JPH0617188A

JPH0617188A - 加工性および溶接性に優れた耐摩耗鋼

Info

Publication number: JPH0617188A
Application number: JP7648993A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Endo; 茂遠藤; Moriyasu Nagae; 守康長江; Osamu Hirano; 攻平野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1994-01-25
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JP3003451B2

Abstract

(57)【要約】【目的】産業機械、鉱山関連装置、鉱石質スラリー、
石灰質スラリー等の物質や磨耗性の高い硬質物質の輸送
などに用いられる、加工性及び溶接性に優れた耐磨耗鋼
の提供。【構成】フェライト、ベイナイトなどの地組織中に面
積分率で５％以上の島状マルテンサイト（マルテンサイ
トと残留オーステナイトからなる）を含む鋼。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工性および溶接性に優
れた耐摩耗性鋼およびその製造方法に係り、産業機械、
鉱山関連装置、鉱石質スラリー、石灰質スラリーの如き
スラリー状物質や磨耗性の高い硬質の物質の輸送などに
用いられる耐磨耗鋼に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼板などの表面硬度を上昇させ
ることで耐摩耗性は向上する。このため、従来の耐摩耗
鋼板はＣをはじめ多量の合金元素を含む鋼を焼入処理し
て製造する場合が多い。このような耐摩耗鋼では、その
高硬度のため加工性に劣る、また炭素当量が必然的に高
くなり溶接性が劣るなどの欠点を有していた。

【０００３】このような問題を解決するため、鋼板に関
しては比較的低い炭素当量の鋼を用いて圧延焼入処理に
より耐摩耗鋼を製造する方法として、特公昭56-14127号
や特開昭57-89426号、特開昭61-76615号などが開示され
ている。また、複合鋼板を用いて表面硬度のみを上昇さ
せて、鋼の加工性および溶接性は柔らかい内部で確保
し、表層の硬化部で耐摩耗性を確保する鋼板も開発され
ている（特開平3-227233号) 。

【０００４】また溶接性や加工性に優れたオーステナイ
トないし二相系のステンレスを用いて耐摩耗鋼管を製造
する方法（特開昭51-13361号) が開示されており、更
に、耐摩耗クラッド鋼管の製造方法（特開昭63-290616
号) も開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、焼入処理によ
り製造される鋼では、依然加工性が劣り、また複合鋼板
では硬化層が薄いことから、硬化層が摩耗により減少す
るような環境では、あまり長期間使用できないなどの問
題点がある。またステンレス鋼やクラッド鋼管は高価で
あるなどの問題点を有している。本発明では、比較的低
炭素当量、すなわち高加工性と優れた溶接性を有し、か
つ優れた耐摩耗性を有する鋼板を適切に製造することを
目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は高加工性お
よび優れた溶接性を有した耐磨耗鋼板、すなわち比較的
低い硬さと低い炭素当量の耐摩耗性鋼管や鋼板の製造に
対して、鋼の成分系および熱処理条件等を研究検討した
結果、図１に示すようにフェライトやベイナイトなどの
地組織中にマルテンサイトと残留オーステナイトから構
成される島状マルテンサイトを分散させた鋼は、従来鋼
の硬さと耐磨耗性能との関係から予想されるよりも良好
な耐磨耗性を有する鋼が製造し得ることが判った。また
この組織を得るためには従来鋼のように多量の合金元素
を添加する必要のないことも判った。本発明はこのよう
な知見に基づき創案されたものであって、以下に示す如
くである。

【０００７】フェライト、ベイナイトなどの地組織
中に面積分率で５％以上の島状マルテンサイト（マルテ
ンサイトと残留オーステナイトからなる）を含むことを
特徴とする、加工性および溶接性に優れた耐磨耗鋼。

【０００８】 wt％で、Ｃ：0.０５〜0.２０％，Si：
0.５０〜2.００％， Mn：0.５０〜2.５０％を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼で、フ
ェライト、ベイナイトなどの地組織中に面積分率で５％
以上の島状マルテンサイト（マルテンサイトと残留オー
ステナイトかなる）を含むことを特徴とする、加工性お
よび溶接性に優れた耐磨耗鋼材。

