JP4535875B2 - 耐摩耗性鋼板を製造する方法および得られた鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は、耐摩耗性の鋼およびその製造方法に関する。
４００ブリネル（Ｂｒｉｎｅｌｌ）の程度の硬度を有し、十分な急冷性（ｑｕｅｎｃｈａｂｉｌｉｔｙ）を有するように、約０．１５％の炭素、および数％未満の含有量のマンガン、ニッケル、クロムおよびモリブデンを含有する摩耗用の鋼が知られている。これらの鋼は、完全なマルテンサイト組織を有するように急冷される。これらは、溶接、切断および曲げを用いて使用することが比較的簡単であるという利点を有する。しかし、これらは、耐摩耗性に制限があるという欠点を有する。勿論、炭素含有量を増大させることにより、耐摩耗性、従って、硬度を増すことは知られている。しかし、この操作方法は、使用適合性を損なうという欠点を有する。
本発明の目的は、その他の点ではすべて等しく、４００ブリネルの硬度を有する、既知の鋼の耐摩耗性より優れた耐摩耗性を有し、一方で、これらの鋼と同等の使用適合性を有する、耐摩耗性鋼板を提供することにより、これらの欠点を克服することである。
この目的のために、本発明は、化学組成が重量規準で：
−場合により、０．１％未満またはそれに等しい含有量での、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される少なくとも１種の元素、
を含み、
残部は、鉄および生産操業に由来する不純物であり、さらに、化学組成は、
Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８≧０．０９５％
および：
Ｔｉ＋Ｚｒ／２−７×Ｎ／２≧０．０５％
および：
１．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞１．８、またはより有利には２、
ただし：Ｂ≧０．０００５％のときは、Ｋ＝１、Ｂ＜０．０００５％のときは、Ｋ＝０、
の関係を満たし、
この鋼は、マルテンサイトまたはマルテンサイトおよび自己焼もどし（ａｕｔｏ−ｔｅｍｐｅｒｅｄ）されたベイナイトの混合物により構成される組織を有し、さらに、組織は炭化物および５％〜２０％のオーステナイトを含む、
摩耗用の鋼の加工物、特に板を製造するための方法に関する。
この方法によれば、加工物または板は、熱急冷処理操作にかけられ、この操作は、例えば圧延ヒートなどの高温状態で成形するためのヒート中で、あるいは炉内での再加熱によるオーステナイト化の後で行われ、この方法は、
−ＡＣ３より高い温度と、ほぼＴ＝８００−２７０×Ｃ＊−９０×Ｍｎ−３７×Ｎｉ−７０×Ｃｒ−８３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）からＴ−５０℃の範囲にある温度との間を、０．５℃／ｓより大きな平均冷却速度で、板を冷却すること（ただし、温度は℃で表され、Ｃ＊、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの含有量は重量％で表されている）、
−次いで、平均中心冷却速度Ｖｒが、Ｖｒ＜１１５０×ｅｐ−１．７（℃／ｓで表示）で、かつ０．１℃／ｓより大きい冷却速度で、温度Ｔと１００℃の間で板を冷却すること（ただし、ｅｐはｍｍで表された板の厚さ）、
−さらに、その板を周囲温度まで冷却すること（ただし、場合によりプラニシングが実施される）、からなる。
−ＡＣ３より高い温度と、ほぼＴ＝８００−２７０×Ｃ＊−９０×Ｍｎ−３７×Ｎｉ−７０×Ｃｒ−８３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）からＴ−５０℃の範囲にある温度との間を、０．５℃／ｓより大きな平均冷却速度で、板を冷却すること（ただし、温度は℃で表され、Ｃ＊、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの含有量は重量％で表されている）、
−次いで、平均中心冷却速度Ｖｒが、Ｖｒ＜１１５０×ｅｐ−１．７（℃／ｓで表示）で、かつ０．１℃／ｓより大きい冷却速度で、温度Ｔと１００℃の間で板を冷却すること（ただし、ｅｐはｍｍで表された板の厚さ）、
−さらに、その板を周囲温度まで冷却すること（ただし、場合によりプラニシングが実施される）、からなる。
急冷の後で、３５０℃未満、好ましくは２５０℃未満の温度で焼もどしされる場合もある。
