JPH0639656B2

JPH0639656B2 - 加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板

Info

Publication number: JPH0639656B2
Application number: JP2207190A
Authority: JP
Inventors: 義之渡部; 潔西岡; 博為広; 晴雄今井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH03227233A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、特に、加工性および溶接性に優れた耐摩耗複
合鋼板に関するもので、鉄鋼業においては厚板などに適
用可能である。

この鋼板は加工性、溶接性および耐摩耗性に優れ、かつ
安価であるという特徴をもち、産業機械分野などにおい
て、例えばパワーショベルのバケット部材など加工性、
溶接性および耐摩耗性を必要とする機械構造用鋼全般に
用いることができる。

（従来の技術）一般に、耐摩耗性の点からは表層硬度を高くすることが
必須である。表層硬度を高くするためには、Ｃ量をはじ
めとする成分を上げることによって、炭素当量を高くし
焼入性を向上させる必要がある。

従来から耐摩耗性が必要な部材には、成形性の点から鍛
造品が多く使用されてきた。しかし、鍛造品は合金元素
の含有量が極めて多いために、非常に高価であるという
欠点を有する。この欠点を補うために合金元素含有量の
少ないＳＳ55材が耐摩耗鋼板として使用されつつある。

ただし、ＳＳ55をはじめとする従来の耐摩耗鋼板は、鋼
板全体にわたって均一成分となっているため、表層硬度
を高くすることは鋼板内部の硬度も同時に高くなり、加
工性に劣るとともに、必然的に炭素当量を上げる結果と
なり、溶接性も劣るという欠点を有していた。

そのため、表層硬度を下げるすなわち耐摩耗性を犠牲に
する場合も有り、過酷な条件下での耐摩耗性に劣る。こ
の問題に対して、特開昭57-89426号公報や特開昭61-766
15号公報では、特定割合のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｎｉなどを含有する鋼を、特定条件下で圧延焼入れ
する高硬度耐摩耗鋼が開示されている。

また、最近は表層と内層がそれぞれ異なる金属からなる
複合鋼材の連続鋳造方法が特開昭63-108947号公報等に
示されている。

（発明が解決しようとする課題）本発明は加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板を
提供するものである。本発明による複合鋼板は表層硬度
のみを高くすることができ、優れた耐摩耗性を有すると
同時に、内部は硬度および炭素量が低く、鋼板全体とし
て良好な加工性および溶接性を示す。

（課題を解決するための手段）本発明の要旨は下記の通りである。

１．重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、
Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以
下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、内部層が、Ｃ：0.40
％以下、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：
0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、
かつ、Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14と定義
する炭素当量が表裏面表層部より低く、残部が鉄および
不可避的不純物からなり、板厚の15％以内までの表裏面
表層部の平均硬度がビッカース硬さＨ_ｖ≧200で、内層
部の平均硬度がそれよりも低いことを特徴とする加工性
および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板。

２．重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、
Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以
下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下に更にＭ
ｏ：0.05〜0.50％、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｕ：0.05〜
1.0％、Ｃｒ：0.05〜0.5％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ
：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１
種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不
純物からなり、内層部が、Ｃ：0.40％以下、Ｓｉ：0.
6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ
：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、かつ、Ceq＝C+Mn
/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14と定義する炭素当量が
表裏面表層部より低く、残部が鉄および不可避的不純物
からなり、板厚の15％以内までの表裏面表層部の平均硬
度がビッカース硬さＨ_ｖ≧200で、内層部の平均硬度が
それよりも低いことを特徴とする加工性および溶接性に
優れた耐摩耗複合鋼板。

３．重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、
Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以
下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、内部層が、Ｃ：0.40
％以下、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：
0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下に
更にＭｏ：0.05〜0.30％、Ｎｉ：0.05〜0.5％、Ｃｕ：
0.05〜0.5％、Ｃｒ：0.05〜0.3％、Ｎｂ：0.005〜0.05
％、Ｖ：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいず
れか１種または２種以上を含有し、かつ、Ceq＝C+Mn/6+
Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14と定義する炭素当量が表裏
面表層部より低く、残部が鉄および不可避的不純物から
なり、板厚の15％以内までの表裏面表層部の平均硬度が
ビッカース硬さＨ_ｖ≧200で、内層部の平均硬度がそれ
よりも低いことを特徴とする加工性および溶接性に優れ
た耐摩耗複合鋼板。

