JPH01172514A - 耐熱亀裂性に優れた高硬度高靭性耐摩耗鋼の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は土木作業用の機械設備などで、苛酷な摩耗条件
ドで生ずる熱亀裂に対して優れた耐熱亀裂性を有し、且
つ溶接性、靭性にも優れた表面ブリネル硬さＨＢ４５０
以上の耐摩耗鋼に関するものである。

［従来の技術］ 一般にブルドーザやパワーショベルなどの建設機械およ
びクラッシャーやシュートなどの鉱山設備においで、岩
石や土砂による摩耗を受ける部分に使用される耐摩耗鋼
は、通常焼き入れまま、または、焼き入れ焼戻し熱処理
により製造されているが、摩耗寿命を延長する目的から
高硬度化の傾向にある。

かかる用途に使用される従来例としては特開昭８０−５
９０１９号公報においてＣ：０．Ｉ５〜０．４５％、Ｓ
　Ｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．０５〜０．４
５％、Ｃ「：０．０５〜１．０％、Ｍｏ：０．０３〜０
．８５％、５ｏＩ１．　／ｌ　：０．０１〜０．１５４
’６、Ｂ　：　０．０００３〜０．００２５％を含む鋼
が提案されており、低Ｍｎ化により遅れ破壊特性を改善
することを主眼としている。

しかしながら、上記Ｍｎレベルにおいては十分な焼き入
れ性を得るにはＣ量増加もしくは他の合金元素添加によ
り補う必要があり、ひいては高靭性を１１Ｈるのが困難
である。

また、特開昭ＧＯ−２４３２５０号公報においてＣ二０
．３〜０．５％、Ｓ　ｉ　　：　０．０５〜０．５％、
Ｍｎ　：０．５〜１．５９６．　Ｐ　：０．ＯＩＯ％以
ド、Ｓ　：　０．００５％以下、Ｃｒ：０．Ｉ　〜１．
０９６、Ｍｏ：０．０３〜０．８５％、５ｏｆｌ　、　
Ａｌ　：　０．旧〜０．１５％を含む鋼が提案されてい
るが、Ｃｍが０．３〜０．５％であり、高硬度化による
耐摩耗性は向上するものの耐熱亀裂性は期待出来ない。

さらに特開昭６１−７６６１５号公報においては、Ｃ：
　０．０５〜０．４００ｔ１＋、Ｓ　ｌ　　：　０．１
〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜２．０°６、Ｔ　ｉ　　：
　０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．０
０５！ゝ６、　ｓｏｎ　　、　　ＡＮ　　：　　０．０
０５　〜０．１０％、Ｎ　：　０．００５９ｉｉ以ド、
Ｈ：　０．０００２％以下を含み、焼き入れ冷却時の冷
却停止温度を１５０〜３００℃とすることにより内部健
全性などに優れた鋼の製造法か提案されている。

しかしながら、このものは表面硬さＨＢ４５０以下の内
容であり、Ｈ，４５０以上の高硬度耐摩耗鋼板においで
、焼き入れ冷却停止温度を１５０〜３００℃としたとき
に、所定の板厚範囲にわたって十分安定した表面硬さと
靭性を得るのは困難であり、材質安定上からみて好まし
い方法ではない。

［発明が解決しようとする問題点］ 近年、土木建設機械、鉱１１１設備分野においては処理
能力向上、高効率化、長寿命化などから機械設備の人容
量人型化および使用部材の高硬度化傾向が強まっている
。

それに１′１′い鋼祠の使用条件も従来に比べ非常に苛
酷なものとなってきている。

特に岩盤地帯などでの岩石塊との重切削摩耗により鋼板
表面に微小な熱亀裂か多数発生し、これが連結・して大
きな破損に至るようになる危険性が増大していることを
察知した。

本発明はかかる現状に鑑みて耐熱亀裂性に優れ、且つ、
溶接性靭性にも優れた廉価な高硬度高靭性耐摩耗鋼の製
造法を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らはＨ１３４５０以上の高硬度耐摩耗鋼の表層
に生ずる微小な熱亀裂について種々の実験を重ねた結果
、耐熱亀裂性を向上させるためには、使用時に対物との
壓擦により表面層に微細亀裂が発生しにくく、その発生
した亀裂からの粒界われを抑制する必要があり、それに
は表層の塑性流動抵抗を小さ（し、表面ド層での低温焼
戻し脆化抵抗を大きくする必要があることを見出した。

