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JP3003451B2 - 加工性および溶接性に優れた耐摩耗鋼 - Google Patents

加工性および溶接性に優れた耐摩耗鋼

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JP3003451B2
JP3003451B2 JP5076489A JP7648993A JP3003451B2 JP 3003451 B2 JP3003451 B2 JP 3003451B2 JP 5076489 A JP5076489 A JP 5076489A JP 7648993 A JP7648993 A JP 7648993A JP 3003451 B2 JP3003451 B2 JP 3003451B2
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JP
Japan
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steel
weldability
martensite
wear
ferrite
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JP5076489A
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茂 遠藤
守康 長江
攻 平野
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JFE Engineering Corp
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JFE Engineering Corp
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Publication date
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加工性および溶接性に優
れた耐摩耗性鋼に係り、産業機械、鉱山関連装置、鉱石
質スラリー、石炭質スラリーの如きスラリー状物質や磨
耗性の高い硬質の物質の輸送などに用いられる耐磨耗鋼
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、鋼板などの表面硬度を上昇させ
ることで耐摩耗性は向上する。このため、従来の耐摩耗
鋼板はCをはじめ多量の合金元素を含む鋼を焼入処理し
て製造する場合が多い。このような耐摩耗鋼では、その
高硬度のため加工性に劣る、また炭素当量が必然的に高
くなり溶接性が劣るなどの欠点を有していた。
【0003】このような問題を解決するため、鋼板に関
しては比較的低い炭素当量の鋼を用いて圧延焼入処理に
より耐摩耗鋼を製造する方法として、特公昭56−14
127号や特開昭57−89426号、特開昭61−7
6615号などが開示されている。また、複合鋼板を用
いて表面硬度のみを上昇させて、鋼の加工性および溶接
性は柔らかい内部で確保し、表層の硬化部で耐摩耗性を
確保する鋼板も開発されている(特開平3−22723
3号)。
【0004】また溶接性や加工性に優れたオーステナイ
トないし二相系のステンレスを用いて耐摩耗鋼管を製造
する方法(特開昭51−13361号)が開示されてお
り、更に、耐摩耗クラッド鋼管の製造方法(特開昭63
−290616号)も開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、焼入処理によ
り製造される鋼では、依然加工性が劣り、また複合鋼板
では硬化層が薄いことから、硬化層が摩耗により減少す
るような環境では、あまり長期間使用できないなどの問
題点がある。更にステンレス鋼やクラッド鋼管は高価で
あるなどの問題点を有している。本発明では、比較的低
炭素当量、すなわち高加工性と優れた溶接性を有し、か
つ優れた耐摩耗性を有する鋼板を適切に製造することを
目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は高加工性お
よび優れた溶接性を有した耐磨耗鋼板、すなわち比較的
低い硬さと低い炭素当量の耐摩耗性鋼管や鋼板の製造に
対して、鋼の成分系および熱処理条件等を研究検討した
結果、図1に示すようにフェライトやベイナイトなどの
地組織中にマルテンサイトと残留オーステナイトから構
成される島状マルテンサイトを分散させた鋼は、従来鋼
の硬さと耐磨耗性能との関係から予想されるよりも良好
な耐磨耗性を有する鋼が製造し得ることが判った。また
この組織を得るためには従来鋼のように多量の合金元素
を添加する必要のないことも判った。本発明はこのよう
な知見に基づき創案されたものであって、以下に示す如
くである。
【0007】(1) wt%で、C:0.10〜0.20%,S
i:0.50〜2.00%,Mn:0.50〜2.50% を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼で、フ
ェライト、ベイナイトあるいはフェライトとベイナイト
の混合組織からなる地組織に面積分率で5%以上の島状
マルテンサイト(マルテンサイトと残留オーステナイト
からなる)を含むことを特徴とする、加工性および溶接
性に優れた耐磨耗鋼。
【0008】(2) wt%で、C:0.10〜0.20%,S
i:0.50〜2.00%,Mn:0.50〜2.50% を含み、かつ Cu:0.05〜1.00%,Ni:0.05〜2.00%,Cr:0.
05〜0.5%, Mo:0.05〜0.5%,Nb:0.005〜0.10%,V:0.
