JP5017937B2 - Wear-resistant steel plate with excellent bending workability - Google Patents
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本発明は、建設、土木、鉱山等の分野で使用される、例えば、パワーショベル、ブルドーザー、ホッパー、バケット等の産業機械や運搬機器等のうち、土砂との接触による摩耗が問題となるような部材用として好適な耐摩耗鋼板に係り、特に、曲げ加工性の改善に関する。なお、ここでいう「鋼板」には、鋼板、鋼帯を含むものとする。 The present invention is used in the fields of construction, civil engineering, mining, etc., for example, in industrial machines and transporting equipment such as excavators, bulldozers, hoppers, buckets, etc., wear due to contact with earth and sand becomes a problem. The present invention relates to a wear-resistant steel plate suitable for a member, and particularly relates to improvement of bending workability. The “steel plate” here includes a steel plate and a steel strip.
土、砂等による摩耗を受ける部材には、長寿命化のため、耐摩耗性に優れた鋼材が使用されている。従来から、鋼材の耐摩耗性は、高硬度化することにより、向上することが知られている。このため、耐摩耗性が要求される部材には、Cr、Mo等の合金元素を大量に添加した鋼材に焼入等の熱処理を施し、高硬度化した鋼材が使用されてきた。
例えば、特許文献1には、C:0.10〜0.19%を含み、Si、Mnを適正量含有し、Ceqを0.35〜0.44に限定した鋼を、熱間圧延後直接焼入れし、あるいは900〜950℃に再加熱したのち焼入れし、300〜500℃で焼戻し、鋼板表面硬さを300HV以上とする耐摩耗用鋼板の製造方法が提案されている。
Steel members having excellent wear resistance are used for members subjected to wear due to soil, sand, and the like in order to extend the life. Conventionally, it is known that the wear resistance of a steel material is improved by increasing the hardness. For this reason, steel members that have been hardened by heat treatment such as quenching have been used for members that require a large amount of alloy elements such as Cr and Mo have been required for wear resistance.
For example,
また、特許文献2には、C:0.10〜0.20%を含み、Si、Mn、P、S、N、Alを適正量に調整し、あるいはさらにCu、Ni、Cr、Mo、Bのうちの1種以上を含有する鋼に、熱間圧延後直接焼入れし、あるいは圧延後放冷した後、再加熱して焼入れし、340HB以上の硬さを有する耐摩耗厚鋼板とする、耐摩耗厚鋼板の製造方法が提案されている。
また、特許文献3には、C:0.07〜0.17%を含み、Si、Mn、V、B、Alを適正量含有し、あるいはさらにCu、Ni、Cr、Moのうちの1種以上を含有した鋼に、熱間圧延後直ちに焼入れ、あるいは一旦空冷した後に、再加熱して焼入れし、表面硬さを321HB以上で、曲げ加工性に優れた鋼板とする耐摩耗性鋼板の製造方法が提案されている。
Patent Document 2 includes C: 0.10 to 0.20%, and Si, Mn, P, S, N, and Al are adjusted to appropriate amounts, or one of Cu, Ni, Cr, Mo, and B. A steel containing more than seeds is directly quenched after hot rolling, or allowed to cool after rolling, and then reheated and quenched to obtain a wear resistant thick steel plate having a hardness of 340 HB or more. Manufacturing methods have been proposed.
特許文献1〜3に記載された技術は、合金元素を多量に添加して、固溶硬化、変態硬化、析出硬化等を活用して、高硬度化することで、耐摩耗性を向上させている。しかし、合金元素を多量に添加して、固溶硬化、変態硬化、析出硬化等を活用して、高硬度化した場合には、結果的に溶接性、加工性が低下し、さらに高合金化により製造コストが高騰するという問題がある。
The techniques described in
また、使用条件によっては、表面近傍のみを高硬度化して、耐摩耗性を向上させるだけでもよい場合がある。このような場合には、Cr、Mo等の合金元素を多量に添加する必要はなく、焼入れ処理等の熱処理を施して、鋼材表面近傍のみを焼入れ組織とすることが考えられる。しかし、焼入れ組織の高硬度化のためには、一般に、鋼材の固溶C量を増加させる必要があるが、固溶C量の増加は、溶接性の低下、曲げ加工性の低下などを招くという問題がある。特に曲げ加工性に関しては、固溶C量の増加により曲げ加工時の変形抵抗が増大し、曲げ加工ができないなどの問題も生じてくる。 Further, depending on the use conditions, there may be a case where only the vicinity of the surface is increased in hardness to improve the wear resistance. In such a case, it is not necessary to add a large amount of alloy elements such as Cr and Mo, and it is conceivable that a heat treatment such as a quenching process is performed so that only the vicinity of the steel material surface becomes a quenched structure. However, in order to increase the hardness of the quenched structure, it is generally necessary to increase the solid solution C amount of the steel material. However, an increase in the solid solution C amount causes a decrease in weldability, a decrease in bending workability, and the like. There is a problem. In particular, with respect to bending workability, an increase in the amount of dissolved C causes an increase in deformation resistance at the time of bending, resulting in problems such as inability to perform bending.