本発明は、また、特にこの方法を使用して得られる板に関するものであり、その板の平坦性は、１２ｍｍ／ｍ未満かそれに等しい、好ましくは５ｍｍ／ｍ未満であるたわみによって特徴付けられ、鋼は、５％〜２０％の残留オーステナイトから構成される組織を有し、組織の残りは、マルテンサイトまたはマルテンサイト／ベイナイトであり、炭化物を含有する。板の厚さは、２ｍｍ〜１５０ｍｍでありうる。
好ましくは、硬度は２８０ＨＢ〜４５０ＨＢである。
本発明を、より詳細に、しかし非限定的に記載し、例を参照して説明する。
本発明による板を製造するために、重量％で以下の化学組成を含む鋼が製造される：
−十分な水準の硬度を有するために、および炭化物が形成できるようにするために、０．１％以上でありかつ、溶接および切断の適合性が良好であるように０．２３％未満、好ましくは０．２２％以下の炭素、
−０％〜０．６７％のチタンおよび０％〜１．３４％のジルコニウム、これらの含有量は、鋼が耐摩耗性を増す粗い炭化チタンまたは炭化ジルコニウムを含むように、Ｔｉ＋Ｚｒ／２の総量が０．０５％より大きく、好ましくは０．１％以上で、より有利には、さらに０．２％より大きくなければならない。しかし、０．６７％より大きくなると、鋼がその硬度が十分であるために必要な十分な量の遊離炭素を含有できなくなるので、Ｔｉ＋Ｚｒ／２の総量は０．６７％以下に留まらなければならない。さらに、材料の靭性を優先する必要がある場合は、Ｔｉ＋Ｚｒ／２の含有量は、好ましくは０．５０％未満、より有利には０．４０％または０．３０％のはずである。
−０％（または痕跡レベル）〜２％のケイ素および０％（または痕跡レベル）〜２％のアルミニウム、Ｓｉ＋Ａｌの総量は、０．５％〜２％および好ましくは０．７％以上、より有利には０．８％を超える。脱酸化剤であるこれらの元素は、さらに、多量の炭素で満たされている準安定残留オーステナイトの生成を促進する効果を有し、準安定残留オーステナイトのマルテンサイトへの変態は、炭化チタンの固定化（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）を促進する大きな膨張を伴っている。
−十分な水準の急冷性（ｑｕｅｎｃｈａｂｉｌｉｔｙ）を得るため、およびさまざまな機械的特性および用途の特性を調整するために、０％（または痕跡レベル）〜２％または２．５％ものマンガン、０％（または痕跡レベル）〜４％または５％ものニッケルおよび０％（または痕跡レベル）〜４％または５％ものクロム。特にニッケルは、靭性に対する有利な効果を有するが、その元素は高価である。また、クロムもマルテンサイトまたはベイナイトにおいて、耐摩耗性を促進する微細な炭化物を形成する。
−０％（または痕跡レベル）〜１％のモリブデンおよび０％（または痕跡レベル）〜２％のタングステン、Ｍｏ＋Ｗ／２の総量は０．０５％〜１％、および好ましくは０．８％未満、または、より有利には０．５％未満に留まる。この元素は、急冷性を増大させ、特に冷却時の自己焼もどしによる析出により、マルテンサイトまたはベイナイト中に、微細な、硬化炭化物（ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｃａｒｂｉｄｅｓ）を形成する。特に、硬化炭化物の析出に関して所望の効果を得るために、モリブデンは１％の含有量を超える必要はない。モリブデンは、完全にまたは部分的に、２倍の重量のタングステンにより置換されうる。それにも係わらず、この置換はモリブデンを凌ぐ有利さを提供することはなく、より高価であるので、実際的には望ましくない。
−場合により、０％〜１．５％の銅。その元素は、溶接性（ｗｅｌｄａｂｌｉｔｙ）を妨げることなく、追加の硬化（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）をもたらすことができる。１．５％の水準を超えると、その元素は、実質的ないかなる効果も有さず、熱間圧延を困難にし、不必要に高価である。
−０％〜０．０２％のホウ素。この元素は、急冷性を増すために、場合により添加されうる。この効果を達成するために、ホウ素の含有量は、好ましくは、０．０００５％を超え、またはより有利には、０．００１％を超えなければならず、実質的に０．０１％を超える必要はない。
