JP2020070474A - オーステナイト鋼材及びその製造方法、並びに耐摩耗性部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐摩耗性と曲げ加工性とを両立させたオーステナイト鋼材を提供する。【解決手段】Ｃ：０．７〜１．６質量％と、Ｓｉ：０．８質量％以下と、Ｍｎ：８〜１６質量％と、Ｐ：０．０２５質量％以下と、Ｓ：０．０２５質量％以下と、Ａｌ：０．０２５質量％以下と、Ｎｂ：０．５〜３．０質量％、Ｔｉ：０．３〜１．５質量％及びＶ：０．５〜３．０質量％から選択される１種以上とを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、金属組織がオーステナイト及び硬質炭化物を含むオーステナイト鋼材である。【選択図】なし
Description
本発明は、オーステナイト鋼材及びその製造方法、並びに耐摩耗性部品に関する。
機械部品、建築用部材、輸送機器用部品、電気・電子機器用部品などに使用される鋼材の耐摩耗性は、高強度化することによって向上することが知られている。そのため、例えば、土、砂、鋼球などによる摩耗を受ける部材には、焼入れ焼戻しなどの熱処理を施して高強度化した鋼材が使用されてきた。
一方、様々な形状の部材への適用や溶接箇所の低減のため、鋼材に対して曲げ加工性が要求されることが多くなってきた。
しかしながら、鋼材の曲げ加工性は、鋼材を高強度化することによって低下することが知られている。すなわち、鋼材の「耐摩耗性」と「曲げ加工性」とはトレードオフの関係にある。
一方、様々な形状の部材への適用や溶接箇所の低減のため、鋼材に対して曲げ加工性が要求されることが多くなってきた。
しかしながら、鋼材の曲げ加工性は、鋼材を高強度化することによって低下することが知られている。すなわち、鋼材の「耐摩耗性」と「曲げ加工性」とはトレードオフの関係にある。
また、鋼材の耐摩耗性を向上させる他の技術として、オーステナイト鋼材のＭｎ含有量を高めることが知られている。例えば、特許文献１には、１０〜３５質量％のＭｎを含むオーステナイト鋼材が提案されている。また、特許文献２には、１８〜３２質量％のＭｎを含むオーステナイト鋼材が提案されている。
しかしながら、特許文献１及び２のオーステナイト鋼材は、耐摩耗性が良好であるものの、曲げ加工性については検討されていない。実際、Ｍｎ含有量が高いオーステナイト鋼材であっても、曲げ加工性が十分でないことも多いため、耐摩耗性と曲げ加工性とを両立させたオーステナイト鋼材の開発が望まれていた。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、耐摩耗性と曲げ加工性とを両立させたオーステナイト鋼材及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、曲げ加工によって製造することが可能な耐摩耗性に優れた耐摩耗性部品を提供することを目的とする。
また、本発明は、曲げ加工によって製造することが可能な耐摩耗性に優れた耐摩耗性部品を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、オーステナイト鋼材の組成及び金属組織が、耐摩耗性及び曲げ加工性に大きな影響を与えるという知見に基づき、特定の組成及び金属組織に制御することにより、耐摩耗性と曲げ加工性とを両立させたオーステナイト鋼材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、Ｃ：０．７〜１．６質量％と、Ｓｉ：０．８質量％以下と、Ｍｎ：８〜１６質量％と、Ｐ：０．０２５質量％以下と、Ｓ：０．０２５質量％以下と、Ａｌ：０．０２５質量％以下と、Ｎｂ：０．５〜３．０質量％、Ｔｉ：０．３〜１．５質量％及びＶ：０．５〜３．０質量％から選択される１種以上とを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、金属組織がオーステナイト及び硬質炭化物を含むオーステナイト鋼材である。
また、本発明は、Ｃ：０．７〜１．６質量％と、Ｓｉ：０．８質量％以下と、Ｍｎ：８〜１６質量％と、Ｐ：０．０２５質量％以下と、Ｓ：０．０２５質量％以下と、Ａｌ：０．０２５質量％以下と、Ｎｂ：０．５〜３．０質量％、Ｔｉ：０．３〜１．５質量％及びＶ：０．５〜３．０質量％から選択される１種以上とを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する鋳片を７８０〜９００℃の仕上温度で熱延して３００〜４５０℃の巻取温度で巻取る熱延工程と、