このため、過度に高硬度化を図ることなく、耐摩耗性を向上させることができる耐摩耗鋼板が要望されていた。
このような要望に対し、例えば、特許文献4には、C:0.10〜0.45%を含み、Si、Mn、P、S、Nを適正量に調整し、さらにTi:0.10〜1.0%含有し、0.5μm以上の大きさのTiC析出物あるいはTiCとTiN,TiSとの複合析出物を400個/mm2以上を含み、Ti*が0.05%以上0.4%未満とする表面性状に優れた耐摩耗鋼が提案されている。特許文献4に記載された技術によれば、凝固時に粗大なTiCを主体とする析出物を生成させ、過度に高硬度化させることなく安価に耐摩耗性を向上させることができるとしている。
In response to such a request, for example, Patent Document 4 includes C: 0.10 to 0.45%, Si, Mn, P, S, and N are adjusted to appropriate amounts, and further Ti: 0.10 to 1.0%, A wear-resistant steel with excellent surface properties that contains TiC precipitates of 0.5 μm or more or composite precipitates of TiC and TiN, TiS of 400 pieces / mm 2 or more, and Ti * of 0.05% or more and less than 0.4%. Has been proposed. According to the technique described in Patent Document 4, precipitates mainly composed of coarse TiC are generated during solidification, and wear resistance can be improved at low cost without excessively increasing the hardness.
しかしながら、特許文献4に記載された技術では、焼入れ処理を実施し、組織をマルテンサイト組織としており、その結果、ブリネル硬さでHB296以上と高硬度化し、曲げ加工が容易であるとは云い難く、曲げ加工性に問題を残していた。
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性を向上させ、かつ、曲げ加工性を飛躍的に向上させることが可能な、曲げ加工性に優れた耐摩耗鋼板を提供することを目的とする。
However, in the technique described in Patent Document 4, a quenching process is performed and the structure is a martensite structure. As a result, the Brinell hardness is increased to HB296 or higher, and it is difficult to say that bending is easy. There was a problem with bending workability.
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and is capable of improving wear resistance and dramatically improving bending workability, and having excellent bending workability. An object is to provide a steel sheet.
発明者らは、上記した目的を達成するために、耐摩耗性と曲げ加工性に影響する各種要因について、鋭意研究を重ねた。その結果、TiとCを含有する成分系で、固溶C量を0.03質量%以下とすることにより、基地相(マトリクス)が軟質なフェライト相となり、かつマトリクス中に硬質な第二相(硬質相:TiC)が分散した組織となり、過度に高硬度化させることなく、耐摩耗性が顕著に向上することを見出した。また、このような組成、組織とすることにより、耐摩耗性の向上とともに、塑性変形能が顕著に向上し、曲げ加工性が飛躍的に向上することを見出した。 In order to achieve the above-described object, the inventors have conducted intensive research on various factors that affect wear resistance and bending workability. As a result, with the component system containing Ti and C, the solid solution C content is 0.03% by mass or less, so that the matrix phase becomes a soft ferrite phase and the matrix has a hard second phase (hard Phase: TiC) was dispersed, and it was found that the wear resistance was remarkably improved without excessively increasing the hardness. Further, it has been found that by using such a composition and structure, the wear resistance is improved, the plastic deformability is remarkably improved, and the bending workability is remarkably improved.
発明者らが行った実験結果の一例を、Ti−C系でTiとC量をそれぞれ変化させたときの、固溶C量とブリネル硬さHBとの関係、固溶C量と耐摩耗比との関係で、図1、図2にそれぞれ示す。固溶C量を0.03質量%以下とすることにより、硬さはHB200以下程度であるが、耐摩耗比が6以上となり、耐摩耗性が顕著に向上することがわかる。なお、耐摩耗比は、ASTM G65に準拠したラバーホイール摩耗試験における、軟鋼(SS400)の摩耗量と各鋼板の摩耗量との比を表す。耐摩耗比が大きいほど、耐摩耗性に優れていることを示す。 An example of the results of experiments conducted by the inventors is the relationship between the amount of solute C and Brinell hardness HB when the amounts of Ti and C are changed in a Ti-C system, the amount of solute C and the wear resistance ratio. FIG. 1 and FIG. It can be seen that by setting the solid solution C amount to 0.03% by mass or less, the hardness is about HB200 or less, but the wear resistance ratio is 6 or more, and the wear resistance is remarkably improved. The wear resistance ratio represents the ratio between the wear amount of mild steel (SS400) and the wear amount of each steel plate in a rubber wheel wear test in accordance with ASTM G65. It shows that it is excellent in abrasion resistance, so that an abrasion resistance ratio is large.
本発明は、このような知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
(1)質量%で、C:0.05〜0.30%、Ti:0.1〜1.2%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、かつ、固溶C量が0.03%以下である組成と、フェライト相を基地相とし、該基地相中に硬質相が分散した組織を有し、さらにブリネル硬さで200HB以下の表面硬さを有することを特徴とする曲げ加工性に優れた耐摩耗鋼板。
The present invention has been completed based on such findings and further studies. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A composition containing, in mass%, C: 0.05 to 0.30%, Ti: 0.1 to 1.2%, the balance being Fe and inevitable impurities, and having a solid solution C content of 0.03% or less, and a ferrite phase A wear-resistant steel sheet having excellent bending workability, characterized in that the base phase has a structure in which a hard phase is dispersed in the base phase, and has a Brinell hardness of 200 HB or less .
