JPS6410564B2

JPS6410564B2 -

Info

Publication number: JPS6410564B2
Application number: JP19863284A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yamada; Nobuo Shikauchi; Masataka Suga; Masao Une
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1984-09-25
Filing date: 1984-09-25
Publication date: 1989-02-22
Also published as: JPS6176615A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕この発明は、焼入れ処理あるいは焼入れ−焼戻
し処理によつて、健全性に優れ、鋼板形状が良好
で、板厚方向硬度分布差の少ない耐摩耗鋼を得
る、耐摩耗鋼の製造方法に係り、詳しくは、特定
組成の鋼片を特定の条件下で圧延し、これを引続
いて直接焼入れまたは通常の焼入れをするに際
し、冷却速度ならびに冷却停止温度を制御するこ
とにより、健全性に優れ、鋼板形状が良好で、板
厚方向硬度分布差の少ない耐摩耗鋼を製造する方
法に関するものである。〔従来技術とその問題点〕耐土砂摩耗などに優れた耐摩耗鋼は、従来、鋼
を焼入れ処理し、あるいは焼入れ−焼戻し処理す
ることによつて製造されていたが、溶接性向上お
よび低コスト化の観点から添加成分の低減が望ま
れ、そのため焼入れ処理のままで製造されるよう
になつてきている。さらに、添加成分をより低減
できる直接焼入れプロセスにより製造される方向
に進みつつある。また、このような耐摩耗鋼に要
求される硬度も、従来は、表面ブリネル硬度H_B
で360程度であつたが、最近では、前記硬度H_Bが
400を越えるような高硬度が要求されるようにな
つてきている。鋼の硬度は、組織のマルテンサイト分率と含有
する炭素量とによつてほぼ決定され、高い硬度の
鋼の製造には、硬度に相応する炭素量の増加が必
要である。表面ブリネル硬度H_B＞400の鋼では、
炭素を約0.2％添加しなければならない。しかし、
このように鋼の添加成分が多くなると、焼入れに
よつて、焼割れ、水素割れ等が起り易くなる。そ
のために焼入れをするにあたつては、細心の注意
が要求される。特に直接焼入れ法においては、予
め脱水素等を入念に行なつておく必要がある。しかしながら、従来の製造プロセスのように、
焼入れにおいて室温付近まで冷却した場合には、
例えば溶鋼段階で脱ガス処理し、又はスラブ段階
で徐冷することにより、予め鋼中水素量を2ppm
以下としておいても、焼割れ、水素割れを完全に
防止することが困難である。さらに、従来の製造
プロセスでは、焼入れ処理のままで供する場合
に、焼入れ歪みの矯正が困難になるという難点も
あつた。〔発明の目的〕この発明は、上述の現状に鑑み、焼入れ処理あ
るいは焼入れ−焼戻し処理によつて、水素割れ等
による欠陥がなく健全性に優れ、歪み量が小さく
鋼板形状が良好で、かつ、表面硬度が充分に高
く、板厚方向硬度分布差が小さい耐摩耗鋼を得
る、耐摩耗鋼の製造方法を提供することを目的と
する。〔発明の概要〕この発明の耐摩耗鋼の製造方法は、Ｃ：0.05〜0.40wt％、 Si：0.1〜0.8wt％、 Mn：0.5〜2.0wt％、 Ti：0.005〜0.10wt％、Ｂ：0.0005〜0.005wt％、 Sol.Al：0.005〜0.10wt％、Ｎ：0.005wt％以下、Ｈ：0.0002wt％以下を含有し、かつ、Ti／Ｎ≧3.0であつて、残部：Feおよび不可避不純物からなる鋼片を素材として、前記鋼片を1000℃以
上の温度に加熱後Ar₃点以上の温度で圧延を終了
して得た鋼材を、焼入れするに際し、A₃点以上
の温度から３℃／sec以上の冷却速度で冷却し、
150〜300℃の温度で冷却を停止して耐摩耗鋼を得
ることに特徴を有する。〔発明の構成〕この発明は、特定組成の鋼片を素材として、こ