前記熱延工程で得られた熱延板を加熱して９００〜１１００℃の温度に保持した後、５００℃以下の温度まで１０℃／秒の冷却速度で冷却する水靭処理工程と
を含む、オーステナイト鋼材の製造方法である。
前記熱延工程で得られた熱延板を加熱して９００〜１１００℃の温度に保持した後、５００℃以下の温度まで１０℃／秒の冷却速度で冷却する水靭処理工程と
を含む、オーステナイト鋼材の製造方法である。
さらに、本発明は、前記オーステナイト鋼材から形成される耐摩耗性部品である。
本発明によれば、耐摩耗性と曲げ加工性とを両立させたオーステナイト鋼材及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、曲げ加工によって製造することが可能な耐摩耗性に優れた耐摩耗性部品を提供することができる。
また、本発明によれば、曲げ加工によって製造することが可能な耐摩耗性に優れた耐摩耗性部品を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、Ｃ：０．７〜１．６質量％と、Ｓｉ：０．８質量％以下と、Ｍｎ：８〜１６質量％と、Ｐ：０．０２５質量％以下と、Ｓ：０．０２５質量％以下と、Ａｌ：０．０２５質量％以下と、Ｎｂ：０．５〜３．０質量％、Ｔｉ：０．３〜１．５質量％及びＶ：０．５〜３．０質量％から選択される１種以上とを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、金属組織がオーステナイト及び硬質炭化物を含む。
ここで、本明細書において「不可避的不純物」とは、Ｏ、Ｎなどの除去することが難しい成分のことを意味する。不可避的不純物は、原料を溶製する段階で不可避的に混入する。
ここで、本明細書において「不可避的不純物」とは、Ｏ、Ｎなどの除去することが難しい成分のことを意味する。不可避的不純物は、原料を溶製する段階で不可避的に混入する。
Ｃは、オーステナイトの安定化及び強度の向上に有効な元素である。Ｃ含有量が０．７質量％未満である場合、オーステナイトが不安定となる。そのため、Ｃ含有量は０．７質量％以上、好ましくは０．７５質量％以上、より好ましくは０．８質量％以上とする。一方、Ｃ含有量が１．６質量％を超える場合、高温で溶体化した後に冷却すると結晶粒界に炭化物が析出し易くなり、曲げ加工性が低下する。そのため、Ｃ含有量は１．６質量％以下、好ましくは１．５質量％以下、より好ましくは１．２質量％以下とする。
Ｓｉは、溶鋼の脱酸に有効な元素である。ただし、Ｓｉ含有量が０．８質量％を超えると、結晶粒界における炭化物の析出が促進される。そのため、Ｓｉ含有量は０．８質量％以下、好ましくは０．７質量％以下、より好ましくは０．６質量％以下とする。一方、Ｃ含有量の下限は、特に限定されないが、好ましくは０．５質量％である。
Ｍｎは、オーステナイト形成元素であり、オーステナイトの安定化にも有効である。Ｍｎ含有量が８質量％未満である場合、オーステナイトが不安定となる結果、結晶粒界に炭化物が析出し易くなり、曲げ加工性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量は８質量％以上、好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは１１質量％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が１６質量％を超える場合、熱間加工性が低下し、鋼板の製造が困難になるなどの問題が生じる。そのため、Ｍｎ含有量は１６質量％以下、好ましくは１５質量％以下、さらに好ましくは１４質量％以下とする。
Ｐ及びＳは、曲げ加工性に影響を与える元素であり、これらの含有量は少ない方が望ましい。曲げ加工性に大きな影響を与えないＰ含有量及びＳ含有量はいずれも、０．０２５質量％以下、好ましくは０．０２３質量％以下、より好ましくは０．０２０質量％以下である。
Ａｌは、溶鋼の脱酸に有効な元素であるが、曲げ加工性に影響を与える元素であるため、Ａｌ含有量は少ない方が望ましい。曲げ加工性に大きな影響を与えないＡｌ含有量は０．０２５質量％以下、好ましくは０．０２０質量％以下、より好ましくは０．０１０質量％以下である。
Ｎｂ、Ｔｉ及びＶは、耐摩耗性の向上に寄与する硬質炭化物を析出させる元素である。そのため、Ｎｂ、Ｔｉ及びＶの１種以上を含有させる必要がある。