さらに重要なことは、鋼材成分を鋭意検討することによ
り、低ＰＣｒ系において適正なＣ範囲と靭性レベルを選
択すれば、耐熱亀裂性を向上出来ることを知見した。

すなわち、第１図に示すごとく、熱亀裂感受性はＣｍ、
靭性、表面映さの影響を強く受ける。Ｃ量と靭性の関係
でみるとＨ８４５０以上の硬さにおいてはＣ：　０．３
０？６以上で熱亀裂感受性が著しく増大する。また靭性
の向上はＣＲｔの上限を緩和し耐熱亀裂性改舌にＨ効で
ある。さらに、硬さの低減も耐熱亀裂性敗訴に有効であ
る。

一方、耐摩耗性は表面硬さにより支配されるが第２図に
示すごとく、Ｈ８４５０以上の硬さで顕著な効果がｉす
られており、適正な成分範囲と製造法の組合わせにより
、耐熱亀裂性と溶接性に優れた高硬度高靭性耐摩耗鋼を
得ることが可能である。

本発明はこのような知見に基づいて構成したもので、そ
の要旨はＣ＋　０．２３〜０．３０％未満、Ｓｉ：０．
０５〜０．５９６、Ｍｎ：０．４５超〜１．２％、Ｐ　
：　０．０１０％以下、Ｃｒ：０．ｌＯ〜１．５％、Ｍ
ｏ：０．０５〜０．５％、Ｔ　ｉ：０．００５　〜０　
、０５　％、　Ｂ　　：　　０．０００５〜０，００３
０％、５ｏｌ）　、　ＡＮ　：　０．旧〜０．１０％を
３白°し、さらに必要によりＣｕ：　０．５％以下、Ｎ
ｉ：　０．５％以下、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｖ：ロ、
０５９６以下、Ｃａ：ｏ、００５％以下の１種または２
Ｆ、、Ｉｉ以上を含Ｈし、残部鉄および不可避不純物か
らなり１つ、下記式で示されるＰＩ３値を１．０％以下
とした鋼を、１０００〜１２５０℃に加熱後熱間圧延し
たのちＡ３変態点以上の温度からｌＯ℃／ｓｅｅ以上の
冷却速度で、１００℃以下の温度まで冷却して焼き入れ
することを特徴とする耐熱亀裂性に優れた高硬度高靭性
耐摩耗鋼の製造法である。

Ｐ　、、　　＝　Ｃ＋Ｍｎ／ＩＯ＋Ｍｏ／（ｉ＋ｃｒ／
１５＋３Ｖ＋４０Ｐ＋１００Ｂ（％）［作　　用］ まず、本発明の化学成分限定理由について述べる。

Ｃは耐摩ｔＬ性の支配因子である硬さを確保するために
必要な元素であるが、０．２３％未満の添加では十分な
表面硬さをｉすることが出来ない。また、０．３０％以
上では靭性、溶接性が劣化しひいては加工硬化能を増大
させ耐熱亀裂性が低ドするため０．２３〜０．３０９６
未満に限定した。

Ｓｉは脱酸用元素であり、０．０５％未満ではその効果
が少なく、０．５％を超えると靭性の低下が著しいので
０．０５〜０．５９６とした。

Ｍｎは焼き入れ性向上に寄与し硬さを確保する上からは
白゛効な元素であるが、ミクロ偏析のし易さおよび同病
硬化により鋼板表面塑性流動層の微小割れを助長するた
め０，４５超〜１．２９６に限定した。

Ｐはに面下層での粒界われおよび溶接遅れわれを抑制す
るために最も有効な元素であり、出来るだけ低減するこ
とが望ましいがコストを考えて０．０１０％以下とした
。

Ｃｒは安価に焼き入れ性を向上できる主要な元素である
か、０．１％未満ではその効果が小さく、１．５％以上
では靭性、溶接性に有害であるので０．１−１．５％と
した。