−０．１５％までの硫黄。この元素は、通常、０．００５％またはそれ以下に限定される残留物であるが、加工性を改善するために、その含有量は任意に増加されうる。硫黄が存在する場合には、高温状態での変態に関する問題を防止するために、マンガンの含有量は、硫黄含有量の７倍を超えなければならないことは注目されるべきである。
−場合により、耐摩耗性を改善する比較的粗い炭化物を形成するために、Ｎｂ／２＋Ｔａ／４＋Ｖが０．５％以下になるような含有量での、ニオブ、タンタルおよびバナジウムから選択される、少なくとも１種の元素。しかし、これらの元素によって形成された炭化物は、チタンまたはジルコニウムによって形成されたものより効果が小さく、そのために、それらは、場合によって選択されるものであり、限定された量で添加される。
−場合により、それぞれ０．１％以下の含有量での、セレン、テルル、カルシウム、ビスマスおよび鉛から選択される１種または複数の元素。これらの元素は、加工性を改善するように意図されている。鋼がＳｅおよび／またはＴｅを含有する場合は、マンガンの含有量は、硫黄含有量を考慮に入れて、セレン化マンガンまたはテルル化マンガンが形成することができるようでなければならないことは注目すべきである。
−鉄および生産操業に由来する不純物である残部。この不純物は、特に、その含有量が製造方法によって決まる窒素を含むが、０．０３％を超えることはなく、通常、０．０２５％未満に留まる。窒素は、チタンまたはジルコニウムと反応することができて窒化物を形成するが、窒化物は靭性を損なわないために、粗すぎてはならない。粗い窒化物の形成を防止するために、例えば、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムを充填したスラグなどの酸化された相を酸化された溶鋼に接触させて置き、次いで、チタンまたはジルコニウムを、酸化された相から溶鋼にゆっくりと拡散させるために、溶鋼を脱酸素することによって、チタンおよびジルコニウムは、非常に漸進的に溶鋼に添加されることができる。
−十分な水準の硬度を有するために、および炭化物が形成できるようにするために、０．１％以上でありかつ、溶接および切断の適合性が良好であるように０．２３％未満、好ましくは０．２２％以下の炭素、
−０％〜０．６７％のチタンおよび０％〜１．３４％のジルコニウム、これらの含有量は、鋼が耐摩耗性を増す粗い炭化チタンまたは炭化ジルコニウムを含むように、Ｔｉ＋Ｚｒ／２の総量が０．０５％より大きく、好ましくは０．１％以上で、より有利には、さらに０．２％より大きくなければならない。しかし、０．６７％より大きくなると、鋼がその硬度が十分であるために必要な十分な量の遊離炭素を含有できなくなるので、Ｔｉ＋Ｚｒ／２の総量は０．６７％以下に留まらなければならない。さらに、材料の靭性を優先する必要がある場合は、Ｔｉ＋Ｚｒ／２の含有量は、好ましくは０．５０％未満、より有利には０．４０％または０．３０％のはずである。
−０％（または痕跡レベル）〜２％のケイ素および０％（または痕跡レベル）〜２％のアルミニウム、Ｓｉ＋Ａｌの総量は、０．５％〜２％および好ましくは０．７％以上、より有利には０．８％を超える。脱酸化剤であるこれらの元素は、さらに、多量の炭素で満たされている準安定残留オーステナイトの生成を促進する効果を有し、準安定残留オーステナイトのマルテンサイトへの変態は、炭化チタンの固定化（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）を促進する大きな膨張を伴っている。
−十分な水準の急冷性（ｑｕｅｎｃｈａｂｉｌｉｔｙ）を得るため、およびさまざまな機械的特性および用途の特性を調整するために、０％（または痕跡レベル）〜２％または２．５％ものマンガン、０％（または痕跡レベル）〜４％または５％ものニッケルおよび０％（または痕跡レベル）〜４％または５％ものクロム。特にニッケルは、靭性に対する有利な効果を有するが、その元素は高価である。また、クロムもマルテンサイトまたはベイナイトにおいて、耐摩耗性を促進する微細な炭化物を形成する。
−０％（または痕跡レベル）〜１％のモリブデンおよび０％（または痕跡レベル）〜２％のタングステン、Ｍｏ＋Ｗ／２の総量は０．０５％〜１％、および好ましくは０．８％未満、または、より有利には０．５％未満に留まる。この元素は、急冷性を増大させ、特に冷却時の自己焼もどしによる析出により、マルテンサイトまたはベイナイト中に、微細な、硬化炭化物（ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｃａｒｂｉｄｅｓ）を形成する。特に、硬化炭化物の析出に関して所望の効果を得るために、モリブデンは１％の含有量を超える必要はない。モリブデンは、完全にまたは部分的に、２倍の重量のタングステンにより置換されうる。それにも係わらず、この置換はモリブデンを凌ぐ有利さを提供することはなく、より高価であるので、実際的には望ましくない。
