JP7240486B2 - 優れた硬度と衝撃靭性を有する耐摩耗鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
る耐摩耗鋼板の製造方法は、重量%で、炭素(C):0.38~0.50%、シリコン(Si):0.5~2.0%、マンガン(Mn):0.6~1.6%、リン(P):0.05%以下(0は除く)、硫黄(S):0.02%以下(0は除く)、アルミニウム(Al):0.07%以下(0は除く)、クロム(Cr):0.1~1.5%、モリブデン(Mo):0.01~0.8%、バナジウム(V):0.01~0.08%、ボロン(B):50ppm以下(0は除く)、コバルト(Co):0.02%以下(0は除く)を含み、さらに、ニッケル(Ni):0.5%以下(0は除く)、銅(Cu):0.5%以下(0は除く)、チタン(Ti):0.02%以下(0は除く)、ニオブ(Nb):0.05%以下(0は除く)、及びカルシウム(Ca):2~100ppmからなる群から選択される1種以上をさらに含み、残りはFe及びその他の不可避不純物からなる鋼スラブを1050~1250℃の温度範囲で加熱する段階と、上記再加熱された鋼スラブを950~1050℃の温度範囲で粗圧延して粗圧延バーを得る段階と、上記粗圧延バーを850~950℃の温度範囲で仕上げ熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、上記熱延鋼板をAc3+30℃以上の温度からMs-50℃以下まで5℃/s以上の冷却速度で加速冷却する段階と、を含むことを特徴とする。
炭素(C)は、マルテンサイト組織を有する鋼において強度及び硬度を増加させるのに効果的であり、硬化能の向上に有効な元素である。上述の効果を十分に確保するためには、0.38%以上添加することが好ましい。その含量が0.50%を超える場合には、溶接性及び靭性が阻害されるという問題がある。したがって、本発明では、Cの含量を0.38~0.50%に制御することが好ましい。上記Cの含量の下限は、0.39%であることがより好ましく、0.40%であることがさらに好ましく、0.41%であることが最も好ましい。上記Cの含量の上限は、0.49%であることがより好ましく、0.48%であることがさらに好ましく、0.47%であることが最も好ましい。
シリコン(Si)は、脱酸と固溶強化による強度向上に有効な元素である。また、シリコンは、Ms(マルテンサイト変態開始温度)以下に過冷した後、一定温度で熱処理した時に、セメンタイト(Fe3C)の形成を抑制し、残留オーステナイトの含量を増加させる役割を果たす。このような効果を有効に得るためには、0.5%以上添加することが好ましい。その含量が2.0%を超える場合には、溶接性が劣化するため好ましくない。したがって、本発明では、Siの含量を0.5~2.0%に制御することが好ましい。上記Siの含量の下限は、0.6%であることがより好ましく、0.65%であることがさらに好ましく、0.7%であることが最も好ましい。上記Siの含量の上限は、1.9%であることがより好ましく、1.8%であることがさらに好ましく、1.7%であることが最も好ましい。
マンガン(Mn)は、フェライトの生成を抑制し、Ar3温度を下げることで、焼入れ性を効果的に上昇させ、鋼の強度及び靭性を向上させる元素である。本発明では、厚物材の硬度確保のために、Mnを0.6%以上含有することが好ましい。その含量が1.6%を超える場合には、溶接性を低下させるという問題がある。したがって、本発明では、Mnの含量を0.6~1.6%に制御することが好ましい。上記Mnの含量の下限は、0.65%であることがより好ましく、0.7%であることがさらに好ましく、0.75%であることが最も好ましい。上記Mnの含量の上限は、1.55%であることがより好ましく、1.5%であることがさらに好ましく、1.45%であることが最も好ましい。
リン(P)は、鋼中に不可避に含有される元素であり、かつ鋼の靭性を阻害する元素である。したがって、本発明では、Pの含量をできる限り低くし、0.05%以下に制御することが好ましい。但し、不可避に含有される水準を考慮して、0%は除く。上記Pの含量は、0.03%以下であることがより好ましく、0.02%以下であることがさらに好ましく、0.015%以下であることが最も好ましい。