005〜0.10%, Ti:0.005〜0.10%,B:3〜20ppm の内1種以上を含み、残部がFeおよび不可避不純物から
なる鋼で、フェライト、ベイナイトあるいはフェライト
とベイナイトの混合組織からなる地組織に面積分率で5
%以上の島状マルテンサイト(マルテンサイトと残留オ
ーステナイトからなる)を含むことを特徴とする、加工
性および溶接性に優れた耐磨耗鋼。
【0009】
【作用】上記したような本発明について更に説明する
と、本発明による鋼は、島状マルテンサイト量および成
分組成を限定することからなるが、それらの限定理由は
以下のとおりである。
【0010】島状マルテンサイト分率:5%以上 図2には島状マルテンサイトの面積分率と耐磨耗性能と
の関係を示す。図1と図2から島状マルテンサイト量が
5%未満では耐磨耗性能の向上に大きな効果はなく、5
%以上になると良好な耐磨耗性能が得られることが判
る。従って島状マルテンサイト量は5%以上とする。
【0011】このような組織を得るための鋼の製造方法
は特に限定しないが、熱間圧延した鋼材をAc〜Ac
温度のフェライトとオーステナイトの2相域に再加熱
御冷却する方法や、鋼の組織がアッパーベイナイトとな
るような熱間圧延方法や熱処理が好ましい。
【0012】すなわち、フェライト−パーライト鋼ある
いはベイナイト鋼をAc〜Acに加熱すると組織は
フェライト(ベイナイト)とオーステナイトの混合組織
となり、CをはじめMnなどの添加元素はフェライトあ
るいはベイナイトからオーステナイトへ拡散し、オース
テナイト中の添加元素量が増加する。このような状態か
ら冷却すると、加熱時のオーステナイトは、室温におい
てもオーステナイト(残留オーステナイト)まま、ある
いは冷却中にマルテンサイト変態し、フェライトあるい
はベイナイトと島状マルテンサイトの混合組織になる。
【0013】また冷却速度は、加熱時のオーステナイト
部分には添加元素が濃縮しているので、空冷以上の冷却
速度で充分マルテンサイトあるいはオーステナイト組織
となり、上述の混合組織を得ることができる。また本発
明鋼の組織をアッパーベイナイト組織とすることでも島
状マルテンサイトを適切に分散させることができる。
【0014】本発明の成分組成について説明すると、本
発明で用いる鋼は低炭素の鉄系の構造用鋼(例えば J
IS G 3101,3106,3115等に準ずる
鋼)であれば組成に制限はないが、C,Si,Mnを基
本成分として数1の範囲で含有するものであることが好
ましい。
【0015】
【数1】C:0.10〜0.20wt% Si:0.50〜2.00wt% Mn:0.50〜2.50wt%
【0016】C:0.10〜0.20% 島状マルテンサイトの面積分率を5%以上確保するため
に、Cは重要な元素であり、添加量が0.10%未満では
この効果が小さいので添加量の下限は0.10%とする。
また添加量が0.20%を超えると溶接性の劣化を招くの
で添加量の上限は0.20%とする。
【0017】Si:0.50〜2.00% Si量を低下させるとパーライト組織が生成し易くな
り、島状マルテンサイト量が低下し良好な耐摩耗性能が
得られない。そこで添加量の下限を0.50%とする。
また過剰に添加すると鋼板の熱間延性の低下や溶接性の
劣化を招くので上限を2.00%とする。
【0018】Mn:0.50〜2.50% Mnは特に残留オーステナイト量の上昇に効果的である
が、0.50%未満ではその効果が小さく、また2.5
0%を超えて添加すると溶接性の劣化を招く。したがっ
て添加量の下限を0.50%、上限を2.50%とす
る。
【0019】以上は本発明の必須成分であるが、選択元
素の添加量およびその限定理由は以下に示すとおりであ
る。すなわち、島状マルテンサイトの上昇と地組織の耐
磨耗性能の向上を図るため、Cu,Ni,Cr,Mo,
Nbを以下に示す範囲で添加してもよい。数2の添加量
の下限はいずれも上記効果を示すに最低必要な量であ
り、その上限は溶接性を劣化させずにその効果を示す上
限の値である。
【0020】
【数2】Cu:0.05〜1.00% Ni:0.05〜2.00% Cr:0.05〜0.50% Mo:0.05〜0.50% Nb:0.005〜0.10%
【0021】また、地組織部分の硬さを上昇させてより
優れた耐磨耗性能を得るために、V,Ti,Bを以下の
範囲で添加してもよい。数3の添加の下限は硬さの上昇
に効果のある最低の値であり、上限は溶接性や加工性を
劣化させない上限の値である。
【0022】
