JP6721077B2 - 耐摩耗鋼板および耐摩耗鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、
O :0.0050%以下、ならびに
Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、およびB :0.0001〜0.0100%からなる群より選択される1または2以上を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ
下記(1)式で定義されるDI*の値が120以上である成分組成を有し、
表面から1mmの深さにおける組織が面積分率で95%以上の焼戻しマルテンサイトを含み、
表面から1mmの深さにおけるブリネル硬さHB1が360〜490HBW 10/3000であり、
前記HB1に対する、板厚中心位置におけるブリネル硬さHB1/2の比として定義される硬度比が75%以上であり、
板厚が50mm以上である、耐摩耗鋼板。
記
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)
(ただし、上記(1)式中の元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
Cu:0.01〜2.00%、
Ni:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
V :0.01〜1.00%、
W :0.01〜1.00%、および
Co:0.01〜1.00%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記1に記載の耐摩耗鋼板。
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、および
REM:0.0005〜0.0080%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記1または2に記載の耐摩耗鋼板。
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、
O :0.0050%以下、ならびに
Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、およびB :0.0001〜0.0100%からなる群より選択される1または2以上を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、
下記(1)式で定義されるDI*の値が120以上である成分組成を有する鋼素材を加熱温度に加熱し、
前記加熱された鋼素材を熱間圧延して板厚50mm以上の熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に対し、焼入れ開始温度がAr3変態点以上である直接焼入れ、または、焼入れ開始温度がAc3変態点以上である再加熱焼入れのいずれかの焼入れを施し、
前記焼入れ後の熱延鋼板に対し、下記(2)式で定義されるP値が1.20×104〜1.80×104となる条件で焼戻しを施す、
表面から1mmの深さにおける組織が面積分率で95%以上の焼戻しマルテンサイトを含み、表面から1mmの深さにおけるブリネル硬さHB1が360〜490HBW 10/3000であり、かつ、前記HB1に対する、板厚中心位置におけるブリネル硬さHB1/2の比として定義される硬度比が75%以上である、耐摩耗鋼板の製造方法。
記
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)
(ただし、上記(1)式中の元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
P=(T+273)×(21.3−5.8×C+log(60×t))…(2)
(ただし、上記(2)式におけるCは鋼板中のC含有量(質量%)、Tは焼戻し温度(℃)、tは前記焼戻しにおける保持時間(分)を表す)
Cu:0.01〜2.00%、
Ni:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
V :0.01〜1.00%、
W :0.01〜1.00%、および
Co:0.01〜1.00%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記4に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、および
REM:0.0005〜0.0080%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記4または5に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、および
O :0.0050%以下を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ
下記(1)で定義されるDI*の値が120以上である成分組成を有し、
表面から1mmの深さにおけるブリネル硬さHB1が360〜490HBW 10/3000であり、
前記HB1に対する、板厚中心位置におけるブリネル硬さHB1/2の比として定義される硬度比が75%以上であり、