(2)(1)において、前記硬質相の分散密度が、400個/mm2以上であることを特徴とする耐摩耗鋼板。
(3)(1)または(2)において、前記組成に加えてさらに、質量%で、Nb:0.005〜1.0%、V:0.005〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする耐摩耗鋼板。
( 2 ) The wear-resistant steel sheet according to ( 1 ), wherein the hard phase has a dispersion density of 400 / mm 2 or more.
( 3 ) In (1) or (2) , in addition to the above composition, the composition further contains one or two kinds selected from Nb: 0.005 to 1.0% and V: 0.005 to 1.0% by mass%. A wear-resistant steel sheet characterized by having a composition.
(4)(1)ないし(3)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Mo:0.05〜1.0%、W:0.05〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする耐摩耗鋼板。
(5)(1)ないし(4)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.1〜2.0%、Cu:0.1〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種以上を含有する組成とすることを特徴とする耐摩耗鋼板。
( 4 ) In any one of (1) to ( 3 ), in addition to the above composition, in addition to mass, one or two selected from Mo: 0.05 to 1.0% and W: 0.05 to 1.0% A wear-resistant steel sheet characterized by having a composition containing
( 5 ) In any one of (1) to ( 4 ), in addition to the above composition, it is further selected by mass% from Si: 0.05 to 1.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cu: 0.1 to 1.0% A wear-resistant steel sheet characterized by having a composition containing one or more kinds.
(6)(1)ないし(5)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Ni:0.1〜2.0%、B:0.0003〜0.0030%のうちから選ばれた1種または2種を含有する組成とすることを特徴とする耐摩耗鋼板。
(7)(1)ないし(6)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Cr:0.1〜1.0%を含有する組成とすることを特徴とする耐摩耗鋼板。
( 6 ) In any one of (1) to ( 5 ), in addition to the above composition, one or two selected from Ni: 0.1 to 2.0% and B: 0.0003 to 0.0030% in mass% A wear-resistant steel sheet characterized by having a composition containing
( 7 ) In any one of (1) to ( 6 ), in addition to the above composition, a wear-resistant steel plate characterized by having a composition containing Cr: 0.1 to 1.0% by mass%.
(8)(1)ないし(7)のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量%で、Al:0.1%以下を含有する組成とすることを特徴とする耐摩耗鋼板。 ( 8 ) A wear-resistant steel sheet according to any one of (1) to ( 7 ), wherein in addition to the above composition, the composition further contains, by mass%, Al: 0.1% or less.
本発明によれば、過度の高硬度化を伴うことなく、耐摩耗性と曲げ加工性とが飛躍的に向上した耐摩耗鋼板を、安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、特に、土砂との接触による摩耗に対する耐摩耗性が飛躍的に向上するという効果もある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abrasion-resistant steel plate in which abrasion resistance and bending workability were improved significantly without accompanying excessively high hardness can be manufactured at low cost, and there is a remarkable industrial effect. In addition, according to the present invention, in particular, there is an effect that the wear resistance against wear due to contact with earth and sand is drastically improved.
まず、本発明の鋼板の組成を規定した理由について説明する。なお、以下の%表示は、いずれも質量%を表す。
C:0.05〜0.30%、
Cは、硬質な第二相(以下、硬質相ともいう)としての炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させるために、有効な元素であり、このような効果を得るためには、0.05%以上の含有を必要とする。一方、0.30%を超える含有は、硬質相としての炭化物が粗大になり、曲げ加工時に炭化物を起点として割れが発生する。このため、Cは0.05〜0.30%の範囲に規定した。なお、好ましくは0.05〜0.20%である。
First, the reason for defining the composition of the steel sheet of the present invention will be described. In addition, all the following% display represents mass%.
C: 0.05 to 0.30%
C is an effective element for forming a carbide as a hard second phase (hereinafter also referred to as a hard phase) and improving wear resistance. To obtain such an effect, 0.05% The above content is required. On the other hand, if the content exceeds 0.30%, the carbide as the hard phase becomes coarse, and cracks occur starting from the carbide during bending. For this reason, C was specified in the range of 0.05 to 0.30%. In addition, Preferably it is 0.05 to 0.20%.
