JP3698082B2 - 耐摩耗鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械や運搬機器等に用いられる耐摩耗鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設、土木、鉱山等の分野で使用される産業機械、部品、運搬機器等（例えば、パワーショベル、ブルドーザー、ホッパー、バケット等）には、それらの寿命を確保するため、耐摩耗性に優れた鋼が用いられる。耐摩耗性を向上させるには、硬さを高くする必要があるが、その場合は一般にＣ量を増加させることになるため、材質が脆くなり、低温靭性が劣化し、低温溶接割れ性も低下する。−４０℃前後の低温域での作業を考えると、耐摩耗性は良くても低温靭性が低いと、脆性破壊を生じ作業に重大な支障をきたす。このため、耐摩耗性を有するとともに低温靭性にも優れた耐摩耗鋼が望まれていた。
【０００３】
このような要求に対して、いくつかの方法が検討されている。例えば、特開昭６３−１６９３５９号公報には、寒冷地での使用に耐える溶接性に優れた耐摩耗鋼が提案されている。この技術では、溶接性確保のためにＣ量を0.2％以下としている。
【０００４】
また、特開昭６０−２４３２５０号公報には、溶接性に優れた耐摩耗鋼が提案されている。この技術では、Ｐ量を0.010％以下と規定し、溶接性を改善している。また、特開昭６３−３０７２４９号公報には、溶接用耐摩耗鋼板が提案されている。この技術では、炭素当量を0.35〜0.65％と規定し、溶接性を改善している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−１６９３５９号公報記載の技術では、実施例を見ると、鋼Ｃを除きHB400未満で硬度不足であり、また、鋼Ｃは、硬度は４００以上であり十分に高いが、炭素当量が高く溶接性が不良である。
【０００６】
特開昭６０−２４３２５０号公報記載の技術では、Ｃ量が0.3〜0.5％と高く、靭性に関する考慮がされていない。また、そのため炭素当量もかなり高くなる（>0.5）ので、この鋼は溶接性全般についてあまり期待できないと言える。
【０００７】
特開昭６３−３０７２４９号公報記載の技術では、基本的な特性として具備すべき引張特性に関する考慮がされていない。また、硬さを確保するためC量が0.2〜0.4％とかなり高目に規定されており、良好な靭性が得られないと予想される。更に、炭素当量（Ceq）の規定から合金元素の添加量が制限されることも、靭性の向上にとっては不利である。
【０００８】
上述のように、これらの従来技術は、−４０℃前後の低温域での作業を考えると、耐摩耗性はともかく、低温靭性あるいは低温溶接割れ性に問題がある。また、基本的な特性として強度も安定して確保できることが望ましい。特に、板厚が厚くなった場合にも安定して所定の強度を確保する必要がある。従来技術では、強度および耐摩耗性を安定して確保しつつ、低温靭性および低温溶接割れ性を改善することは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、強度および耐摩耗性を安定に確保した上で、低温靭性および低温溶接割れ性に優れた耐摩耗鋼を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の発明により解決される。その発明は、mass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼であり、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることを特徴とする耐摩耗鋼である。
【００１１】
但し、元素記号は各元素の含有量(mass％)を表す。また、式（１）の(C/10)0.5は (C/10)の1/2乗に同じである。
【００１２】
また、上記のmass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼に更に、あるいはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂの代わりに、Ｖ：０．００５〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内１種以上を含有するものを用いてもよい。その際も、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることが必要である。
