JP5553081B2 - 耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
一方、鋼板に対して磨耗特性が要求される部位は、地鉄表面が露出する場合が多く、鋼材表面が腐食性の物質を含む水蒸気や、水分や油分などと接触し、鋼材の腐食が発生する。
1.質量%で、
C:0.20〜0.30%、
Si:0.05〜1.0%、
Mn:0.40〜1.20%、
P:0.015%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.1%以下、
N:0.01%以下、
B:0.0003〜0.0030%、
さらに、
Cr:0.05〜1.5%、
Mo:0.05〜1.0%、
W:0.05〜1.0%、
の1種または2種以上を含有し、(1)式で示される焼入れ性指数DI*が45以上で、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、ミクロ組織が焼戻しマルテンサイトを基地相とし、粒径が円相当直径で0.05μm以下のセメンタイトが2×106個/mm2以上存在することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
DI*=33.85×(0.1×C)0.5 ×(0.7×Si+1)×(3.33×Mn+1)×(0.35×Cu+1)×(0.36×Ni+1)×(2.16×Cr+1)×(3×Mo+1)×(1.75×V+1)×(1.5×W+1)・・・・・(1)
但し、各合金元素は含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
2.鋼組成に、質量%でさらに、
Nb:0.005〜0.025%、
Ti:0.008〜0.020%、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする1記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
3.鋼組成に、質量%でさらに、
Cu:1.5%以下、
Ni:2.0%以下、
V:0.1%以下、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする1または2記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
4.鋼組成に、質量%でさらに、
REM:0.008%以下、
Ca:0.005%以下、
Mg:0.005%以下、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする1乃至3のいずれか一つに記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
5.更に、焼戻しマルテンサイトの平均結晶粒径が円相当直径で20μm以下であることを特徴とする1乃至4のいずれか一つに記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
6.更に、表面硬度がブリネル硬さで400〜520HBW10/3000であることを特徴とする1乃至5のいずれか一つに記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
7.1乃至4のいずれか一つに記載の鋼組成を有する鋼片を1000℃〜1200℃に加熱後、熱間圧延を行い、その後、Ac3〜950℃に再加熱して、1〜100℃/sで加速冷却を実施し、100〜300℃で加速冷却を停止した後、空冷を行う耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
8.空冷後、100〜300℃に再加熱することを特徴とする7記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
9.1乃至4のいずれか一つに記載の鋼組成を有する鋼片を1000℃〜1200℃に加熱後、Ar3以上の温度域で熱間圧延した後、Ar3〜950℃の温度から1〜100℃/sで加速冷却を開始し、100〜300℃で加速冷却を停止した後、空冷を行う耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
10.空冷後、100〜300℃に再加熱することを特徴とする9記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
本発明では、鋼板のミクロ組織の基地相を焼戻しマルテンサイトとし、さらに、ミクロ組織中のセメンタイトの存在状態を規定する。
セメンタイトの粒径が円相当径で0.05μmを超えると、鋼板の硬度が低下し、耐摩耗性が低下するだけでなく、拡散性水素のトラップサイトとして水素脆化割れを抑制する効果が得られない。このため、0.05μm以下に限定する。
