(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い機械的強度および高い耐摩耗性を有する鋼の偏析による粒界の不都合な影響を軽減するための方法であり、鋼の重量％での組成が、
０．３０％≦Ｃ≦１．４２％
０．０５％≦Ｓｉ≦１．５％
Ｍｎ≦１．９５％
Ｎｉ≦２．９％
１．１％≦Ｃｒ≦７．９％
０．６１％≦Ｍｏ≦４．４％
・  ０．００５％未満の硫黄、
を含んでおり、残りが鉄および製造作業からもたらされる不純物であり、
組成が、
Ｄ＝５４０（Ｃ）０．２５＋２４５（Ｍｏ＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３０＋１２５Ｃｒ０．２０＋１５．８Ｍｎ＋７．４Ｎｉ＋１８Ｓｉ
について、
８００≦Ｄ≦１１５０
を満足し、
前記方法にしたがって、鋼の組成が以下のように調節され、すなわち、
・  モリブデンが、タングステンの含有量が０．２１％以上になるように、２倍の量のタングステンで完全にまたは部分的に置き換えられ、
・  チタニウムおよび／またはジルコニウムの含有量ならびに炭素の含有量が、調節後の炭素の含有量をＣ’とし、調節前の炭素の含有量をＣとしたときに、調節後の含有量が、
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≧０．２０×Ｗ
Ｃ’＝Ｃ＋Ｔｉ／４＋Ｚｒ／８
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）×Ｃ’≧０．０７
かつ、
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≦１．４９％
となるように調節され、
製鋼所において調節を実行するための精度が、
０．９５×Ｄ（調節前）≦Ｄ（調節後）≦１．０５×Ｄ（調節前）
であり、ここで、
Ｄ（調節後）＝５４０（Ｃ’−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８）０．２５＋２４５（Ｍｏ（調節後）＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３０＋１２５Ｃｒ０．２０＋１５．８Ｍｎ＋７．４Ｎｉ＋１８Ｓｉである、方法。
【請求項２】
調節後の鋼の組成が、バナジウム、ニオブ、およびタンタルから、Ｖ≦１．４５％、Ｎｂ≦１．４５％、Ｔａ≦１．４５％、かつＶ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≦１．４５％であるような含有量で選択される少なくとも１つ以上の元素、および／または最大０．１％のホウ素、最大０．０１％のカルシウム、最大０．５％の希土類、最大１％のアルミニウム、最大１％の銅を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
クロムの含有量が２．５％〜３．５％であるとき、組成の調節前の炭素の含有量が、Ｃ≧０．５１％であるような場合に、
Ｍｏ（調節後）＜１．２１％である場合に、Ｗ≦０．８５％であり、
Ｍｏ（調節後）≧１．２１％である場合に、Ｗ／Ｍｏ≦０．７であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
Ｄ（調節後）＝Ｄ（調節前）であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
高い機械的強度および高い耐摩耗性を有する鋼であって、鋼の重量％での化学的組成が、
０．３５％≦Ｃ≦１．４７％
０．０５％≦Ｓｉ≦１．５％
Ｍｎ≦１．９５％
Ｎｉ≦２．９％
１．１％≦Ｃｒ≦７．９％
０％≦Ｍｏ≦４．２９％
０．２１％≦Ｗ≦４．９％
０．６１％≦Ｍｏ＋Ｗ／２≦４．４％
０％≦Ｔｉ≦１．４９％
０％≦Ｚｒ≦２．９％
０．２１％≦Ｔｉ＋Ｚｒ／２≦１．４９％
・  ０．００５％未満の硫黄、
を含んでおり、残りが鉄および製造作業からもたらされる不純物であり、
組成が、
Ｄ＝５４０（Ｃ＊）０．２５＋２４５（Ｍｏ＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３＋１２５Ｃｒ０．２０＋１５．８Ｍｎ＋７．４Ｎｉ＋１８Ｓｉ
および
Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８
について、
以下の条件、
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗ≧０．２０
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）×Ｃ≧０．０７
０．３％≦Ｃ＊≦１．４２％、ここでＣ＊は自由炭素であり、