ここで、硬質炭化物とは、Ｎｂ、Ｔｉ及びＶから選択される１種以上を含む炭化物である。硬質炭化物の例としては、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃ、（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｖ）Ｃ、（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ）Ｃが挙げられる。具体的には、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材がＴｉ及びＶを含まない場合、硬質炭化物はＮｂＣを主体とする炭化物となる。また、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材がＶを含まない場合、硬質炭化物は、（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃを主体とする炭化物となる。
なお、硬質炭化物の析出の有無は、ＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析法）などの分析手法を用いて確認することができる。
ここで、硬質炭化物とは、Ｎｂ、Ｔｉ及びＶから選択される１種以上を含む炭化物である。硬質炭化物の例としては、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃ、（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｖ）Ｃ、（Ｎｂ，Ｔｉ，Ｖ）Ｃが挙げられる。具体的には、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材がＴｉ及びＶを含まない場合、硬質炭化物はＮｂＣを主体とする炭化物となる。また、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材がＶを含まない場合、硬質炭化物は、（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃを主体とする炭化物となる。
なお、硬質炭化物の析出の有無は、ＥＤＸ（エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析法）などの分析手法を用いて確認することができる。
Ｎｂによる上記効果を十分に確保するためには、Ｎｂ含有量を０．５質量％以上、好ましくは０．７質量％、より好ましくは１．０質量％以上とする。一方、Ｎｂ含有量が高すぎると、硬質炭化物が粗大化し、曲げ加工時に硬質炭化物を起点として割れが生じる。そのため、Ｎｂ含有量を３．０質量％以下、好ましくは２．８質量％以下、より好ましくは２．７質量％以下とする。
Ｔｉによる上記効果を確保するためには、Ｔｉ含有量を０．３質量％以上、好ましくは０．４質量％以上、より好ましくは０．８質量％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が高すぎると、硬質炭化物が粗大化し、曲げ加工時に硬質炭化物を起点として割れが生じる。そのため、Ｔｉ含有量を１．５質量％以下、好ましくは１．４５質量％以下とする。
Ｖによる上記効果を確保するためには、Ｖ含有量を０．５質量％以上、好ましくは０．７質量％、より好ましくは１．０質量％以上とする。一方、Ｖ含有量が高すぎると、硬質炭化物が粗大化し、曲げ加工時に硬質炭化物を起点として割れが生じる。そのため、Ｖ含有量を３．０質量％以下、好ましくは２．８質量％以下、より好ましくは２．７質量％以下とする。
Ｔｉによる上記効果を確保するためには、Ｔｉ含有量を０．３質量％以上、好ましくは０．４質量％以上、より好ましくは０．８質量％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が高すぎると、硬質炭化物が粗大化し、曲げ加工時に硬質炭化物を起点として割れが生じる。そのため、Ｔｉ含有量を１．５質量％以下、好ましくは１．４５質量％以下とする。
Ｖによる上記効果を確保するためには、Ｖ含有量を０．５質量％以上、好ましくは０．７質量％、より好ましくは１．０質量％以上とする。一方、Ｖ含有量が高すぎると、硬質炭化物が粗大化し、曲げ加工時に硬質炭化物を起点として割れが生じる。そのため、Ｖ含有量を３．０質量％以下、好ましくは２．８質量％以下、より好ましくは２．７質量％以下とする。
本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、上記成分に加えて、Ｃｒ：０．２０質量％以下、Ｎｉ：０．２５質量％以下及びＭｏ：０．０１質量％以下から選択される１種以上をさらに含んでもよい。
