JP3273391B2 - 良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法 - Google Patents

良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加工前には板表面部が
柔らかくて加工性が良好で、使用時に鋼板表面部の硬さ
が高い、産業機械や建設機械に使用する良加工性耐摩耗
厚板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、耐摩耗鋼は産業機械や建設機械
において、土砂や岩石と衝突・接触する部分に使用さ
れ、機械の寿命延長に大きな効果を発揮する。この場
合、耐摩耗性を高める基本は摩耗する部分の硬さを高め
ることである。従来の方法では、C量と合金添加量を調
整した化学組成を有する鋼を焼入れるか、あるいは焼入
れ、焼戻すことにより、板厚全体にわたって焼入れマル
テンサイト組織として十分な硬さを得、耐摩耗性が高め
られている。
【0003】例えば、特開昭60−243250号公報
では特定割合の成分と溶接性を評価するPH値を特定し
た鋼を焼入れることにより、溶接性の優れた高硬度耐摩
耗鋼を製造する方法を提案している。従来の方法では、
このように焼入れにより板厚全体を高硬度とするのが一
般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、C量と合金添
加量を調整した化学組成を有する鋼を焼入れて、板厚全
体にわたってマルテンサイトとして高硬度とすると、鋼
板を所望の形状に加工することが非常に困難になる。高
い耐摩耗性を有しつつ、任意の加工が容易な耐摩耗鋼の
開発が強く望まれている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、この問題
を解決すべく種々検討した結果、従来の耐摩耗鋼に適用
されている焼入れマルテンサイト組織のみを活用するや
り方とは発想を変え、使用前にはある程度柔らかく、所
望の形状への加工が容易で、且つ、使用時には硬化して
耐摩耗性を有する性能を持つ鋼板の製造方法を発明し
た。即ち、最終的に必要硬さが得られ、且つ、オーステ
ナイトを適切に残留させる化学組成と加熱・圧延・冷却
方法を組合せることにより、鋼板加工前には残留オース
テナイトを含む焼入れ−自動焼戻し組織とする。この鋼
を摩耗条件下で使用すると、残留オーステナイトが高C
のマルテンサイトに変態し、摩耗部のみが高硬度となっ
て耐摩耗性を向上することが可能であることを見出した
ものである。
【0006】
【0007】
【0008】本発明は、上記知見に基づいて構成された
もので、その要旨とするところは下記のとおりである。 (1) 重量%で C:0.10〜0.50%、 Si:0.60〜2.50%、 Mn:0.05〜2.0%、 Al:0.03〜0.1%、 B:0.0003〜0.005%、 N:0.006%以下、 P:0.02%以下、 S:0.02%以下 を基本成分とし、残部がFeおよび不可避不純物からな
る鋼を、1000℃以上に加熱後、Ar3 点以上で圧延
し、その後、Ar3 点以上から3℃/sec以上の冷却
速度で冷却した後、300〜550℃で冷却を停止し、
空冷することを特徴とする残留オーステナイトを5〜2
0%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法。
【0009】(2) さらに、Cu:2%以下、Ni:2%以下、C
r:2%以下、Mo:1%以下、V:0.1%以下から
なる強度向上元素群のうちの1種または2種以上を含む
ことを特徴とする前項記載の残留オーステナイトを5
〜20%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法。(3) さらに、Nb:0.1%以下、Ti:0.1%以
下からなる低温靱性向上元素群のうちの1種または2種
を含むことを特徴とする前項記載の残留オーステナイ
トを5〜20%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法。
【0010】(4)さらに、Cu:2%以下、Ni:2
%以下、Cr:2%以下、Mo:1%以下、V:0.1
%以下からなる強度向上元素群のうちの1種または2種
以上と、Nb:0.1%以下、Ti:0.1%以下から
なる低温靱性向上元素群のうちの1種または2種を含む
ことを特徴とする前項記載の残留オーステナイトを5
