JP6149778B2 - 耐摩耗性に優れた厚鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]質量%で、
C:0.200〜0.350%、
Si:0.05〜0.45%、
Mn:0.50〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.005〜0.100%、
を下記(1)式で定義されるCIが40以上を満足するように含み、
残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
ベイナイト相の面積分率が60%以上であり、ベイナイト相中の島状マルテンサイトが、組織全体に対する面積分率で5%以上20%未満であり、
残りがフェライト相、パーライト、マルテンサイト相の一種または二種以上からなる鋼組織を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板。
CI=60C+8Si+22Mn+10(Cu+Ni)+14Cr+21Mo+15V・・・(1)
式において各合金元素は含有量(質量%)とする。但し、含有しない元素の含有量は零とする。
[2]
さらに、質量%で、
Cu:0.03〜1.00%、
Ni:0.03〜2.00%、
Cr:0.05〜2.00%、
Mo:0.05〜1.00%、
V:0.005〜0.100%、
Nb:0.005〜0.100%、
Ti:0.005〜0.100%、
B:0.0003〜0.0030%、
から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする[1]に記載の耐摩耗性に優れた厚鋼板。
[3]
さらに、質量%で、
REM:0.0005〜0.0080%、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%
から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする[1]または[2]に記載の耐摩耗性に優れた厚鋼板。
[4]
[1]乃至[3]のいずれか一つに記載した鋼組成からなる鋳片または鋼片を、950〜1250℃に加熱後、Ar3以上の温度で終了する熱間圧延を行い、熱間圧延後ただちに、5℃/sec以上の冷却速度で400℃〜650℃まで加速冷却を行うことを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板の製造方法。
[5]
[1]乃至[3]のいずれか一つに記載した鋼組成からなる鋳片または鋼片を、950〜1250℃に加熱後、熱間圧延を行い、400℃未満まで空冷を行ったのち、Ac3〜950℃に再加熱し、再加熱後ただちに5℃/sec以上の冷却速度で400℃〜650℃まで冷却を行うことを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板の製造方法。
[成分組成]
説明において%は質量%とする。
C:0.200〜0.350%
Cは、島状マルテンサイト生成に寄与する元素であり、優れた耐摩耗性を得るために重要な元素である。0.200%未満では上記した効果が十分に得られない。一方、0.350%を超える多量の含有は、溶接性および加工性を低下させる。このため、0.200〜0.350%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.210〜0.300%である。
Siは、溶鋼の脱酸剤として作用する有効な元素であり、また、焼入性を向上させ、島状マルテンサイトの生成に寄与する作用を有する有効な元素である。このような効果を確保するためには0.05%以上の含有を必要とする。一方、0.45%を超えて多量に含有すると、溶接性が低下する。このため、0.05〜0.45%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.15〜0.40%である。
Mnは、焼入れ性を向上させ、島状マルテンサイトの生成に寄与する作用を有する有効な元素である。このような効果を確保するためには、0.50%以上含有する必要がある。一方、2.00%を超えて多量に含有すると、溶接性の低下を招き、曲げなどの加工時に破壊の起点となるMnSを多量に生成する。このため、0.50〜2.00%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.60〜1.70%である。
Pは、鋼中に多量含有すると靭性の低下を招くため、できるだけ低減することが望ましいが、0.020%までは許容できる。このため、0.020%以下に限定した。なお、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、0.005%以上とすることが望ましい。
Sは、鋼中に多量に含まれるとMnSとして析出し、靭性の劣化を招くとともに、加工時に破壊の起点となるため、できるだけ低減することが望ましいが、0.005%までであれば許容できる。このため、0.005%以下に限定した。なお、過度の低減は精錬コストの高騰を招くため、0.0005%以上とすることが望ましい。
Alは、溶鋼の脱酸剤として作用する有効な元素である。このような効果を得るためには0.005%以上の含有を必要とする。0.005%未満ではこれらの効果が十分に得られない。一方、0.100%を超えて含有すると、溶接性、靱性が低下する。このため、0.005〜0.100%の範囲に限定した。なお、好ましくは0.015〜0.040%である。
式において、各合金元素は含有量(質量%)を示し、含有しない元素は零として計算する。
CIが40未満では、焼入性が不足し、上記した鋼組織とはならず、良好な耐摩耗性が得られない。そのため、CIは40以上に限定した。なお、好ましくは44以上である。