【００１３】
この発明は、溶接性、靭性を備えた耐摩耗鋼を提供すべく鋭意検討を重ねて得られた知見に基づきなされたものである。それは、炭素等量ＣｅｑＬを低目に抑える代わりに、特性値Ｍｒを所定の値に調整することが、強度と耐磨耗性を確保しつつ、溶接性と靭性を両立させる上で有効というものである。
【００１４】
以下、本発明の化学成分の限定理由について述べる。
【００１５】
Ｃ：０．１０〜０．３０％とする。Ｃは鋼の硬度を高めるのに重要な元素であり、また、焼入れ性を確保するために０．１０％以上必要であり、好ましくは０．１４％以上が適当である。しかし、Ｃを０．３０％を超えて大量に添加すると、溶接性および加工性を劣化させる。従って、Ｃを０．１０〜０．３０％と規定した。
【００１６】
Ｓｉ：０．１〜０．４５％とする。Ｓｉは脱酸元素として有効な元素であり、０．１％以上の添加が必要である。また、固溶強化に対しても有効な元素であるが、１．０％を超える添加量では、延性や靭性が低下し、介在物が増加する等の問題が生じる。本発明では、Ｓｉを０．１〜０．４５％と規定した。
【００１７】
Ｍｎ：０．１〜２．０％とする。Ｍｎは焼入れ性確保の観点から有効な元素であり、０．１％以上の添加が必要である。一方、２．０％を超えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｍｎを０．１〜２．０％と規定した。
【００１８】
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％とする。Ｎｂは析出強化に有効な元素であり、鋼の硬度を上昇させる効果を有し、また、組織の微細化により靭性を向上させる効果も有する。これらの効果は０．００５％未満では発揮されず、０．１％を超える添加では、溶接性が劣化する。本発明では、Ｎｂを０．００５〜０．０３％と規定した。
【００１９】
Ｃｕ：０．０５〜２．０％とする。Ｃｕは焼入れ性を高める元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、２．０％を超える添加では、熱間加工性が低下するとともに、合金コストも上昇する。従って、Ｃｕを添加する場合は０．０５〜２．０％の範囲とする。
【００２０】
Ｎｉ：０．０５〜２．０％とする。Ｎｉは焼入れ性を高めるとともに、低温靱性を向上させる元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、２．０％を超える添加では、合金コストが上昇する。従って、Ｎｉを添加する場合は０．０５〜２．０％の範囲とする。
【００２１】
Ｃｒ：０．０５〜３．０％とする。Ｃｒは焼入れ性を高める元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、３．０％を超える添加では、溶接性が劣化するとともに合金コストが上昇する。従って、Ｃｒを添加する場合は０．０５〜３.０％の範囲とする。
【００２２】
Ｍｏ：０．０５〜３．０％とする。Ｍｏは焼入れ性を高める元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、３．０％を超える添加では、溶接性が劣化するとともに合金コストが上昇する。従って、Ｍｏを添加する場合は０．０５〜３．０％の範囲とする。
【００２３】
Ｂ：０．０００３〜０．０１％とする。Ｂは微量添加で焼入れ性を高める元素であるが、０．０００３％未満ではこの効果を発揮することができない。一方、０．０１％を超える添加では、溶接性が劣化するとともに、むしろ焼入れ性が低下する。従って、Ｂを添加する場合は０．０００３〜０．０１％の範囲とする。
【００２４】
Ｖ：０．００５〜０．５％とする。Ｖは析出硬化に有効な元素であり、鋼の硬度を上昇させる効果を有している。この効果は０．００５％未満では発揮されず、好ましくは０．０１％以上が適当であるが、０．５％を超える添加では、溶接性が劣化する。従って、Ｖを添加する場合は０．００５〜０．５％と規定した。
【００２５】
Ｔｉ：０．００５〜０．１％とする。Ｔｉは析出硬化に有効な元素であり、鋼の硬度を上昇させる効果を有している。この効果は０．００５％未満では発揮されず、好ましくは０．０５％以上が適当であるが、０．１％を超える添加では、溶接性が劣化する。従って、Ｔｉを添加する場合は０．００５〜０．５％と規定した。
【００２６】
特性値Ｍｒ：１．３以上とする。特性値Ｍｒは、焼入後の組織と関係があり、その結果、鋼の硬度および強度に大きな影響を与える。特性値Ｍｒが１．３未満であると、組織が完全な焼入れ組織とならず、硬度が低下する。従って、特性値Ｍｒを１．３以上に規定する。
