JPH02179842A - 高靭性耐摩耗鋼板 - 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〉 この発明は、建設機械、圧砕機、鉄骨切断機等の素材と
して好適な、水焼入れ及び焼戻し処理後の靭性並びに耐
遅れ破壊特性の優れた耐摩耗鋼板に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 例えば建設用パワーショベルのパケットのような、土砂
や鉄スクラツプ等により激しい摩耗を受ける部位に用い
られる鋼材では、高い耐摩耗性を確保するため、通常、
その硬さを高くする対策が採られている。そして、鋼材
を高硬度とするためには、Ｃ含有量を高くし、かつ合金
元素を添加した上で焼入れ・焼戻し処理を施すことが必
要とされていた。

しかし、このような耐摩耗鋼には、靭性が十介でない上
遅れ破壊感受性が高く、更に加工性や溶接性が劣ると言
った問題点が指摘されていた。即ち、靭性の低い鋼材を
使用した機械・設備では稼働時の衝撃による破壊を起こ
しやすく、また遅れ破壊感受性の高い鋼材の場合には水
中での使用時に割れが発生しやすくて、破損につながる
ことが多いためであり、一方、加工性や溶接性が悪いと
機械・設備の製造コストが高くなる等の不都合を招くか
らである。

そこで、ＣｒやＭｏの合金元素量を極力低減すると共に
Ｃ，Ｍｎ含有量を増し、かつ少量の■を添加して溶接性
や加工性を改善した耐摩耗鋼板が提案された（特開昭６
３−１８０３６号）が、この提案でも、まず硬さの確保
が優先されていて靭性及び遅れ破壊感受性に対する配慮
がなされていないため、やはり衝撃破壊や遅れ破壊の問
題を解決し得るものではなかった。

このようなことから、本発明の目的は、従来の耐摩耗鋼
板と同等以上の耐摩耗性（即ち“硬さ”）を具備するこ
とは勿論、十分に満足できる靭性及び耐遅れ破壊特性を
も兼備していて、使用寿命が長く信頬性の高い耐摩耗鋼
板を提供することに置かれた。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上記目的を達成すべく種々観点からの研
究を行った過程で、ＰやＳ含有量の低い清浄鋼へのＮｂ
添加が高強度鋼の靭性改善に有効であるとの知見を基に
提案されたｒｃ：ｏ、１８〜０．３５％（以降、成分割
合を表わす％は重量％とする）。

Ｓｉ　：　０．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０
．０１％以下。

Ｓ　：　０．０１％以下、　Ｃｒ　：　０．０１〜５％
、　Ｎｂ　：　０．００５〜０．１％を含有し、更にＶ
：０．３％以下、　Ｂ　：　０．００５％以下、　Ｔｉ
　：　０．０５％以下及びＭｏ　：　０．５％のうちの
１種以上を含むと共に、残部がＦｅ及び不可避不純物か
ら成る機械構造用強力鋼」（特開昭６１−１７４３２６
号）の優れ、た耐遅れ破壊特性に注目し、該成分系をも
考慮しつつ耐摩耗性の高い鋼に関する研究を重ねた結果
、次の（８１項乃至（Ｃ）項に示す如き新たな知見を得
るに至った。

（ａ）　　上記成分系の高強度鋼（特開昭６１−１７４
３２６号として提案された鋼）において、Ｍｎ含有量を
極めて低い０．１０％以下の領域にまで低減すると、該
鋼はより著しく改善された靭性及び耐遅れ破壊特性を示
すようになる。

（ｂ）　　ただ、このようにＭｎ含有量を低減すると鋼
の硬さも低下して耐摩耗鋼に必要なレベルを確保できな
くなるが、このＭｎ含有量低減による硬さの低下を補う
のにＭｏ含有量の増加が極めて有効であり、しかもＭｏ
含有量増加対策と同時に共にＣｒ、　Ｂ。

ｓｏｌ、ｋｆｌ、　Ｎ等の含有量調整をも実施すると、
耐摩耗鋼としても十分に満足できる硬さ（耐摩耗性）の
確保が可能となる。

（Ｃ）　　また、Ｍｏを適量増量させることは、硬さの
上昇ばかりではな（、靭性及び耐遅れ破壊特性の改善に
も非常に有効である。

本発明は、上記知見等に基づいてなされたものであり、 ［耐摩耗鋼板を、 Ｃ：０．１８〜０．２５％、　　　Ｓｔ　：　０．１０
”０．３０％。

Ｍｎ　：　０．０３〜０．１０％、　　　　Ｐ：０．０
０８％以下。

Ｓ　：　０００２％以下、　　　　Ｃｒ　：　１．００
〜２．００％。

Ｍｏ　：　０．５０超〜０．８０％、　　Ｎｂ　：　０
．００７〜０．０２０％。

Ｂ　：　０．０００３〜０．００１２％。

ｓｏｌ、　Ａｌ　：　０．０２０＝０．０８０％。

Ｎ　：　０．００１０〜０．００５０％を含有し、残部
がＰｅ及び不可避不純物から成る成分組成に構成するこ
とにより、水焼入れ及び焼戻し処理後に優れた耐摩耗性
（硬さ）、靭性並びに耐遅れ破壊特性を兼備し得るよう
にした点」に特徴を有するものである。