Ｃｒは、オーステナイトの安定化及び強度の向上に有効な元素である。Ｃｒ含有量が０．２０質量％を超える場合、熱間加工性が低下し、鋼板の製造が困難になるなどの問題が生じることがある。そのため、Ｃｒ含有量は０．２０質量％以下、好ましくは０．１８質量％以下、より好ましくは０．１５質量％以下とする。一方、Ｃｒ含有量の下限は、特に限定されないが、Ｃｒによる上記効果を十分に確保する観点からは、好ましくは０．１質量％とする。
Ｎｉは、オーステナイトの安定化及び靭性の向上に有効な元素である。ただし、Ｎｉは高価であるため、Ｎｉ含有量を高くすると製造コストの増大につながる。そのため、Ｎｉ含有量は０．２５質量％以下、好ましくは０．２３質量％以下、より好ましくは０．２０質量％以下とする。一方、Ｎｉ含有量の下限は、特に限定されないが、Ｎｉによる上記効果を十分に確保する観点からは、好ましくは０．１質量％以上とする。
Ｍｏは、熱処理時の脆化抑制に有効な元素であり、少量でも当該効果が得られる。ただし、Ｍｏは高価であるため、Ｍｏ含有量を高くすると製造コストの増大につながる。そのため、Ｍｏ含有量は０．０１質量％以下、好ましくは０．００９質量％以下、より好ましくは０．００８質量％以下とする。一方、Ｍｏ含有量の下限は、特に限定されないが、Ｍｏによる上記効果を十分に確保する観点からは、好ましくは０．００１質量％以上とする。
本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、オーステナイト及び硬質炭化物を含む金属組織を有する。硬質炭化物はオーステナイト中に分散しており、オーステナイト鋼材の耐摩耗性及び曲げ加工性に影響を与える。オーステナイト鋼材の耐摩耗性を向上させる観点からは、断面における全て硬質炭化物の面積率（全ての大きさの硬質炭化物）を、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．５５％以上、さらに好ましくは０．６％以上に制御する。一方、オーステナイト中に分散した硬質炭化物が多すぎると、加工割れの起点となることがある。そのため、オーステナイト鋼材の曲げ加工性を確保する観点からは、断面における全ての硬質炭化物の面積率を、好ましくは３％以下、より好ましくは２．９％以下、さらに好ましくは２．８％以下に制御する。
断面における全ての硬質炭化物の面積率は、次のようにして求めることができる。まず、オーステナイト鋼材の断面を研磨した後、エッチングした観察面を共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）によって観察する。ここで、硬質炭化物の面積率を測定する断面は、オーステナイト鋼材が鋼板である場合、圧延方向及び板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）であることが好ましい。次に、観察画像上で、全ての硬質炭化物の面積（ｍｍ2）を測定し、下記の算出式によって面積率を求める。
全ての硬質炭化物の面積率（％）＝全ての硬質炭化物の面積（ｍｍ2）／観察総面積（ｍｍ2）×１００
なお、観察面積は、１２８μｍ×１２８μｍ×４２視野とする。硬質炭化物の面積は観察画像を画像処理ソフトウェアで処理することにより測定することができる。
断面における全ての硬質炭化物の面積率は、次のようにして求めることができる。まず、オーステナイト鋼材の断面を研磨した後、エッチングした観察面を共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）によって観察する。ここで、硬質炭化物の面積率を測定する断面は、オーステナイト鋼材が鋼板である場合、圧延方向及び板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）であることが好ましい。次に、観察画像上で、全ての硬質炭化物の面積（ｍｍ2）を測定し、下記の算出式によって面積率を求める。
全ての硬質炭化物の面積率（％）＝全ての硬質炭化物の面積（ｍｍ2）／観察総面積（ｍｍ2）×１００
なお、観察面積は、１２８μｍ×１２８μｍ×４２視野とする。硬質炭化物の面積は観察画像を画像処理ソフトウェアで処理することにより測定することができる。