【００２７】
炭素等量ＣｅｑＬ：０．４２％以下とする。炭素等量ＣｅｑＬは、靭性および溶接性に大きな影響を与える。炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％を超えると、所定の低温靭性が得られず溶接性も劣化する。従って、炭素等量ＣｅｑＬを０．４２％以下に規定する。
【００２８】
上記の成分以外の残部は実質的に鉄である。残部が実質的に鉄であるとは、本発明の作用効果を無くさない限り、不可避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本発明の範囲に含まれ得ることを意味する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
発明の実施に当たっては、前述のように化学成分を調整すればよいが、一部の化学成分については、さらに次のようにすることにより、特性を向上させることができる。
【００３０】
Ｃについては、添加量が多めになるとＣｅｑＬの上限に近づき、他の合金元素、例えばＭｎ等が十分に添加できなくなる。そこで、Ｃを0.20％以下とすることが好ましい。
【００３１】
Ｎｂについては、添加量が多めになると組織微細化効果が小さくなり、靭性の向上が見込めなくなる場合がある。従って、Ｎｂの添加量を0.05％以下とすることが好ましい。
【００３２】
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏについては、添加する場合には、焼入れ性を確保しつつ、合金コストの上昇を避けるために、それぞれ、0.5％、0.5%、1.0％、1.0%以下とすることが好ましい。
【００３３】
次に、炭素等量ＣｅｑＬと特性値Ｍｒについて詳しく説明する。
【００３４】
炭素等量ＣｅｑＬについて、靭性に及ぼす影響を図１に示す。図１において用いた供試鋼は、0.10%〜0.30%のCを含有する鋼であり、これらを1150℃に加熱後、板厚25mmまで仕上圧延を実施し、圧延後室温まで冷却した後に、900℃で再加熱焼入れを行ったもので、横軸にこれらの供試鋼の成分の炭素等量ＣｅｑＬを示す。縦軸は靭性であり、−４０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ-40）で示す。また、これらの供試鋼の溶接性を、JIS規格 Z 3153に準拠し、被覆アーク溶接でのT型溶接割れ試験により判断し、溶接割れの有無を同時に図１に示す。図１より、炭素等量ＣｅｑＬが０．４５％を超えると、溶接割れが生じやすくなる。また、炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％を超えると、―４０℃における吸収エネルギーが低下して靭性が悪化している。これより、靭性と溶接性を共に優れたものとするためには、炭素等量ＣｅｑＬを０．４２％以下とする必要があるという知見が得られる。
【００３５】
特性値Ｍｒについて、焼入後の硬度および強度に及ぼす影響を図２に示す。図２において用いた供試鋼は、0.14〜0.15%のC量を含有する鋼を1150℃に加熱後、板厚25mmまで仕上げ圧延を実施し、圧延後室温まで冷却した後に、900℃で再加熱焼入れを行ったもので、横軸にこれらの供試鋼の成分の特性値Ｍｒを示す。縦軸はこれらの供試鋼の硬度（ブリネル硬さ：ＨＢ）および強度（引張り強さ：ＴＳ）である。図２に示すように、特性値Ｍｒが１．３以上のとき、硬度（ブリネル硬さ）４００以上が得られ、板厚中心部まで完全な焼入れ組織となり、引張り強さも１１００MPa以上となる。Ｍｒが１．３未満であると、組織が完全な焼入れ組織とならず、硬度、引張り強さが大きく低下する。従って特性値Ｍｒを１．３以上に規定する。
【００３６】
このような知見をまとめると図３に示すようになり、焼入れにより十分な硬度、強度を持ち、溶接性、靭性が共に優れた耐摩耗鋼を提供するには、炭素等量ＣｅｑＬを０．４２％以下、特性値Ｍｒを１．３以上にすることが有効であることが分かる。
【００３７】
次に、本発明の耐摩耗鋼の製造方法について説明する。本発明の化学成分に調整した鋼は、通常の耐摩耗鋼と同様の方法で圧延して製造できる。本発明の耐摩耗鋼は圧延後に焼入れをして用いるが、圧延直後に冷却して焼入れを行っても、室温まで冷却した鋼を再加熱後に冷却して焼入れを行っても良い。冷却速度は焼入れ組織が得られるように適宜設定する。また、前記冷却の停止温度は完全な焼入れ組織とするために４００℃以下とすることが必要である。また、冷却停止後に焼戻し処理を施しても本発明の耐摩耗鋼の特性を妨げることはない。焼戻し温度は特に限定しないが、６００℃以下であることが好ましい。
