JPH0551691A - 耐遅れ破壊性に優れた耐摩耗性鋼板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗性および耐遅れ破壊性に優れた高硬度
鋼板の製造。 【構成】 重量％で、Ｃ：0.15〜0.45％、Si：0.05％未
満、Mn：0.30〜0.60％、Cr：0.01〜1.00％、Mo：0.03〜
0.70％、Sol.Al：0.010 〜 0.080％、Nb：0.005 〜0.15
％を含有し、更に、Cu、、Ｖ、Ti、ＢおよびCaの１種以
上を適量含み、Ｐ： 0.010％以下、Ｓ： 0.005％以下に
抑えた鋼板。上記鋼板は、素材の鋼を、1000℃〜1200℃
に加熱し、 750℃〜 950℃の仕上げ温度で熱間圧延を行
い、その後、直ちに Ar₃変態点以上の温度域から急冷し
て焼入れを行う方法で製造する。或いは、焼入れ後に 5
00℃以下の温度で焼戻しを行ってもよい。 【効果】 土木、鉱山機械類に用いられてこれらの機械
類の耐久年数を大幅に延長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉱石や土砂による摩耗
が問題になる土木、鉱山機械類のバケット、大型ダンプ
トラックの荷台、ブルドーザーの排土板等に使用される
高硬度の耐摩耗性鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、土木、鉱山機械類に使用されて
いる鋼材の鉱石や土砂等に直接触れる部分の摩耗は予想
をはるかに上回るほど激しいものであり、摩耗によって
これらの機械類等の耐用年数が決まると言われている。

【０００３】このような鉱石や土砂類による鋼材の摩耗
は鋼材表面の硬さに支配されるものであり、硬いものほ
ど摩耗量は小さくなることが知られている。従って、鋼
材の摩耗量の減少を図るには鋼材の硬度を上昇させるの
が効果的な手段となる。しかしながら、鋼材の硬度を高
めると、特公平１−21846 号公報に記載されているよう
に、水素による遅れ破壊の感受性が高まり、土木、鉱山
機械類等の製作途中あるいはその使用中に破壊が起きや
すくなるという困難な問題が発生する。この遅れ破壊現
象は鋼板をガス溶断した際に生じる熱影響部（硬化部）
を起点として起こることが解明されているものの、溶接
施工を必須とする土木、鉱山機械類には、耐摩耗性の良
好な表面硬度の高い鋼板を使用するのが困難である。

【０００４】前記特公平１−21846 号公報の発明鋼は、
鋼中のMn含有量を低減することで、高硬度の鋼材におけ
る遅れ破壊の問題を解消している。これは鋼中のMn含有
量を通常鋼の 0.6〜 1.2％ (以下、成分組成割合を表す
％は重量％とする) から 0.3％未満に低減すると、遅れ
破壊時間が大幅に延長されるという知見によるものであ
る。しかし、この発明鋼のように、比較的安価である上
に、焼入れ性を向上させて、強度を確保するには好都合
の元素であるMnを低く抑えると、Cr或いはMoといった比
較的高価な元素を多量に添加して、Mn含有量の低減によ
る強度低下を補ってやる必要があるため、製造コストが
上昇する。

【０００５】このようなことから、安価で且つ耐遅れ破
壊性に優れた耐摩耗性鋼板の開発が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の要望に応えることにあり、安価で且つ耐遅れ破壊性に
優れ、土木、鉱山機械類のバケット、大型ダンプトラッ
クの荷台、ブルドーザーの排土板等に使用される耐摩耗
性鋼板、具体的には、ブリネル硬度で360 〜６００程度
の表面硬さを有し、しかも遅れ破壊感受性の低い安価な
厚鋼板とその実用的な製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を達成すべく研究を行った結果、下記の知見を得た。

【０００８】 土木、鉱山機械類に必要とされる鋼材
硬度を実現する成分組成の鋼において、そのMn含有量を
低減すると耐遅れ破壊性は大きく改善されるが、 0.3％
未満まで低減しなくとも、0.60〜0.30％の範囲に抑える
ことでもその改善効果は得られる。

【０００９】 更に適量のNbを添加し、製造方法とし
て熱間圧延後、直ちに急冷して焼入れするいわゆる直接
焼入プロセスを採用すれば、耐遅れ破壊性はより改善さ
れる。