板厚が50mm以上である、耐摩耗鋼板。
記
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)
(ただし、上記(1)式中の元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
Cu:0.01〜2.00%、
Ni:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
V :0.01〜1.00%、
W :0.01〜1.00%、および
Co:0.01〜1.00%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記1に記載の耐摩耗鋼板。
Nb:0.005〜0.050%、
Ti:0.005〜0.050%、および
B :0.0001〜0.0100%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記1または2に記載の耐摩耗鋼板。
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、および
REM:0.0005〜0.0080%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記1〜3のいずれか一項に記載の耐摩耗鋼板。
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、および
O :0.0050%以下を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼素材を加熱温度に加熱し、
前記加熱された鋼素材を熱間圧延して板厚50mm以上の熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に対し、焼入れ開始温度がAr3変態点以上である直接焼入れ、または、焼入れ開始温度がAc3変態点以上である再加熱焼入れのいずれかの焼入れを施し、
前記焼入れ後の熱延鋼板に対し、下記(2)式で定義されるP値が1.20×104〜1.80×104となる条件で焼戻しを施す、耐摩耗鋼板の製造方法。
記
P=(T+273)×(21.3−5.8×C+log(60×t))…(2)
(ただし、上記(2)式におけるCは鋼板中のC含有量(質量%)、Tは焼戻し温度(℃)、tは前記焼戻しにおける保持時間(分)を表す)
Cu:0.01〜2.00%、
Ni:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
V :0.01〜1.00%、
W :0.01〜1.00%、および
Co:0.01〜1.00%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記5に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。
Nb:0.005〜0.050%、
Ti:0.005〜0.050%、および
B :0.0001〜0.0100%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記5または6に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、および
REM:0.0005〜0.0080%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、上記5〜7のいずれか一項に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。本発明においては、耐摩耗鋼板およびその製造に用いられる鋼素材が、上記成分組成を有することが重要である。そこで、まず本発明において鋼の成分組成を上記のように限定する理由を説明する。なお、成分組成に関する「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味するものとする。
Cは、表層および板厚中心位置の硬さを増加させ、耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。前記効果を得るために、C含有量を0.23%以上とする。他の合金元素の必要量をさらに低減し、より低コストで製造するという観点からは、C含有量を0.25%以上とすることが好ましい。一方、C含有量が0.34%を超えると、焼入れ熱処理時の表層の硬度が過度に上昇するため、焼戻し熱処理時に必要な加熱温度が上昇し、熱処理にかかるコストが増加する。そのため、C含有量は0.34%以下とする。また、焼戻しに必要な温度をさらに低下させるという観点からは、C含有量を0.32%以下とすることが好ましい。
Siは、脱酸剤として作用する元素である。また、Siは、鋼中に固溶し、固溶強化により基地相(matrix)の硬さを上昇させる作用を有している。これらの効果を得るために、Si含有量を0.05%以上とする。Si含有量は、0.10%以上とすることが好ましく、0.20%以上とすることがより好ましい。一方、Si含有量が1.00%を超えると、延性および靭性が低下することに加えて、介在物量が増加するといった問題が生じる。そのため、Si含有量を1.00%以下とする。Si含有量は0.80%以下とすることが好ましく、0.60%以下とすることがより好ましく、0.40%以下とすることがさらに好ましい。