硫黄(S)は、鋼中にMnS介在物を形成し、鋼の靭性を阻害する元素である。したがって、本発明では、Sの含量をできる限り低くし、0.02%以下に制御することが好ましい。但し、不可避に含有される水準を考慮して、0%は除く。上記Sの含量は、0.01%以下であることがより好ましく、0.005%以下であることがさらに好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。
アルミニウム(Al)は、鋼の脱酸剤として溶鋼中の酸素含量を減少させるのに効果的な元素である。このようなAlの含量が0.07%を超える場合には、鋼の清浄性が阻害されるという問題があるため好ましくない。したがって、本発明では、Alの含量を0.07%以下に制御することが好ましく、製鋼工程時の負荷、製造コストの上昇などを考慮して、0%は除く。上記Alの含量は、0.06%以下であることがより好ましく、0.05%以下であることがさらに好ましく、0.04%以下であることが最も好ましい。
クロム(Cr)は、焼入れ性を増加させて鋼の強度を増加させ、硬度の確保にも有利な元素である。上述の効果のためには、Crを0.1%以上添加することが好ましい。その含量が1.5%を超える場合には、スラブの作製のための連鋳作業時における冷却中にクラックが発生する確率が高くなる。したがって、本発明では、Crの含量を0.1~1.5%に制御することが好ましい。上記Crの含量の下限は、0.15%であることがより好ましく、0.2%であることがさらに好ましく、0.25%であることが最も好ましい。上記Crの含量の上限は、1.4%であることがより好ましく、1.3%であることがさらに好ましく、1.2%であることが最も好ましい。
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を増加させ、特に、厚物材の硬度の向上に有効な元素である。上述の効果を十分に得るためには、Moを0.01%以上添加することが好ましい。Moも高価な元素であり、その含量が0.8%を超える場合には、製造原価が上昇するだけでなく、溶接性が劣化するという問題がある。したがって、本発明では、Moの含量を0.01~0.8%に制御することが好ましい。上記Moの含量の下限は、0.015%であることがより好ましく、0.02%であることがさらに好ましく、0.025%であることが最も好ましい。上記Moの含量の上限は、0.75%であることがより好ましく、0.7%であることがさらに好ましく、0.65%であることが最も好ましい。
バナジウム(V)は、熱間圧延後における再加熱時にVC炭化物を形成することで、オーステナイト結晶粒の成長を抑え、鋼の焼入れ性を向上させるため、強度及び靭性を確保するのに有利な元素である。上述の効果を十分に確保するためには、0.01%以上添加することが好ましい。その含量が0.08%を超える場合には、製造原価を上昇させる要因になる。したがって、本発明では、Vの含量を0.01~0.08%に制御することが好ましい。上記Vの含量の下限は、0.012%であることがより好ましく、0.015%であることがさらに好ましく、0.017%であることが最も好ましい。上記Vの含量の上限は、0.07%であることがより好ましく、0.065%であることがさらに好ましく、0.06%であることが最も好ましい。
ボロン(B)は、少量添加しても鋼の焼入れ性を有効に上昇させ、強度の向上に有効な元素である。但し、その含量が高すぎると、鋼の靭性及び溶接性を却って阻害するという問題があるため、本発明では、その含量を50ppm以下に制御することが好ましい。上記Bの含量の下限は、2ppmであることがより好ましく、3ppmであることがさらに好ましく、5ppmであることが最も好ましい。上記Bの含量の上限は、40ppmであることがより好ましく、35ppmであることがさらに好ましく、30ppmであることが最も好ましい。