また、オーステナイト鋼材の耐摩耗性及び加工性は、硬質硬化物が大きいほど影響を受け易い傾向にある。具体的には、オーステナイト鋼材の断面における硬質炭化物の円相当径が０．５μｍ以上であると、オーステナイト鋼材の耐摩耗性及び加工性に与える影響が大きくなる。そのため、オーステナイト鋼材の耐摩耗性を向上させる観点からは、断面における円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率を、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．５５％以上、さらに好ましくは０．６％以上に制御する。一方、オーステナイト鋼材の曲げ加工性を向上させる観点からは、断面における円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率を、好ましくは２．７％以下、より好ましくは２．６％以下、さらに好ましくは２．５％に制御する。
断面における円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率は、上記と同様にして共焦点レーザー顕微鏡による観察を行い、下記の算出式によって求めることができる。
円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率（％）＝円相当径０．５μｍ以上である硬質炭化物の面積（ｍｍ2）／観察総面積（ｍｍ2）×１００
なお、ある硬質炭化物の円相当径は、観察画像上における当該硬質炭化物の面積と等しい円の直径である。
円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率（％）＝円相当径０．５μｍ以上である硬質炭化物の面積（ｍｍ2）／観察総面積（ｍｍ2）×１００
なお、ある硬質炭化物の円相当径は、観察画像上における当該硬質炭化物の面積と等しい円の直径である。
本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、断面のビッカース硬さが好ましくは３００ＨＶ以下、より好ましくは２８０ＨＶ以下、さらに好ましくは２６０ＨＶ以下である。ビッカース硬さが上記の範囲であると、曲げ加工性を十分に確保することができる。一方、断面のビッカース硬さの下限は、特に限定されないが、耐摩耗性を十分に確保する観点からは、好ましくは２００ＨＶ、より好ましくは２１０ＨＶ、さらに好ましくは２２０ＨＶである。
ここで、本明細書において「ビッカース硬さ」とは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠し、ビッカース硬さ試験機を用いて測定されるものを意味する。
ここで、本明細書において「ビッカース硬さ」とは、ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠し、ビッカース硬さ試験機を用いて測定されるものを意味する。
本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、鋼板、鋳造品などの様々な形態とすることができるが、好ましくは鋼板である。また、鋼板の厚さは、用途に応じて適宜調整すればよく特に限定されないが、典型的には３．５〜１２ｍｍである。
上記のような特徴を有する本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、上記組成の鋼を溶製すること以外は、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。例えば、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材が鋼板である場合には、鋳造して得られた上記組成を有する鋳片を熱延した後、水靭処理を行うことによって製造すればよい。具体的には、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、上記の組成を有する鋳片を７８０〜９００℃の仕上温度で熱延して３００〜４５０℃の巻取温度で巻取る熱延工程と、熱延工程で得られた熱延板を加熱して９００〜１１００℃の温度に保持した後、５００℃以下の温度まで１０℃／秒の冷却速度で冷却する水靭処理工程とを含む方法によって製造することができる。
本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、耐摩耗性及び曲げ加工性に優れているため、機械部品、建築用部材、輸送機器用部品、電気・電子機器用部品などに用いることができる。特に、本発明の実施形態に係るオーステナイト鋼材は、土、砂、鋼球などが衝突した際に、加工誘起マルテンサイト変態が生じ、十分な耐摩耗性を発揮する。そのため、このオーステナイト鋼材は、耐摩耗性部品の素材として用いるのに適している。また、このオーステナイト鋼材は、曲げ加工性に優れているため、曲げ加工によって製造される耐摩耗性部品の素材として用いるのに適している。耐摩耗性部品としては、特に限定されないが、土木用建設機械の部品、コンクリート製品の振動成形に用いられる型枠、ショットピーニング機の内張り材（ライナー）などが挙げられる。