固溶C量:0.03%以下
固溶C量は、本発明では0.03%以下に規定する。これにより、硬さが低下し、基地(マトリクス)が軟質のフェライト主体の組織となり、さらに基地相中に硬質な第二相(硬質相:Ti炭化物)が多量分散した組織となる。これにより、図1、図2に示すように、硬さは低下するが、耐摩耗性が飛躍的に向上する。これは、硬質な第二相を分散させることによる耐摩耗性向上効果と、基地相(マトリクス)を軟質のフェライトにすることによる塑性変形能向上による耐摩耗性向上効果とが、相乗した結果であると考えられる。なお、固溶C量は、鋼板から採取した試験片について、電解抽出法により炭化物を抽出して炭化物となっているC量を測定し、totalC量から炭化物となっているC量を差し引き、算出するものとする。
Solid solution C amount: 0.03% or less The solid solution C amount is specified to be 0.03% or less in the present invention. As a result, the hardness decreases, the matrix (matrix) becomes a soft ferrite-based structure, and a hard second phase (hard phase: Ti carbide) is dispersed in a large amount in the matrix phase. Thereby, as shown in FIG. 1, FIG. 2, although hardness falls, abrasion resistance improves remarkably. This is a result of the synergistic effect of improving wear resistance by dispersing the hard second phase and improving wear resistance by improving plastic deformability by making the base phase (matrix) soft ferrite. It is believed that there is. In addition, the amount of solid solution C is calculated by extracting the carbide by electrolytic extraction method from the test piece collected from the steel sheet, measuring the amount of C that is carbide, and subtracting the amount of C that is carbide from the total C amount. It shall be.
Ti:0.1〜1.2%
Tiは、Cとともに本発明における重要な元素であり、耐摩耗性向上に寄与する硬質な第二相(Ti炭化物)を形成する必須の元素である。このような効果を得るためには、0.1%以上の含有を必要とする。一方、1.2%を超える含有は、硬質な第二相(Ti炭化物)が粗大化し、曲げ加工時に粗大な第二相を起点として割れが発生する。このため、Tiは0.1〜1.2%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.1〜0.5%である。
Ti: 0.1-1.2%
Ti is an important element in the present invention together with C, and is an essential element for forming a hard second phase (Ti carbide) that contributes to improvement in wear resistance. In order to obtain such an effect, the content of 0.1% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 1.2%, the hard second phase (Ti carbide) becomes coarse, and cracks occur starting from the coarse second phase during bending. For this reason, Ti was limited to the range of 0.1 to 1.2%. In addition, Preferably it is 0.1 to 0.5%.
上記した成分が基本成分であるが、本発明では、必要に応じて、選択元素を含有することができる。選択元素としては、Nb:0.005〜1.0%、V:0.005〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種、および/または、Mo:0.05〜1.0%、W:0.05〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種、および/または、Si:0.05〜1.0%、Mn:0.1〜2.0%、Cu:0.1〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種以上、および/または、Ni:0.1〜2.0%、B:0.0003〜0.0030%のうちから選ばれた1種または2種、および/または、Cr:0.1〜1.0%、および/または、Al:0.1%以下、を含有することができる。 The above-described components are basic components, but in the present invention, a selective element can be contained as necessary. As selective elements, Nb: 0.005 to 1.0%, V: one or two selected from 0.005 to 1.0%, and / or Mo: 0.05 to 1.0%, W: 0.05 to 1.0% 1 type or 2 types selected and / or Si: 0.05 to 1.0%, Mn: 0.1 to 2.0%, Cu: 0.1 to 1.0%, and / or Ni: 0.1 to 2.0%, B: One or two selected from 0.0003 to 0.0030%, and / or Cr: 0.1 to 1.0%, and / or Al: 0.1% or less Can do.
Nb:0.005〜1.0%、V:0.005〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種
Nb、Vは、いずれも硬質な第二相を形成し、耐摩耗性向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
Nbは、Tiと複合して添加することにより、Ti、Nbの複合炭化物((NbTi)C)を形成し、硬質な第二相として分散し、耐摩耗性向上に有効に寄与する元素である。このような耐摩耗性向上効果を得るためには、0.005%以上の含有を必要とする。一方、1.0%を超える含有は、硬質な第二相(炭化物)が粗大化し、曲げ加工時に硬質な第二相(炭化物)を起点として割れが発生する。このため、Nbは0.005〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜0.5%である。
One or two selected from Nb: 0.005-1.0%, V: 0.005-1.0%
Nb and V are elements that form a hard second phase and contribute to the improvement of wear resistance, and can be selected and contained as necessary.
Nb is an element that, when added in combination with Ti, forms a composite carbide of Ti and Nb ((NbTi) C), disperses as a hard second phase, and contributes effectively to improved wear resistance. . In order to obtain such an effect of improving wear resistance, a content of 0.005% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the hard second phase (carbide) is coarsened, and cracks are generated starting from the hard second phase (carbide) during bending. For this reason, it is preferable to limit Nb to 0.005 to 1.0% of range. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.5%.
Vは、Tiと複合して添加することにより、Nbと同様に、Ti、Vの複合炭化物((VTi)C)を形成し、硬質な第二相として分散し、耐摩耗性向上に有効に寄与する元素である。このような耐摩耗性向上効果を得るためには、0.005%以上の含有を必要とする。一方、1.0%を超える含有は、硬質な第二相(炭化物)が粗大化し、曲げ加工時に硬質な第二相(炭化物)を起点として割れが発生する。このため、Vは0.005〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜0.5%である。 V is added in combination with Ti to form Ti and V composite carbide ((VTi) C), which is dispersed as a hard second phase, and is effective in improving wear resistance. It is a contributing element. In order to obtain such an effect of improving wear resistance, a content of 0.005% or more is required. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the hard second phase (carbide) is coarsened, and cracks are generated starting from the hard second phase (carbide) during bending. For this reason, V is preferably limited to a range of 0.005 to 1.0%. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.5%.