【０００９】 wt％で、Ｃ：0.０５〜0.２０％，Si：
0.５０〜2.００％， Mn：0.５０〜2.５０％を含み、かつ Cu：0.０５〜1.００％，Ni：0.０５〜2.００％，Cr：0.
０５〜0.５％， Mo：0.０５〜0.５％，Nb：0.００５〜0.１０％，Ｖ：0.
００５〜0.１０％， Ti：0.００５〜0.１０％，Ｂ：３〜２０ppm の内１種以上を含み、残部がFeおよび不可避不純物から
なる鋼で、フェライト、ベイナイトなどの地組織中に面
積分率で５％以上の島状マルテンサイトを含むことを特
徴とする、加工性および溶接性に優れた耐磨耗鋼材。

【００１０】

【作用】上記したような本発明について更に説明する
と、本発明による鋼は、島状マルテンサイト量および成
分組成を限定することからなるが、それらの限定理由は
以下のとおりである。

【００１１】島状マルテンサイト分率：５％以上図２には島状マルテンサイトの面積分率と耐磨耗性能と
の関係を示す。図１と図２から島状マルテンサイト量が
５％未満では耐磨耗性能の向上に大きな効果はなく、５
％以上になると良好な耐磨耗性能が得られることが判
る。従って島状マルテンサイト量は５％以上とする。

【００１２】このような組織を得るための鋼の製造方法
は特に限定しないが、熱間圧延した鋼材をＡc₁〜Ａc₃温
度のフェライトとオーステナイトの２相域に再加熱御冷
却する方法や、鋼の組織がアッパーベイナイトとなるよ
うな熱間圧延方法や熱処理が好ましい。

【００１３】すなわち、フェライト−パーライト鋼ある
いはベイナイト鋼をＡc₁〜Ａc₃に加熱すると組織はフェ
ライト（ベイナイト）とオーステナイトの混合組織とな
り、ＣをはじめMnなどの添加元素はフェライトあるいは
ベイナイトからオーステナイトへ拡散し、オーステナイ
ト中の添加元素量が増加する。このような状態から冷却
すると、加熱時のオーステナイトは、室温においてもオ
ーステナイト（残留オーステナイト）まま、あるいは冷
却中にマルテンサイト変態し、フェライトあるいはベイ
ナイトと島状マルテンサイトの混合組織になる。

【００１４】また冷却速度は、加熱時のオーステナイト
部分には添加元素が濃縮しているので、空冷以上の冷却
速度で充分マルテンサイトあるいはオーステナイト組織
となり、上述の混合組織を得ることができる。また本発
明鋼の組織をアッパーベイナイト組織とすることでも島
状マルテンサイトを適切に分散させることができる。

【００１５】本発明の成分組成について説明すると、本
発明で用いる鋼は低炭素の鉄系の構造用鋼（例えば JIS
G 3101, 3106, 3115 等に準ずる鋼) であれば組成に制
限はないが、Ｃ，Si, Mnを基本成分として数１の範囲で
含有するものであることが好ましい。

【００１６】

【数１】Ｃ：0.０５〜0.２０wt％ Si：0.５０〜2.００wt％ Mn：0.５０〜2.５０wt％

【００１７】Ｃ：0.０５〜0.２０％島状マルテンサイトの面積分率を５％以上確保するため
に、Ｃは重要な元素であり、添加量が0.０５％未満では
この効果が小さいので添加量の下限は0.０５％とする。
また添加量が0.２０％を超えると溶接性の劣化を招くの
で添加量の上限は0.２０％とする。

【００１８】Si：0.５０〜2.００％ Si量を低下させるとパーライト組織が生成し易くなり、
島状マルテンサイト量が低下し良好な耐摩耗性能が得ら
れない。そこで添加量の下限を0.５０％とする。また過
剰に添加すると鋼板の熱間延性の低下や溶接性の劣化を
招くので上限を2.００％とする。

【００１９】Mn：0.５０〜2.５０％ Mnは特に残留オーステナイト量の上昇に効果的である
が、0.５０％未満ではその効果が小さく、また2.５０％
を超えて添加すると溶接性の劣化を招く。したがって添
加量の下限を0.５０％、上限を2.５０％とする。

【００２０】以上は本発明の必須成分であるが、選択元
素の添加量およびその限定理由は以下に示すとおりであ
る。すなわち、島状マルテンサイトの上昇と地組織の耐
磨耗性能の向上を図るため、Cu，Ni，Cr，Mo，Nbを以下
に示す範囲で添加してもよい。数２の添加量の下限はい
ずれも上記効果を示すに最低必要な量であり、その上限
は溶接性を劣化させずにその効果を示す上限の値であ
る。