【数3】V:0.005〜0.10wt% Ti:0.005〜0.10wt% B:3〜20ppm
【0023】
【実施例】本発明者等の用いた供試材の成分組成は次の
表1に示すが、この表1における鋼はいずれもCeq値
で0.45程度以下であり、その溶接性は一般に構造用
鋼として用いられているものと同等となっている。
【0024】
【表1】
【0025】(実施例1) 前記表1の各鋼に対する鋼板の製造条件および耐摩耗性
能は、次の表2に示す如くであるが、摩耗性能の評価
は、水と珪砂とを混合した環境での試験片回転型の摩耗
試験の試験片の摩耗減量の測定により行った。表中の耐
摩耗性能は、SS400試験片の摩耗減量で供試材の摩
耗減量を除した値で、この値が小さい程耐摩耗性能が良
好であることを意味している。試験機の概略は図3に示
す如くであって、回転軸2から150mmの間隔を採っ
て試験片1を取付け、回転させるものである。
【0026】
【表2】
【0027】即ち、発明鋼を適正条件で熱処理した鋼板
は硬さHv300以下で0.7以下の耐磨耗性能が得られて
いる。また熱処理を施さない鋼でも島状マルテンサイト
量が5%を超えた鋼は良好な耐磨耗性能が得られてい
る。発明鋼を用いた場合でも、島状マルテンサイト量の
少ない鋼B−5、熱処理条件が適正でなく島状マルテン
サイト量の少ないB−3およびB−4は0.7以下の耐磨
耗性能が得られていない。また、鋼R−1、S−1、T
−1、U−1、V−1のように発明鋼を用いないと、本
発明の熱処理を施しても島状マルテンサイト量が少なく
良好な耐磨耗特性は得られない。U−2のように圧延ま
までかつ本発明鋼でない場合には、Hv230でも耐磨耗
性能0.9と高い値を示す。
【0028】
【発明の効果】以上説明したような本発明によるとき
は、鋼の成分と組織を制御することで、良好な耐磨耗性
能を有し、かつ加工性および溶接性の良好な鋼板を的確
に製造することができるものであって、工業的にその効
果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼の硬さおよび島状マルテンサイトが耐磨耗性
能におよぼす影響について示した図表である。
【図2】島状マルテンサイト量の耐磨耗性能に及ぼす影
響について示した図表である。
【図3】摩耗特性の評価に用いた試験装置の概略を示し
た断面的説明図である。
【符号の説明】
1 試験片 2 回転軸 3 円盤 4 容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−157948(JP,A) 特開 昭60−152655(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 301 C22C 38/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 wt%で、C:0.10〜0.20%,Si:0.
    50〜2.00%,Mn:0.50〜2.50% を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼で、フ
    ェライト、ベイナイトあるいはフェライトとベイナイト
    の混合組織からなる地組織に面積分率で5%以上の島状
    マルテンサイト(マルテンサイトと残留オーステナイト
    からなる)を含むことを特徴とする、加工性および溶接
    性に優れた耐磨耗鋼。
  2. 【請求項2】 wt%で、C:0.10〜0.20%,Si:0.
    50〜2.00%,Mn:0.50〜2.50% を含み、かつ Cu:0.05〜1.00%,Ni:0.05〜2.00%,Cr:0.
    05〜0.5%, Mo:0.05〜0.5%,Nb:0.005〜0.10%,V:0.
    005〜0.10%, Ti:0.005〜0.10%,B:3〜20ppm の内1種以上を含み、残部がFeおよび不可避不純物から
    なる鋼で、フェライト、ベイナイトあるいはフェライト
    とベイナイトの混合組織からなる地組織に面積分率で5
    %以上の島状マルテンサイト(マルテンサイトと残留オ
    ーステナイトからなる)を含むことを特徴とする、加工
    性および溶接性に優れた耐磨耗鋼。
JP5076489A 1992-03-11 1993-03-11 加工性および溶接性に優れた耐摩耗鋼 Expired - Lifetime JP3003451B2 (ja)

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