【００１０】 遅れ破壊は本質的には粒界破壊である
ため、粒界脆化を招くＰおよびＳ等の不純物元素の混入
は極力避けるのがよい。

【００１１】 Ｐの含有量を低く抑えても、Siのよう
に粒内からＰを粒界に押しやる性質をもつ合金元素が存
在すると、耐遅れ破壊性の改善効果は減少されるので、
このような元素についてもその含有量を極力低く抑える
のがよい。

【００１２】本発明は、このような知見に基づいてなさ
れたものであって、下記の耐摩耗性鋼板とその製造方法
を要旨とする。

【００１３】(I) 重量％で、Ｃ：0.15〜0.45％、Si：
0.05％未満、Mn：0.30〜0.60％、Cr：0.01〜1.00％、M
o：0.03〜0.70％、Sol.Al：0.010 〜 0.080％、Nb：0.0
05 〜0.15％を含有し、更に、Cu：0.05〜0.75％、Ni：
0.05〜1.5 ％、Ｖ：0.005 〜0.15％、Ti：０．００５〜
０．２５％、Ｂ：0.00015 〜0.0025％、Ca：0.0005〜0.
0080％のうちの１種以上を含有し、残部がFe及び不可避
的不純物からなり、不純物中のＰおよびＳの含有量がそ
れぞれ、Ｐ： 0.010％以下、Ｓ： 0.005％以下であるこ
とを特徴とする耐遅れ破壊性に優れた耐摩耗性鋼板。

【００１４】(II) 上記(I) に記載した化学組成の鋼
を、1000℃〜1200℃に加熱してから仕上げ温度を 750℃
〜 950℃の温度域とする熱間圧延により所定の板厚とし
た後、直ちに Ar₃変態点以上の温度域から急冷して焼入
れすることを特徴とする耐遅れ破壊性に優れた耐摩耗性
鋼板の製造方法。

【００１５】(III)焼入れ後、更に、500 ℃以下の温度
域で焼戻処理を施すことを特徴とする上記(II)に記載の
耐遅れ破壊性に優れた耐摩耗性鋼板の製造方法。

【００１６】

【作用】以下に、本発明において、鋼の化学組成ならび
に製造条件を前記のように限定した理由を説明する。

【００１７】Ａ）鋼の化学組成 Ｃ：Ｃは鋼板の硬度を向上させる作用があり、ブリネル
硬さで 360以上の表面硬度を確保するためには0.15％以
上の含有量を必要とするが、0.45％を超えて含有させて
も残留オーステナイトが未変態のまま残り、より以上の
硬さの向上が得られないので、その含有量を0.15〜0.45
％とした。

【００１８】Si：SiはＰと負の相互作用を示す。即ち、
Siは粒内に存在しやすい性質を有し、遅れ破壊の感受性
を高めるＰを粒界に押しやって粒界脆化を促進する。こ
のような粒界脆化を抑制するためには、Siの含有量を極
力低く抑えるのが望ましいので、その含有量を0.05％未
満とした。

【００１９】Mn：Mnは鋼の耐遅れ破壊性に大きな影響を
与える元素であり、その含有量を調整することは非常に
重要なことである。その含有量を低くするほど遅れ破壊
の感受性は低下するが、特公平１−21846 号公報に記載
されている鋼板のように0.30％未満まで低く抑えなくて
も、少なくとも0.60％まで抑えれば耐遅れ破壊性の改善
効果をえることができるので、0.60％を上限とした。一
方、含有量を0.30％より低くしても耐遅れ破壊性の改善
効果は飽和し、逆に、Mn含有量を低減したことによる焼
入性の低下をMoやCr等の比較的高価な元素の添加によっ
て補わなければならず、製造コストのみが上昇すること
になるので、0.30％を下限とした。

【００２０】Cr：CrはMn含有量を抑えたことによる焼入
性の不足を補うために添加する元素である。そのために
は0.01％以上を含有させる必要があるが、 1.0％を超え
て含有させると鋼の靱性および溶接性が劣化することに
なるので、その含有量を0.01〜1.00％とした。

【００２１】Mo：MoもCrと同様焼入性向上に有効な元素
であり、Mn含有量を抑えたことによる焼入性の不足を補
うためには0.03％以上含有させる必要がある。しかし、
0.70％を超えて含有させても焼入性向上効果が飽和し、
製造コストの上昇を招くだけでなく、逆に溶接性を損な
うことになるので、その含有量を0.03〜0.70％とした。