〜20%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法。
【0011】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。まず、鋼成分
を上記のように限定した理由を述べる。Cは鋼板の硬度
を確保するために必要であり、その含有量が0.10%
未満では所要の硬さを得ることができず、一方、0.5
0%を超えると、冷却による割れ感受性が高くなること
から、0.10〜0.50%に限定する。
【0012】Siはオーステナイトを安定化させ、残留
オーステナイトを多く存在させるために特に重要である
が、0.60%未満では、その効果が小さい。また、
2.50%を超えると、靱性の低下が大きくなるので、
0.60〜2.50%に限定する。MnはSを固定する
と共に、焼入れ性を向上させ、硬度と靱性を確保するた
めに0.05%以上必要であるが、2.0%を超えて含
有させると、靱性低下を招くので、0.05〜2.0%
に限定する。
【0013】Alは細粒化を図り、且つ、焼入れ性に有
効なBを得るのに必要で、その効果を奏するためには
0.03%以上必要であるが、0.1%を超えた添加は
アルミナ系介在物の増加を招き、鋼板の清浄度・靱性を
損なうことから、0.1%を上限とする。Bは鋼の焼入
れ性を向上させるのに必須の元素であり、0.0003
%以上必要であるが、0.005%を超える添加は、B
系介在物を多くし、靱性を損なうので、0.0003〜
0.005%に限定する。
【0014】NはAl、NbやTiと結びついて、窒化
物を生成し、オーステナイト粒の細粒化に有効である
が、0.006%を超えると、固溶Nが多くなり、溶接
部の靱性を低下させるので、0.006%を上限とす
る。PとSは共に、低くすることにより、靱性を向上さ
せる効果を持つが、その効果を得るのに両元素共、0.
02%以下とする必要がある。
【0015】本発明では、上記必須基本成分の他に、要
求される鋼の特性に応じて、以下の元素を1種または2
種以上選択的に含有させることができる。Cu,Ni、
Cr,Mo及びVは鋼の焼入れ性を高め、強度を向上さ
せるという均等的作用を持つもので、必要に応じて1種
または2種以上含有させるが、それぞれCu:2%、N
i:2%、Cr:2%、Mo:1%下及びV:0.1%
を超えて含有させても、いたずらに高価になるため、そ
れぞれの成分の上限を上記のように定める。
【0016】また、NbとTiは細粒化により鋼の低温
靱性を向上させるという均等的作用を持つもので、必要
に応じて1種または2種含有させるが、それぞれNb:
0.1%、Ti:0.1%を超えて含有させると、溶接
性を阻害するため、それぞれの成分の上限を上記のよう
に定める。また、本発明鋼では摩耗使用時にマルテンサ
イトを確保するために、残留オーステナイトを一定量確
保しておく必要がある。残留オーステナイトが5%未満
では、後の摩耗により得られるマルテンサイトが少な
く、必要な硬さの上昇が得られない。また、20%を超
える残留オーステナイトがあると、靱性の低下が大きい
ため、5〜20%を範囲とする。
【0017】次に、本発明鋼の熱処理法につき述べる。
上記のような鋼成分に加え、耐摩耗鋼としての良好な特
性を得るためには、熱処理法が適切でなければならな
い。ここで熱処理条件の限定理由について説明する。ま
ず、スラブの加熱は合金元素や析出元素の固溶を図るた
め、1000℃以上に加熱することが必要で、1000
℃を下限とする。また、1300℃を超える加熱は実用
上無理であるから、1300℃以下が望ましい。
【0018】加熱後の圧延は、後の冷却直前温度をオー
ステナイト一相域として、焼入れ性を確保するために、
Ar3 点以上の圧延が必要である。また、圧延温度は加
熱温度と対応するものであり、1200℃を超える高温
の圧延は実際上困難であるから、1200℃以下が望ま
しい。圧延後の冷却開始温度は、オーステナイト一相域
から十分に焼入れ冷却を行うため、Ar3 点を下限とす
る。また、冷却速度は焼入れを十分に行うために、3℃
/secを下限とする。冷却速度が大き過ぎると、次の
冷却停止が困難となるので100℃/sec以下が望ま
しい。
【0019】次に、冷却停止は残留オーステナイトを適
切に残留させ、摩耗時に、オーステナイト→マルテンサ
イト変態を起こさせるのに適切な量の残留オーステナイ
トを確保する必要があるが、300℃未満ではオーステ
ナイトが低温変態を起こし残留オーステナイトが少なく
なる。また、550℃超では、高温変態によりやはり残
留オーステナイトが減少してしまう。そのため300〜