４．重量％で、表裏表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、Ｓ
ｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以
下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下に更にＭ
ｏ：0.05〜0.50％、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｕ：0.05〜
1.0％、Ｃｒ：0.05〜0.5％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ
：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１
種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避的不
純物からなり、内層部が、Ｃ：0.05〜0.40％、Ｓｉ：
0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：0.030％以下、Ｓ
：0.035％以下、Ａｌ：0.05％以下に更にＭｏ：0.05
〜0.30％、Ｎｉ：0.05〜0.5％、Ｃｕ：0.05〜0.5％、Ｃ
ｒ：0.05〜0.3％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ：0.005
〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１種または
２種以上を含有し、かつ、Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr
/5+Mo/4+V/14と定義する炭素当量が表裏面表層部より低
く、残部が鉄および不可避的不純物からなり、板厚の15
％以内までの表裏面表層部の平均硬度がビッカース硬さ
Ｈ_ｖ≧200で、内層部の平均硬度がそれよりも低いこと
を特徴とする加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼
板。

（作用）鋼の耐摩耗性は一般に硬度との相関があることが知られ
ており、耐摩耗性鋼において、表層部の硬度を高めるこ
とが必須である。硬度を高めるためには鋼の焼入性を向
上させることが効果的だが、そのためには炭素当量を高
くすることが必要である。

しかし、単一成分からなる鋼板では板厚全体にわたって
硬度が高くなるため、耐摩耗性を得ようとすると加工性
が劣り、また必然的に炭素当量が高くなるため溶接性も
劣る。

そこで、鋼板の表裏面表層部を焼入性の高い高炭素当量
成分とし、内層部はそれより低い成分とする複合鋼板を
発明した。本発明鋼板によれば、表層部のみ硬度を高め
ることができ耐摩耗性に優れると共に、内部は低炭素当
量のため平均硬度は低く抑えられ、加工性および溶接性
に優れる。

以下、本発明について説明する。

耐摩耗性の観点からは表層部の硬度は高いほど良いが、
通常の用途であればビッカース硬さＨ_ｖ≧200で良好な
耐摩耗性を示す。その硬化層は摩耗代を考慮すれば板厚
の10％以上は必要である。

しかし、硬化層が深くなれば加工性を劣化させるため板
厚の15％以内までを硬さの規制対象範囲とし、内部の平
均硬度は鋼板全体としての加工性を確保するため、表層
部平均硬度より低いものに限定した。ただし、加工性の
点では硬度は低いほど良く、好ましい内部の平均硬度は
ピッカース硬さＨ_ｖ≦150である。

なお、表層部の平均硬度の上限は限定していないが、表
層部の成分を限定しているため、自ずと制限される性質
のものである。

次に、表裏面表層部の成分の限定理由について説明す
る。

Ｃは、鋼板の焼入性を向上させ、表層硬度を高くするた
めにはその含有量は多い方が良いが、0.65％を超えると
焼入性が高過ぎ表層硬度が必要以上に高くなり、加工性
に問題が生じる。また炭素当量も高くなり過ぎ溶接性も
劣化するため、上限を0.65％とした。一方、0.15％未満
では焼入性が低く、表層硬度の確保が困難であるため、
下限を0.15％とした。

Ｓｉは、脱酸上鋼に含まれる元素で、多く添加すると鋼
板の溶接性、靭性が劣化するため、上限を0.6％に限定
した。

Ｍｎは、強度、靭性を確保する上で不可欠の元素であ
り、その下限は0.5％である。しかし多すぎると高価と
なるばかりでなく、焼入性が増大してＨＡＺ靭性が劣化
するため、上限を2.0％とした。

Ｐ，Ｓは、本発明鋼においては不純物であり、いずれも
0.025％以下とした。これは主として鋼板の靭性を向上
させるためである。

Ａｌは、一般に脱酸上鋼に含まれる元素であるが、Ｓｉ
によっても脱酸は行なわれるので、本発明では下限は限
定しない。しかし、多く添加すると鋼の清浄度が悪くな
り、靭性が劣化するので上限を0.05％とした。

次に、Ｍｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉを添加
する理由について説明する。

上記の基体となる成分に、さらにこれらの元素を添加す
る主たる目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことな
く強度、靭性など特性の向上を図るためである。したが
って、その添加量は自ずと制限されるべき性質のもので
ある。

Ｍｏは、母材の強度、靭性を共に向上させる。しかし、
多く添加すると母材、溶接部の靭性および溶接性の劣化
を招き好ましくないため、上限を0.50とした。下限は実
質的な効果が得られるための最小量とすべきで0.05％で
ある。これは次のＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒについても同様であ
る。