−場合により、０％〜１．５％の銅。その元素は、溶接性（ｗｅｌｄａｂｌｉｔｙ）を妨げることなく、追加の硬化（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）をもたらすことができる。１．５％の水準を超えると、その元素は、実質的ないかなる効果も有さず、熱間圧延を困難にし、不必要に高価である。
−０％〜０．０２％のホウ素。この元素は、急冷性を増すために、場合により添加されうる。この効果を達成するために、ホウ素の含有量は、好ましくは、０．０００５％を超え、またはより有利には、０．００１％を超えなければならず、実質的に０．０１％を超える必要はない。
−０．１５％までの硫黄。この元素は、通常、０．００５％またはそれ以下に限定される残留物であるが、加工性を改善するために、その含有量は任意に増加されうる。硫黄が存在する場合には、高温状態での変態に関する問題を防止するために、マンガンの含有量は、硫黄含有量の７倍を超えなければならないことは注目されるべきである。
−場合により、耐摩耗性を改善する比較的粗い炭化物を形成するために、Ｎｂ／２＋Ｔａ／４＋Ｖが０．５％以下になるような含有量での、ニオブ、タンタルおよびバナジウムから選択される、少なくとも１種の元素。しかし、これらの元素によって形成された炭化物は、チタンまたはジルコニウムによって形成されたものより効果が小さく、そのために、それらは、場合によって選択されるものであり、限定された量で添加される。
−場合により、それぞれ０．１％以下の含有量での、セレン、テルル、カルシウム、ビスマスおよび鉛から選択される１種または複数の元素。これらの元素は、加工性を改善するように意図されている。鋼がＳｅおよび／またはＴｅを含有する場合は、マンガンの含有量は、硫黄含有量を考慮に入れて、セレン化マンガンまたはテルル化マンガンが形成することができるようでなければならないことは注目すべきである。
−鉄および生産操業に由来する不純物である残部。この不純物は、特に、その含有量が製造方法によって決まる窒素を含むが、０．０３％を超えることはなく、通常、０．０２５％未満に留まる。窒素は、チタンまたはジルコニウムと反応することができて窒化物を形成するが、窒化物は靭性を損なわないために、粗すぎてはならない。粗い窒化物の形成を防止するために、例えば、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムを充填したスラグなどの酸化された相を酸化された溶鋼に接触させて置き、次いで、チタンまたはジルコニウムを、酸化された相から溶鋼にゆっくりと拡散させるために、溶鋼を脱酸素することによって、チタンおよびジルコニウムは、非常に漸進的に溶鋼に添加されることができる。
さらに、十分な特性を得るために、炭素、チタン、ジルコニウムおよび窒素の含有量は、
Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８≧０．０９５％
であり、さらに、水準が増した硬度、従って、より良好な耐摩耗性を有するために、好ましくは、Ｃ＊≧０．１２％となるように、選択されなければならない。Ｃ＊という量は、炭化チタンおよび炭化ジルコニウムが析出した後の遊離炭素の含有量を、窒化チタンおよび窒化ジルコニウムの形成を考慮して、表している。その遊離炭素含有量Ｃ＊は、十分な硬度を有するマルテンサイトまたはマルテンサイト／ベイナイト組織を得るために、０．０９５％以上でなければならない。
Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８≧０．０９５％
であり、さらに、水準が増した硬度、従って、より良好な耐摩耗性を有するために、好ましくは、Ｃ＊≧０．１２％となるように、選択されなければならない。Ｃ＊という量は、炭化チタンおよび炭化ジルコニウムが析出した後の遊離炭素の含有量を、窒化チタンおよび窒化ジルコニウムの形成を考慮して、表している。その遊離炭素含有量Ｃ＊は、十分な硬度を有するマルテンサイトまたはマルテンサイト／ベイナイト組織を得るために、０．０９５％以上でなければならない。