【００３８】
【実施例】
表１に示す成分組成（mass%）を有する鋼Ａ、Ｃ〜Ｍのスラブを、１１５０℃に加熱し、板厚１９mmまたは３５mmに熱間圧延を行い、室温に冷却した後、９００℃まで再加熱し焼入れた。また、表１に示す成分組成（mass%）を有する鋼Ｎ〜Ｓのスラブを１１００℃に加熱し、板厚１９mmまたは３５mmに熱間圧延を行い、圧延終了後、直ちに焼入れを行った。冷却の停止温度は２５０℃とした。鋼Ｎおよび鋼Ｑについては、焼入れ後に５００℃で焼戻し処理を施した。鋼Ａ、Ｃ〜ＥおよびＬ〜Ｐは本発明鋼であり、鋼Ｆ〜ＫおよびＱ〜Ｓは比較鋼である。得られた鋼板について、特性値として、硬度、引張強度、低温靭性、溶接性を調べた。
【００３９】
硬度は、ＪＩＳ規格Ｚ２２４３に準拠し、鋼板表面でランダムに選んだ５点の平均値を用いた。引張強度は、ＪＩＳ規格Ｚ２２４１に準拠し、板厚１９mmの鋼板はＪＩＳ規格Ｚ２２０１の５号試験片、板厚３５mmの鋼板は同１Ａ号試験片を用いた。低温靭性は、ＪＩＳ規格Ｚ２２４２に準拠し、−４０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギーを測定した。溶接性は、ＪＩＳ規格Ｚ３１５３に準拠し、被覆アーク溶接でのＴ型溶接割れ試験により判断した。得られた硬度（ＨＢ）、引張強度（ＴＳ：［ＭＰａ］）、低温靭性（ｖＥ−４０：［Ｊ］）、溶接性（溶接割れ：○溶接割れ無し、×溶接割れ有り）を表１に併せて示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示すように、本発明鋼は、耐摩耗鋼として有効な高い硬度とともに、十分な強度と低温域における良好な靭性を有している。これに対して、比較鋼Ｆ、Ｇは、Ｍｒが１．３未満であり、十分な硬度と強度が得られていない。また、比較鋼Ｈ〜ＫおよびＱ〜Ｓは、従来技術による耐摩耗鋼に類する物で、十分な表面硬度と強度が得られているが、ＣｅｑＬが０．４２％を超えており、溶接割れ試験で割れが発生し、更に、比較鋼Ｈ〜Ｋ、Ｑ、Ｒは低温靭性も劣っている。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、耐摩耗鋼の炭素等量ＣｅｑＬを低目に抑え、焼入後の組織と関係がある特性値Ｍｒを所定の値に調整することにより、強度および耐摩耗性を確保するとともに、低温靭性および低温溶接割れ性を向上させることができる。これにより、耐低温溶接割れ性、靭性、耐摩耗性に優れ、特に低温域での使用に耐える厚鋼板等の鋼材が得られ、機械部品等の低温域での使用を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 靭性および溶接性に及ぼす炭素等量ＣｅｑＬの影響を示す図。
【図２】 焼入後の硬度および引張強さに及ぼす特性値Ｍｒの影響を示す図。
【図３】 優れた硬度、強度、溶接性、靭性を示す炭素等量ＣｅｑＬおよび特性値Ｍｒの範囲を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械や運搬機器等に用いられる耐摩耗鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設、土木、鉱山等の分野で使用される産業機械、部品、運搬機器等（例えば、パワーショベル、ブルドーザー、ホッパー、バケット等）には、それらの寿命を確保するため、耐摩耗性に優れた鋼が用いられる。耐摩耗性を向上させるには、硬さを高くする必要があるが、その場合は一般にＣ量を増加させることになるため、材質が脆くなり、低温靭性が劣化し、低温溶接割れ性も低下する。−４０℃前後の低温域での作業を考えると、耐摩耗性は良くても低温靭性が低いと、脆性破壊を生じ作業に重大な支障をきたす。このため、耐摩耗性を有するとともに低温靭性にも優れた耐摩耗鋼が望まれていた。
【０００３】
このような要求に対して、いくつかの方法が検討されている。例えば、特開昭６３−１６９３５９号公報には、寒冷地での使用に耐える溶接性に優れた耐摩耗鋼が提案されている。この技術では、溶接性確保のためにＣ量を0.2％以下としている。
【０００４】
