０．５℃／ｓ以上、１００℃／ｓ以下の加速冷却（たとえば、水冷）を実施し、冷却停止温度２００℃以下で加速冷却を終了してもよい。
表１に示す成分組成からなる鋼（残部はＦｅおよび不可避的不純物である）を真空溶解炉で溶製し、鋳型に鋳造し、鋼素材とした。ついでこれらの鋼素材を熱間圧延し、熱間圧延終了後ただちに空冷し、空冷後、さらに再加熱したのち水冷した。
得られた鋼板から試験片を採取し、表面硬さ試験、腐食摩耗試験、シャルピー試験を行った。
得られた鋼板から試験片を採取し、表面硬さ試験、腐食摩耗試験、シャルピー試験を行った。
（１）表面硬さ試験
得られた鋼板の表面から０．５ｍｍ位置が測定面となるように表面硬さ測定用試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４３（２０１８）の規定に準拠して、表面硬さＨＢＷ１０／３０００を測定した。硬さ測定は、１０ｍｍのタングステン硬球を使用し、荷重は３０００ｋｇｆで行った。なお、表面から０．５ｍｍ位置で、３点測定することとし、得られた測定値の算術平均を求め、平均値を、当該鋼板の表面硬さとした。
得られた鋼板の表面から０．５ｍｍ位置が測定面となるように表面硬さ測定用試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４３（２０１８）の規定に準拠して、表面硬さＨＢＷ１０／３０００を測定した。硬さ測定は、１０ｍｍのタングステン硬球を使用し、荷重は３０００ｋｇｆで行った。なお、表面から０．５ｍｍ位置で、３点測定することとし、得られた測定値の算術平均を求め、平均値を、当該鋼板の表面硬さとした。
（２）腐食摩耗試験
得られた鋼板の板厚方向に１／４ｔ部から（ｔは板厚を示す。）、摩耗試験片（大きさ：１０ｍｍφ×７５ｍｍ長さ）を採取した。試験片を摩耗試験機に装着し、摩耗試験を実施した。
摩耗試験片は、試験機回転子の回転軸と平行に、回転軸から１５０ｍｍの位置に１２０度の角度で３本取り付けたのち、試験片を試験槽へ入れ、内部に摩耗材を導入した。摩耗材は平均粒径０．７ｍｍの硅砂およびｐＨ２の希硫酸を、硅砂と希硫酸の重量比が５：３となるよう混合したものを用いた。
試験条件は、回転速度５００ｒｐｍ、回転数６００００回とした。試験終了後、各試験片の重量を測定した。そして、試験後重量と初期重量との差（＝重量減少量）を算出した。なお、従来例として一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００（ＪＩＳ Ｇ３１０１）から採取した試験片ついて、同様に摩耗試験を実施し、試験片の重量減少量を求めた。
耐腐食摩耗性は、ＳＳ４００の重量減少量に対する各試験片の重量減少量の比率で評価した。下記の基準で、〇もしくは◎であれば、十分な耐腐食摩耗性を有していると判定した。結果を表２に示す。
◎（合格、耐腐食摩耗性に特に優れる）：重量減少量の比率が、０．６０未満
○（合格、耐腐食摩耗性に優れる）：重量減少量の比率が、０．６０以上０．７５以下
×（不合格）：重量減少量の比率が、０．７５超
発明例ではいずれも、優れた耐腐食摩耗性が得られた。さらに発明例のうち、Ｃｒを５．００％を超えて含有した鋼種１～２、４～８、１０～１２、１４～１６は、特に優れた耐腐食摩耗性が得られた（判定が◎）。
得られた鋼板の板厚方向に１／４ｔ部から（ｔは板厚を示す。）、摩耗試験片（大きさ：１０ｍｍφ×７５ｍｍ長さ）を採取した。試験片を摩耗試験機に装着し、摩耗試験を実施した。
摩耗試験片は、試験機回転子の回転軸と平行に、回転軸から１５０ｍｍの位置に１２０度の角度で３本取り付けたのち、試験片を試験槽へ入れ、内部に摩耗材を導入した。摩耗材は平均粒径０．７ｍｍの硅砂およびｐＨ２の希硫酸を、硅砂と希硫酸の重量比が５：３となるよう混合したものを用いた。
試験条件は、回転速度５００ｒｐｍ、回転数６００００回とした。試験終了後、各試験片の重量を測定した。そして、試験後重量と初期重量との差（＝重量減少量）を算出した。なお、従来例として一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００（ＪＩＳ Ｇ３１０１）から採取した試験片ついて、同様に摩耗試験を実施し、試験片の重量減少量を求めた。
耐腐食摩耗性は、ＳＳ４００の重量減少量に対する各試験片の重量減少量の比率で評価した。下記の基準で、〇もしくは◎であれば、十分な耐腐食摩耗性を有していると判定した。結果を表２に示す。
◎（合格、耐腐食摩耗性に特に優れる）：重量減少量の比率が、０．６０未満
○（合格、耐腐食摩耗性に優れる）：重量減少量の比率が、０．６０以上０．７５以下