窒化チタンまたは窒化ジルコニウムが形成する可能性を考慮すると、炭化チタンまたは炭化ジルコニウムの量が十分であるためには、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＮの含有量は、次のようでなければならない：
Ｔｉ＋Ｚｒ／２−７×Ｎ／２≧０．０５％
さらに、化学組成は、製造するのが望ましい板の厚さを考慮に入れて、鋼の急冷性が十分となるように、選択される。その目的のために、化学組成は、以下の関係を満たさなければならない：
Ｔｒｅｍｐ＝１．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞１．８、またはより有利には２、
ただし：Ｂ≧０．０００５％のときは、Ｋ＝１、Ｂ＜０．０００５％のときは、Ｋ＝０である。
Ｔｉ＋Ｚｒ／２−７×Ｎ／２≧０．０５％
さらに、化学組成は、製造するのが望ましい板の厚さを考慮に入れて、鋼の急冷性が十分となるように、選択される。その目的のために、化学組成は、以下の関係を満たさなければならない：
Ｔｒｅｍｐ＝１．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞１．８、またはより有利には２、
ただし：Ｂ≧０．０００５％のときは、Ｋ＝１、Ｂ＜０．０００５％のときは、Ｋ＝０である。
さらに、良好な耐摩耗性を得るために、鋼の微視的組織は、マルテンサイトまたはベイナイトまたはそれら２つの組織の混合物および５％〜２０％の残留オーステナイトから構成される。さらに、その組織は、高温で形成される粗い炭化チタンまたは炭化ジルコニウム、および場合により、炭化ニオブ、炭化タンタルまたは炭化バナジウムを含んでいる。以下に記載されるはずの製造方法のために、この組織は焼もどしされ、その結果、また、炭化モリブデンまたは炭化タングステンおよび場合により炭化クロムを含む。
発明者らは、耐摩耗性を改善するための粗い炭化物の有効性は、それらの早期の分離によって阻害されうること、およびこの分離は、摩耗現象の影響を受けて変態される準安定オーステナイトが存在することにより、阻止されうることを示した。準安定オーステナイトの変態は、膨張によって引き起こされるので、摩耗されたサブレーヤ（ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）における変態により、炭化物の分離に対する抵抗が増し、このようにして、耐摩耗性が改善される。
さらに、鋼の硬度が大きく、脆化炭化チタン（ｅｍｂｒｉｔｔｌｉｎｇ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅｓ）が存在すると、プラニシング操作をできる限り限定することが必要となる。この観点から、発明者らは、ベイナイト／マルテンサイト変態領域における冷却を十分遅くすることによって、製品の残留変形が低減され、こうすることによりプラニシング操作を限定することができることを示した。発明者らは、加工物または板を、平均中心部冷却速度Ｖｒ＜１１５０×ｅｐ−１．７（式中、ｅｐはｍｍで表示された板の厚さであり、冷却速度は、℃／ｓで表されている）で、温度Ｔ＝８００−２７０×Ｃ＊−９０×Ｍｎ−３７×Ｎｉ−７０×Ｃｒ−８３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）（℃で表示されている）以下において冷却することにより、相変化により引き起こされる残留応力が低減されることを示した。ベイナイト／マルテンサイト領域で速度が下げられる冷却にはさらに、炭化モリブデン、炭化タングステンまたは炭化クロムを形成させ、粗い炭化物を取りまいているマトリックスの耐摩耗性を改善する自己焼もどしを引き起こすという有利さがある。
良好な耐摩耗性および良好な使用適合性を有する非常に平坦な板を製造するために、鋼が製造され、スラブまたは棒材の形状に成形される。所望の組織および良好な表面平坦性の両方が、さらなるプラニシングなしにまたは限定されたプラニシングによって、製造されることを可能にする熱加工を受ける板を得るために、スラブまたは棒材は、熱間圧延される。熱加工は、圧延ヒート（ｒｏｌｌｉｎｇ ｈｅａｔ）において実施されるか、または後から、場合により、冷間プラニシングまたは中程度の温度におけるプラニシングの後で実施されうる。
すべての場合に、熱加工操作を実施するために：
