JP4058562B2 - 耐磨耗性が高い鋼と鋼製品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐磨耗性に優れた製品を製造するための鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉱工業では非常に激しい磨耗を受けるシュート、網篩、切削刃等の部品が使用される。これらの部品の製造には耐磨耗性が高く、硬度が約 550〜600 HBの焼入れ鋼板が用いられている。この鋼は0.35〜0.5 ％の炭素と、0.5 〜３％のマンガン、クロム、ニッケルおよびモリブデンの中から選択される少なくとも１種の元素とを含んでいる。この鋼の欠点は切削と溶接が極めて難しく、成形加工性が悪く、一般に脆い点にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の問題点を解決した切削および溶接が容易で、しかも、従来の鋼と同等な高い耐磨耗性を有する鋼製品、特に鋼板を製造可能な鋼を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重量％比率で下記化学組成：
0.24％≦Ｃ≦0.27 ％
０＜ Si≦２％
０＜ Al≦２％
0.3 ％≦Mn≦２％
０＜ Ni≦４％
0.5 ％≦Cr≦1.8 ％
０＜ Mo≦0.6 ％
0.0005 ≦Ｂ≦ 0.005 ％
を有し、残部は鉄と製錬に起因する不純物であり、上記化学組成は下記の関係：
0.6％≦Al＋Si≦２％、
4.6×C＋1.05×Mn＋0.54×Ni＋0.66×(Mo＋W/2)＋0.5×Cr＋0.5 ≧1.6
をさらに満足する鋼で作られ、この鋼が５〜 15 体積％の残留オーステナイトを含むマルテンサイトまたはマルテンサイトベイナイト組織（ただし、マルテンサイトは必ず存在し、ベイナイトは任意）を有し且つ 400 〜 500HB の硬度を有することを特徴とする、耐磨耗性物品を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明鋼は、重量％比率で下記：
0.24％≦C ≦0.27％
０％≦Si≦１％
０％≦Al≦１％
0.3％≦Mn≦1.6 ％
０％≦Ni≦２％
0.5％≦Cr≦1.8 ％
の化学組成を有し、さらに下記の関係を満足するのが好ましい：
0.15％≦Mo＋W/2 ≦0.45％
0.6 ％≦Si＋Al≦１％
【０００６】
上記化学組成は下記関係をさらに満足するのが好ましい：
4.6 ×C ＋1.05×Mn＋0.54×Ni＋0.66×（Mo＋W/2)＋0.5 ×Cr＋0.5 ≦3.7 ％
【０００７】
本発明はさらに、本発明の鋼の製品を作り、この鋼製品をAc₃ 以上に加熱してオーステナイト化し、次いで、オーステナイト化温度〜450 ℃の間の温度では冷却速度を１℃／秒以上にし、450 〜200 ℃の間の通過時間は50秒〜60分、好ましくは100 秒〜30分にして室温まで冷却し、必要に応じてさらに 250℃以下で３時間以下の時間アニールすることを特徴とする耐磨耗性の高い鋼製品の製造方法を提供する。
【０００８】
鋼製品のオーステナイト化温度から室温まで冷却は油冷で行うことができる。
これは鋼製品が厚さ10mm〜100mm の鋼板の場合である。また、鋼製品のオーステナイト化温度から室温までの冷却を空冷で行うこともできる。これは鋼製品が厚さが 2mm〜20mmの鋼板の場合である。
【０００９】
本発明はさらに、５〜15％のオーステナイトを含むマルテンサイトまたはマルテンサイトベイナイト組織を有し且つ 400〜500HB の硬度を有する本発明鋼を用いた耐磨耗性鋼製品に関するものである。
【００１０】
本発明方法で製造された鋼製品は、特に採石、採鉱、土木工事、セメント加工業、製鉱工所、タイル工事、煉瓦工事、農業で使用される部品の磨耗を受ける鋼製品の製造に用いることができる。
【００１１】
本発明鋼は以下の元素を含んでいる:
(1) 耐磨耗性に優れ、しかも必要な硬度を得るためには炭素を重量比率で0.24％以上含むが、優れた溶接性、切削性、屈曲性と、十分な強靱性を得るためには炭素は 0.3％以下、好ましくは0.27％以下にする。
(2) 熱処理中の炭化物の析出を無くすためには０％〜２％の珪素と、０％〜２％のアルミニウムとを含み、アルミニウムと珪素の合計を 0.6％以上にするが鋼の製錬を容易にし、鋼の強靱性を損わないためには２％以下、好ましくは１％以下にする。