Mnは、表層および板厚中心位置の硬さを増加させ、耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。前記効果を得るために、Mn含有量を0.30%以上とする。Mn含有量は、0.70%以上とすることが好ましく、0.90%以上とすることがより好ましい。一方、Mn含有量が2.00%を超えると、溶接性と靭性が低下することに加えて、合金コストが過度に高くなってしまう。そのため、Mn含有量は2.00%以下とする。Mn含有量は、1.80%以下とすることが好ましく、1.60%以下とすることがより好ましい。
Pは、不可避的不純物として含有される元素であり、粒界に偏析することによって母材および溶接部の靱性を低下させるなど、悪影響を及ぼす。そのため、できる限りP含有量を低くすることが望ましいが、0.020%以下であれば許容できる。そのため、P含有量は0.020%以下とする。一方、P含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、通常、Pは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。また、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、P含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
Sは、不可避的不純物として含有される元素であり、MnS等の硫化物系介在物として鋼中に存在し、破壊の発生起点となるなど、悪影響を及ぼす。そのため、できる限りS含有量を低くすることが望ましいが、0.020%以下であれば許容できる。そのため、S含有量は0.020%以下とする。一方、S含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、通常、Sは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。また、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、S含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として作用するとともに、結晶粒を微細化する作用を有する元素である。しかし、Al含有量が0.04%を超えると、酸化物系介在物が増加して清浄度が低下する。そのため、Al含有量は0.04%以下とする。Al含有量は0.03%以下とすることが好ましく、0.02%以下とすることがより好ましい。一方、Al含有量の下限は特に限定されないが、Alの添加効果をさらに高めるという観点からは、Al含有量を0.01%以上とすることが好ましい。
Crは、表層および板厚中心位置の硬さを増加させ、耐摩耗性を向上させる作用を有する元素である。前記効果を得るために、Cr含有量を0.05%以上とする。Cr含有量は、0.20%以上とすることが好ましく、0.25%以上とすることがより好ましい。一方、Cr含有量が2.00%を超えると溶接性が低下する。そのため、Cr含有量は2.00%以下とする。Cr含有量は、1.85%以下とすることが好ましく、1.80%以下とすることがより好ましい。
Nは、不可避的不純物として含有される元素であるが、0.0050%以下の含有は許容できる。そのため、N含有量は0.0050%以下、好ましくは0.0040%以下とする。一方、N含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、通常、Nは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。
Oは、不可避的不純物として含有される元素であるが、0.0050%以下の含有は許容できる。そのため、O含有量は0.0050%以下、好ましくは0.0040%以下とする。一方、O含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、通常、Oは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であるため、工業的には0%超であってよい。
Cuは、焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、鋼板内部の硬度をさらに向上させるために任意に添加することができる。Cuを添加する場合、前記効果を得るためにCu含有量を0.01%以上とする。一方、Cu含有量が2.00%を超えると溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Cuを添加する場合、Cu含有量を2.00%以下とする。
Niは、Cuと同様に焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、鋼板内部の硬度をさらに向上させるために任意に添加することができる。Niを添加する場合、前記効果を得るためにNi含有量を0.01%以上とする。一方、Ni含有量が2.00%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Niを添加する場合、Ni含有量を2.00%以下とする。