次いで、本発明に係る耐摩耗鋼板において各成分の含有
割合を前記の如くに限定した理由を、それぞれの作用と
共に詳述する。

十分な焼入れ性を確保して、耐摩耗鋼板に必要な硬さ（
ロックウェルＣ硬さ（ＨＲＣ）が４０以上）を実現する
ためには０．１８％以上のＣ含有量を必要とするが、０
．２５％を超えてＣを含有させると靭性の劣化を招くこ
とから、Ｃ含有量は０．１８〜０．２５％と定めた。

Ｓｉ Ｓｔには、鋼の脱酸作用に加えて焼戻し時の硬さ低下を
防止する作用があるが、その含有量が０．１０％未満で
は前記作用による所望の効果が得られず、一方、０．３
０％を超えて含有させると靭性及び耐遅れ破壊感受性が
劣化するため、Ｓｉ含有量は０．１０〜０．３０％と定
めた。

Ｍｎ Ｍｎは、本発明において最も注目すべき重要な元素であ
る。即ち、Ｍｎ含有量を特に０．１０％以下と言う低い
特定の領域にまで低減することによって初めて、十分に
満足できる優れた靭性及び耐遅れ破壊感受性を確保する
ことが可能となる。これは、Ｍｎ含有量低減によっても
たらされる“結晶粒界への不純物元素（Ｐ、Ｓｎ等）偏
析量の低減効果”によるものである。しかしながら、鋼
の脱酸を十分ならしめるためには０．０３％以上含有さ
せることが必要であることから、Ｍｎ含を量は０．０３
〜０．１０％と定めた。

Ｐは、結晶粒界に偏析して鋼の靭性及び耐遅れ破壊特性
を劣化させるため、その含有量はできるだけ低いことが
望ましい。しかしながら、Ｍｎ含有量を０．１０％以下
とした本発明鋼板においては、Ｐ含有量が０．００８％
以下の範囲ではＰ量低減効果が鈍化することから、Ｐ含
有量をｏ、ｏｏｓ％以下と定めた。

Ｓは鋼の延性や靭性を劣化させる不純物元素であり、そ
の含有量が０．００２％を超えると前記悪影響が顕著化
してくることから、Ｓ含有量は０．００２％以下と定め
た。

Ｃｒ Ｃｒは、焼入れ性を上昇させて鋼板に所定の硬さを確保
する作用があるが、その含有量が１．００％未満では前
記作用による所望の効果が得られず、−方、２．００％
を超えてＣｒを含有させると焼戻し軟化抵抗の増加によ
る硬さの低下を招くことから、Ｃｒ含有量は１．００〜
２．００％と定めた。

Ｏ 既に述べたように、Ｍｏには鋼板の焼入れ性を上昇させ
て効果的に所定の硬さを確保する作用のほか、Ｐの結晶
粒界への偏析を抑制する作用を通じて耐遅れ破壊特性を
改善する効果も認められる。

そして、Ｍｎ含有量を低減した本発明鋼板において耐摩
耗鋼板に必要な硬さを得るためには０．５０％を超えて
Ｍｏを含有させねばならない。しかしながら、Ｍｏ含有
量が０．８０％を上回ると耐遅れ破壊性がかえって劣化
するようになる上、焼入れ性向上効果も増加しなくなる
ことから、Ｍｏ含有量は０．５０％を超え０．８０％以
下の範囲に限定した。

Ｎｂ Ｎｂには、鋼中にＮｂ（ＣＮ）として析出しミクロ組織
を細粒化して靭性を向上させる作用や、焼戻し軟化抵抗
を増加させて硬さを増す作用があるが、その含有量が０
．００７％未満では前記作用による所望の効果が得られ
ず、一方、０．０２０％を超えて含有させると析出硬化
の過剰による靭性低下を招くことから、Ｎｂ含有量は０
．００７〜０．０２０％と定めた。