コバルト(Co)は、鋼の焼入れ性を増加させることで、鋼の強度とともに硬度の確保に有利な元素である。但し、その含量が0.02%を超える場合には、鋼の焼入れ性が低下する恐れがあり、高価な元素として製造原価を上昇させる要因になる。したがって、本発明では、Coを0.02%以下添加することが好ましい。上記Coの含量の下限は、0.001%であることがより好ましく、0.002%以下であることがさらに好ましく、0.003%以下であることが最も好ましい。上記Coの含量の上限は、0.018%であることがより好ましく、0.015%であることがさらに好ましく、0.013%であることが最も好ましい。
ニッケル(Ni)は、一般に、鋼の強度とともに靭性を向上させるのに有効な元素である。但し、その含量が0.5%を超える場合には、製造原価を上昇させる原因になる。したがって、本発明では、Niを添加する場合、0.5%以下添加することが好ましい。上記Niの含量の下限は、0.01%であることがより好ましく、0.03%であることがさらに好ましく、0.05%であることが最も好ましい。上記Niの含量の上限は、0.45%であることがより好ましく、0.4%であることがさらに好ましく、0.35%であることが最も好ましい。
銅(Cu)は、鋼の焼入れ性を向上させ、固溶強化により鋼の強度及び硬度を向上させる元素である。但し、このようなCuの含量が0.5%を超える場合には、表面欠陥を発生させ、熱間加工性を阻害するという問題がある。したがって、本発明では、Cuを添加する場合、0.5%以下添加することが好ましい。上記Cuの含量の下限は、0.01%であることがより好ましく、0.02%であることがさらに好ましく、0.03%であることが最も好ましい。上記Cuの含量の上限は、0.4%であることがより好ましく、0.3%であることがさらに好ましく、0.2%であることが最も好ましい。
チタン(Ti)は、鋼の焼入れ性の向上に有効な元素であるBの効果を最大化する元素である。具体的に、Tiは、窒素(N)と結合してTiN析出物を形成させ、BNの形成を抑えることで、固溶Bを増加させて焼入れ性の向上を最大化することができる。但し、Tiの含量が0.02%を超える場合には、粗大なTiN析出物が形成され、鋼の靭性が劣化するという問題がある。したがって、本発明では、Tiを添加する場合、0.02%以下添加することが好ましい。上記Tiの含量の下限は、0.002%であることがより好ましく、0.005%であることがさらに好ましく、0.007%であることが最も好ましい。上記Tiの含量の上限は、0.018%であることがより好ましく、0.016%であることがさらに好ましく、0.015%であることが最も好ましい。
ニオブ(Nb)は、オーステナイトに固溶されてオーステナイトの硬化能を増大させ、Nb(C,N)などの炭窒化物を形成することにより、鋼の強度を増加し、かつオーステナイト結晶粒の成長を抑えるのに有効である。但し、Nbの含量が0.05%を超える場合には粗大な析出物が形成され、これは、脆性破壊の起点になって靭性を阻害するという問題がある。したがって、本発明では、Nbを添加する場合、0.05%以下添加することが好ましい。上記Nbの含量の下限は、0.002%であることがより好ましく、0.003%であることがさらに好ましく、0.005%であることが最も好ましい。上記Nbの含量の上限は、0.04%であることがより好ましく、0.03%であることがさらに好ましく、0.02%であることが最も好ましい。
カルシウム(Ca)はSとの結合力が良いため、CaSを生成することにより、鋼材の厚さ中心部に偏析されるMnSの生成を抑える効果がある。また、Caの添加により生成されたCaSは、多湿な外部環境下で腐食抵抗を増加させる効果がある。上述の効果のためには、Caを2ppm以上添加することが好ましい。その含量が100ppmを超える場合には、製鋼操業時にノズル詰まりなどを誘発するという問題があるため好ましくない。したがって、本発明では、Caを添加する場合、その含量を2~100ppmに制御することが好ましい。上記Caの含量の下限は、2.5ppmであることがより好ましく、3ppmであることがさらに好ましく、3.5ppmであることが最も好ましい。上記Caの含量の上限は、70ppmであることがより好ましく、50ppmであることがさらに好ましく、30ppmであることが最も好ましい。