Moは、Cuと同様に焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、鋼板内部の硬度をさらに向上させるために任意に添加することができる。Moを添加する場合、前記効果を得るためにMo含有量を0.01%以上とする。一方、Mo含有量が1.00%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Moを添加する場合、Mo含有量を1.00%以下とする。
Vは、Cuと同様に焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、鋼板内部の硬度をさらに向上させるために任意に添加することができる。Vを添加する場合、前記効果を得るためにV含有量を0.01%以上とする。一方、V含有量が1.00%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Vを添加する場合、V含有量を1.00%以下とする。
Wは、Cuと同様に焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、鋼板内部の硬度をさらに向上させるために任意に添加することができる。Wを添加する場合、前記効果を得るためにW含有量を0.01%以上とする。一方、W含有量が1.00%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Wを添加する場合、W含有量を1.00%以下とする。
Coは、Cuと同様に焼入れ性を向上させる作用を有する元素であり、鋼板内部の硬度をさらに向上させるために任意に添加することができる。Wを添加する場合、前記効果を得るためにCo含有量を0.01%以上とする。一方、Co含有量が1.00%を超えると、溶接性の劣化や合金コストの上昇を招く。そのため、Coを添加する場合、Co含有量を1.00%以下とする。
Nbは、基地相の硬さをさらに増加させ、耐摩耗性のさらなる向上に寄与する元素である。Nbを添加する場合、前記効果を得るためにNb含有量を0.005%以上とする。Nb含有量は0.007%以上とすることが好ましい。一方、Nb含有量が0.050%を超えるとNbCが多量に析出し、加工性が低下する。そのため、Nbを添加する場合、Nb含有量を0.050%以下とする。Nb含有量は0.040%以下とすることが好ましく、0.030%以下とすることがより好ましい。
Tiは、窒化物形成傾向が強く、Nを固定して固溶Nを低減する作用を有する元素である。そのため、Tiの添加により、母材および溶接部の靭性をさらに向上させることができる。また、TiとBの両者が添加される場合、TiがNを固定することによってBNの析出が抑制され、その結果、Bの焼入れ性向上効果が助長される。これらの効果を得るために、Tiを添加する場合、Ti含有量を0.005%以上とする。Ti含有量は、0.012%以上とすることが好ましい。一方、Ti含有量が0.050%を超えると、TiCが多量に析出し、加工性を低下させる。そのため、Tiを含有する場合、Ti含有量は0.050%とする。Ti含有量は、0.040%以下とすることが好ましく、0.030%以下とすることがより好ましい。
Bは、微量の添加でも焼入れ性を著しく向上させる作用を有する元素である。したがって、Bを添加することによりマルテンサイトの形成を助長し、耐摩耗性をさらに向上させることができる。前記効果を得るために、Bを添加する場合、B含有量を0.0001%以上とする。B含有量は、0.0005%以上とすることが好ましく、0.0010%以上とすることがより好ましい。一方、B含有量が0.0100%を超えると溶接性が低下する。そのため、Bを添加する場合、B含有量を0.0100%以下とする。B含有量は0.0050%以下とすることが好ましく、0.0030%以下とすることがより好ましい。
Caは、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制する作用を有する元素である。したがって、Caを添加することにより、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性をさらに向上させることができる。前記効果を得るために、Caを添加する場合、Ca含有量を0.0005%以上とする。一方、Ca含有量が0.0050%を超えると、鋼の清状度が低下する。清浄度の低下は、表面疵の増加による表面性状が劣化と曲げ加工性の低下を招くため、Caを添加する場合、Ca含有量を0.0050%以下とする。
Mgは、Caと同様、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制する作用を有する元素である。したがって、Mgを添加することにより、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性をさらに向上させることができる。前記効果を得るために、Mgを添加する場合、Mg含有量を0.0005%以上とする。一方、Mg含有量が0.0050%を超えると、鋼の清状度が低下する。清浄度の低下は、表面疵の増加による表面性状が劣化と曲げ加工性の低下を招くため、Mgを添加する場合、Mg含有量を0.0050%以下とする。