−鋼は、完全なオーステナイトであり、その中に炭化チタンまたは炭化ジルコニウムが留まっている組織を鋼に与えるために、ＡＣ３点以上に加熱される、
−次いで、鋼は、フェライト−パーライト成分の形成を防止するために、ほぼ温度Ｔ＝８００−２７０×Ｃ＊−９０×Ｍｎ−３７×Ｎｉ−７０×Ｃｒ−８３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）（℃で表示されている）からＴ−５０℃の温度まで、臨界ベイナイト変態速度より大きい、平均中心部冷却速度で冷却される；この目的のためには、通常、０．５℃／ｓより大きい速度で冷却すれば十分である、
−次いで、板は、所望の組織を得るために、このようにして定義された温度（すなわち、ほぼＴからＴ−５０℃）と約１００℃との間を、１１５０×ｅｐ−１．７未満であって、かつ０．１℃／ｓより大きい平均中心部冷却速度Ｖｒで冷却される、
−板は、好ましくは、しかし強制されることはないが、ゆっくりとした速度で周囲温度まで冷却される。
−鋼は、完全なオーステナイトであり、その中に炭化チタンまたは炭化ジルコニウムが留まっている組織を鋼に与えるために、ＡＣ３点以上に加熱される、
−次いで、鋼は、フェライト−パーライト成分の形成を防止するために、ほぼ温度Ｔ＝８００−２７０×Ｃ＊−９０×Ｍｎ−３７×Ｎｉ−７０×Ｃｒ−８３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）（℃で表示されている）からＴ−５０℃の温度まで、臨界ベイナイト変態速度より大きい、平均中心部冷却速度で冷却される；この目的のためには、通常、０．５℃／ｓより大きい速度で冷却すれば十分である、
−次いで、板は、所望の組織を得るために、このようにして定義された温度（すなわち、ほぼＴからＴ−５０℃）と約１００℃との間を、１１５０×ｅｐ−１．７未満であって、かつ０．１℃／ｓより大きい平均中心部冷却速度Ｖｒで冷却される、
−板は、好ましくは、しかし強制されることはないが、ゆっくりとした速度で周囲温度まで冷却される。
さらに、３５０℃未満またはそれに等しい温度で、好ましくは２５０℃未満の温度で、焼もどし操作などの応力除去の加工操作を実施することが可能である。
平均冷却速度は、最初および最終の冷却温度の差を、これら２つの温度間の冷却時間で割り算したものに等しいと理解される。
このようなやり方で、プラニシングなしのまたはほどほどのプラニシングによる、１メートル当たり３ｍｍ未満のたわみによって特徴付けられる、厚さが２ｍｍ〜１５０ｍｍでありうる、優れた表面平坦性を有する板が得られる。この板は、２８０ＨＢ〜４５０ＨＢの硬度を有する。この硬度は、主として遊離炭素の含有量Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８によって決まる。遊離炭素含有量が増大するにつれて硬度は大きくなる。遊離炭素含有量が減少するにつれて、使用しやすさが増す。遊離炭素含有量が等しければ、チタン含有量が増すにつれて耐摩耗性は高くなる。
例として、本発明によるＡ、Ｂ、ＣおよびＤ、従来技術によるＥおよびＦ、および比較のために与えられたＧおよびＨと明記された、３０ｍｍの厚さの鋼板を考察する。１０−３重量％で表示された鋼の化学組成、ならびに硬度および耐摩耗性指数Ｒｕｓが、表１に要約されている。
鋼の耐摩耗性指数Ｒｕｓは、参照用に採用された鋼Ｆの耐摩耗性と、当該の鋼の耐摩耗性との比率である。
板Ａ〜Ｈは、９００℃でオーステナイト化される。
オーステナイト化の後：
−鋼板Ａは、本発明に従って、上記で定義された温度Ｔ（約４６０℃）より上では０．７℃／ｓの平均速度で、それ以下では０．１３℃／ｓの平均速度で冷却される；
−鋼板Ｂ、Ｃ、Ｄは、本発明に従って、上記で定義された温度Ｔ（約４７０℃）より上では６℃／ｓの平均速度で、それ以下では１．４℃／ｓの平均速度で冷却される；
−比較として与えられた、鋼板Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨは、上記で定義された温度Ｔより上では２０℃／ｓの平均速度で、それ以下では１２℃／ｓの平均速度で冷却される。
−鋼板Ａは、本発明に従って、上記で定義された温度Ｔ（約４６０℃）より上では０．７℃／ｓの平均速度で、それ以下では０．１３℃／ｓの平均速度で冷却される；
−鋼板Ｂ、Ｃ、Ｄは、本発明に従って、上記で定義された温度Ｔ（約４７０℃）より上では６℃／ｓの平均速度で、それ以下では１．４℃／ｓの平均速度で冷却される；