また、特開昭６０−２４３２５０号公報には、溶接性に優れた耐摩耗鋼が提案されている。この技術では、Ｐ量を0.010％以下と規定し、溶接性を改善している。また、特開昭６３−３０７２４９号公報には、溶接用耐摩耗鋼板が提案されている。この技術では、炭素当量を0.35〜0.65％と規定し、溶接性を改善している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−１６９３５９号公報記載の技術では、実施例を見ると、鋼Ｃを除きHB400未満で硬度不足であり、また、鋼Ｃは、硬度は４００以上であり十分に高いが、炭素当量が高く溶接性が不良である。
【０００６】
特開昭６０−２４３２５０号公報記載の技術では、Ｃ量が0.3〜0.5％と高く、靭性に関する考慮がされていない。また、そのため炭素当量もかなり高くなる（>0.5）ので、この鋼は溶接性全般についてあまり期待できないと言える。
【０００７】
特開昭６３−３０７２４９号公報記載の技術では、基本的な特性として具備すべき引張特性に関する考慮がされていない。また、硬さを確保するためC量が0.2〜0.4％とかなり高目に規定されており、良好な靭性が得られないと予想される。更に、炭素当量（Ceq）の規定から合金元素の添加量が制限されることも、靭性の向上にとっては不利である。
【０００８】
上述のように、これらの従来技術は、−４０℃前後の低温域での作業を考えると、耐摩耗性はともかく、低温靭性あるいは低温溶接割れ性に問題がある。また、基本的な特性として強度も安定して確保できることが望ましい。特に、板厚が厚くなった場合にも安定して所定の強度を確保する必要がある。従来技術では、強度および耐摩耗性を安定して確保しつつ、低温靭性および低温溶接割れ性を改善することは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、強度および耐摩耗性を安定に確保した上で、低温靭性および低温溶接割れ性に優れた耐摩耗鋼を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、次の発明により解決される。その発明は、mass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼であり、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることを特徴とする耐摩耗鋼である。
【００１１】
【００１２】
また、上記のmass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼に更に、あるいはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｂの代わりに、Ｖ：０．００５〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内１種以上を含有するものを用いてもよい。その際も、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることが必要である。
【００１３】
この発明は、溶接性、靭性を備えた耐摩耗鋼を提供すべく鋭意検討を重ねて得られた知見に基づきなされたものである。それは、炭素等量ＣｅｑＬを低目に抑える代わりに、特性値Ｍｒを所定の値に調整することが、強度と耐磨耗性を確保しつつ、溶接性と靭性を両立させる上で有効というものである。
【００１４】
以下、本発明の化学成分の限定理由について述べる。
【００１５】
Ｃ：０．１０〜０．３０％とする。Ｃは鋼の硬度を高めるのに重要な元素であり、また、焼入れ性を確保するために０．１０％以上必要であり、好ましくは０．１４％以上が適当である。しかし、Ｃを０．３０％を超えて大量に添加すると、溶接性および加工性を劣化させる。従って、Ｃを０．１０〜０．３０％と規定した。
【００１６】
Ｓｉ：０．１〜０．４５％とする。Ｓｉは脱酸元素として有効な元素であり、０．１％以上の添加が必要である。また、固溶強化に対しても有効な元素であるが、１．０％を超える添加量では、延性や靭性が低下し、介在物が増加する等の問題が生じる。本発明では、Ｓｉを０．１〜０．４５％と規定した。
【００１７】
Ｍｎ：０．１〜２．０％とする。Ｍｎは焼入れ性確保の観点から有効な元素であり、０．１％以上の添加が必要である。一方、２．０％を超えて添加すると、溶接性が劣化する。このため、Ｍｎを０．１〜２．０％と規定した。
【００１８】