Ｍｏは焼き入れ性確保および粒界析出物の安定作用によ
り、Ｐによる粒界脆化を緩和するために有効な元素であ
り、０．０５９６以上添加するがコストおよび溶接性の
点から０．５％以下に限定した。

Ｔ１はＢ添加時にフリーＮを固定し焼き入れ性に有効な
同病Ｂｆｍを確保するとともに、オーステナイト粒径を
微細化させるために０．００５％以上の添加が必要であ
る。しかしながら０．０５％を超えると著しく靭性か低
下するので０．００５〜０．０５％と限定した。

Ｂは焼き入れ性向上にＨ効であるためには０．０００５
％以上必要であるが、０．００３０％を超すとＢ化合物
の析出により焼き入れ性が低下し靭性劣化をもたらし、
また溶接性も損なわれるのでＢ添加量を０．０００５％
〜０．００３０％とした。

ｓｏΩ、ＡΩは脱酸上０　、０１０６以上の添加が必要
であるか、０．１０９６を超えると靭性か劣化するので
０　、０１　＝　０　、１９６とした。

さらに本発明においては、以上の基本元素以外にＣｕ、
Ｎｉ　、ＮＬＩ、Ｃａのいずれか１種または２種以上を
添加することにより、靭性を低下させることなく焼き入
れ性の向上を図ることが出来る。

即ち、Ｃｕは靭性を劣化させずに硬さを上昇させること
に対して白°効であるが、多量に添加すると熱間割れの
原因となるため０．５％以下・とじた。

Ｎ１は硬さおよび靭性の向上に有効であるがコストの点
から０　、５４’６以下とした。

Ｎｂ、Ｖは硬さ、靭性のノ、＜ランス上添加され得るが
多量に添加すると溶接性を阻害するため０．０５％以下
とした。

Ｃａは硫化物系介在物の形状制御に効果があり、靭性向
上とくに方向性敗訴効果が顕著であるが、多量に添加す
ると鋼の清浄性を損ない靭性低下をもたらすために０．
００５０％以ドとした。

また、本発明においては上記のごとく化学成分範囲を限
定するほかに、ド記式で示されるＰＨ値を１．０％以ド
とするごとく化学成分量を規制して溶接性をも確保する
ことを必須条件としている。

Ｐ　ｕ　　−Ｃ＋Ｍｎ／ＩＯ＋Ｍｏ／ｅｔｃｒ／Ｉ５＋
３Ｖ＋４０Ｐ　＋ｌ００Ｂ（％）本発明は前記化学成分
を含（−ｉする鋼を１０００〜１２００℃に加熱後、熱
間圧延をし、−旦冷却したのち再びＡ　ｃ　ａ変態点以
上の温度に加熱しで、Ａ　ｒ　ａ変態点以上の温度から
焼き入れするか、または１０００〜１２５０℃に加熱後
、熱間圧延をし、直ちにＡ　ｒ　ａ変態点以上の温度か
ら焼き入れするものである。

加熱温度を１０００〜１２５０℃と限定したのは、圧延
後Ａ　ｒ　ｓ変態点以上からの直接焼き入れの温度を得
るためにはｌ０００℃以上とする必要がある。

一方、上限は結晶粒粗大化防止の点から１２５０℃とす
る必要があり、加熱温度範囲を１０００〜１２５０℃と
限定した。

また、焼き入れ冷却速度は板厚中心まで十分に焼きが入
り、完全なマルテンサイト組織が得られる１０℃／ｓｃ
ｃ以上の冷却速度とする必要があり、これを外れると十
分に焼きも入らず靭性の高いミクロ組織は得られない。

次に冷却路ｊ′温度は高過ぎると十分な焼き入れ硬さを
得るのが困難であり、とくに建設機械などで用途の広い
薄手板厚材においてはその傾向が増大し、安定して表面
硬さと靭性を得るために冷却終了温度を１００℃以下に
限定した。

尚、本発明は以上述べたように焼き入れのままでＨＲ４
５０以上の硬さをＨする高硬度高靭性耐摩耗鋼を製造す
ることを主たる目的とするが、硬度、靭性、耐熱亀裂性
その他の諸特性を調整する為に、必要に応じて４００℃
以下の温度で焼戻してもよいことを含むことは当然であ
る。