また、表面硬度がブリネル硬さで400HBW10/3000未満の場合には、耐磨耗鋼としての寿命が短くなり、一方、520HBW10/3000を超えると耐応力腐食割れ性が顕著に劣化するようになるため、表面硬度をブリネル硬さで400〜520HBW10/3000の範囲とすることが好ましい。
本発明では、優れた耐応力腐食割れ性を確保するため、鋼板の成分組成を規定する。なお、説明において%は質量%とする。
C:0.20〜0.30%
Cは、焼戻しマルテンサイトの硬度を高め、優れた耐磨耗性を確保するために重要な元素でその効果を得るため、0.20%以上の含有を必要とする。一方、0.30%を超えて含有すると、硬さが過度に上昇し、靱性および耐応力腐食割れ性が低下する。このため、0.20〜0.30%の範囲に限定する。好ましくは、0.21〜0.27%である。
Siは、脱酸材として作用し、製鋼上、必要であるだけでなく、鋼に固溶して固溶強化により鋼板を高硬度化する効果を有する。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%を超えて含有すると、溶接性が劣化するため、0.05〜1.0%の範囲に限定する。好ましくは、0.07〜0.5%である。
Mnは、鋼の焼入れ性を増加させる効果を有し、母材の硬度を確保するために0.40%以上は必要である。一方、1.20%を超えて含有すると、母材の靭性、延性および溶接性が劣化するだけでなく、Pの粒界偏析を助長し、耐応力腐食割れの発生を助長する。このため、0.40〜1.20%の範囲に限定する。好ましくは、0.45〜1.10%である。さらに好ましくは0.45〜0.90%である。
Pが0.015%を超えて含有すると、粒界に偏析し、耐応力腐食割れの発生起点となる。このため、0.015%を上限とし、可能なかぎり低減することが望ましい。好ましくは0.010%以下、より好ましくは0.008%以下とする。Sは母材の低温靭性や延性を劣化させるため、0.005%を上限として低減することが望ましい。好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.002%以下とする。
Alは、脱酸剤として作用し、鋼板の溶鋼脱酸プロセスに於いて、もっとも汎用的に使われる。また、鋼中の固溶Nを固定してAlNを形成することにより、結晶粒の粗大化を抑制する効果を有するとともに、固溶N低減による靱性劣化を抑制する効果を有する。一方、0.1%を超えて含有すると、溶接時に溶接金属部に混入して、溶接金属の靭性を劣化させるため、0.1%以下に限定する。
NはTiおよびNbと結合して窒化物、あるいは炭窒化物として析出して、熱間圧延および熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制する効果、および拡散性水素のトラップサイトとして水素脆化割れを抑制する効果を有する。一方、0.01%を超えて含有すると、固溶N量が増加し、靭性が著しく低下する.このため、Nは0.01%以下に限定する。好ましくは0.006%以下とする。
Bは、微量の添加で焼入れ性を顕著に増加させ、母材の高硬度化に有効な元素である。このような効果を得るためには、0.0003%以上とする。0.0030%を超えると、母材靭性、延性および耐溶接割れ性に悪影響を及ぼすため、0.0030%以下とする。
Cr:0.05〜1.5%
Crは、鋼の焼入れ性を増加させ、母材の高硬度化に有効な元素である。このような効果を有するためには、0.05%以上とすることが好ましい。一方、1.5%を超えて含有すると、母材靭性および耐溶接割れ性が低下する。このため、0.05〜1.5%以下とする。
Moは、焼入れ性を顕著に増加させ、母材の高硬度化に有効な元素である。このような効果を得るためには、0.05%以上とすることが好ましいが、1.0%を超えると、母材靭性、延性および耐溶接割れ性に悪影響を及ぼすため、1.0%以下とする。
Wは、焼入れ性を顕著に増加させ、母材の高硬度化に有効な元素である。このような効果を得るためには、0.05%以上とすることが好ましいが、1.0%を超えると、母材靭性、延性および耐溶接割れ性に悪影響を及ぼすため、1.0%以下とする。
但し、各合金元素は含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。
母材の基地組織を焼戻しマルテンサイトとして、耐磨耗性を向上させるためには、上式で規定されるDI*が45以上を満足させることが必要である。DI*が45未満の場合、板厚表層からの焼入れ深さが10mmを下回り、耐磨耗鋼としての寿命が短くなるため、45以上とする。
Nbは、炭窒化物として析出し、母材および溶接熱影響部のミクロ組織を微細化するとともに、固溶Nを固定して靱性を改善するだけでなく、生成した炭窒化物が拡散性水素のトラップサイトに有効であり、応力腐食割れ抑制の効果を有する。このような効果を得るためには、0.005%以上の含有が好ましい。一方、0.025%を超えて含有すると、粗大な炭窒化物が析出し、破壊の起点となることがある。このため、0.025%以下とする。