Ｎｂ：０．００５〜０．０３％とする。Ｎｂは析出強化に有効な元素であり、鋼の硬度を上昇させる効果を有し、また、組織の微細化により靭性を向上させる効果も有する。これらの効果は０．００５％未満では発揮されず、０．１％を超える添加では、溶接性が劣化する。本発明では、Ｎｂを０．００５〜０．０３％と規定した。
【００１９】
Ｃｕ：０．０５〜２．０％とする。Ｃｕは焼入れ性を高める元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、２．０％を超える添加では、熱間加工性が低下するとともに、合金コストも上昇する。従って、Ｃｕを添加する場合は０．０５〜２．０％の範囲とする。
【００２０】
Ｎｉ：０．０５〜２．０％とする。Ｎｉは焼入れ性を高めるとともに、低温靱性を向上させる元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、２．０％を超える添加では、合金コストが上昇する。従って、Ｎｉを添加する場合は０．０５〜２．０％の範囲とする。
【００２１】
Ｃｒ：０．０５〜３．０％とする。Ｃｒは焼入れ性を高める元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、３．０％を超える添加では、溶接性が劣化するとともに合金コストが上昇する。従って、Ｃｒを添加する場合は０．０５〜３.０％の範囲とする。
【００２２】
Ｍｏ：０．０５〜３．０％とする。Ｍｏは焼入れ性を高める元素であるが、０．０５％未満ではこの効果を発揮することができず、好ましくは０．１％以上が適当である。一方、３．０％を超える添加では、溶接性が劣化するとともに合金コストが上昇する。従って、Ｍｏを添加する場合は０．０５〜３．０％の範囲とする。
【００２３】
Ｂ：０．０００３〜０．０１％とする。Ｂは微量添加で焼入れ性を高める元素であるが、０．０００３％未満ではこの効果を発揮することができない。一方、０．０１％を超える添加では、溶接性が劣化するとともに、むしろ焼入れ性が低下する。従って、Ｂを添加する場合は０．０００３〜０．０１％の範囲とする。
【００２４】
Ｖ：０．００５〜０．５％とする。Ｖは析出硬化に有効な元素であり、鋼の硬度を上昇させる効果を有している。この効果は０．００５％未満では発揮されず、好ましくは０．０１％以上が適当であるが、０．５％を超える添加では、溶接性が劣化する。従って、Ｖを添加する場合は０．００５〜０．５％と規定した。
【００２５】
Ｔｉ：０．００５〜０．１％とする。Ｔｉは析出硬化に有効な元素であり、鋼の硬度を上昇させる効果を有している。この効果は０．００５％未満では発揮されず、好ましくは０．０５％以上が適当であるが、０．１％を超える添加では、溶接性が劣化する。従って、Ｔｉを添加する場合は０．００５〜０．５％と規定した。
【００２６】
特性値Ｍｒ：１．３以上とする。特性値Ｍｒは、焼入後の組織と関係があり、その結果、鋼の硬度および強度に大きな影響を与える。特性値Ｍｒが１．３未満であると、組織が完全な焼入れ組織とならず、硬度が低下する。従って、特性値Ｍｒを１．３以上に規定する。
【００２７】
炭素等量ＣｅｑＬ：０．４２％以下とする。炭素等量ＣｅｑＬは、靭性および溶接性に大きな影響を与える。炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％を超えると、所定の低温靭性が得られず溶接性も劣化する。従って、炭素等量ＣｅｑＬを０．４２％以下に規定する。
【００２８】
上記の成分以外の残部は実質的に鉄である。残部が実質的に鉄であるとは、本発明の作用効果を無くさない限り、不可避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本発明の範囲に含まれ得ることを意味する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
発明の実施に当たっては、前述のように化学成分を調整すればよいが、一部の化学成分については、さらに次のようにすることにより、特性を向上させることができる。
【００３０】
Ｃについては、添加量が多めになるとＣｅｑＬの上限に近づき、他の合金元素、例えばＭｎ等が十分に添加できなくなる。そこで、Ｃを0.20％以下とすることが好ましい。
【００３１】
Ｎｂについては、添加量が多めになると組織微細化効果が小さくなり、靭性の向上が見込めなくなる場合がある。従って、Ｎｂの添加量を0.05％以下とすることが好ましい。
【００３２】
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏについては、添加する場合には、焼入れ性を確保しつつ、合金コストの上昇を避けるために、それぞれ、0.5％、0.5%、1.0％、1.0%以下とすることが好ましい。