−比較として与えられた、鋼板Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨは、上記で定義された温度Ｔより上では２０℃／ｓの平均速度で、それ以下では１２℃／ｓの平均速度で冷却される。
板Ａ〜Ｄは、約１０％の残留オーステナイトおよび炭化チタンを含有する、自己焼もどしされたマルテンサイト／ベイナイト組織を有し、一方で、板Ｅ〜Ｇは、完全なマルテンサイト組織を有し、また、板ＧおよびＨは、粗い炭化チタンを含有する。
板Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、板ＥおよびＦの硬度より低い硬度水準を有するにもかかわらず、有意に高い耐摩耗性を有することを理解することができる。硬度が最低水準であることは、ほとんどの場合、遊離炭素の含有量が最低であることに対応しており、より良好な使用適合性をもたらす。
実施例Ｃ、Ｄ、Ｆ、ＧおよびＨを比較すること、耐摩耗性の増加は、チタンの添加に単純に由来するのではなく、チタンの添加と残留オーステナイトを含有する組織との組み合わせによることが示される。組織がいかなる残留オーステナイトをも含んでいない鋼Ｆ、ＧおよびＨは、まったく同等の耐摩耗性水準を有するのに対して、残留オーステナイトを含有する鋼ＣおよびＤは、実質的により良好な耐摩耗性水準を有することが分かった。
さらに、一方でＧおよびＨの対を、他方でＣおよびＤの対を比較することによって、残留オーステナイトの存在により、チタンの有効性が大幅に増大することが示される。実施例ＣおよびＤの場合は、チタンが０．１１０％から０．３５０％へ増加すると、耐摩耗性が５６％増加していることが明白になるが、鋼ＧおよびＨについては、増加は、わずか３７％である。
この観測は、マトリックスが、操作の間に膨張する硬いマルテンサイトに変態されうる残留オーステナイトを含有する場合は、周囲のマトリックスによる、炭化チタンに対する絞り出し効果（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）が増大したことに起因させることができる。
さらに、鋼板ＡまたはＢの冷却後の変形は、プラニシングなしで６ｍｍ／ｍであり、鋼板ＥおよびＦについては１７ｍｍ／ｍである。これらの結果は、本発明によって得られた製品の変形が減少していることを示す。
最終使用者によって要求される表面平坦性の程度による、実際の結果は：
−製品は、プラニシングなしで供給されうるか（コストおよび残留応力の節約）、
−または、本発明による製品の本来の変形がより小さいので、表面平坦性のより厳しい要求（例えば、５ｍｍ／ｍ）に応じるためのプラニシングが、より容易に、導入される応力がより小さい状態で実施されうる。
−製品は、プラニシングなしで供給されうるか（コストおよび残留応力の節約）、
−または、本発明による製品の本来の変形がより小さいので、表面平坦性のより厳しい要求（例えば、５ｍｍ／ｍ）に応じるためのプラニシングが、より容易に、導入される応力がより小さい状態で実施されうる。
Claims (13)
- 炭化チタンおよび／または炭化ジルコニウムを含み、磨耗に抵抗性であり、および化学組成が、重量を基準として、
場合により、Ｎｂ／２＋Ｔａ／４＋Ｖ≦０．５％となるような含有量での、Ｎｂ、ＴａおよびＶから、選択される少なくとも１種の元素、
場合により、０．１％未満またはそれに等しい含有量での、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、ＢｉおよびＰｂから選択される少なくとも１種の元素、
を含み、
残部は、鉄および生産操業に由来する不純物であり、
さらに、前記化学組成が、
Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８≧０．０９５％
および：
Ｔｉ＋Ｚｒ／２−７×Ｎ／２≧０．０５％
および：
１．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞１．８、（ただし、Ｂ≧０．０００５％のときは、Ｋ＝１、Ｂ＜０．０００５％のときは、Ｋ＝０）
の関係を満たす鋼の板の製造法であって、急冷を行うために、板を熱急冷処理操作にかけることを含み、この操作は、高温状態での圧延用ヒート中で、あるいは炉内での再加熱によるオーステナイト化の後で行われ、