【００２２】Sol.Al：Alは製鋼時に脱酸剤として使用さ
れる成分である上に、結晶粒を微細化して靭性を改善す
る効果がある。そのためにはSol.Alで 0.010％以上含有
させる必要があるが、 0.080％を超えて含有させるとか
えって粗粒化をきたし、靱性を劣化させる場合もあるの
で、Sol.Al含有量を 0.010〜0.080 ％とした。

【００２３】Nb：Nbは本発明では重要な元素であり、そ
の添加により著しく耐遅れ破壊性が向上する。そのため
には 0.005％以上含有させる必要があるが、0.15％を超
えて含有させると逆に靱性が著しく劣化するようになる
ので、その含有量を0.005 〜0.15％とした。

【００２４】Cu：Cuは溶接性を損なうことなく強度を上
昇させるのに有効な元素である。そのためには0.05％以
上含有させる必要があるが、0.75％を超えて含有させて
もその効果は飽和し、コストのみが上昇することになる
ので、その含有量を0.05〜0.75％とした。

【００２５】Ni：Niは鋼の焼入れ性を高め、しかも、靭
性を損なうことがないので、焼入性の改善には極めて有
効な元素である。そのためには0.05％以上含有させる必
要がある。しかし、Niは非常に高価な元素であるため経
済性を考慮して その含有量を0.05〜 1.5％とした。

【００２６】Ｖ：Ｖは焼戻時の軟化抵抗を著しく高める
元素であり、焼戻によって残留応力を除去し、なおかつ
高い強度を保持するのに極めて有効な元素である。その
ためには0.005％以上含有させる必要があるが、0.15％
を超えて含有させてもより一層の強度上昇は望めず、逆
に靱性が損なわれるのみならず製造コストの上昇を招く
ため、その含有量を 0.005〜0.15％とした。

【００２７】Ti：TiもＶおよびNbと同様に強度を向上さ
せるために有効な元素である。そのためには 0.005％以
上含有させる必要があるが、0.25％を超えて含有しても
より一層の強度上昇は望めず、製造コストのみが上昇す
ることになるので、その含有量を0.005〜0.25％とし
た。

【００２８】Ｂ：Ｂは溶接性を損なうことなく、かつ微
量添加で鋼の強度を著しく上昇させる元素である。その
ためには 0.00015％以上含有させる必要があるが、0.00
25％を超えて含有させると焼入途中でボロン化合物が析
出し、かえって焼入性が低下することになるので、その
含有量を 0.00015〜0.0025％とした。

【００２９】Ca：Caは脱硫効果を有している上、介在物
の形態コントロールにも有効な元素である。これらの効
果を確保するためには0.0005％以上含有させる必要があ
るが、0.0080％を超えて含有させると鋼の清浄度が劣化
するようになるので、その含有量を0.0005〜0.0080％と
した。

【００３０】上記のCu以下の成分は１種だけでもよい
が、２種以上複合して添加することもできる。

【００３１】Ｐ：Ｐは鋼の靭性を劣化させたり、遅れ破
壊の感受性を高める有害な元素であるので、その含有量
は極力低く抑えるのが望ましい。経済性と得られる特性
を勘案して、その含有量を 0.010％以下とした。

【００３２】Ｓ：Ｓ含有量が高くなると靱性および延性
の異方性が増大するのみならず、靱性および延性値その
ものも全体的に低くなるため、その含有量を 0.005％以
下とした。

【００３３】Ｂ）製造条件 ａ）熱間圧延に際しての加熱温度：熱間圧延に先立つ加
熱温度が1200℃を超えると、通常の操業条件の範囲から
外れ、非定常操業となって製造コストを上昇させる他
に、過加熱による鋼塊の割れを助長する可能性があるの
で、1200℃を上限とした。一方、Nb、Ｖ、Tiなどの元素
の固溶を図るためには、1000℃以上の温度で加熱する必
要があるので、1000℃を下限とした。