REM(希土類金属)は、Ca、Mgと同様、Sと結合し、圧延方向に長く伸びるMnS等の形成を抑制する作用を有する元素である。したがって、REMを添加することにより、硫化物系介在物が球状を呈するように形態制御し、溶接部等の靭性をさらに向上させることができる。前記効果を得るために、REMを添加する場合、REM含有量を0.0005%以上とする。一方、REM含有量が0.0080%を超えると、鋼の清状度が低下する。清浄度の低下は、表面疵の増加による表面性状が劣化と曲げ加工性の低下を招くため、REMを添加する場合、REM含有量を0.0080%以下とする。
質量%で、
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、
O :0.0050%以下、
任意に、Cu:0.01〜2.00%、Ni:0.01〜2.00%、Mo:0.01〜1.00%、V:0.01〜1.00%、W:0.01〜1.00%、およびCo:0.01〜1.00%からなる群より選択される1または2以上、
任意に、Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、およびB:0.0001〜0.0100%からなる群より選択される1または2以上、
任意に、Ca:0.0005〜0.0050%、Mg:0.0005〜0.0050%、およびREM:0.0005〜0.0080%からなる群より選択される1または2以上、並びに
残部のFeおよび不可避的不純物、からなる成分組成。
下記(1)式で定義されるDI*は焼入れ性を示す指標であり、DI*値が大きいほど焼入れ後の鋼板の板厚中心位置における硬度が増加する。板厚が厚い耐摩耗鋼において中心硬度を確保するにはDI*:120以上とする必要がある。一方、DI*の上限値は特に規定されないが、DI*が高すぎると溶接性が劣化するため、DI*は300以下とすることが好ましく、250以下とすることがより好ましい。
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)
(ただし、上記(1)式中の元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
HB1:360〜490HBW 10/3000
鋼板の耐摩耗性は、該鋼板の表層部における硬度を高めることにより向上させることができる。鋼板表層部における硬度がブリネル硬さで360 HBW未満では、十分な耐摩耗性を得ることができない。そのため、耐摩耗鋼板の表面から1mmの深さにおけるブリネル硬さ(HB1)を360 HBW以上とする。一方、HB1が490 HBWより高いと加工性が劣化する。そのため、HB1を490 HBWと以下とする。
HB1/2/HB1:75%以上
先に述べたように、鋼板の板厚中心付近まで摩耗するような過酷な使用環境下においても優れた耐摩耗性を発揮し、鋼板の使用寿命を長くするためには、鋼板の表層硬度のみならず、板厚中心部まで高い硬度を確保する必要がある。そのため、本発明においては、前記HB1に対する、板厚中心位置におけるブリネル硬さHB1/2の比として定義される硬度比を75%以上とする(HB1/2/HB1≧0.75)。ここで、前記硬度比は、HB1/2/HB1×100(%)である。前記硬度比は80%以上とすることが好ましい。一方、前記硬度比の上限は特に限定されないが、通常、HB1/2はHB1以下となることから、硬度比は100%以下となる(HB1/2/HB1≦1)。
板厚:50mm以上
本発明によれば、少ない合金元素量で板厚中心部までの硬度を確保することができるため、耐摩耗鋼板のコストを低減することができる。しかし、板厚が50mm未満の場合には、従来の技術であっても、合金元素量が少なくとも十分な内部硬度を得やすいため、本発明によるコスト低減効果は、板厚が50mm以上の場合において特に顕著となる。そのため、耐摩耗鋼板の板厚は50mm以上とする。一方、板厚の上限は特に規定されないが、製造上の観点からは板厚を100mm以下とすることが好ましい。
次に、本発明の一実施形態における耐摩耗鋼板の製造方法について説明する。本発明の耐摩耗鋼板は、上述した成分組成を有する鋼素材を、加熱し、熱間圧延した後に、焼入れ、焼戻しを含む熱処理を後述する条件で行うことによって製造することができる。
前記鋼素材の製造方法は、とくに限定されないが、例えば、上記した組成を有する溶鋼を常法により溶製し、鋳造して製造することができる。前記溶製は、転炉、電気炉、誘導炉等、任意の方法により行うことができる。また、前記鋳造は、生産性の観点から連続鋳造法で行うことが好ましいが、造塊−分解圧延法により行うこともできる。前記鋼素材としては、例えば、鋼スラブを用いることができる。
得られた鋼素材は、熱間圧延に先立って加熱温度に加熱される。前記加熱は、鋳造などの方法によって得た鋼素材を一旦冷却した後に行ってもよく、また、得られた鋼素材を冷却することなく直接、前記加熱に供することもできる。
次いで、前記加熱された鋼素材を熱間圧延して、板厚50mm以上の熱延鋼板とする。前記熱間圧延の条件は特に限定されず、常法に従って行うことができるが、圧延温度が850℃以上であれば、鋼素材の変形抵抗が低いため、熱間圧延における圧延機への負荷が減少し、より容易に熱間圧延を行うことが可能となる。そのため、圧延温度を850℃以上とすることが好ましく、900℃以上とすることがより好ましい。一方、前記圧延温度が1000℃以下であれば、鋼の酸化が抑制され、酸化によるロスが減少する結果、歩留まりがさらに向上する。そのため、前記圧延温度は1000℃以下とすることが好ましく、950℃以下とすることがより好ましい。