なお、NbとVを複合して添加する場合には、硬質な第二相が(NbVTi)Cだけで、同様に耐摩耗性を向上させる効果を有する。なお、Nを含有する場合には、炭化物に加えて、炭窒化物が形成される場合もあるが、同様の効果が得られる。
Mo:0.05〜1.0%、W:0.05〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種
Mo、Wはいずれも、Ti炭化物(TiC)に固溶し、耐摩耗性向上に寄与する硬質な第二相の量を増加させる効果を有する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
When Nb and V are added in combination, the hard second phase is only (NbVTi) C, which has the same effect of improving wear resistance. When N is contained, carbonitride may be formed in addition to carbide, but the same effect can be obtained.
One or two selected from Mo: 0.05-1.0%, W: 0.05-1.0%
Both Mo and W are elements that have the effect of increasing the amount of the hard second phase that contributes to improving wear resistance by dissolving in Ti carbide (TiC), and can be selected and contained as necessary. .
Moは、Ti炭化物(TiC)に固溶し、硬質な第二相の量を増加させる効果を有する元素である。このような効果を得るためには、0.05%以上の含有を必要とする。一方、1.0%を超えて含有しても効果は飽和し、含有量に見合う効果が期待できず経済的に不利となる。このため、Moは0.05〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.40%である。 Mo is an element having an effect of increasing the amount of hard second phase by dissolving in Ti carbide (TiC). In order to acquire such an effect, 0.05% or more of content is required. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the effect is saturated, and an effect commensurate with the content cannot be expected, which is economically disadvantageous. For this reason, it is preferable to limit Mo to the range of 0.05 to 1.0%. In addition, More preferably, it is 0.05 to 0.40%.
Wは、Moと同様に、Ti炭化物(TiC)に固溶し、硬質な第二相の量を増加させる効果を有する元素である。このような効果を得るためには、0.05%以上の含有を必要とする。一方、1.0%を超えて含有しても効果は飽和し、含有量に見合う効果が期待できず経済的に不利となる。このため、Wは0.05〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.40%である。 W, like Mo, is an element that has an effect of increasing the amount of hard second phase by dissolving in Ti carbide (TiC). In order to acquire such an effect, 0.05% or more of content is required. On the other hand, if the content exceeds 1.0%, the effect is saturated, and an effect commensurate with the content cannot be expected, which is economically disadvantageous. For this reason, it is preferable to limit W to 0.05 to 1.0% of range. In addition, More preferably, it is 0.05 to 0.40%.
Si:0.05〜1.0%、Mn:0.1〜2.0%、Cu:0.1〜1.0%のうちから選ばれた1種または2種以上
Si、Mn、Cuはいずれも、鋼の高硬度化に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
Siは、脱酸元素として有効な元素であり、このような効果を得るためには0.05%以上の含有を必要とする。また、Siは、鋼に固溶して固溶強化により高硬度化に寄与する有効な元素であるが、1.0%を超える含有は、延性、靭性を低下させ、さらに介在物量が増加する等の問題を生じる。このため、Siは0.05〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.05〜0.40%である。また、不可避的不純物である場合には、Siは、0.05%未満である。
One or more selected from Si: 0.05-1.0%, Mn: 0.1-2.0%, Cu: 0.1-1.0%
Si, Mn, and Cu are all elements that contribute to increasing the hardness of steel, and can be selected and contained as necessary.
Si is an effective element as a deoxidizing element, and in order to obtain such an effect, the content of 0.05% or more is required. In addition, Si is an effective element that contributes to high hardness by solid solution strengthening by solid solution strengthening. However, inclusion exceeding 1.0% decreases ductility and toughness, and further increases the amount of inclusions. Cause problems. For this reason, it is preferable to limit Si to the range of 0.05 to 1.0%. In addition, More preferably, it is 0.05 to 0.40%. In the case of unavoidable impurities, Si is less than 0.05%.
Mnは、固溶強化により高硬度化に寄与する有効な元素であり、このような効果を得るためには0.1%以上の含有を必要とする。一方、2.0%を超える含有は、溶接性を低下させる。このため、Mnは0.1〜2.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜1.60%である。また、不可避的不純物である場合には、Mnは、0.1%未満である。
Cuは、時効析出硬化を介して高硬度化に寄与する有効な元素であり、この効果を得るためには0.1%以上の含有を必要とする。一方、1.0%を超える含有は、熱間加工性を低下させる。このため、Cuは0.1〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜0.5%である。
Mn is an effective element that contributes to higher hardness by solid solution strengthening, and in order to obtain such an effect, it needs to be contained in an amount of 0.1% or more. On the other hand, if the content exceeds 2.0%, weldability decreases. For this reason, it is preferable to limit Mn to the range of 0.1 to 2.0%. More preferably, it is 0.1 to 1.60%. In the case of unavoidable impurities, Mn is less than 0.1%.