(3) 十分であるが過剰ではない焼入れ性を得るためには０％〜２％、好ましくは 0.3 ％〜1.6 ％のマンガンと、０％〜４％、好ましくは０％〜２％のニッケルと、０％〜３％、好ましくは0.5 ％〜1.8 ％のクロムと、０％〜0.6 ％のモリブデンと、０％〜1.2 ％のタングステンとを含み、モリブデン含有量とタングステン含有量の半分との合計量を好ましくは0.15％〜0.45％にし、さらに、かなりの比率の残留オーステナイトを含むマルテンサイトまたはマルテンサイトベイナイト組織にするには、耐磨耗性に優れた炭化物を生成するクロム、モリブデンおよびタングステンを含む。
(4) 焼入れ性に適するように必要に応じてさらに 0.0005 ％〜0.005 ％のホウ素を含む。
(5) 溶接性が損なわれない析出硬化を得るために、必要に応じてさらにNb、V 、 ZrおよびTiの中から選択される少なくとも１種の元素を含む。
(6) 切削性を高めるために、必要に応じてさらにSe、Te、Ca、BiおよびPbの中から選択される少なくとも１種の元素を含む。
残部は鉄と製錬に起因する不純物である。
【００１２】
十分な焼入れ性を得るために、鋼の化学組成は下記関係式を満たすのが好ましい：
Ａ＝ 4.6×C ＋1.05×Mn＋0.54×Ni＋0.66×(Mo+W/2)＋ 0.5×Cr＋Ｋ≧1.6
〔ここで、
Ｋ＝０ （鋼が0.0005％以下のホウ素を含有するとき）
Ｋ＝0.5 （鋼が0.0005％以上のホウ素を含有するとき）〕
【００１３】
しかし、焼入れ性を過剰にせず、溶接または熱切断よる劣化を防ぐには、Ａは3.7 以下に維持するのが好ましい。
本発明鋼は比較的炭素含有量が低いので溶接性が高く、熱切断性が良いが、鋼の耐磨耗性はミクロ組織すなわち鋼が受ける熱処理に依存する。
発明者達は、この鋼が主としてマルテンサイトから成る組織またはマルテンサイトとベイナイトとの混合組織（マルテンサイトベイナイト組織）を有し、炭素を豊富に含んだ５〜15％の残留オーステナイトを有する時に 450〜500 HBの硬度を有するということ、その耐磨耗性は硬度 550HB以上のマルテンサイト鋼の耐磨耗性に匹敵するということ、冷間塑性変形性に優れているということを確認している。優れた耐磨耗性は摩耗性粒子の作用で残留オーステナイトの一部が非常に硬いマルテンサイトに転移し、応力を受けた金属の変形性が良くなる。さらに、微細なクロムおよびモリブデンの炭化物がマルテンサイト組成物中に分散して存在しているので耐磨耗性が向上する。
【００１４】
この組織を得るためには、鋼製品をAc₃ 以上に加熱してオーステナイト化し、次いで、オーステナイト化温度〜450 ℃の間の温度では冷却速度を１℃／秒以上にし、450 〜200 ℃の間の通過時間は50秒〜60分、好ましくは100 秒〜30分にして室温まで冷却することが必要であることを見い出した。必要な場合にはさらに250 ℃以下で３時間以下アニールすることができる。
【００１５】
耐磨耗性製品を製造する際には、本発明鋼を鋳造して半製品とし、それを例えば圧延、鍛造等の熱間塑性変形し、得られた鋼製品をAc₃ 以上に加熱してオーステナイト化し、オーステナイト化温度〜450 ℃の間の温度では冷却速度を１℃／秒以上にし、450 〜200 ℃の間の通過時間は50秒〜60分、好ましくは100 秒〜30分にして室温まで冷却する。必要な場合にはさらに 250℃以下で３時間アニールする。
【００１６】
450 ℃〜200 ℃の間を緩やかに通過することでマルテンサイトまたはマルテンサイトベイナイト組織中に均一に分散する微細なクロムおよびモリブデンの炭化物の生成に都合の良い準安定オーステナイトを維持することができる。
鋼製品が適当な寸法の場合、特に鋼製品が厚さ10mm〜100mm の鋼板の場合にはオーステナイト化温度から室温までの冷却を油冷で行うことができる。
また、鋼製品の寸法によってはオーステナイト化温度から室温までの冷却を空冷で行うことができる (特に鋼製品が厚さ2mm 〜20mmの鋼板の場合) 。
こうして得られる本発明の耐磨耗性製品、特に鋼鋼板は５％〜15％のオーステナイトを含むマルテンサイトまたはマルテンサイトベイナイト組織を有し、400 〜500 HBの硬度を有する。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【００１７】
【実施例】
本発明の鋼Ａ、鋼Ｂで鋼板を製造し、従来法の鋼Ｃ、鋼Ｄと比較した。
重量％の1000倍で表した各合金の化学組成は下記の通り：

【００１８】
本発明の鋼板 TA1、TA2 およびTBと、比較例の鋼板 TA3、TCおよびTDの特性は以下の通り。

【００１９】
従来の鋼板TDは完全マルテンサイト組織と、550HB 以上の硬度と、耐磨耗性指数100 を有するが、鋼に含まれる炭素のために鋼板の溶接が困難である。
本発明鋼による鋼の鋼板TA3 は水冷された結果、本発明の要求する組織とは別の組織の鋼となる、対象例のTDに匹敵する耐磨耗性指数を有する本発明の鋼板 TA1、TA2 およびTBよりもかなり低い耐磨耗性指数70になる。