Ｂは鋼の焼入れ性を向上させて硬さを増加させる有効な
元素であるが、その含有量が０．０００３％未満では所
望の硬さを確保できず、一方、０．００１２％を超えて
Ｂを含有させると靭性低下を招くようになることから、
Ｓ含有量は０．０００３〜０．００１２％と定めた。

ｓｏｌ、ＡＪＩ ＡＩには、ＡＩＮとして鋼中のＮを固定してＢＮの生成
を防止し、Ｂの焼入れ性向上効果を確保する作用がある
が、その含有量がｓｏｌ、ＡＩＩで０．０２０％未満で
は前記作用による所望の効果が得られず、一方、ｏ、ｏ
ｓｏ％を超えて含有させると靭性低下を招くことから、
ｓｏＺ、Ａｆ含有量を０．０２０〜０．０８０％と定め
た。

Ｂの焼入れ性向上効果を確保するためには、鋼中のＮ含
有量を０．００５０％以下とすることが必要である。し
かしながら、Ｎｂ（ＣＮ）析出物の量を確保してＮｂの
添加効果を発揮せしめるためにはＮ含有量を０．００１
０％以上とする必要があるため、Ｎ含有量は０．００１
０〜０．００５０％と定めた。

続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説
明する。

〈実施例〉 まず、第１表に示す如き化学成分組成の鋼を溶製し、熱
間圧延によって板厚：５０鶴の鋼板とした後、これを８
８０℃に加熱して水焼入れし、更に焼戻し処理（４５０
℃に加熱後放冷）を施した。

次に、得られた鋼板について板厚中心部の靭性。

表面硬さ及び遅れ破壊特性を調査し、その結果を第１表
に併せて示した。

なお、靭性は、圧延方向に板厚中心部からシャルビー衝
撃試験片（ＪＩＳｄ号シャルピー衝撃試験片。

２　ｍ　Ｖノツチ）を採取して調査した。また、表面硬
さは、板表面の脱炭層を機械加工で削除した後、該表面
をロックウェルＣ硬さ計で測定して求めた。

更に、遅れ破壊特性は第１図に示した“くさび挿入型の
遅れ破壊試験方法”によって測定した。

即ち、この試験では、第１図（ａｌに示す形状及び寸法
の試験片を採取し、そのノソ千部（第１図（ｂｌに拡大
して示す）に第１図（Ｃ）で示す“くさび”を挿入して
静荷重をかけ、これを５５℃に保持した温水中に入れ、
割れの発生までの時間を調査する手法が採られる。なお
、この試験では５０００時間を耐遅れ破壊特性の一つの
判断基準としたが、これは３力月を機材の定期的な補修
或いは点検期間と仮定したためであり、また５５℃の温
水中と言う条件は実使用環境の最も厳しい環境に相当す
る。

さて、第１表に示される結果からも明らかなように、本
発明鋼板Ａ−Ｇは何れも表面硬さ、靭性及び耐遅れ破壊
特性の全てが耐摩耗鋼板として十分に優れているのに対
して、比較鋼板は上記特性の何れかに劣ることが分かる
。

例えば、比較鋼板ＪはＭｏ含有量が低いため、また比較
鋼板りはＢ含有量が低いために、何れも表面硬さが低い
。

そして、比較鋼板ＨはＣ含有量が高いため、比較鋼板■
はＭｎ含有量が高いため、比較鋼板にはＮｂ含有量が低
いため、また比較鋼板りはＢ含有量が低いために、何れ
も靭性が低い。

更に、比較鋼板ＨはＣ含有量が高いため、また比較鋼板
■はＭｎ含有量が高いために、何れも遅れ破壊が短時間
で発生している。しかも、特にＭｎの悪影響が大きいこ
とが確認できる。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、十分に満足で
きる硬さ（耐摩耗性）を有すると共に、良好な靭性及び
耐遅れ破壊性をも兼備し、使用寿命や信顛性に優れた耐
摩耗鋼板を安定して提供することが可能となるなど、産
業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ）乃至（Ｃ）は、実施例で採用した遅れ破壊
試験方法の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量割合にて Ｃ：０．１８〜０．２５％、Ｓｉ：０．１０〜０．３０
   ％、Ｍｎ：０．０３〜０．１０％、Ｐ：０．００８％以
   下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｒ：１．００〜２．００
   ％、Ｍｏ：０．５０超〜０．８０％、Ｎｂ：０．００７
   〜０．０２０％、Ｂ：０．０００３〜０．００１２％、 ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２０〜０．０８０％、Ｎ：０．０
   ０１０〜０．００５０％ を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物から成ることを
   特徴とする、水焼入れ及び焼戻し処理後の靭性並びに耐
   遅れ破壊特性の優れた耐摩耗鋼板。