Cu is an effective element that contributes to high hardness through aging precipitation hardening. In order to obtain this effect, it is necessary to contain 0.1% or more. On the other hand, the content exceeding 1.0% decreases the hot workability. For this reason, it is preferable to limit Cu to the range of 0.1 to 1.0%. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.5%.
Ni:0.1〜2.0%、B:0.0003〜0.0030%のうちから選ばれた1種または2種
Ni、Bはいずれも、靭性向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
Niは、靭性を向上させる元素であり、このような効果は0.1%以上の含有で顕著となる。一方、2.0%を超える含有は、材料コストを著しく上昇させる。このため、Niは0.1〜2.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜1.0%である。
One or two selected from Ni: 0.1-2.0%, B: 0.0003-0.0030%
Ni and B are both elements that contribute to toughness improvement, and can be selected and contained as necessary.
Ni is an element that improves toughness, and such an effect becomes remarkable when the content is 0.1% or more. On the other hand, the content exceeding 2.0% significantly increases the material cost. For this reason, it is preferable to limit Ni to 0.1 to 2.0% of range. More preferably, it is 0.1 to 1.0%.
Bは、粒界に偏析し、粒界を強化して、靭性向上に有効に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.0003%以上の含有を必要とする。一方、0.0030%を超える含有は、溶接性を低下させる。このため、Bは、0.0003〜0.0030%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0003〜0.0015%である。
Cr:0.1〜1.0%
Crは、フェライトに固溶し、フェライトを軟化させる作用を有し、塑性変形能を向上させ、耐摩耗性をさらに向上させる。このような効果を得るためには、0.1%以上の含有を必要とするが、1.0%を超える含有は、溶接性を低下させる。このため、Crは0.1〜1.0%の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜0.40%である。
B is an element that segregates at the grain boundary, strengthens the grain boundary, and effectively contributes to the improvement of toughness. In order to obtain such an effect, the content of 0.0003% or more is required. On the other hand, the content exceeding 0.0030% reduces weldability. For this reason, it is preferable to limit B to the range of 0.0003 to 0.0030%. In addition, More preferably, it is 0.0003 to 0.0015%.
Cr: 0.1-1.0%
Cr dissolves in ferrite and has the effect of softening the ferrite, improving the plastic deformability and further improving the wear resistance. In order to acquire such an effect, 0.1% or more of content is required, but the content exceeding 1.0% reduces weldability. For this reason, Cr is preferably limited to a range of 0.1 to 1.0%. In addition, More preferably, it is 0.1 to 0.40%.
Al:0.1%以下
Alは、脱酸剤として作用するとともに、Nと結合して結晶粒微細化に寄与する元素であり、必要に応じ含有できる。このような効果は、0.0020%以上の含有で認められるが、0.1%を超える多量の含有は、鋼の清浄度を低下させる。このため、Alは0.1%以下に限定することが好ましい。とくに含有しない場合は、Alは不可避的不純物として、0.0020%未満が許容できる。
Al: 0.1% or less
Al is an element that acts as a deoxidizing agent and combines with N to contribute to refinement of crystal grains, and can be contained as necessary. Such an effect is recognized at a content of 0.0020% or more, but a large content exceeding 0.1% lowers the cleanliness of the steel. For this reason, it is preferable to limit Al to 0.1% or less. When not contained, Al is an inevitable impurity, and less than 0.0020% is acceptable.
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、P:0.040%以下、S:0.040%以下、N:0.040%以下が許容できる。Pは、多量に含有すると靭性低下を招くため、0.040%以下とすることが望ましい。また、Sは、鋼中においてMnSを形成し、破壊発生の起点として作用し、靭性の低下を招くため、0.040%以下とすることが望ましい。また、Nは、多量に含有すると溶接性の低下を招くため、0.040%以下ととすることが望ましい。なお、Si、Mnは、不可避的不純物である場合には、それぞれ0.05%未満、0.1%未満である。 The balance other than the above components is Fe and inevitable impurities. Inevitable impurities include P: 0.040% or less, S: 0.040% or less, and N: 0.040% or less. If P is contained in a large amount, it causes a decrease in toughness, so it is desirable to make it 0.040% or less. Further, S forms MnS in the steel, acts as a starting point of fracture occurrence, and causes a decrease in toughness. Therefore, S is preferably made 0.040% or less. Further, if N is contained in a large amount, the weldability is deteriorated. Therefore, N is preferably 0.040% or less. Si and Mn are less than 0.05% and less than 0.1%, respectively, when they are inevitable impurities.