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
表１に示す鋼種Ａ〜Ｋの組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造して得られた鋳片を８３０℃の仕上温度で熱延して板厚３．５ｍｍの熱延板とし、４３０℃の巻取温度で巻き取った。次に、熱延板を加熱して１０００℃の温度に保持した後、室温まで５０℃／秒の冷却速度で冷却する水靭処理を行うことによってオーステナイト鋼板を得た。
また、表１に示す鋼種Ｌの組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造して得られた鋳片を８５０℃の仕上温度で熱延して板厚３．５ｍｍの熱延板とし、５９０℃の巻取温度で巻き取った。次に、熱延板を８４０℃に加熱して２０分保持し、６０℃の油浴に焼入れた後、３００℃又は４００℃で６０分の焼戻しすることによって焼戻しマルテンサイト組織の鋼板を得た。
また、表１に示す鋼種Ｌの組成を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、鋳造して得られた鋳片を８５０℃の仕上温度で熱延して板厚３．５ｍｍの熱延板とし、５９０℃の巻取温度で巻き取った。次に、熱延板を８４０℃に加熱して２０分保持し、６０℃の油浴に焼入れた後、３００℃又は４００℃で６０分の焼戻しすることによって焼戻しマルテンサイト組織の鋼板を得た。
上記で得られた各鋼板について以下の評価を行った。
［金属組織の評価］
上記で得られた各鋼板の圧延方向及び板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）を研磨した後、エッチングした観察面を共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）によって観察し、上記した方法に従って、円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率（％）、全ての硬質炭化物の面積率（％）を求めた。
［金属組織の評価］
上記で得られた各鋼板の圧延方向及び板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）を研磨した後、エッチングした観察面を共焦点レーザー顕微鏡（オリンパス株式会社製ＬＥＸＴ ＯＬＳ３０００）によって観察し、上記した方法に従って、円相当径０．５μｍ以上の硬質炭化物の面積率（％）、全ての硬質炭化物の面積率（％）を求めた。
［断面のビッカース硬さ］
ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠し、ビッカース硬さ試験機を用いて、各鋼板の圧延方向及び板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）の中心部のビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さは、試験荷重を１９６Ｎとし、５箇所の測定値の平均を結果とした。
ＪＩＳ Ｚ２２４４：２００９に準拠し、ビッカース硬さ試験機を用いて、各鋼板の圧延方向及び板厚方向に平行な断面（Ｌ断面）の中心部のビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さは、試験荷重を１９６Ｎとし、５箇所の測定値の平均を結果とした。
［曲げ加工性］
上記で得られた各鋼板から、圧延方向長さ２５ｍｍ×幅方向長さ６０ｍｍ×板厚３．５ｍｍの試験片を切り出した。切断面をベルトグラインダー（＃３２０）で研磨して整えた後、ＪＩＳ Ｚ２２４８：２００６に準拠し、万能試験機を用いて、Ｖブロック法にて１５０°曲げ試験を行った。曲げ試験は、曲げ半径を３．５ｍｍ、試験力を３００ｋＮとし、曲げ試験後の試験片の表面を目視にて観察した。観察の結果、割れがなかったものを〇、割れがあったものを×と表す。
上記で得られた各鋼板から、圧延方向長さ２５ｍｍ×幅方向長さ６０ｍｍ×板厚３．５ｍｍの試験片を切り出した。切断面をベルトグラインダー（＃３２０）で研磨して整えた後、ＪＩＳ Ｚ２２４８：２００６に準拠し、万能試験機を用いて、Ｖブロック法にて１５０°曲げ試験を行った。曲げ試験は、曲げ半径を３．５ｍｍ、試験力を３００ｋＮとし、曲げ試験後の試験片の表面を目視にて観察した。観察の結果、割れがなかったものを〇、割れがあったものを×と表す。