Ｎｉは、溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく
母材の強度、靭性を向上させるが、過剰な添加は溶接性
に好ましくないため、上限を1.0％とした。

Ｃｕは、Ｎｉとほぼ同様の効果と共に耐食性などにも効
果があるが、過剰な添加は熱間圧延特にＣｕクラックが
発生し製造困難となる。このため上限を1.0％とした。

Ｃｒは、母材および溶接部の強度を高める元素である
が、多く添加すると溶接性やＨＡＺ靭性を劣化させるた
め、上限を0.50％とした。

Ｎｂは、微細な析出物を形成し、強度を増加させる元素
である。この効果を得るための下限は0.005％である。
しかし、多く添加すると溶接性が悪くなり、さらに靭性
が劣化するので、その上限は0.05％である。

Ｖは、Ｎｂとほぼ同じ効果を持つ元素であり、強度に対
する効果はＮｂに比較して小さいが、0.005〜0.10％の
範囲において靭性を向上させる。しかし、0.005％以下
では効果がなく、0.10を超えると溶接性が劣化する。

Ｔｉは、オーステナイト粒の微細化による靭性の向上に
有効であるが、0.005％以下では効果がなく、0.10％を
超えると溶接性の劣化を招き好ましくないめ、上限を0.
10％とした。

表裏面表層部の成分を上記のように限定しても、内層部
の成分が適切でなければ耐摩耗性と同時に良好な加工性
と溶接性を得ることはできない。

以下、内層部成分の限定理由について説明する。

Ｃは、加工性および溶接性の点からは低いほど良く、本
発明では下限は限定しない。しかし、多く添加すると焼
入性が高くなり硬度を上昇させ、溶接性も劣化させるた
め、上限を0.40％とした。最も好ましいＣ量は0.20％以
下である。

Ｓｉは、脱酸上鋼に含まれる元素であるが、多く添加す
ると溶接性、ＨＡＺ靭性が劣化するため、上限を0.6％
とした。ただし、鋼の脱酸はＡｌのみでも十分可能であ
り、焼入性の観点から0.25％以下が望ましい。

Ｍｎは、強度、靭性を確保する上で不可欠の元素であ
り、その下限は0.2％である。しかし、多すぎると高価
となるばかりでなく、焼入性が増大するため、上限を1.
6％とした。

さらに上記基体成分に選択元素としてＭｏ，Ｎｉ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉを添加する理由について説明
する。

基体となる成分に、さらにこれらの元素を添加する主た
る目的は、本発明鋼の優れた特徴を損なうことなく強
度、靭性など特性の向上を図るためである。したがっ
て、その添加量は自ずと制限されるべき性質のものであ
る。

Ｍｏは、母材の強度、靭性を共に向上させる。しかし、
多く添加すると母材、溶接部の靭性および溶接性の劣化
を招き好ましくないため、上限を0.30％とした。下限は
実質的な効果が得られるための最小量とすべきで0.05で
ある。これは次のＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒについても同様であ
る。

Ｎｉは、溶接性、ＨＡＺ靭性に悪影響を及ぼすことなく
母材の強度、靭性を向上させるが、過剰な添加は溶接性
に好ましくないため、上限を0.5％とした。

Ｃｕは、Ｎｉとほぼ同様の効果と共に耐食性などにも効
果があるが、過剰な添加は熱間圧延時にＣｕクラックが
発生し製造困難となる。このため上限を0.5％とした。

Ｃｒは、母材および溶接部の強度を高める元素である
が、多く添加すると溶接性やＨＡＺ靭性を劣化させるた
め、上限を0.30とした。

Ｖは、Ｎｂとほぼ同じ効果を持つ元素であり、強度に対
する効果はＮｂに比較して小さいが、0.005〜0.10％の
範囲において靭性を向上させる。しかし、0.005％以下
では効果がなく、0.10％を超えると溶接性を劣化する。

Ｔｉは、オーステナイト粒の微細化による靭性の向上に
有効であるが、0.005％以下では効果がなく、0.10％を
超えると溶接性の劣化を招き好ましくないため、上限を
0.10％とした。

個々の元素の添加量を上記のように限定しても焼入性あ
るいは炭素当量が表裏面表層部より高くなって意味を持
たない。そのため、これらはさらに、Ceq＝C+Mn/6+Si/2
4+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14と定義する炭素当量が表裏面表
層部より低くなるよう限定する。内層部の最も好ましい
炭素当量は、表裏面表層部の炭素当量の60％以下かつ絶
対値で0.40％以下である。