８００≦Ｄ≦１１５０
を満足しており、
さらに、Ｃ＊≧０．５１％かつ２．５％≦Ｃｒ≦３．５％であるときに、Ｍｏ＜１．２１％ならば、Ｗ≦０．８５％であり、Ｍｏ≧１．２１％ならば、Ｗ／Ｍｏ≦０．７である、鋼。
【請求項６】
鋼の組成が、バナジウム、ニオブ、およびタンタルから、Ｖ≦１．４５％、Ｎｂ≦１．４５％、Ｔａ≦１．４５％、かつＶ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≦１．４５％であるような含有量で選択される少なくとも１つ以上の元素、および／または最大０．１％のホウ素、最大０．０１％のカルシウム、最大０．５％の希土類、最大１％のアルミニウム、最大１％の銅を含む、請求項５に記載の鋼。
【請求項７】
Ｃ＊≦１．１％を特徴とする、請求項５または６に記載の鋼。
【請求項８】
Ｗ≦０．８５％を特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項９】
Ｓｉ≧０．４５％を特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１０】
Ｓｉ＜０．４５％を特徴とする、請求項５から８のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１１】
Ｍｏ＋Ｗ／２≧２．２％を特徴とする、請求項５から１０のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１２】
Ｃｒ≧３．５％を特徴とする、請求項５から１１のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１３】
Ｃ≦０．８５％を特徴とする、請求項５から１２のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１４】
Ｃ＞０．８５％を特徴とする、請求項５から１２のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１５】
Ｔｉ＋Ｚｒ／２＜０．７％を特徴とする、請求項５から１４のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１６】
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≧０．７％を特徴とする、請求項５から１４のいずれか一項に記載の鋼。
【請求項１７】
請求項５から１６のいずれか一項に記載の鋼の加工物を製造するための方法であって、
・  溶融した鋼の浴においてチタニウムおよび／またはジルコニウムの含有量が、調節され、溶融した鋼の浴におけるチタニウムおよび／またはジルコニウムの局所的な過剰濃度を常に防止されて、所望の組成を有する液状の鋼を生成し、
・  前記鋼を、半完成品を得るべく鋳造し、
・  次いで、該半完成品に、高温状態での塑性変形による成形処理操作を加え、さらに熱処理操作を加えて加工物を得ることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
チタニウムおよび／またはジルコニウムの添加が、チタニウムおよび／またはジルコニウムを液状の鋼の浴を覆うスラグへと徐々に加え、かつチタニウムおよび／またはジルコニウムを液状の鋼の浴へとゆっくりと拡散できるようにすることによって実行されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
チタニウムおよび／またはジルコニウムの添加が、液状の鋼の浴を撹拌して、チタニウムおよび／またはジルコニウムを含むワイヤを、液状の鋼の浴へと導入することによって実行されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
請求項５から１６のいずれか一項に記載の鋼からなる加工物であって、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる、加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い機械的強度および高い耐摩耗性を有する鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業において、高い耐摩耗性を有する鋼が使用されている。それら鋼は、例えば、鉱業用設備の製造を目的とし、摩耗に耐えなければならない鋼である。また、金属加工物を冷間または中程度の温度で成形するための製造工具を目的とし、金属対金属の形式の摩擦に起因する摩耗に耐えなければならない鋼である。これら工具の用途においては、少なくとも、鋼が、５００℃または６００℃に達しうる温度まで加熱されたとしても、良好な特性を維持しなければならない。