Cuは、焼入れ性を向上させ、島状マルテンサイトの生成に寄与する効果を有する元素である。このような効果を得るためには、0.03%以上含有する必要がある。一方、1.00%を超えて含有すると、熱間加工性が低下し、製造コストも高騰する。このため、含有する場合には、0.03〜1.00%の範囲に限定することが好ましい。なお、熱間加工性の低下抑制、コスト低減の観点からは、0.03〜0.50%の範囲に限定することがより好ましい。
Niは、焼入れ性を向上させるとともに、低温靭性向上にも寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.03%以上の含有を必要とする。一方、2.00%を超える含有は、製造コストを上昇させる。このため、含有する場合には、0.03〜2.00%の範囲に限定することが好ましい。なお、コスト低減の観点からは、0.03〜0.50%の範囲に限定することがより好ましい。
Crは、焼入れ性を向上させ、島状マルテンサイトの生成に寄与する効果を有する元素である。このような効果を得るためには0.05%以上の含有を必要とする。一方、2.00%を超えて含有すると、溶接性が低下するとともに、製造コストが高騰する。このため、含有する場合には、0.05〜2.00%の範囲に限定する。なお、好ましくは、0.07〜1.50%、より好ましくは0.20〜1.00%の範囲である。
Moは、焼入れ性を向上させ、島状マルテンサイトの生成に寄与する効果を有する元素である。このような効果を得るためには、0.05%以上の含有を必要とする。一方、1.00%を超えて含有すると、溶接性が低下し、製造コストも高騰する。このため、含有する場合には、0.05〜1.00%の範囲に限定する。なお、好ましくは、0.10〜0.80%、より好ましくは0.20〜0.50%である。
Vは、焼入性を向上させるとともに、炭窒化物として析出し、組織を微細化する効果を介して靱性向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.005%以上含有する必要がある。一方、0.100%を超えて含有すると、溶接性が低下する。このため、含有する場合には、0.005〜0.100%の範囲に限定する。
Nbは、炭窒化物として析出し、組織の微細化を介して靭性の向上に有効に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.005%以上の含有を必要とする。一方、0.100%を超えて含有すると溶接性が低下する。このため、含有する場合には、0.005〜0.100%の範囲に限定する。なお、組織微細化の観点から、0.010〜0.030%の範囲とすることが好ましい。
Tiは、TiNとして析出し、固溶Nの固定を介して靭性向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには0.005%以上含有する必要がある。一方、0.100%を超えて含有すると、粗大な炭窒化物が析出し、靭性が低下する。このため、含有する場合には、0.005〜0.100%の範囲に限定する。なお、コスト低減の観点から、0.005〜0.030%の範囲に限定することが好ましい。
Bは、微量含有で焼入れ性向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.0003%以上含有する必要がある。一方、0.0030%を超えて含有すると靭性が低下する。このため、含有する場合には、0.0003〜0.0030%の範囲に限定する。
REMは、Sを固定し、靱性低下および加工時に破壊の原因となるMnSの生成を抑制する。このような効果を得るためには0.0005%以上含有する必要がある。一方、0.0080%を超えて含有すると鋼中介在物量が増加し、靱性の低下を招く。このため、含有する場合には、0.0005〜0.0080%の範囲に限定する。なお、好ましくは0.0005〜0.0020%である。
Caは、Sを固定し、靱性低下および加工時に破壊の原因となるMnSの生成を抑制する。このような効果を得るためには0.0005%以上含有する必要がある。一方、0.0050%を超えて含有すると鋼中介在物量が増加し、靱性の低下を招く。このため、含有する場合には、0.0005〜0.0050%の範囲に限定する。なお、好ましくは0.0005〜0.0030%である。
Mgは、Sを固定し、靱性低下および加工時に破壊の原因となるMnSの生成を抑制する。このような効果を得るためには0.0005%以上含有する必要がある。一方、0.0050%を超えて含有すると鋼中介在物量が増加し、靱性の低下を招く。このため、含有する場合には、0.0005〜0.0050%の範囲に限定することが好ましい。なお、好ましくは0.0005〜0.0040%である。
ベイナイト相を面積分率で60%以上含み、さらにベイナイト相中の島状マルテンサイトを面積分率で5〜20%含み、残部がフェライト相、パーライトおよびマルテンサイト相の一種または二種以上からなる鋼組織とする。このような組織分率とすることで、鋼板の塑性変形能が向上し、良好な加工性が得られる。また、鋼板を過度に高硬度としなくとも優れた耐摩耗性を得ることができる。
ベイナイト相の分率が、面積分率で60%未満では、所望の耐摩耗性、加工性を確保できないため、面積分率で60%以上とする。好ましくは80%以上である。
島状マルテンサイトはベイナイト相中に微細に分散し、高硬度であるため、耐摩耗性の向上に寄与する。島状マルテンサイトの分率が、面積分率で5%未満では、所望の耐摩耗性を確保できない。一方、20%以上となると、耐摩耗性の向上効果は飽和し、鋼板の硬さの過度な上昇を招いて加工性や靭性が劣化するので、面積分率で5%以上20%未満とする。なお、島状マルテンサイトは、ベイナイト相のラス間あるいはベイナイト相の粒界に生成し、微小であるため、光学顕微鏡ではベイナイト相と分離することは困難である。このため、島状マルテンサイトはベイナイト相の一部とみなされる。すなわち、ベイナイト相の面積には島状マルテンサイトの面積が含まれる。ただし、島状マルテンサイトの面積分率は組織全体に対するものとして計算する。