なお、本発明鋼板の製造方法としては、特開昭63-10894
7号公報等に示すように、表層と内層の化学成分がそれ
ぞれ異なるように複層に連続鋳造し、その後、これを所
定の厚みに圧延成形することが好ましい。

（実施例）表１は本発明を実施するにあたって使用に供した鋼の化
学成分、製造条件、板厚の15％以内までの表裏面表層部
の平均硬さ、さらにその内部の平均硬さを示したもので
ある。

比較例において鋼板全体が単一成分である鋼14は、Ｃを
はじめとする成分が低いため表層部平均硬さが不足して
いる。また鋼16，16は、Ｃeqが高く板厚の15％までの表
裏面表層部硬さは十分だが、その内部もＨ_ｖ200を超え
ている。さらに複合鋼板である鋼17では、鋼板内部のＣ
量およびＣeqが高いため内部においてもＨ_ｖ200を超え
ている。

これに対し本発明鋼は、板厚15％までの鋼板の表裏面表
層部の平均硬さＨ_ｖ≧200を確保しながら、その内部で
は平均硬さを低く抑えることができた。このとき内層部
のＣeqは表裏面表層部のそれの60％以下かつ絶対値で0.
40％以下に抑えられ、溶接性にとっても好ましいのが得
られた。

なお、本発明に於ける表層と内層の成形は複層連続鋳造
を行い、その後、これを圧延成形したものである。

（発明の効果）本発明により、耐摩耗性と加工性・溶接性とを両立する
鋼板を得ることが可能になった。その結果、産業機械分
野などにおいて、例えばパワーショベルのバケット部材
として加工・溶接の可能な耐摩耗鋼を提供することがで
き、その工業的価値は大である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなり、内層部が、Ｃ：0.40％以下、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、かつ、 Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 と定義する炭素当量が表裏面表層部より低く、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、板厚の15％以内までの
表裏面表層部の平均硬度がビッカース硬さＨ_ｖ≧200
で、内層部の平均硬度がそれよりも低いことを特徴とす
る加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板。
【請求項２】重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、更にＭｏ：0.05〜0.50％、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｕ：0.05〜1.0％、Ｃｒ：0.05〜0.5％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部が鉄およ
び不可避的不純物からなり、内層部が、Ｃ：0.40％以下、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、かつ、 Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 と定義する炭素当量が表裏面表層部より低く、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、板厚の15％以内までの
表裏面表層部の平均硬度がビッカース硬さＨ_ｖ≧200
で、内層部の平均硬度がそれよりも低いことを特徴とす
る加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板。
【請求項３】重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなり、内部層が、Ｃ：0.40％以下、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、更にＭｏ：0.05〜0.30％、Ｎｉ：0.05〜0.5％、Ｃｕ：0.05〜0.5％、Ｃｒ：0.05〜0.3％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１種または２種以上を含有し、かつ、 Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 と定義する炭素当量が表裏面表層部より低く、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、板厚の15％以内までの
表裏面表層部の平均硬度がビッカース硬さＨ_ｖ≧200
で、内層部の平均硬度がそれよりも低いことを特徴とす
る加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板。
【請求項４】重量％で、表裏面表層部が、Ｃ：0.15〜0.65％、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.5〜2.0％、Ｐ：0.025％以下、Ｓ：0.025％以下、Ａｌ：0.05％以下、更にＭｏ：0.05〜0.50％、Ｎｉ：0.05〜1.0％、Ｃｕ：0.05〜1.0％、Ｃｒ：0.05〜0.5％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１種または２種以上を含有し、残部が鉄およ
び不可避的不純物からなり、内層部が、Ｃ：0.05〜0.40％、Ｓｉ：0.6％以下、Ｍｎ：0.2〜1.6％、Ｐ：0.030％以下、Ｓ：0.035％以下、Ａｌ：0.05％以下、更にＭｏ：0.05〜0.30％、Ｎｉ：0.05〜0.5％、Ｃｕ：0.05〜0.5％、Ｃｒ：0.05〜0.3％、Ｎｂ：0.005〜0.05％、Ｖ：0.005〜0.10％、Ｔｉ：0.005〜0.10％のいずれか１種または２種以上を含有し、かつ、 Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 と定義する炭素当量が表裏面表層部より低く、残部が鉄
および不可避的不純物からなり、板厚の15％以内までの
表裏面表層部の平均硬度がビッカース硬さＨ_ｖ≧200
で、内層部の平均硬度がそれよりも低いことを特徴とす
る加工性および溶接性に優れた耐摩耗複合鋼板。