次いで、得られた熱延鋼板を焼入れ開始温度から焼入れ停止温度まで焼入れする。前記焼入れは、直接焼入れ(DQ)と再加熱焼入れ(RQ)のいずれの方法で行ってもよい。また、前記焼入れにおける冷却方法は特に限定されないが、水冷で行うことが好ましい。なお、ここで「焼入れ開始温度」とは焼入れ開始時における鋼板の表面温度とする。前記「焼入れ開始温度」を、単に「焼入れ温度」という場合がある。また、「焼入れ停止温度」とは、焼入れ終了時における鋼板の表面温度とする。例えば、焼入れを水冷によって行う場合には、水冷開始時の温度を「焼入れ開始温度」、水冷終了時の温度を「焼入れ停止温度」とする。
前記焼入れを直接焼入れで行う場合、上記熱間圧延終了後、熱延鋼板を再加熱することなく焼入れを行う。その際、前記焼入れ開始温度をAr3変態点以上とする。これはオーステナイト状態からの焼入れによってマルテンサイト組織を得るためである。前記焼入れ開始温度がAr3変態点未満であると十分に焼きが入らないため鋼板の硬度を十分に向上させることができず、その結果、最終的に得られる鋼板の耐摩耗性が低下する。一方、直接焼入れにおける焼入れ開始温度の上限は特に限定されないが、950℃以下とすることが好ましい。焼入れ停止温度については後述する。
Ar3(℃)=910−273×C−74×Mn−57×Ni−16×Cr−9×Mo−5×Cu…(3)
(ただし、上記(3)式中の各元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
前記焼入れを再加熱焼入れで行う場合、上記熱間圧延終了後、熱延鋼板を再加熱した後に焼入れする。その際、前記焼入れ開始温度をAc3変態点以上とする。これはオーステナイト状態からの焼入れによってマルテンサイト組織を得るためである。前記焼入れ開始温度がAc3変態点未満であると十分に焼きが入らないため鋼板の硬度を十分に向上させることができず、その結果、最終的に得られる鋼板の耐摩耗性が低下する。一方、再加熱焼入れにおける焼入れ開始温度の上限は特に限定されないが、950℃以下とすることが好ましい。焼入れ停止温度については後述する。
Ac3(℃)=912.0−230.5×C+31.6×Si−20.4×Mn−39.8×Cu−18.1×Ni−14.8×Cr+16.8×Mo…(4)
(ただし、上記(4)式中の各元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
上記焼入れにおける冷却速度は特に限定されず、マルテンサイト相が形成される冷却速度であれば任意の値とすることができる。例えば、焼入れ開始から焼入れ停止の間における平均冷却速度は、20℃/s以上とすることが好ましく、30℃/s以上とすることがより好ましい。また、前記平均冷却速度は、70℃/s以下とすることが好ましく、60℃/s以下とすることがより好ましい。なお、前記平均冷却速度は、鋼板表面の温度を用いて求められる冷却速度とする。
前記焼入れ工程における冷却停止温度はマルテンサイトが生成する温度であれば特に限定されないが、冷却停止温度がMf点以下であれば、マルテンサイト組織率が向上し鋼板の硬度をさらに向上できる。そのため、前記冷却停止温度をMf点以下とすることが好ましい。一方、冷却停止温度の下限は特に限定されないが、不必要に冷却をし続けると製造効率が低下するため、冷却停止温度を50℃以上とすることが好ましい。なお、Mf点は、下記(5)式により求めることができる。
Mf(℃)=410.5−407.3×C−7.3×Si−37.8×Mn−20.5×Cu−19.5×Ni−19.8×Cr−4.5×Mo…(5)
(ただし、上記(5)式中の元素記号は質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
前記焼入れ停止後、焼入れされた熱延鋼板を焼戻し温度まで再加熱する。前記再加熱を行うことにより、焼入れ後の鋼板が焼き戻される。その際、下記(2)式で定義されるP値が1.20×104〜1.80×104となる条件で前記焼戻しを行うことにより、上記表層および板厚中央部における硬度を得ることができる。
P=(T+273)×(21.3−5.8×C+log(60×t))…(2)
(ただし、上記(2)式におけるCは鋼板中のC含有量(質量%)、Tは焼戻し温度(℃)、tは前記焼戻しにおける保持時間(分)を表す)
耐摩耗性の指標として、鋼板の表層部と板厚中心部における硬度を測定した。測定に用いた試験片は、それぞれ鋼板の表面から1mmの深さの位置と板厚中心位置が試験面となるよう、上述のようにして得られた各鋼板から採取した。前記試験片の試験面を鏡面研磨した後、JIS Z2243(2008)に準拠してブリネル硬さを測定した。測定には直径10mmのタングステン硬球を使用し、荷重は3000Kgfとした。
得られた鋼板から、組織観察用試験片を採取し、研磨、腐食(ナイタール腐食液)して、光学顕微鏡(倍率:400倍)を用いて表面から1mmおよび板厚中央の位置における組織を撮像した。得られた画像を画像解析し、各相を同定した。なお、撮像は5視野以上で行った。表層組織については、面積分率が95%以上であった相を、主相として表2に示した。