本発明の耐摩耗鋼板は、上記した組成を有し、フェライト相を基地相(マトリクス)とし、マトリクス中に硬質相(硬質な第二相)が分散した組織を有し、好ましくはブリネル硬度で200HB以下の表面硬さを有する。硬質相としては、TiCなどのTi系炭化物とすることが好ましい。Ti系炭化物には、TiC、(NbTi)C、(VTi)C、あるいはTiC中にMo、Wが固溶したものが例示できる。 The wear-resistant steel sheet of the present invention has the above-described composition, and has a structure in which a ferrite phase is a base phase (matrix) and a hard phase (hard second phase) is dispersed in the matrix, preferably with Brinell hardness It has a surface hardness of 200HB or less. The hard phase is preferably a Ti-based carbide such as TiC. Examples of Ti carbides include TiC, (NbTi) C, (VTi) C, or TiC in which Mo and W are dissolved.
なお、硬質相の大きさは、とくに限定されないが、耐摩耗性の観点からは、0.5μm以上50μm以下程度とすることが好ましい。また、硬質相の分散密度は、耐摩耗性の観点から、400個/mm2以上とすることが好ましい。
つぎに、本発明の耐摩耗鋼板の好ましい製造方法について説明する。
本発明の耐摩耗鋼板は、上記した組成の溶鋼を、公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法により、所望寸法のスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、硬質相を、所望の大きさおよび個数に調整するためには、例えば、連続鋳造法を用いた場合、厚み200〜400mmの鋳片の1500〜1200℃温度域における冷却速度0.2〜10℃/sの範囲となるように冷却を調整することが好ましい。なお、造塊法を用いる場合にも、インゴットの大きさおよび冷却条件を、硬質相を所望の大きさおよび個数になるように、調整する必要があることはいうまでもない。
The size of the hard phase is not particularly limited, but is preferably about 0.5 μm or more and 50 μm or less from the viewpoint of wear resistance. The dispersion density of the hard phase is preferably 400 / mm 2 or more from the viewpoint of wear resistance.
Below, the preferable manufacturing method of the abrasion-resistant steel plate of this invention is demonstrated.
The wear-resistant steel sheet of the present invention may be prepared by melting the molten steel having the above-described composition by a known melting method, and forming a steel material such as a slab having a desired size by a continuous casting method or an ingot-bundling rolling method. preferable. In order to adjust the hard phase to a desired size and number, for example, when a continuous casting method is used, a cooling rate of 0.2 to 10 ° C. in a temperature range of 1500 to 1200 ° C. of a slab having a thickness of 200 to 400 mm is used. It is preferable to adjust the cooling so as to be in the range of / s. Even when the ingot-making method is used, it goes without saying that the size of the ingot and the cooling conditions need to be adjusted so that the desired size and number of hard phases can be obtained.
ついで、鋼素材を、冷却することなく直接、または冷却し950〜1250℃に再加熱したのち、熱間圧延し、所望板厚(肉厚)の鋼板とする。なお、熱間圧延の条件は、所望の寸法形状の鋼板とすることができればよく、とくに限定されない。熱間圧延後、鋼板は室温付近まで空冷される。冷却後、さらに母材の靭性など、耐摩耗性や曲げ加工性以外の性能を改善するために、再加熱焼入れ処理、あるいはさらに焼戻処理を施しても、本発明の効果を損なうことはない。また、熱間圧延後直ちに焼入れする直接焼入れ処理、あるいはさらに焼戻処理を施してもよい。 Next, the steel material is cooled directly or cooled and reheated to 950 to 1250 ° C., and then hot-rolled to obtain a steel plate having a desired thickness (wall thickness). The hot rolling conditions are not particularly limited as long as the steel sheet can have a desired size and shape. After hot rolling, the steel sheet is air cooled to near room temperature. After cooling, in order to improve performance other than wear resistance and bending workability such as toughness of the base material, reheating quenching treatment or further tempering treatment will not impair the effects of the present invention. . Moreover, you may perform the direct quenching process which quenches immediately after a hot rolling, or also a tempering process.
表1に示す組成の溶鋼を、真空溶解炉で溶製し、小型鋼塊(50kg)(鋼素材)とした。これら鋼素材を、1050〜1250℃に加熱したのち、熱間圧延を施して板厚20mmの鋼板とし、空冷した。なお、一部の鋼板には、熱間圧延終了後直ちに水冷する直接焼入れ処理(DQ)、直接焼入れ処理後焼戻する直接焼入れ−焼戻処理(DQT)、熱間圧延後空冷した後900℃に再加熱し焼入れする再加熱焼入れ処理(RQ)、再加熱焼入れ処理後更に焼戻する、再加熱焼入れ−焼戻処理(RQT)、あるいは900℃に再加熱し空冷する焼準処理(Nor)を施した。なお、固溶C量は、得られた鋼板から試験片を採取し、電解抽出法により炭化物を抽出し炭化物となっているC量を測定し、totalC量から炭化物となっているC量を差し引き、求めた。 Molten steel having the composition shown in Table 1 was melted in a vacuum melting furnace to obtain a small steel ingot (50 kg) (steel material). These steel materials were heated to 1050 to 1250 ° C. and then hot-rolled to form steel plates with a thickness of 20 mm and air-cooled. For some steel plates, direct quenching treatment (DQ), which is water-cooled immediately after hot rolling is completed, direct quenching-tempering treatment (DQT), which is tempered after direct quenching treatment, air cooling after hot rolling, and 900 ° C Reheating and quenching (RQ), reheating and quenching, reheating and quenching after reheating and quenching, reheating and quenching-tempering (RQT), or normalizing (Nor) reheating to 900 ° C and air cooling Was given. Note that the amount of solute C is obtained by taking a test piece from the obtained steel sheet, extracting the carbide by electrolytic extraction, measuring the amount of C that is carbide, and subtracting the amount of C that is carbide from the total C amount. Asked.