×（不合格）：重量減少量の比率が、０．７５超
発明例ではいずれも、優れた耐腐食摩耗性が得られた。さらに発明例のうち、Ｃｒを５．００％を超えて含有した鋼種１～２、４～８、１０～１２、１４～１６は、特に優れた耐腐食摩耗性が得られた（判定が◎）。
（３）シャルピー試験
シャルピー試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４２（２０１８））による靭性は、上記鋼板から採取したＶノッチ標準試験片を用いて、－４０℃において１セット（ｎ＝３）平均で２７．０Ｊ以上の吸収エネルギーであれば良好と評価した。なお、吸収エネルギーは、３０．０Ｊ以上がより好ましい。
シャルピー試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４２（２０１８））による靭性は、上記鋼板から採取したＶノッチ標準試験片を用いて、－４０℃において１セット（ｎ＝３）平均で２７．０Ｊ以上の吸収エネルギーであれば良好と評価した。なお、吸収エネルギーは、３０．０Ｊ以上がより好ましい。
（１）および（２）の評価結果および（３）シャルピー試験により測定した靭性値を表２に併記する。
表２に示したとおり、発明例はいずれも、所望の表面硬さと、優れた耐腐食摩耗性を兼ね備えている。さらに、靭性にも優れる。これに対し、比較例の鋼種１８から２２では、表面硬さまたは耐腐食摩耗性の少なくとも一つについて、十分な特性が得られていない。また、比較例の鋼種２３および２４では靭性について十分な特性が得られていない。
以上説明したように、本発明によれば、産業機械、運搬機器等で耐摩耗性が要求される部材用に用いられる鋼板に関し、特に、石炭採掘環境などの酸性の腐食環境において耐腐食摩耗性に優れる鋼板を提供することができる。
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ：０．１０％以上０．２４％未満、
Ｓｉ：０．０５％以上１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下（０％を除く）、
Ｓ：０．０３００％以下（０％を除く）、
Ａｌ：０．００５％以上０．１００％以下、
Ｃｒ：３．００％以上１１．５０％以下を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
表面硬さがブリネル硬さＨＢＷ１０／３０００で３７０以上４７５以下、
であることを特徴とする鋼板。 - さらに、質量％で、
Ｍｏ：１．０００％以下、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｖ：０．２００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｓｎ：０．２００％以下、
Ｓｂ：０．２００％以下、
Ｃｕ：２．００％以下、
Ｎｉ：２．００％以下、
Ｃｏ：２．００％以下、
Ｗ：１．０００％以下、
Ｂ：０．００３０％以下、
ＲＥＭ：０．０１００％以下、
Ｃａ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、
から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼板。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022156105 | 2022-09-29 | ||
| JP2022156105 | 2022-09-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024050410A true JP2024050410A (ja) | 2024-04-10 |
Family
ID=90622030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023111228A Pending JP2024050410A (ja) | 2022-09-29 | 2023-07-06 | 鋼板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024050410A (ja) |
-
2023
- 2023-07-06 JP JP2023111228A patent/JP2024050410A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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