Tiは、窒化物もしくはNbとともに炭窒化物を形成し、結晶粒の粗大化を抑制する効果を有するとともに、固溶N低減による靱性劣化を抑制する効果を有する。さらに、生成した炭窒化物が拡散性水素のトラップサイトに有効であり、応力腐食割れ抑制の効果を有する。このような効果を得るためには、0.008%以上の含有が好ましい。一方、0.020%を超えて含有すると、析出物が粗大化し母材靱性を劣化する。このため、0.020%以下とする。
Cuを含有する場合は、1.5%を超えると熱間脆性を生じて鋼板の表面性状を劣化させるため、1.5%以下とする。
[製造条件]
説明において、温度に関する「℃」表示は、板厚の1/2位置における温度を意味するものとする。
Ac3=854−180C+44Si−14Mn−17.8Ni−1.7Cr
(ただし、C、Si、Mn、 Ni、Cr:各合金元素の含有量(mass%))
再加熱の保持時間は鋼板内の温度が均一になれば短時間でもよい。一方、長時間になると、結晶粒が粗大化し、靭性および耐応力腐食割れ性が低下するので、1hr以内が望ましい。なお、熱間圧延後に再加熱する場合は熱間圧延の終了温度は特に規定しない。
冷却停止温度を100〜300℃とすることにより鋼板中の組織がマルテンサイト主体となり、その後の空冷により焼戻しの効果が得られ、焼戻しマルテンサイト中にセメンタイトが分散された組織を得ることができる。
加速冷却の冷却速度、冷却停止温度および焼戻し処理は、熱間圧延後、再加熱する場合と同様とする。
Claims (10)
- 質量%で、
C:0.20〜0.30%、
Si:0.05〜1.0%、
Mn:0.40〜1.20%
P:0.015%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.1%以下、
N:0.01%以下、
B:0.0003〜0.0030%、
さらに、
Cr:0.05〜1.5%、
Mo:0.05〜1.0%、
W:0.05〜1.0%、
の1種または2種以上を含有し、(1)式で示される焼入れ性指数DI*が45以上で、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有し、ミクロ組織が焼戻しマルテンサイトを基地相とし、粒径が円相当直径で0.05μm以下のセメンタイトが2×106個/mm2以上存在することを特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
DI*=33.85×(0.1×C)0.5 ×(0.7×Si+1)×(3.33×Mn+1)×(0.35×Cu+1)×(0.36×Ni+1)×(2.16×Cr+1)×(3×Mo+1)×(1.75×V+1)×(1.5×W+1)・・・・・(1)
但し、各合金元素は含有量(質量%)を示し、含有しない場合は0とする。 - 鋼組成に、質量%でさらに、
Nb:0.005〜0.025%、
Ti:0.008〜0.020%、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。 - 鋼組成に、質量%でさらに、
Cu:1.5%以下、
Ni:2.0%以下、
V:0.1%以下、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。 - 鋼組成に、質量%でさらに、
REM:0.008%以下、
Ca:0.005%以下、
Mg:0.005%以下、
の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。 - 更に、焼戻しマルテンサイトの平均結晶粒径が円相当直径で20μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
- 更に、表面硬度がブリネル硬さで400〜520HBW10/3000であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の鋼組成を有する鋼片を1000℃〜1200℃に加熱後、熱間圧延を行い、その後、Ac3〜950℃に再加熱して、1〜100℃/sで加速冷却を実施し、100〜300℃で加速冷却を停止した後、空冷を行う耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
- 空冷後、100〜300℃に再加熱することを特徴とする請求項7記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の鋼組成を有する鋼片を1000℃〜1200℃に加熱後、Ar3以上の温度域で熱間圧延した後、Ar3〜950℃の温度から1〜100℃/sで加速冷却を開始し、100〜300℃で加速冷却を停止した後、空冷を行う耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
- 空冷後、100〜300℃に再加熱することを特徴とする請求項9記載の耐応力腐食割れ性に優れた耐磨耗鋼板の製造方法。
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