れを特定の条件下で圧延し、次いで、これに冷却
速度および冷却停止温度を制御した直接焼入れま
たは通常の焼入れを行なつて、水素割れ等の欠陥
がなく健全性に優れ、歪み量が小さく鋼板形状が
良好な、板厚方向硬度分布差が小さい耐摩耗鋼を
得るものである。この発明においては、素材として、Ｃ：0.05〜
0.40wt％、Si：0.1〜0.8wt％、Mn：0.5〜2.0wt
％、Ti：0.005〜0.10wt％、Ｂ：0.0005〜0.005wt
％、Sol.Al：0.005〜0.10wt％、Ｎ：0.005wt％以
下、Ｈ：0.0002wt％以下を含有し、かつ、Ti／
Ｎ≧3.0であつて、残部：Feおよび不可避不純物
からなる鋼片を用いるが、鋼片の成分組成を上記
のように限定した理由は、次の通りである。Ｃ：耐摩耗鋼では高い硬度が要求されるため、Ｃ
は0.05wt％以上必要であるが、溶接性、靭性と
の観点から上限を0.40wt％とし、0.05〜0.40wt
％とした。 Si：Siは脱酸元素として有用であり0.1wt％以上
必要であるが、0.8wt％を越えると溶接性、靫
性を劣化させるため、0.1〜0.8wt％とした。 Mn：Mnは焼入れ性の確保と靭性向上を図るた
めに0.50wt％以上必要であるが、2.0wt％を超
えると靭性劣化が考えられるため、0.5〜2.0wt
％とした。 Ti、Ｎ：Tiを0.005〜0.10wt％とし、Ｎを0.005wt
％以下とし、かつ、Ti／Ｎ≧3.0とするのは、
焼入れ時に、焼入れ性向上を有効であるＢを、
充分に確保するためである。すなわち、Ti無
添加高Ｎ鋼では、鋼中ＢはＮと結合して焼入れ
性向上に何んら効果をもたなくなるが、Tiを
添加するとTiがＮと結合してＮを固定するの
で、ＢはＮと結合することがなくなり、焼入れ
性向上効果を発揮するようになる。このTiが
0.005wt％未満では、Ｎの固定が不充分となり、
Ｂによる焼入れ性を確保できない。また高Ｎレ
ベルにおいても、Ｎを固定するに充分な量の
Tiを含有させることにより、Ｂによる焼入れ
性を確保することはできるが、Tiが0.1wt％を
越えると、コスト上昇を招くだけでなく、大き
なTiNが形成されるので、鋼質上からも好ま
しくない。第１図は焼入れ後の鋼材の板厚と板厚方向硬
度分布差ΔH_v（ΔH_v＝H_v,Max−H_v,nio）との関係
を示したグラフである。Ti／Ｎが2.7以下にお
いては、板厚が薄い場合でも、ΔH_vはかなり
大きく、100mm程度の板厚までΔH_v≦150とす
るためには、Ti／Ｎ≧3.0とすることが必要で
ある。Ｎを0.005wt％以下とし、かつ、Tiを
0.005〜0.1wt％の範囲でTi／Ｎ≧3.0とすると、
上記のような問題を生ずることなく、TiがＮ
と結合し、Ｂは固溶状態となつて、焼入れ性を
向上させることが可能となる。そして、比較的
板厚の厚い鋼板においても、硬度分布差の少な
い耐摩耗鋼の製造が可能となる。Ｂ：Ｂは焼入れ性を高めるために0.0005wt％以上
必要であるが、多量の添加は溶接性に有害であ
るため上限を0.005wt％とし、0.0005〜0.005wt
％とした。 Sol.Al：Alは脱酸元素として不可欠であり
0.005wt％以上必要であるが、0.10wt％を越え
るとAlN等によつて靭性の劣化を招くように
なるので、上限を0.10wt％とし、0.005〜
0.10wt％とした。Ｈ：Ｈは一般的に割れ感受性を高める作用があ
り、特に高強度鋼材においてはその傾向が顕著
であるので、少ないことが望ましい。しかし、
焼入れの停止温度を150〜300℃とすれば、同一
の水素量でも割れ感受性を小さくでき、Ｈは
0.0002wt％（2ppm）まで適用上問題がない。
従つて、Ｈを0.0002wt％以下とした。この発明では、素材となる鋼片として、上記の
基本成分に必要に応じて、Cu：1.0wt％以下、
Ni：1.0wt％以下、Cr：2.0wt％以下、Mo：
1.0wt％以下、Nb：0.1wt％以下、Ｖ：0.1wt％以
下、Ca：0.01wt％以下、Mg：0.01wt％以下およ
びREM（希土類元素）：0.01wt％以下のうちの少
なくとも１種または２種以上を加えた成分組成の