鋼板TA1 とTBは厚さの６倍の半径に曲げられるが、TDは厚さの15倍以下の半径に曲げることができない。従って、鋼板TA1 と鋼板TBは屈曲性で鋼板TDよりも優れていることが分かる。
【００２０】
本発明鋼製品、特に鋼板は一般に上記特性を有するので、非常に激しい摩耗を受ける任意の部品の製造に適しており、さらに任意の工業でバラの製品を取り扱う部品の製造に適している。鋼製品の例としては下記製品が挙げられる：
切削刃、回転刃またはショベルローダー／コンベヤーのプレートの補強具、堀削機の案内チェーンプレート、ラック、駆動クラウン、鎖車、研削機、ジョークラッシャー、土木工事および採石・砂利坑で使用される遮蔽格子、チェーンスクレイパーのコンベヤー、基礎、ホッパまたはシュートのケーシングプレート、スパイラルシュートの目盛板、除泥具、分級羽根、粉砕機または運搬機の部品、サイクロンのスカート、ホッパ、スキップのケーシングプレート、グラブバケット、コークス車の基礎、振動抽出機、ショットピーニングチャンバーのケーシングプレート、鋼製造機の案内板または滑り板、切削機の切削刃、研削機械、金型、ターボ機の部品、タイル工事や煉瓦工事用の計量ホッパ、切株除去装置の歯および工具、かすがい、斧、鍛造機、ハンマー、圧下プレート、整地機械、除石機、材木トロッコの部材、犂の歯、農業用または農耕用の刈取り棒。

Claims (13)

1. 重量％比率で下記化学組成：
   0.24％≦Ｃ≦0.27 ％
   ０＜ Si≦２％
   ０＜ Al≦２％
   0.3％≦Mn≦２％
   ０＜ Ni≦４％
   0.5％≦Cr≦1.8 ％
   ０＜ Mo≦0.6 ％
   0.0005 ≦Ｂ≦ 0.005 ％
   を有し、残部は鉄と製錬に起因する不純物であり、上記化学組成は下記の関係：
   0.6％≦Al＋Si≦２％、
   4.6×C＋1.05×Mn＋0.54×Ni＋0.66×(Mo＋W/2)＋0.5×Cr＋0.5 ≧1.6
   をさらに満足する鋼で作られ、この鋼が５〜 15 体積％の残留オーステナイトを含むマルテンサイトまたはマルテンサイトベイナイト組織（ただし、マルテンサイトは必ず存在し、ベイナイトは任意）を有し且つ 400 〜 500HB の硬度を有することを特徴とする、耐磨耗性物品。
2. 鋼が０＜Ｗ≦ 1.2 ％の重量含有率でタングステンをさらに含む請求項１に記載の耐磨耗性を有する耐磨耗性物品。
3. 0.3 ％以下の Nb 、 V 、 Zr および Ti の中から選択される少なくとも１種の元素と、 0.1 ％以下の Se 、 Te 、 Ca 、 Bi および Pb の中から選択される少なくとも１種の元素とをさらに含む請求項１または２に記載の耐磨耗性を有する耐磨耗性物品。
4. 重量％比率で下記化学組成：
   0.24％≦C ≦0.27％
   ０＜ Si≦１％
   ０＜ Al≦１％
   0.3％≦Mn≦1.6 ％
   ０＜ Ni≦２％
   0.5％≦Cr≦1.8 ％
   を有し、さらに下記関係を満足する請求項１〜３のいずれか一項に記載の耐磨耗性物品：
   0.15％≦Mo＋W/2 ≦0.45％
   0.6 ％≦Si＋Al≦１％
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼の製品を作り、この鋼の製品をAc₃以上に加熱してオーステナイト化し、次いで、オーステナイト化温度〜450℃の間の温度では冷却速度を１℃／秒以上にし、さらに、450〜200℃の間の通過時間を50秒〜60分にして室温まで冷却することを特徴とする高耐磨耗性物品の製造方法。
6. 上記の450〜200℃の間の通過時間を100秒〜30分にする請求項５に記載の方法。
7. 室温まで冷却した後にさらに250℃以下で３時間以下の時間アニールする請求項５または６に記載の方法。
8. オーステナイト化温度から室温までの冷却を油冷で行う請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 耐磨耗性物品が厚さ10〜100mmの鋼板である請求項８に記載の方法。
10. オーステナイト化温度から室温までの冷却を空冷で行う請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
11. 耐磨耗性物品が厚さ2〜20mmの鋼板である請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１に記載の耐磨耗性物品の磨耗部品での使用。
13. 請求項５〜１１のいずれか一項に記載の方法で製造された耐磨耗性物品の磨耗部品での使用。