【０００３】
このような耐摩耗性に加え、ここで検討される鋼は、機械加工または溶接が可能であるよう適切な特性を有していなければならない。最後に、衝撃または強い荷重に耐えることができなければならない。
【０００４】
一般論として、これらの望ましい特性のすべてを得るために、ほぼ０．３％〜１．５％の炭素、２％未満のケイ素、２％未満のマンガンを含み、随意による最大３％のニッケル、１％〜１２％のクロム、０．５％〜５％のモリブデンを、随意によるバナジウムまたはニオブの添加とともに含んでいる鋼が、一般的に使用されている。
【０００５】
これらの鋼において、耐摩耗性は、炭化モリブデンの二次析出によって引き起こされる硬化から主としてもたらされている。必要であれば、耐摩耗性を、クロムに特に富んでいる粗いレデブリティック（ｌｅｄｅｂｕｒｉｔｉｃ）な炭化物の存在によって、改善することができる。
【０００６】
その反面、十分に硬くかつ温度に関して安定な二次析出をもたらす、モリブデンおよびバナジウムなどといった強力な炭化物生成元素が大量に存在する必要があるということは、それらの元素および炭素において高度に偏析（ｓｅｇｒｅｇａｔｅｄ）しており、したがってきわめて硬くてきわめて脆い粒界（ｓｅａｍｓ）の形成につながるという欠点を有している。これらの偏析による粒界は、機械加工または溶接を困難にする。さらには、これらが、局所的ではあるものの、加工物の衝撃および強い曲げ荷重への耐性をきわめて大きく減じうる、脆弱な領域を構成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、その特性が、知られている鋼の特性と同等でありながら、偏析による粒界に関係する不都合な影響が大きく軽減される、鋼を得るための手段を提供することによって、このような不都合を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のため、本発明は、高い機械的強度および高い耐摩耗性を有する鋼の偏析による粒界の不都合な影響を軽減するための方法に関し、鋼の重量による組成が、
０．３０％≦Ｃ≦１．４２％
０．０５％≦Ｓｉ≦１．５％
Ｍｎ≦１．９５％
Ｎｉ≦２．９％
１．１％≦Ｃｒ≦７．９％
０．６１％≦Ｍｏ≦４．４％
・  バナジウム、ニオブ、およびタンタルから、Ｖ≦１．４５％、Ｎｂ≦１．４５％、Ｔａ≦１．４５％、かつＶ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≦１．４５％であるような含有量で選択される、随意による１つ以上の元素、
・  随意による最大０．１％のホウ素、
・  合計Ｓ＋Ｓｅ／２＋Ｔｅ／４が０．１９％以下に保たれる、随意による最大０．１９％の硫黄、最大０．３８％のセレン、および最大０．７６％のテルル、
・  随意による最大０．０１％のカルシウム、
・  随意による最大０．５％の希土類、
・  随意による最大１％のアルミニウム、
・  随意による最大１％の銅、
を含んでおり、残りが鉄および製造作業からもたらされる不純物である。組成がさらに、
Ｄ＝５４０（Ｃ）０．２５＋２４５（Ｍｏ＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３０＋１２５Ｃｒ０．２０＋１５．８Ｍｎ＋７．４Ｎｉ＋１８Ｓｉ
について、
８００≦Ｄ≦１１５０
を満足している。
【０００９】
この方法によれば、
・  モリブデンが、タングステンの含有量Ｗが０．２１％以上になるように、２倍の割合のタングステンで完全にまたは部分的に置き換えられ、
・  実質的に凝固の際に粗い炭化物を形成するように意図されたチタニウムおよび／またはジルコニウムが加えられるとともに、Ｔｉ／４＋Ｚｒ／８に等しい追加の量の炭素δＣが、調節後の炭素の含有量がＣ’＝Ｃ（調節前）＋Ｔｉ／４＋Ｚｒ／８となるように意図されて加えられる。
【００１０】
追加されるチタニウムおよび／またはジルコニウムの量は、
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≧０．２０×Ｗ
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）×Ｃ’≧０．０７
であり、すなわちＣ’＝（Ｃ＋Ｔｉ／４＋Ｚｒ／８）（ここで、Ｃ＝調節前の炭素含有量）を考慮に入れて、
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）≧２（−Ｃ＋√（Ｃ２＋０．０７））
かつ、
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≦１．４９％
である。
【００１１】