下記表1及び2の合金組成を有する鋼スラブを準備した後、この鋼スラブに対して、下記表3の条件で鋼スラブの加熱-粗圧延-熱間圧延-加速冷却-(焼戻し)を行って熱延鋼板を製造した。上記熱延鋼板に対して、微細組織及び機械的物性を測定した結果を、下記表4に示した。
Claims (4)
- 重量%で、炭素(C):0.38~0.50%、シリコン(Si):0.5~2.0%、マンガン(Mn):0.6~1.6%、リン(P):0.05%以下(0は除く)、硫黄(S):0.02%以下(0は除く)、アルミニウム(Al):0.07%以下(0は除く)、クロム(Cr):0.1~1.5%、モリブデン(Mo):0.01~0.8%、バナジウム(V):0.01~0.08%、ボロン(B):50ppm以下(0は除く)、コバルト(Co):0.02%以下(0は除く)を含み、さらに、ニッケル(Ni):0.5%以下(0は除く)、銅(Cu):0.5%以下(0は除く)、チタン(Ti):0.02%以下(0は除く)、ニオブ(Nb):0.05%以下(0は除く)、及びカルシウム(Ca):2~100ppmからなる群から選択される1種以上をさらに含み、残りはFe及びその他の不可避不純物からなり、
微細組織が、85~98面積%以上のマルテンサイト、1~10%のベイナイト、及び1~10%の残留オーステナイトを含み、
硬度が550~650HBであり、-40℃での衝撃吸収エネルギーが47J以上であり、
硬度(HB)と衝撃吸収エネルギー(J)が下記の関係式1を満たすことを特徴とする優れた硬度と衝撃靭性を有する耐摩耗鋼板。
[関係式1]0.61≦HB÷J×(1-Vm÷100)≦1.13
(但し、前記HBはブリネル硬度計により測定された鋼の表面硬度、Jは-40℃での衝撃吸収エネルギー値、Vmはマルテンサイトの面積分率を表す。) - 前記耐摩耗板鋼は、ヒ素(As):0.05%以下(0は除く)、スズ(Sn):0.05%以下(0は除く)、及びタングステン(W):0.05%以下(0は除く)からなる群から選択される1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の優れた硬度と衝撃靭性を有する耐摩耗鋼板。
- 請求項1に記載された耐摩耗鋼板の製造方法であって、
重量%で、炭素(C):0.38~0.50%、シリコン(Si):0.5~2.0%、マンガン(Mn):0.6~1.6%、リン(P):0.05%以下(0は除く)、硫黄(S):0.02%以下(0は除く)、アルミニウム(Al):0.07%以下(0は除く)、クロム(Cr):0.1~1.5%、モリブデン(Mo):0.01~0.8%、バナジウム(V):0.01~0.08%、ボロン(B):50ppm以下(0は除く)、コバルト(Co):0.02%以下(0は除く)を含み、さらに、ニッケル(Ni):0.5%以下(0は除く)、銅(Cu):0.5%以下(0は除く)、チタン(Ti):0.02%以下(0は除く)、ニオブ(Nb):0.05%以下(0は除く)、及びカルシウム(Ca):2~100ppmからなる群から選択される1種以上をさらに含み、残りはFe及びその他の不可避不純物からなる鋼スラブを1050~1250℃の温度範囲で加熱する段階と、
前記再加熱された鋼スラブを950~1050℃の温度範囲で粗圧延して粗圧延バーを得る段階と、
前記粗圧延バーを850~950℃の温度範囲で仕上げ熱間圧延して熱延鋼板を得る段階と、
前記熱延鋼板をAr3+30℃以上の加速冷却開始温度からMs-50℃以下の加速冷却停止温度まで5℃/s以上の冷却速度で加速冷却する段階と、
前記加速冷却した熱延鋼板を350~600℃の温度範囲まで昇温した後、1.3t+5分~1.3t+20分(t:板厚)間熱処理する段階とを含むことを特徴とする優れた硬度と衝撃靭性を有する耐摩耗鋼板の製造方法。 - 前記鋼スラブは、ヒ素(As):0.05%以下(0は除く)、スズ(Sn):0.05%以下(0は除く)、及びタングステン(W):0.05%以下(0は除く)からなる群から選択される1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の優れた硬度と衝撃靭性を有する耐摩耗鋼板の製造方法。
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