ものを用いることができる。これらCu等の限定
理由は次の通りである。 Cu：Cuは焼入れ性を向上させるが、多量に添加
すると熱間脆性の原因となるために、1.0wt％
以下とした。 Ni：Niは靭性と焼入れ性とを向上させるが、高
価であるために、1.0wt％以下とした。 Cr、Mo：CrとMoは焼入れ性を向上させるが、
多量に添加すると溶接性、靭性に有害であるた
め、それぞれCr2.0wt％以下、Mn1.0wt％以下
とした。Ｖ、Nb：ＶとNbは析出硬化により強度を上昇さ
せるが、多量に添加すると溶接性を害するた
め、共にV0.1wt％以下、Nb0.1wt％以下とし
た。 Ca、Mg、REM：Ca、MgおよびREMはＳと結
合し、形状制御された硫化物を形成して、低温
靭性を向上させるが、多量に添加すると鋼の清
浄性を低下させるため、共にCa0.01wt％以下、
Mg0.01wt％以下、REM0.01wt％以下とした。この発明では、上述した鋼片を1000℃以上の温
度に加熱後圧延して、Ar₃点以上で圧延を終了
し、次いで圧延によつて得られた鋼材を、A₃変
態点以上の温度から冷却して焼入れする、すなわ
ち直接焼入れにあつてはAr₃点以上の温度から冷
却し、通常の焼入れにあつてはAc₃点以上の温度
に再加熱し、Ac₃点以上の温度から冷却して焼入
れするものである。ここで、鋼片の加熱温度を1000℃以上とするの
は、圧延能率を高くするためと、直接焼入れ法採
用時の焼入れ開始温度（Ar₃点以上の温度）を確
保するためとからである。圧延仕上り温度をAr₃点以上とするのは、圧延
能率および焼入れ操作の関係上からである。すな
わち、先ず直接焼入れにあつては、圧延終了後引
続いて直ちに焼入れすることになるが、焼入れは
鋼がオーステナイト一相の状態から急冷する必要
があることから、少なくとも直接焼入れの先行程
たる圧延仕上げは、オーステナイト→フエライト
変態開始点（Ar₃点）以上の温度でなければなら
ない。一方通常の焼入れにあつては、熱間圧延完
了後鋼材が少なくともAr₁点以上の温度に冷却さ
れた後、Ac₃点以上の温度に再加熱してから焼入
れするものであるから、、直接焼入れにおける場
合ほど仕上り温度が直接的な意味を持たないけれ
ども、Ar₃点以下の温度では前述のフエライトの
析出が始まり、圧延荷重が増大するので、Ar₃点
以上の温度で圧延を終了することが望ましい。ま
たAr₃点以下の温度で圧延を行なうとフエライト
に歪みが導入され、Ac₃点以上の温度に加熱した
際に得られるオーステナイトが混粒となることが
あり、焼入れ性が不均一となる。焼入れによつて鋼材の表面硬度を所定の高い値
にするためには、鋼材の表層近傍で完全なマルテ
ンサイト組織を得る必要があり、そのために焼入
れの冷却速度は、少なくと３℃／sec以上である
ことが必要である。冷却速度が３℃／sec未満で
は、得られる耐摩耗鋼の表面硬さが不充分となる
だけでなく、板厚方向硬度分布も凹型となり好ま
しくない。焼入れの冷却停止温度は、焼割れ、水素割れ、
歪み等を防止する観点から、150〜300℃とする。
耐摩耗鋼は、圧延後の鋼材を焼入れ処理して得た
後、焼戻し処理をせずに使用されることがあるた
め、圧延後の鋼材を焼入れ処理したままでの品質
が重要であり、焼入れの冷却停止温度が重要とな
つてくる。第２図は焼入れの水冷停止温度と焼入れした鋼
材の超音波探傷試験（UST）によるUST欠陥密
集度との関係を示すグラフである。第２図から判
るように、水冷停止温度が上昇するに伴なつて、
UST欠陥密集度は低下する傾向を示す。また鋼
材中の水素量が同一でも硬度が高い方が、UST
欠陥発生に対する感受性が高い。従つて、高硬度
材ほど、焼入れの冷却停止温度を上昇させ、また
鋼材中の水素濃度を低下させる必要がある。この
水冷停止温度が150℃未満のときには、水素濃度
を低く抑えてもUST欠陥密集度はかなり高く、
硬度H_Bが450〜500の鋼材ではは、水素濃度を
1.0ppm以下としなければUS欠陥密集度を小さく
できない。これに対し、停止温度を150〜300℃と
したときには、硬度H_Bが450〜500の鋼材でも、
鋼材中の水素濃度2.0ppm以下で、UST欠陥密集