［土砂摩耗試験］
上記で得られた各鋼板から圧延方向長さ４８ｍｍ×幅方向長さ５５ｍｍ×板厚３．５ｍｍの試験片を切り出し、特開２０１２−２１０６６５号公報に記載の土砂摩耗試験機を用いて摩耗試験を行った。試験片は、回転軸（支柱）に水平アームを介して取り付けられた試験ホルダーに、水平面から３０°傾斜するようにして固定した。このとき、回転軸と試験片との距離は１４０ｍｍとした。摩耗相手材には玉砂利（直径２０ｍｍ以下）又は川砂（直径１．５ｍｍ以下）を用い、乾式雰囲気下、回転軸の回転速度を１００ｒｐｍとして、摩耗試験を行った。玉砂利の場合の試験時間は２４時間、川砂の場合の試験時間は１００時間とした。試験前後の試験片の重量差から摩耗によって減少した試験片の重量（摩耗減量）を求めた。そして、以下の式によって摩耗減量率を算出した。
摩耗減量率（％）＝摩耗減量／摩耗試験前の試験片の重量×１００
上記で得られた各鋼板から圧延方向長さ４８ｍｍ×幅方向長さ５５ｍｍ×板厚３．５ｍｍの試験片を切り出し、特開２０１２−２１０６６５号公報に記載の土砂摩耗試験機を用いて摩耗試験を行った。試験片は、回転軸（支柱）に水平アームを介して取り付けられた試験ホルダーに、水平面から３０°傾斜するようにして固定した。このとき、回転軸と試験片との距離は１４０ｍｍとした。摩耗相手材には玉砂利（直径２０ｍｍ以下）又は川砂（直径１．５ｍｍ以下）を用い、乾式雰囲気下、回転軸の回転速度を１００ｒｐｍとして、摩耗試験を行った。玉砂利の場合の試験時間は２４時間、川砂の場合の試験時間は１００時間とした。試験前後の試験片の重量差から摩耗によって減少した試験片の重量（摩耗減量）を求めた。そして、以下の式によって摩耗減量率を算出した。
摩耗減量率（％）＝摩耗減量／摩耗試験前の試験片の重量×１００
［連続式摩擦摩耗試験］
上記で得られた各鋼板から圧延方向長さ５０ｍｍ×幅方向長さ２５ｍｍ×板厚３．５ｍｍの試験片を切り出し、特開２０１８−４８９９３号公報に記載の連続式摩擦摩耗試験機を用いて摩耗試験を行った。具体的には、粒度が＃６００（平均粒径３０μｍ）又は＃２０００（平均粒径９μｍ）、硬さが１８５０ＨＶのＷＡ（アルミナ）砥粒を表面に付着させた帯状の摩擦材を試験片の表面（幅方向断面）に３５．４Ｎの荷重Ｆ（面圧０．２Ｎ／ｍｍ2）で押し付けて接触させ、帯状の摩擦材を一方向に移動させることで摩耗試験を行った。このとき、摩擦材の移動速度（摩擦速度）を５ｍ／秒、移動距離（摩擦距離Ｌ）を４５ｍに設定した。試験前後の試料片の厚みの差から摩耗によって消失した材料の体積を算出し、これを摩耗減量Ｗ（ｍｍ3）とした。そして、下記の式によって比摩耗量を求めた。
比摩耗量（ｍｍ3／Ｎｍ）＝摩耗減量Ｗ／（荷重Ｆ×摩擦距離Ｌ）
上記の各評価結果を表２に示す。
上記で得られた各鋼板から圧延方向長さ５０ｍｍ×幅方向長さ２５ｍｍ×板厚３．５ｍｍの試験片を切り出し、特開２０１８−４８９９３号公報に記載の連続式摩擦摩耗試験機を用いて摩耗試験を行った。具体的には、粒度が＃６００（平均粒径３０μｍ）又は＃２０００（平均粒径９μｍ）、硬さが１８５０ＨＶのＷＡ（アルミナ）砥粒を表面に付着させた帯状の摩擦材を試験片の表面（幅方向断面）に３５．４Ｎの荷重Ｆ（面圧０．２Ｎ／ｍｍ2）で押し付けて接触させ、帯状の摩擦材を一方向に移動させることで摩耗試験を行った。このとき、摩擦材の移動速度（摩擦速度）を５ｍ／秒、移動距離（摩擦距離Ｌ）を４５ｍに設定した。試験前後の試料片の厚みの差から摩耗によって消失した材料の体積を算出し、これを摩耗減量Ｗ（ｍｍ3）とした。そして、下記の式によって比摩耗量を求めた。
比摩耗量（ｍｍ3／Ｎｍ）＝摩耗減量Ｗ／（荷重Ｆ×摩擦距離Ｌ）
上記の各評価結果を表２に示す。
表２に示されるように、試験Ｎｏ．２〜４及び７〜９（本発明例）のオーステナイト鋼板は、曲げ加工性が良好であり、土砂摩耗試験及び連続式摩擦摩耗試験のいずれにおいても摩耗量が少なかった。
これに対して試験Ｎｏ．１及び６（比較例）のオーステナイト鋼板は、Ｎｂ含有量又はＴｉ含有量が少なすぎたため、土砂摩耗試験及び連続式摩擦摩耗試験のいずれにおいても摩耗量が多くなった。
また、試験Ｎｏ．５及び１０（比較例）のオーステナイト鋼板は、Ｎｂ含有量又はＴｉ含有量が多すぎたため、曲げ加工性が十分でなかった。これは、析出した硬質炭化物（ＮｂＣ又はＴｉＣ）が粗大化し、この硬質硬化物を起点として割れが生じたためであると考えられる。
また、試験Ｎｏ．１１（比較例）のオーステナイト鋼板は、硬質炭化物を析出させる元素（Ｎｂ、Ｔｉ又はＶ）を含んでいないため、土砂摩耗試験及び連続式摩擦摩耗試験のいずれにおいても摩耗量が多くなった。
