JP6014682B2 - 延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
マンガンは、本発明のような高マンガン鋼に添加される最も重要な元素であって、オーステナイトを安定化する役割をする元素である。本発明において、主組織としてオーステナイトを得るためには、マンガンが8%以上含まれるのが良い。即ち、マンガンの含量が8%未満の場合は、フェライトが形成されてオーステナイト組織を十分に確保することができない。また、マンガンの含量が15%を超える場合は、マンガン添加による耐食性低下、製造工程上の困難、製造単価上昇等の問題があり、引張強度を減少させて加工硬化が減少するという短所がある。
炭素は、オーステナイトを安定化させて常温でオーステナイト組織が得られるようにする元素であって、鋼材の強度を増加させ、特に、オーステナイトの内部に固溶されて加工硬化を増加させることにより高い耐磨耗性を確保するための最も重要な元素である。しかしながら、上述したように炭素が十分に添加されない場合は、オーステナイト安定度が足りないためマルテンサイトが形成されるか、又はオーステナイトの加工硬化が小さいため十分な耐磨耗性を得るのが困難であり、一方、炭素の含量が多すぎる場合は、炭化物形成を抑制するのが困難である。
銅は、炭化物中の固溶度が非常に低くてオーステナイト内での拡散が遅いため、オーステナイトと炭化物との界面に濃縮される傾向がある。これにより、微細な炭化物の核が生成される場合は、その周囲を取り囲むことにより炭素の更なる拡散による炭化物の成長が遅くなり、その結果、炭化物の生成及び成長が抑制される。したがって、本発明では、このような効果を得るために銅を添加する。このような銅添加量は、独立して決定されず、炭化物の生成傾向によって決定されることが好ましい。即ち、銅の含量を1.6C−1.4重量%以上に決めることが炭化物の生成抑制に有利である。銅の含量が1.6C−1.4未満の場合は、炭素による炭化物形成を抑制するのが困難であり、銅の含量が5重量%を超える場合は、鋼材の熱間加工性を低下させるという問題があるため、その上限を5重量%に制限することが好ましい。特に、本発明において、耐磨耗性の向上のために添加される炭素含量を考慮すると、上記炭化物生成抑制効果を十分に得るためには0.3重量%以上添加されるのが好ましく、2重量%以上添加されるのがより好ましい。
硫黄は、一般にマンガンと共に添加されて化合物である硫化マンガンを形成し、切削加工時に容易に切断され分離されて切削性を向上させる元素として知られている。切削加工熱によって溶融されるため、チップと切削工具との摩擦力を減少させ、これにより、工具の表面潤滑による切削工具の磨耗減少、切削工具上での切削チップの蓄積防止等の効果をもたらすため、切削工具の寿命を増加させる。但し、硫黄の含量が多すぎる場合は、熱間加工時に延伸された多量の粗大な硫化マンガンによって鋼材の機械的特性を減少させ、硫化鉄の形成によって熱間加工性を害する可能性があるため、その上限を0.1%とすることが好ましい。これに対し、硫黄が0.03%未満添加される場合は、切削性改善の効果がないため、その下限を0.03%に制限することが好ましい。
カルシウムは、硫化マンガンの形状を制御するために主に用いられる元素である。カルシウムは、硫黄に対して大きな親和力を有するため、カルシウム硫化物を形成すると共に硫化マンガンに固溶されて存在し、上記カルシウム硫化物を核として硫化マンガンが晶出するため、熱間加工時に硫化マンガンの延伸を抑制して球状の形状を維持するようにすることにより被削性を改善する。但し、カルシウムの含量が0.01%を超える場合は、効果が飽和し、また、カルシウムの実収率が低いことから含有量を増やすには多量添加する必要があるため、製造コストの面で好ましくなく、0.001%未満の場合は、効果が少ないため、その下限を0.001%に制限することが好ましい。
一般に、マンガンは鋼材の耐食性を低下させる元素であり、上記範囲のマンガン含量において一般の炭素鋼に比べて耐食性が低下するという短所があるが、本発明では、クロムを添加することにより耐食性を向上させている。また、上記範囲のクロム添加によって強度も向上させることができる。但し、その含量が8重量%を超える場合は、製造コストの上昇をもたらす上、材料内に固溶された炭素と共に粒界に沿って炭化物を形成して、延性、特に、硫化物応力誘起亀裂抵抗性を減少させ、フェライトが生成されて主組織としてオーステナイトが得られないため、その上限を8重量%に限定することが好ましい。特に、上記耐食性向上効果を極大化するためには、クロムを2重量%以上添加するのがより良い。このようにクロムの添加によって耐食性を向上させることにより、スラリーパイプ用鋼材又は耐サワー(sour)鋼材等にも広く適用することができる。
下記表1に記載の成分系及び組成範囲を満たすスラブを表2に記載の一連の再加熱、熱間圧延及び冷却工程により製造した後、微細組織、延伸率、強度、炭化物比率等を測定して下記表3に示した。なお、表1の各成分の含量の単位は重量%である。
下記表5に記載の成分系を満たす発明例及び参考例として、連続鋳造を用いて鋼スラブを製造した。なお、表5の各成分の含量の単位は重量%である。
Claims (7)
- 重量%で、8〜15%のマンガン(Mn)、23%<33.5C−Mn≦37%の関係を満たす炭素(C)、1.6C−1.4(%)≦Cu≦5%を満たす銅(Cu)、残部Fe及びその他の不可避不純物からなり、炭化物が面積分率で10%以下である、延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材。
- 前記鋼材は、重量%で、硫黄(S):0.03〜0.1%、カルシウム(Ca):0.001〜0.01%をさらに含む、請求項1に記載の延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材。
- 前記鋼材は、8重量%以下(0%は除く)のクロム(Cr)をさらに含む、請求項1又は2に記載の延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材。
- 前記鋼材の微細組織は、オーステナイトが面積分率で90%以上である、請求項1又は2に記載の延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材。
- 重量%で、8〜15%のマンガン(Mn)、23%<33.5C−Mn≦37%の関係を満たす炭素(C)、1.6C−1.4(%)≦Cu≦5%を満たす銅(Cu)、残部Fe及びその他の不可避不純物からなる鋼スラブを1050〜1250℃の温度に再加熱する段階と、
800℃〜1050℃の温度で仕上げ熱間圧延して鋼板を製造する段階と、
前記熱間圧延された鋼板を10〜100℃/sの冷却速度で600℃以下となるように冷却する段階とを含み、
前記冷却された鋼板は炭化物を面積分率で10%以下含む、延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材の製造方法。 - 前記鋼スラブは、重量%で、硫黄(S):0.03〜0.1%、カルシウム(Ca):0.001〜0.01%をさらに含む、請求項5に記載の延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材の製造方法。
- 前記鋼スラブは、8重量%以下(0%は除く)のクロム(Cr)をさらに含む、請求項5又は6に記載の延性に優れた耐磨耗オーステナイト系鋼材の製造方法。
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