【００３３】
次に、炭素等量ＣｅｑＬと特性値Ｍｒについて詳しく説明する。
【００３４】
炭素等量ＣｅｑＬについて、靭性に及ぼす影響を図１に示す。図１において用いた供試鋼は、0.10%〜0.30%のCを含有する鋼であり、これらを1150℃に加熱後、板厚25mmまで仕上圧延を実施し、圧延後室温まで冷却した後に、900℃で再加熱焼入れを行ったもので、横軸にこれらの供試鋼の成分の炭素等量ＣｅｑＬを示す。縦軸は靭性であり、−４０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギー（ｖＥ-40）で示す。また、これらの供試鋼の溶接性を、JIS規格 Z 3153に準拠し、被覆アーク溶接でのT型溶接割れ試験により判断し、溶接割れの有無を同時に図１に示す。図１より、炭素等量ＣｅｑＬが０．４５％を超えると、溶接割れが生じやすくなる。また、炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％を超えると、―４０℃における吸収エネルギーが低下して靭性が悪化している。これより、靭性と溶接性を共に優れたものとするためには、炭素等量ＣｅｑＬを０．４２％以下とする必要があるという知見が得られる。
【００３５】
特性値Ｍｒについて、焼入後の硬度および強度に及ぼす影響を図２に示す。図２において用いた供試鋼は、0.14〜0.15%のC量を含有する鋼を1150℃に加熱後、板厚25mmまで仕上げ圧延を実施し、圧延後室温まで冷却した後に、900℃で再加熱焼入れを行ったもので、横軸にこれらの供試鋼の成分の特性値Ｍｒを示す。縦軸はこれらの供試鋼の硬度（ブリネル硬さ：ＨＢ）および強度（引張り強さ：ＴＳ）である。図２に示すように、特性値Ｍｒが１．３以上のとき、硬度（ブリネル硬さ）４００以上が得られ、板厚中心部まで完全な焼入れ組織となり、引張り強さも１１００MPa以上となる。Ｍｒが１．３未満であると、組織が完全な焼入れ組織とならず、硬度、引張り強さが大きく低下する。従って特性値Ｍｒを１．３以上に規定する。
【００３６】
このような知見をまとめると図３に示すようになり、焼入れにより十分な硬度、強度を持ち、溶接性、靭性が共に優れた耐摩耗鋼を提供するには、炭素等量ＣｅｑＬを０．４２％以下、特性値Ｍｒを１．３以上にすることが有効であることが分かる。
【００３７】
次に、本発明の耐摩耗鋼の製造方法について説明する。本発明の化学成分に調整した鋼は、通常の耐摩耗鋼と同様の方法で圧延して製造できる。本発明の耐摩耗鋼は圧延後に焼入れをして用いるが、圧延直後に冷却して焼入れを行っても、室温まで冷却した鋼を再加熱後に冷却して焼入れを行っても良い。冷却速度は焼入れ組織が得られるように適宜設定する。また、前記冷却の停止温度は完全な焼入れ組織とするために４００℃以下とすることが必要である。また、冷却停止後に焼戻し処理を施しても本発明の耐摩耗鋼の特性を妨げることはない。焼戻し温度は特に限定しないが、６００℃以下であることが好ましい。
【００３８】
【実施例】
表１に示す成分組成（mass%）を有する鋼Ａ、Ｃ〜Ｍのスラブを、１１５０℃に加熱し、板厚１９mmまたは３５mmに熱間圧延を行い、室温に冷却した後、９００℃まで再加熱し焼入れた。また、表１に示す成分組成（mass%）を有する鋼Ｎ〜Ｓのスラブを１１００℃に加熱し、板厚１９mmまたは３５mmに熱間圧延を行い、圧延終了後、直ちに焼入れを行った。冷却の停止温度は２５０℃とした。鋼Ｎおよび鋼Ｑについては、焼入れ後に５００℃で焼戻し処理を施した。鋼Ａ、Ｃ〜ＥおよびＬ〜Ｐは本発明鋼であり、鋼Ｆ〜ＫおよびＱ〜Ｓは比較鋼である。得られた鋼板について、特性値として、硬度、引張強度、低温靭性、溶接性を調べた。
【００３９】
硬度は、ＪＩＳ規格Ｚ２２４３に準拠し、鋼板表面でランダムに選んだ５点の平均値を用いた。引張強度は、ＪＩＳ規格Ｚ２２４１に準拠し、板厚１９mmの鋼板はＪＩＳ規格Ｚ２２０１の５号試験片、板厚３５mmの鋼板は同１Ａ号試験片を用いた。低温靭性は、ＪＩＳ規格Ｚ２２４２に準拠し、−４０℃におけるシャルピー衝撃吸収エネルギーを測定した。溶接性は、ＪＩＳ規格Ｚ３１５３に準拠し、被覆アーク溶接でのＴ型溶接割れ試験により判断した。得られた硬度（ＨＢ）、引張強度（ＴＳ：［ＭＰａ］）、低温靭性（ｖＥ−４０：［Ｊ］）、溶接性（溶接割れ：○溶接割れ無し、×溶接割れ有り）を表１に併せて示す。
【００４０】