この板は、ＡＣ３より高い温度と、Ｔ＝８００−２７０×Ｃ＊−９０×Ｍｎ−３７×Ｎｉ−７０×Ｃｒ−８３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）からＴ−５０℃の範囲にある温度との間を、０．５℃／ｓより大きな平均冷却速度で冷却され、
次いで、この板は、Ｖｒ＜１１５０×ｅｐ−１．７であって、０．１℃／ｓより大きい範囲にある平均中心部冷却速度Ｖｒで、温度Ｔと１００℃の間で冷却され、ただし、ｅｐはｍｍで表された板の厚さであり、
この板は、周囲温度まで冷却され、場合によりプラニシングが実施される前記方法。 - さらに、１．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞２であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- さらに、
Ｃ≦０．２２％
および
Ｃ＊≧０．１２％
であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 - さらに、
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≧０．１０％
であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。 - さらに、
Ｓｉ＋Ａｌ≧０．７％
であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。 - さらに、３５０℃未満またはそれに等しい温度で焼もどしが実行されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
- 鋼にチタンを添加するために、溶鋼が、チタンを含有するスラグに接触して置かれ、スラグのチタンが、溶鋼の中へゆっくりと拡散するようにさせられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
- 磨耗に対して抵抗性であり、および化学組成が、重量を基準として、
場合により、Ｎｂ／２＋Ｔａ／４＋Ｖ≦０．５％となるような含有量で、Ｎｂ、ＴａおよびＶから、選択される少なくとも１種の元素、
場合により、０．１％未満またはそれに等しい含有量で、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃａ、ＢｉおよびＰｂから選択される少なくとも１種の元素、
を含み、
残部は、鉄および生産操業に由来する不純物であり、
さらに、前記化学組成が、
Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８≧０．０９５％
および：
Ｔｉ＋Ｚｒ／２−７×Ｎ／２≧０．０５％
および
１．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞１．８、（ただし、Ｂ≧０．０００５％のときは、Ｋ＝１、Ｂ＜０．０００５％のときは、Ｋ＝０）の関係を満たしている鋼の加工物であって、
この鋼は、マルテンサイトまたはマルテンサイト／ベイナイト組織を有し、前記組織は、炭化チタンおよび／または炭化ジルコニウムおよび５％〜２０％の残留オーステナイトを含む前記加工物。 - １．０５×Ｍｎ＋０．５４×Ｎｉ＋０．５０×Ｃｒ＋０．３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）１／２＋Ｋ＞２であることを特徴とする請求項８に記載の加工物。
- Ｃ≦０．２２％およびＣ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８＋７×Ｎ／８≧０．１２％であることを特徴とする請求項８または９に記載の加工物。
- Ｔｉ＋Ｚｒ／２≧０．１０％であることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の加工物。
- Ｓｉ＋Ａｌ≧０．７％であることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の加工物。
- 前記加工物は厚さが２ｍｍから１５０ｍｍの板であることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の加工物。
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