［実　施　例］ 第１表に示すような化学成分Ａ−ＲをＨする鋼を溶製後
、第２表に示すａ　＝　ｊの圧延熱処理条件にて鋼板を
製造し、これらの表面硬さ、靭性、耐熱亀裂性について
調べた。

結果を第３表に示す。

尚、耐熱亀裂性は試験鋼板表面に接触させた矩形の圧子
を、面圧１００ｋｇ／ｃＪ、摩耗（摩擦）速度１．０　
ｍ／ｓｅｅ以上の条件で移動させた後、磁粉探傷検査を
実施し、微小亀裂の有無により評価した。

第３表から明らかなごとく、本発明の規定する化学成分
範囲もしくは製造条件範囲を外れるものは、本発明のし
１的とするＨ８４５０以上の表面硬さ、または耐熱亀裂
性を満足出来ていない。

これに対し本発明を満足するものはＨ８４５０以上の高
い表面ω！さと、良好な耐熱亀裂性を白゛し、併せて靭
性レベルも、＊、い値を示している。

第３表 第　　　３　　　表　（続き） ［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば表
面硬さおよび靭性、溶接性に優れ、且つ苛酷な使用条件
下においても十分な健全性を示す高硬度耐摩耗鋼を製造
することが可能となり、産業上の効果は極めて顕著なも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｊＸＬ、靭性レベルと微小な熱亀裂発生の関
係について示した図表、第２図は表面硬さと５Ｍ４１鋼
に対する摩耗比について示した図表である。 代　理　人　　弁理士　　茶！ｌＩｆ本　立　夫４耗比
（５Ｎｓｓ４１劉） ＠＋生　　ｖＥｏ　（ｋｙｒｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、 Ｃ：０．２３〜０．３０％未満、 Ｓｉ：０．０５〜０．５％、 Ｍｎ：０．４５超〜１．２％、 Ｐ：０．０１０％以下、 Ｃｒ：０．１０〜１．５％、 Ｍｏ：０．０５〜０．５％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、 Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、 ｓｏｌ、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、 を含有し、残部鉄および不可避不純物からなり且つ、下
   記式で示されるＰ＿Ｈ値を１．０％以下とした鋼を、１
   ０００〜１２５０℃に加熱後熱間圧延したのち、Ａ＿３
   変態点以上の温度から１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で
   １００℃以下の温度まで冷却して焼き入れすることを特
   徴とする耐熱亀裂性に優れた高硬度高靭性耐摩耗鋼の製
   造法。 Ｐ＿Ｈ＝Ｃ＋Ｍｎ／１０＋Ｍｏ／６＋Ｃｒ／１５＋４０
   Ｐ＋１００Ｂ（％）（２）重量％で、 Ｃ：０．２３〜０．３０％未満、 Ｓｉ：０．０５〜０．５％、 Ｍｎ：０．４５超〜１．２％、 Ｐ：０．０１０％以下、 Ｃｒ：０．１０〜１．５％、 Ｍｏ：０．０５〜０．５％、 Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、 Ｂ：０．０００５〜０．００３０％、 ｓｏｌ、Ａｇ：０．０１〜０．１０％、 を含有し、さらに Ｃｕ：０．５％以下、 Ｎｉ：０．５％以下、 Ｎｂ：０．０５％以下、 Ｖ：０．０５以下、 Ｃａ：０．００５％以下、 の１種または２種以上を含有し、残部鉄および不可避不
   純物からなり且つ、下記式で示されるＰ＿Ｈ値を１．０
   ％以下とした鋼を、１０００〜１２５０℃に加熱後熱間
   圧延したのち、Ａ＿３変態点以上の温度から１０℃／ｓ
   ｅｃ以上の冷却速度で１００℃以下の温度まで冷却して
   焼き入れすることを特徴とする耐熱亀裂性に優れた高硬
   度高靭性耐摩耗鋼の製造法。 Ｐ＿Ｈ＝Ｃ＋Ｍｎ／１０＋Ｍｏ／６＋Ｃｒ／１５＋３Ｖ
   ＋４０Ｐ＋１００Ｂ（％）