【００３４】ｂ）熱間圧延における仕上げ温度：熱間圧
延後、直ちに焼入するプロセスで高硬度鋼板を製造する
ためには、その焼入れは少なくとも Ar₃変態点以上の温
度域から行う必要がある。そのためには圧延仕上げ温度
を 750℃以上としておかないと、 Ar₃変態点以上の焼入
温度を確保することができないので、下限を 750℃とし
た。一方、 950℃以上の温度で仕上げると遅れ破壊の感
受性を低く抑えることができないので、 950℃を上限と
した。

【００３５】ｃ）焼入温度 ブリネル硬度で 360以上の高硬度を確保するためには、
焼入時の組織をマルテンサイト主体の組織にしておく必
要がある。そのためには、 Ar₃変態点以上の温度域から
焼入れを開始する必要があるので、その温度を Ar₃変態
点以上とした。

【００３６】ｄ）焼戻し温度：焼入処理を施して得られ
た鋼板は、そのままの状態で使用に供しても良いが、残
留応力の軽減や、平坦度確保のために温間にてレベラー
にかけられるように、焼戻しに相当する再加熱処理を施
してもよい。この際、 500℃を超える温度で焼戻し処理
すると硬度が低下し、耐摩耗性が劣化するこになるの
で、焼戻し温度を500℃以下とした。なお、過度に低い
温度で焼戻し処理しても残留応力の軽減等に所望の効果
が得られないので、下限温度は 200℃とするのが望まし
い。

【００３７】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を溶製し、これらの
鋼を加熱してから熱間圧延で厚鋼板とした後、直ちに水
焼入れを行った。焼入れ後は一部の厚鋼板を除いては焼
戻しを行った。

【００３８】こうして得られたそれぞれの厚鋼板から試
験片を切り出し、機械的性質、表面硬さおよび遅れ破壊
発生時間を測定した。これらの測定結果を表２に製造条
件とともに示す。

【００３９】なお、遅れ破壊発生時間は、55℃温水中に
おける定変位型遅れ破壊試験によって測定した。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】表２から、本発明で規定する化学組成の鋼
を使用し、本発明の製造方法で得られた厚鋼板 (本発明
例No.1〜10) はいずれも目標とする表面硬度 (HBS で36
0 〜600) を満足し、遅れ破壊発生時間も2500時間以上
であることがわかる。しかし、No.11 〜13のように本発
明で規定する化学組成の鋼を使用しても、製造方法を誤
ると表面硬度および耐遅れ破壊性の一方または両方が悪
い。また、No.14 〜17のように製造条件は本発明で規定
する範囲内であるが、鋼の化学組成が本発明で規定する
範囲を外れる場合は表面硬度および耐遅れ破壊性ともに
悪い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
鉱石、土砂等に対する耐摩耗性の良好な高硬度を有し、
しかも耐遅れ破壊特性や溶接性の優れた安価な鋼板を供
給することができる。この鋼板を土木、鉱山機械類使用
すると、これらの機械の耐用年数を大幅に延長すること
ができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、 Ｃ：0.15〜0.45％、Si：0.05％未満、Mn：0.30〜0.60
   ％、Cr：0.01〜1.00％、Mo：0.03〜0.70％、Sol.Al：0.
   010 〜 0.080％、Nb：0.005 〜0.15％を含有し、更に、
   Cu：0.05〜0.75％、Ni：0.05〜1.5 ％、Ｖ：0.005 〜0.
   15％、Ti：0.005〜0.25％、Ｂ：0.00015 〜0.0025％、C
   a：0.0005〜0.0080％のうちの１種以上を含有し、残部
   がFe及び不可避的不純物からなり、不純物中のＰおよび
   Ｓの含有量がそれぞれ、Ｐ： 0.010％以下、Ｓ： 0.005
   ％以下であることを特徴とする耐遅れ破壊性に優れた耐
   摩耗性鋼板。
2. 【請求項２】請求項１に記載した化学組成の鋼を、1000
   ℃〜1200℃に加熱してから仕上げ温度を 750℃〜 950℃
   の温度域とする熱間圧延により所定の板厚とした後、直
   ちにAr₃変態点以上の温度域から急冷して焼入れするこ
   とを特徴とする耐遅れ破壊性に優れた耐摩耗性鋼板の製
   造方法。
3. 【請求項３】焼入れ後、更に、500 ℃以下の温度域で焼
   戻処理を施すことを特徴とする請求項２に記載の耐遅れ
   破壊性に優れた耐摩耗性鋼板の製造方法。