【００２１】

【数２】 Cu：0.０５〜1.００％ Ni：0.０５〜2.００％ Cr：0.０５〜0.５０％ Mo：0.０５〜0.５０％ Nb：0.００５〜0.１０％

【００２２】また、地組織部分の硬さを上昇させてより
優れた耐磨耗性能を得るために、Ｖ，Ti，Ｂを以下の範
囲で添加してもよい。数３の添加の下限は硬さの上昇に
効果のある最低の値であり、上限は溶接性や加工性を劣
化させない上限の値である。

【００２３】

【数３】Ｖ：0.００５〜0.１０wt％ Ti：0.００５〜0.１０wt％Ｂ：３〜２０ppm

【００２４】

【実施例】本発明者等の用いた供試材の成分組成は次の
表１に示すが、この表１における鋼はいずれもCeq 値で
0.４５程度以下であり、その溶接性は一般に構造用鋼と
して用いられているものと同等となっている。

【００２５】

【表１】

【００２６】（実施例１）前記表１の各鋼に対する鋼板
の製造条件および耐摩耗性能は、次の表２に示す如くで
あるが、摩耗性能の評価は、水と珪砂とを混合した環境
での試験片回転型の摩耗試験の試験片の摩耗減量の測定
により行った。表中の耐摩耗性能は、SS400 試験片の摩
耗減量で供試材の摩耗減量を除した値で、この値が小さ
い程耐摩耗性能が良好であることを意味している。試験
機の概略は図３に示す如くであって、回転軸２から１５
０mmの間隔を採って試験片１を取付け、回転させるもの
である。

【００２７】

【表２】

【００２８】即ち、発明鋼を適正条件で熱処理した鋼板
は硬さHv３００以下で0.７以下の耐摩耗性能が得られて
いる。また熱処理を施さない鋼でも島状マルテンサイト
量が５％を超えた鋼は良好な耐磨耗性能が得られてい
る。発明鋼を用いた場合でも、島状マルテンサイト量の
少ない鋼Ｃ−５、熱処理条件が適正でなく島状マルテン
サイト量の少ないＣ−３およびＣ−４は0.７以下の耐摩
耗性能が得られていない。また鋼板Ｓ−１，Ｔ−１，Ｕ
−１，Ｖ−１，Ｗ−１のように発明鋼を用いないと、本
発明の熱処理を施しても島状マルテンサイト量が少なく
良好な耐摩耗特性は得られない。Ｖ−２のように圧延ま
までかつ本発明鋼でない場合には、Hv２３０でも耐摩耗
性能0.９と高い値を示す。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、鋼の成分と組織を制御することで、良好な耐磨耗性
能を有し、かつ加工性および溶接性の良好な鋼板を的確
に製造することができるものであって、工業的にその効
果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼の硬さおよび島状マルテンサイトが耐磨耗性
能におよぼす影響について示した図表である。

【図２】島状マルテンサイト量の耐磨耗性能に及ぼす影
響について示した図表である。

【図３】摩耗特性の評価に用いた試験装置の概略を示し
た断面的説明図である。

【符号の説明】

１試験片２回転軸３円盤４容器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェライト、ベイナイトなどの地組織中
に面積分率で５％以上の島状マルテンサイト（マルテン
サイトと残留オーステナイトからなる）を含むことを特
徴とする、加工性および溶接性に優れた耐磨耗鋼。
【請求項２】 wt％で、Ｃ：0.０５〜0.２０％，Si：0.
５０〜2.００％， Mn：0.５０〜2.５０％を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼で、フ
ェライト、ベイナイトなどの地組織中に面積分率で５％
以上の島状マルテンサイト（マルテンサイトと残留オー
ステナイトからなる）を含むことを特徴とする、加工性
および溶接性に優れた耐磨耗鋼。
【請求項３】 wt％で、Ｃ：0.０５〜0.２０％，Si：0.
５０〜2.００％， Mn：0.５０〜2.５０％を含み、かつ Cu：0.０５〜1.００％，Ni：0.０５〜2.００％，Cr：0.
０５〜0.５％， Mo：0.０５〜0.５％，Nb：0.００５〜0.１０％，Ｖ：0.
００５〜0.１０％， Ti：0.００５〜0.１０％，Ｂ：３〜２０ppm の内１種以上を含み、残部がFeおよび不可避不純物から
なる鋼で、フェライト、ベイナイトなどの地組織中に面
積分率で５％以上の島状マルテンサイトを含むことを特
徴とする、加工性および溶接性に優れた耐磨耗鋼。