上述した成分組成の鋼素材を、鋳造後、所定の温度を保持している場合には冷却せずにそのまま、あるいは一旦、冷却し、加熱し、熱間圧延して、所望の寸法形状の鋼板とする。鋼素材の製造方法は、とくに限定する必要はないが、溶鋼を、転炉等の公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法等の公知の鋳造方法で所定寸法のスラブとすることが好ましい。造塊−分塊圧延法でスラブとしてもよい。
得られた鋼板から、試験片を採取し、組織観察、摩耗試験を実施した。試験方法は次のとおりとした。
(1)組織観察
得られた鋼板の板厚の1/4位置から、観察面が圧延方向と平行方向断面となるように組織観察用試験片を採取した後、鏡面まで研磨し、ナイタールエッチングにより組織を現出した。その後、光学顕微鏡を用いて400倍の倍率で無作為に3視野を観察、撮影し、ベイナイト相を目視により同定し、面積率を算出した。さらに、同じ織観察用試験片を、再び鏡面研磨し、2段エッチング法にて島状マルテンサイトを現出した。その後、走査型電子顕微鏡を用いて2000倍の倍率でベイナイト組織となっている箇所から10視野を観察、撮影し、島状マルテンサイトの面積率を、画像解析ソフトを用いて算出した。なお、ベイナイト相、島状マルテンサイトの面積率は組織全体に対する面積率である。
(2)摩耗試験
得られた鋼板から、鋼板表面から0.5mmの位置が試験面(磨耗面)となるように、摩耗試験片(大きさ:10mm厚×25mm幅×75mm長さ)を採取し、図1に示す摩耗試験機に装着し、摩耗試験を実施した。
(3)曲げ加工性
JIS Z2248(2006年)に基づき、鋼材サンプル(幅100mm×長さ300mm×鋼板の元厚のまま;tmm)を用いて、曲げ半径2.0t(t=板厚)の条件で押曲げ法による180度曲げ試験を行った。曲げ試験後のサンプルに裂け傷やその他の欠陥が無ければ、曲げ加工性が良好であるとした。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.200〜0.350%、
Si:0.05〜0.45%、
Mn:0.50〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.005〜0.100%、
を下記(1)式で定義されるCIが40以上を満足するように含み、
残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
ベイナイト相の面積分率が60%以上であり、ベイナイト相中の島状マルテンサイトが、組織全体に対する面積分率で5%以上20%未満であり、
残りがフェライト相、パーライト、マルテンサイト相の一種または二種以上からなる鋼組織を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板。
CI=60C+8Si+22Mn+10(Cu+Ni)+14Cr+21Mo+15V・・・(1)
式において各合金元素は含有量(質量%)とする。但し、含有しない元素の含有量は零とする。 - 質量%で、
C:0.210〜0.350%、
Si:0.05〜0.45%、
Mn:0.50〜2.00%、
P:0.020%以下、
S:0.005%以下、
Al:0.005〜0.036%、
さらに、Cu:0.03〜1.00%、
Ni:0.03〜2.00%、
Cr:0.05〜1.00%、
Mo:0.05〜1.00%、
V:0.005〜0.100%、
Nb:0.005〜0.100%、
Ti:0.005%以上0.100%未満、
B:0.0003〜0.0030%、
から選ばれる一種以上を、
下記(1)式で定義されるCIが40以上を満足するように含み、
残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、
ベイナイト相の面積分率が60%以上であり、ベイナイト相中の島状マルテンサイトが、組織全体に対する面積分率で5%以上20%未満であり、
残りがフェライト相、パーライト、マルテンサイト相の一種または二種以上からなる鋼組織を有することを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板。
CI=60C+8Si+22Mn+10(Cu+Ni)+14Cr+21Mo+15V・・・(1)
式において各合金元素は含有量(質量%)とする。但し、含有しない元素の含有量は零とする。 - さらに、質量%で、
REM:0.0005〜0.0080%、
Ca:0.0005〜0.0050%、
Mg:0.0005〜0.0050%
から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の耐摩耗性に優れた厚鋼板。 - 請求項1乃至3のいずれか一つに記載した耐摩耗性に優れた厚鋼板の製造方法であって、鋳片または鋼片を、950〜1250℃に加熱後、Ar3以上の温度で終了する熱間圧延を行い、熱間圧延後ただちに、5℃/sec以上の冷却速度で400℃〜650℃まで加速冷却を行うことを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれか一つに記載した耐摩耗性に優れた厚鋼板の製造方法であって、鋳片または鋼片を、950〜1250℃に加熱後、熱間圧延を行い、400℃未満まで空冷を行ったのち、Ac3〜950℃に再加熱し、再加熱後ただちに5℃/sec以上の冷却速度で400℃〜650℃まで冷却を行うことを特徴とする耐摩耗性に優れた厚鋼板の製造方法。
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