さらに、試験Ｎｏ．１２及び１３（比較例）の鋼板は、焼入れ焼戻しによって高強度化させたため、曲げ加工性が十分でなく、摩耗量も本発明例に比べて多くなった。
これに対して試験Ｎｏ．１及び６（比較例）のオーステナイト鋼板は、Ｎｂ含有量又はＴｉ含有量が少なすぎたため、土砂摩耗試験及び連続式摩擦摩耗試験のいずれにおいても摩耗量が多くなった。
また、試験Ｎｏ．５及び１０（比較例）のオーステナイト鋼板は、Ｎｂ含有量又はＴｉ含有量が多すぎたため、曲げ加工性が十分でなかった。これは、析出した硬質炭化物（ＮｂＣ又はＴｉＣ）が粗大化し、この硬質硬化物を起点として割れが生じたためであると考えられる。
また、試験Ｎｏ．１１（比較例）のオーステナイト鋼板は、硬質炭化物を析出させる元素（Ｎｂ、Ｔｉ又はＶ）を含んでいないため、土砂摩耗試験及び連続式摩擦摩耗試験のいずれにおいても摩耗量が多くなった。
さらに、試験Ｎｏ．１２及び１３（比較例）の鋼板は、焼入れ焼戻しによって高強度化させたため、曲げ加工性が十分でなく、摩耗量も本発明例に比べて多くなった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、耐摩耗性と曲げ加工性とを両立させたオーステナイト鋼材及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、曲げ加工によって製造することが可能な耐摩耗性に優れた耐摩耗性部品を提供することができる。
Claims (9)
- Ｃ：０．７〜１．６質量％と、Ｓｉ：０．８質量％以下と、Ｍｎ：８〜１６質量％と、Ｐ：０．０２５質量％以下と、Ｓ：０．０２５質量％以下と、Ａｌ：０．０２５質量％以下と、Ｎｂ：０．５〜３．０質量％、Ｔｉ：０．３〜１．５質量％及びＶ：０．５〜３．０質量％から選択される１種以上とを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有し、金属組織がオーステナイト及び硬質炭化物を含むオーステナイト鋼材。
- Ｃｒ：０．２０質量％以下、Ｎｉ：０．２５質量％以下及びＭｏ：０．０１質量％以下から選択される１種以上をさらに含む、請求項１に記載のオーステナイト鋼材。
- 前記硬質炭化物が、Ｎｂ、Ｔｉ及びＶから選択される１種以上を含む炭化物である、請求項１又は２に記載のオーステナイト鋼材。
- 断面における円相当径０．５μｍ以上の前記硬質炭化物の面積率が０．５〜２．７％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のオーステナイト鋼材。
- 断面のビッカース硬さが３００ＨＶ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオーステナイト鋼材。
- 厚さが３．５〜１２ｍｍの鋼板である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオーステナイト鋼材。
- Ｃ：０．７〜１．６質量％と、Ｓｉ：０．８質量％以下と、Ｍｎ：８〜１６質量％と、Ｐ：０．０２５質量％以下と、Ｓ：０．０２５質量％以下と、Ａｌ：０．０２５質量％以下と、Ｎｂ：０．５〜３．０質量％、Ｔｉ：０．３〜１．５質量％及びＶ：０．５〜３．０質量％から選択される１種以上とを含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する鋳片を７８０〜９００℃の仕上温度で熱延して３００〜４５０℃の巻取温度で巻取る熱延工程と、
前記熱延工程で得られた熱延板を加熱して９００〜１１００℃の温度に保持した後、５００℃以下の温度まで１０℃／秒の冷却速度で冷却する水靭処理工程と
を含む、オーステナイト鋼材の製造方法。 - 前記鋳片が、Ｃｒ：０．２０質量％以下、Ｎｉ：０．２５質量％以下及びＭｏ：０．０１質量％以下から選択される１種以上をさらに含む、請求項７に記載のオーステナイト鋼材の製造方法。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載のオーステナイト鋼材から形成される耐摩耗性部品。
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-
2018
- 2018-10-31 JP JP2018206148A patent/JP7135737B2/ja active Active
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