【表１】
表１に示すように、本発明鋼は、耐摩耗鋼として有効な高い硬度とともに、十分な強度と低温域における良好な靭性を有している。これに対して、比較鋼Ｆ、Ｇは、Ｍｒが１．３未満であり、十分な硬度と強度が得られていない。また、比較鋼Ｈ〜ＫおよびＱ〜Ｓは、従来技術による耐摩耗鋼に類する物で、十分な表面硬度と強度が得られているが、ＣｅｑＬが０．４２％を超えており、溶接割れ試験で割れが発生し、更に、比較鋼Ｈ〜Ｋ、Ｑ、Ｒは低温靭性も劣っている。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、耐摩耗鋼の炭素等量ＣｅｑＬを低目に抑え、焼入後の組織と関係がある特性値Ｍｒを所定の値に調整することにより、強度および耐摩耗性を確保するとともに、低温靭性および低温溶接割れ性を向上させることができる。これにより、耐低温溶接割れ性、靭性、耐摩耗性に優れ、特に低温域での使用に耐える厚鋼板等の鋼材が得られ、機械部品等の低温域での使用を可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 靭性および溶接性に及ぼす炭素等量ＣｅｑＬの影響を示す図。
【図２】 焼入後の硬度および引張強さに及ぼす特性値Ｍｒの影響を示す図。
【図３】 優れた硬度、強度、溶接性、靭性を示す炭素等量ＣｅｑＬおよび特性値Ｍｒの範囲を示す図。
Claims (3)
- mass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼であり、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることを特徴とする耐摩耗鋼。
Ｍｒ＝(C/10)0.5×(1+Si)×(1+0.5Cu)×(1+0.5Ni)×(1+2Cr)
×(1+3Mo)×(1+2V)×(1+Ti)×(1+3Mn)×(1+200B) (１)
ＣｅｑＬ＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (２)
但し、元素記号は各元素の含有量(mass％)を表す。 - mass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｖ：０．００５〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼であり、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることを特徴とする耐摩耗鋼。
Ｍｒ＝(C/10)0.5×(1+Si)×(1+0.5Cu)×(1+0.5Ni)×(1+2Cr)
×(1+3Mo)×(1+2V)×(1+Ti)×(1+3Mn)×(1+200B) (１)
ＣｅｑＬ＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (２)
但し、元素記号は各元素の含有量(mass％)を表す。 - mass％で、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．１〜０．４５％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０３％を含有するとともに、Ｃｕ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．０５〜３．０％、Ｍｏ：０．０５〜３．０％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％の内１種以上、かつ、Ｖ：０．００５〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の内１種以上を含有し、残部が実質的に鉄からなる鋼であり、式(１)で示される特性値Ｍｒが１．３以上、式(２)で示される炭素等量ＣｅｑＬが０．４２％以下、かつ、焼入れされていることを特徴とする耐摩耗鋼。
Ｍｒ＝(C/10)0.5×(1+Si)×(1+0.5Cu)×(1+0.5Ni)×(1+2Cr)
×(1+3Mo)×(1+2V)×(1+Ti)×(1+3Mn)×(1+200B) (１)
ＣｅｑＬ＝C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 (２)
但し、元素記号は各元素の含有量(mass％)を表す。
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