550℃に限定する。
【0020】
【実施例】表1に示す成分組成のスラブを製造し、これ
らを表2に示す条件にて圧延・熱処理を施こした。その
後、得られた鋼板から試験片を切り出し、機械的性質お
よび残留オーステナイト量の評価を行い、その結果を表
3に示した。
【0021】表3の結果から明らかなように、本発明で
規定する条件の鋼板は使用後、即ち、摩耗後において表
面硬さが著しく硬化し、且つ、曲げ性や靱性が良好であ
る。試験番号13、14および15は比較鋼の例であ
る。試験番号13は本発明の基本成分のうちSiとBが
規定範囲から外れており、摩耗硬さが低く、靱性も低
い。試験番号14と15は従来法によって製造された耐
摩耗鋼の例である。この場合、硬度は高いが、残留オー
ステナイトが少なく、摩耗後の硬さ上昇がない。そし
て、曲げ性が不良である。
【0022】次に、本発明鋼と同成分であっても、製造
方法が本発明の規定から外れると、良好な性能を得るこ
とができない。例えば、試験番号16と18は圧延終了
温度がAr3 点未満のものであるが、試験番号1あるい
は4と比べて、摩耗前の硬さが低く、摩耗後の表面硬さ
も低い。試験番号17、21と22は冷却停止温度が下
限未満と上限外れの場合であるが、いずれも摩耗前の残
留オーステナイトが少なく、摩耗後の硬さ上昇量が本発
明例に比べ、小さいことが分かる。試験番号19は冷却
速度が規定の値より低い場合、試験番号20は加熱温度
が規定の温度より低い場合であるが、試験番号6および
9に比べて、いずれも、摩耗前の硬さが低く、且つ摩耗
後の表面硬さも低い。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、加
工性が良好で、摩耗使用時に高い摩耗性を有する耐摩耗
鋼の提供が可能となり、産業上有用な効果が奏される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−175839(JP,A) 特開 平5−195149(JP,A) 特開 平3−219050(JP,A) 特開 平2−38523(JP,A) 特開 平5−195150(JP,A) 特開 平5−105986(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 6/00 C21D 8/02 C22C 38/00 301 C22C 38/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で C:0.10〜0.50%、 Si:0.60〜2.50%、 Mn:0.05〜2.0%、 Al:0.03〜0.1%、 B:0.0003〜0.005%、 N:0.006%以下、 P:0.02%以下、 S:0.02%以下 を基本成分とし、残部がFeおよび不可避不純物からな
    る鋼を、1000℃以上に加熱後、Ar3 点以上で圧延
    し、その後、Ar3 点以上から3℃/sec以上の冷却
    速度で冷却した後、300〜550℃で冷却を停止し、
    空冷することを特徴とする残留オーステナイトを5〜2
    0%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法。
  2. 【請求項2】 さらに、Cu:2%以下、Ni:2%以
    下、Cr:2%以下、Mo:1%以下、V:0.1%以
    下からなる強度向上元素群のうちの1種または2種以上
    を含むことを特徴とする請求項記載の残留オーステナ
    イトを5〜20%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 さらに、Nb:0.1%以下、Ti:
    0.1%以下からなる低温靱性向上元素群のうちの1種
    または2種を含むことを特徴とする請求項記載の残留
    オーステナイトを5〜20%含む良加工性耐摩耗鋼厚板
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 さらに、Cu:2%以下、Ni:2%以
    下、Cr:2%以下、Mo:1%以下、V:0.1%以
    下からなる強度向上元素群のうちの1種または2種以上
    と、Nb:0.1%以下、Ti:0.1%以下からなる
    低温靱性向上元素群のうちの1種または2種を含むこと
    を特徴とする請求項記載の残留オーステナイトを5〜
    20%含む良加工性耐摩耗鋼厚板の製造方法。
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