Claims (6)
- 質量%で、
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、
O :0.0050%以下、ならびに
Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、およびB :0.0001〜0.0100%からなる群より選択される1または2以上を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ
下記(1)式で定義されるDI*の値が120以上である成分組成を有し、
表面から1mmの深さにおける組織が面積分率で95%以上の焼戻しマルテンサイトを含み、
表面から1mmの深さにおけるブリネル硬さHB1が360〜490HBW 10/3000であり、
前記HB1に対する、板厚中心位置におけるブリネル硬さHB1/2の比として定義される硬度比が75%以上であり、
板厚が50mm以上である、耐摩耗鋼板。
記
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)
(ただし、上記(1)式中の元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする) - 前記成分組成が、質量%で、
Cu:0.01〜2.00%、
Ni:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
V :0.01〜1.00%、
W :0.01〜1.00%、および
Co:0.01〜1.00%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、請求項1に記載の耐摩耗鋼板。 - 前記成分組成が、質量%で、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、および
REM:0.0005〜0.0080%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、請求項1または2に記載の耐摩耗鋼板。 - 質量%で、
C :0.23〜0.34%、
Si:0.05〜0.40%、
Mn:0.30〜2.00%、
P :0.020%以下、
S :0.020%以下、
Al:0.04%以下、
Cr:0.05〜2.00%、
N :0.0050%以下、
O :0.0050%以下、ならびに
Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、およびB :0.0001〜0.0100%からなる群より選択される1または2以上を含み、
残部がFeおよび不可避的不純物からなり、かつ、
下記(1)式で定義されるDI*の値が120以上である成分組成を有する鋼素材を加熱温度に加熱し、
前記加熱された鋼素材を熱間圧延して板厚50mm以上の熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に対し、焼入れ開始温度がAr3変態点以上である直接焼入れ、または、焼入れ開始温度がAc3変態点以上である再加熱焼入れのいずれかの焼入れを施し、
前記焼入れ後の熱延鋼板に対し、下記(2)式で定義されるP値が1.20×104〜1.80×104となる条件で焼戻しを施す、
表面から1mmの深さにおける組織が面積分率で95%以上の焼戻しマルテンサイトを含み、表面から1mmの深さにおけるブリネル硬さHB1が360〜490HBW 10/3000であり、かつ、前記HB1に対する、板厚中心位置におけるブリネル硬さHB1/2の比として定義される硬度比が75%以上である、耐摩耗鋼板の製造方法。
記
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)
(ただし、上記(1)式中の元素記号は、質量%で表した各元素の含有量であり、含有されていない元素の含有量は0とする)
P=(T+273)×(21.3−5.8×C+log(60×t))…(2)
(ただし、上記(2)式におけるCは鋼板中のC含有量(質量%)、Tは焼戻し温度(℃)、tは前記焼戻しにおける保持時間(分)を表す) - 前記成分組成が、質量%で、
Cu:0.01〜2.00%、
Ni:0.01〜2.00%、
Mo:0.01〜1.00%、
V :0.01〜1.00%、
W :0.01〜1.00%、および
Co:0.01〜1.00%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、請求項4に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。 - 前記成分組成が、質量%で、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%、および
REM:0.0005〜0.0080%
からなる群より選択される1または2以上をさらに含有する、請求項4または5に記載の耐摩耗鋼板の製造方法。
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JP2007277590A (ja) | 曲げ加工性に優れた耐摩耗鋼板 |
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