度を実用上問題のない程度の大きさとすることが
できる。以上のことから焼入れの冷却停止温度の下限を
150℃とする。停止温度が150℃未満では、鋼材中
の水素量を充分に低くしておかなければ、遅れ破
壊を生ずる可能性がある。停止温度を150℃以上
とすると、焼入れ後の徐冷過程で水素を拡散させ
ることができる。150℃以上の温度で冷却を停止
することは、焼入れによる歪み防止にも有効であ
る。停止温度の上限は300℃とする。これは、300
℃を越えた高い温度で焼入れを停止すると、充分
な硬さが得られなくなるからである。この発明は以上述べたように、焼入れ処理のま
まで耐摩焼鋼を製造することを主たる目的とする
が、硬度その他の機械的性質を調整するために、
必要に応じて焼入れ後Ac₁点以下の温度で焼戻し
ても良いことを含むことは当然である。その場
合、焼戻し温度が400℃以下のときには、通常の
焼戻し時間の採用が、そして焼戻し温度が400℃
を超えAc₁点以下であるときには、硬度低下が著
しいことから１分以内の短時間焼戻しをすること
が推奨される。この発明によれば、内部の傷が少なく、歪みが
小さくて、かつ板厚方向硬度分布差ΔH_vが150以
下の、低温靭性に優れた耐摩耗鋼が得られる。〔実施例〕次に、この発明の実施例について説明する。第１表に示す化学成分を含有する鋼片ａ〜ｆか
ら、第２表に示す製造条件で耐摩耗鋼を製造し、
本発明鋼（鋼No.１、５、８、９、11、13）および
比較鋼（鋼No.２〜４、６〜７、10、12、14〜19）
を得た。本発明鋼および比較鋼の表面硬度H_B等
の試験結果を、同じく第２表に示す。なお、第１
表の鋼片ａ〜ｆのうち、ａ〜ｄは化学成分が本発
明鋼の対象とする鋼片の範囲内にあるもの、ｅ〜
ｆは化学成分が本発明鋼の対象とする鋼片の

【表】

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、水素
割れ等による内部欠陥がなく健全性に優れ、歪み
量が小さく鋼板形状が良好で、かつ、表面硬度が
充分に高く、板厚方向硬度分布差が小さい耐摩耗
鋼を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼入れ後の鋼材の板厚と板厚方向硬度
分布差との関係を示すグラフ、第２図は焼入れの
水冷停止温度と焼入れ後の鋼材のUST欠陥密集
度との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.05〜0.40wt％、 Si：0.1〜0.8wt％、 Mn：0.5〜2.0wt％、 Ti：0.005〜0.10wt％、Ｂ：0.0005〜0.005wt％、 Sol.Al：0.005〜0.10wt％、Ｎ：0.005wt％以下、Ｈ：0.0002wt％以下を含有し、かつ、Ti／Ｎ≧3.0であつて、残部：Feおよび不可避不純物からなる鋼片を、1000℃以上の温度に加熱後Ar₃
点以上の温度で圧延を終了して得た鋼材を、焼入
れするに際し、A₃点以上の温度から３℃／sec以
上の冷却速度で冷却し、150〜300℃の温度で冷却
を停止することを特徴とする、耐摩耗鋼の製造方
法。２Ｃ：0.05〜0.40wt％、 Si：0.1〜0.8wt％、 Mn：0.5〜2.0wt％、 Ti：0.005〜0.10wt％、Ｂ：0.0005〜0.005wt％、 Sol.Al：0.005〜0.10wt％、Ｎ：0.005wt％以下、Ｈ：0.0002wt％以下を含有し、かつ、Ti／Ｎ≧3.0であつて、さらに、 Cu：1.0wt％以下、 Ni：1.0wt％以下、 Cr：2.0wt％以下、 Mo：1.0wt％以下、 Nb：0.1wt％以下、Ｖ：0.1wt％以下、 Ca：0.01wt％以下、 Mg：0.01wt％以下、希土類元素：0.01wt％以下のうちの少なくとも１種を含有し、残部：Feおよび不可避不純物からなる鋼片を、1000℃以上の温度に加熱後Ar₃
点以上の温度で圧延を終了して得た鋼材を、焼入
れするに際し、A₃点以上の温度から３℃／sec以
上の冷却速度で冷却し、150〜300℃の温度で冷却
を停止することを特徴とする、耐摩耗鋼の製造方
法。