得られた鋼板について、組織観察、表面硬さ測定、曲げ試験、摩耗試験を実施した。試験方法は次の通りとした。
(1)組織観察
得られた鋼板から組織観察用試験片を採取し、研磨し、ナイタール腐食して、表層下1mmの位置について、光学顕微鏡(倍率:400倍)を用いて、組織の種類および硬質相の大きさ、個数を測定した。なお、硬質相の大きさは、各硬質相の面積を測定し、同面積から円相当直径を算出し、得られた円相当直径を算術平均し、得られた平均値をその鋼板における硬質相の大きさ(平均粒径)とした。
The obtained steel sheet was subjected to structure observation, surface hardness measurement, bending test, and wear test. The test method was as follows.
(1) Microstructure observation A specimen for microstructural observation is collected from the obtained steel plate, polished, subjected to nital corrosion, and the type of structure and the position of 1 mm below the surface layer using an optical microscope (magnification: 400 times). The size and number of hard phases were measured. The size of the hard phase is determined by measuring the area of each hard phase, calculating the equivalent circle diameter from the same area, arithmetically averaging the obtained equivalent circle diameter, and calculating the average value obtained from the hard phase in the steel sheet. (Average particle size).
(2)表面硬さ測定
得られた鋼板について、JIS Z 2243の規定に準拠して、ブリネル硬さ試験機(試験力:29.42kN)を用いて、鋼板表面の硬さHB10/3000を測定した。なお、測定位置は、ランダムに選んだ5点とし、5点の平均値を求め、その鋼板の表面硬さとした。
(3)曲げ試験
得られた鋼板から試験片を採取し、JIS Z 2248の規定に準拠して曲げ試験を実施した。なお、曲げ半径は2.0tおよび1.0tの2水準とした。試験終了後、試験片表面を目視で観察し、割れ発生のない場合を○、割れが発生した場合を×として曲げ加工性を評価した。
(2) Surface hardness measurement For the obtained steel sheet, the hardness HB10 / 3000 of the steel sheet surface was measured using a Brinell hardness tester (test force: 29.42 kN) in accordance with the provisions of JIS Z 2243. . The measurement positions were 5 points selected at random, and the average value of the 5 points was determined as the surface hardness of the steel sheet.
(3) Bending test A specimen was collected from the obtained steel sheet and subjected to a bending test in accordance with the provisions of JIS Z 2248. The bending radius was set at two levels of 2.0t and 1.0t. After completion of the test, the surface of the test piece was visually observed, and the bending workability was evaluated with ○ when the crack was not generated and × when the crack was generated.
(4)摩耗試験
得られた鋼板から試験片(大きさ:t×20×75mm)を採取し、ASTM G 65の規定に準拠して、ラバーホイール摩耗試験を実施した。なお、摩耗砂を使用した。試験後、試験片の摩耗量を測定した。なお、軟鋼(SS400)板についても同様に試験した。各鋼板の耐摩耗性は、軟鋼(SS400)板の摩耗量を基準(1.0)として、耐摩耗比=(軟鋼板の摩耗量)/(各鋼板の摩耗量)、で評価した。耐摩耗比が大きいほど,耐摩耗性に優れていることを意味する。ここでは、耐摩耗比が5.0以上を耐摩耗性に優れているとしている。
(4) Wear test A test piece (size: t × 20 × 75 mm) was collected from the obtained steel sheet, and a rubber wheel wear test was performed in accordance with ASTM G 65 regulations. Wear sand was used. After the test, the wear amount of the test piece was measured. A mild steel (SS400) plate was also tested in the same manner. The wear resistance of each steel sheet was evaluated by the ratio of wear resistance = (abrasion amount of mild steel sheet) / (abrasion quantity of each steel sheet), with the wear amount of mild steel (SS400) plate as the standard (1.0). The higher the wear resistance ratio, the better the wear resistance. Here, a wear resistance ratio of 5.0 or more is considered excellent in wear resistance.
得られた結果を表2に示す。 The obtained results are shown in Table 2.
本発明例は、いずれも表面硬度が低く、曲げ加工性に優れているにもかかわらず、耐摩耗性が非常に優れた鋼板となっている。本発明範囲を外れる比較例は、耐摩耗比が低く耐摩耗性が低下しているか、あるいは曲げ加工時に割れが発生し曲げ加工性が低下しているか、あるいは耐摩耗性および曲げ加工性がいずれも低下している。 Each of the examples of the present invention is a steel plate having a very excellent wear resistance despite having a low surface hardness and excellent bending workability. Comparative examples outside the scope of the present invention have a low wear resistance ratio and low wear resistance, or cracks are generated during bending and bending workability is reduced. Has also declined.
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