最初に炭化チタニウムおよび／または炭化ジルコニウムを形成する追加の量の炭素δＣは、もはや利用可能ではなく、したがって炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化バナジウム、および副次的な炭化クロムの二次硬化析出に関与しない。それは、調節後の自由炭素Ｃ＊＝Ｃ’−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８に応じる。これは、製鋼作業についての観察を実行するための現実のばらつきに関係するばらつきを除き、鋼の硬化が、本発明の方法によって変化することがないという結果をもたらす。この点に関し、係数Ｄについての結果としてのばらつきが、±５％を超えないものと見積もりされ、したがって、
０．９５×Ｄ（調節前）≦Ｄ（調節後）≦１．０５×Ｄ（調節前）
であることが望ましく、ここで、
Ｄ（調節後）＝５４０（Ｃ’−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８）０．２５＋２４５（Ｍｏ（調節後）＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３０＋１２５Ｃｒ０．２０＋１５．８Ｍｎ＋７．４Ｎｉ＋１８Ｓｉ
である。
【００１２】
組成は、好ましくは、
Ｄ（調節後）＝Ｄ（調節前）
であるように調節される。
【００１３】
クロムの含有量が２．５％〜３．５％であるとき、調節前に、炭素、チタニウム、およびジルコニウムの含有量がＣ≧０．５１％であるような場合に、Ｗの含有量が、好ましくは、調節後において、
Ｍｏ＜１．２１％である場合に、Ｗ≦０．８５％であって、
Ｍｏ≧１．２１％である場合に、Ｗ／Ｍｏ≦０．７である、
ように制限される。
【００１４】
さらに、本発明は、高い機械的強度および高い耐摩耗性を有しており、随意による本発明による方法によって得ることができる鋼に関係し、鋼の重量による化学的組成が、
０．３５％≦Ｃ≦１．４７％
０．０５％≦Ｓｉ≦１．５％
Ｍｎ≦１．９５％
Ｎｉ≦２．９％
１．１％≦Ｃｒ≦７．９％
０％≦Ｍｏ≦４．２９％
０．２１％≦Ｗ≦４．９％
０．６１％≦Ｍｏ＋Ｗ／２≦４．４％
０％≦Ｔｉ≦１．４９％
０％≦Ｚｒ≦２．９％
０．２１％≦Ｔｉ＋Ｚｒ／２≦１．４９％
・  バナジウム、ニオブ、およびタンタルから、Ｖ≦１．４５％、Ｎｂ≦１．４５％、Ｔａ≦１．４５％、かつＶ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≦１．４５であるような含有量で選択される、随意による１つ以上の元素、
・  随意による最大０．１％のホウ素、
・  合計Ｓ＋Ｓｅ／２＋Ｔｅ／４が０．１９％以下に保たれる、随意による最大０．１９％の硫黄、最大０．３８％のセレン、および最大０．７６％のテルル、
・  随意による最大０．０１％のカルシウム、
・  随意による最大０．５％の希土類、
・  随意による最大１％のアルミニウム、
・  随意による最大１％の銅、
を含んでおり、残りが鉄および製造作業からもたらされる不純物であり、
この組成が、
Ｄ＝５４０（Ｃ＊）０．２５＋２４５（Ｍｏ＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３＋１２５Ｃｒ０．２０＋１５．８Ｍｎ＋７．４Ｎｉ＋１８Ｓｉ
および、
Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８
について、
以下の条件、
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗ≧０．２０
（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）×Ｃ≧０．０７
０．３％≦Ｃ＊≦１．４２％、好ましくは≦１．１％
８００≦Ｄ≦１１５０
を満足しており、
さらに、Ｃ＊≧０．５１％かつ２．５％≦Ｃｒ≦３．５％である場合に、Ｍｏ＜１．２１％ならば、Ｗ≦０．８５％であり、Ｍｏ≧１．２１％ならば、Ｗ／Ｍｏ≦０．７である。
【００１５】
さらに、この鋼は、好ましくは以下の条件のうちの１つ以上を満足することができる。すなわち、
熱伝導度に重きを置くことが望まれる場合には、Ｓｉ＜０．４５％、
熱間加工への適性に重きを置くことが望まれる場合には、Ｓｉ≧０．４５％、
鋼の軟化への耐性を高め、高強度を与えるためには、Ｍｏ＋Ｗ／２≧２．２％、
焼入れ性および硬化の両者に寄与するためには、Ｃｒ≧３．５％、
靱性に重きを置くことが望まれる場合には、Ｃ≦０．８５％、あるいは、
可能な限り高い耐摩耗性を得ることが望まれる場合には、Ｃ＞０．８５％、
である。
【００１６】
さらに、この鋼は、靱性に重きを置くために
Ｔｉ＋Ｚｒ／２＜０．７％
であってよく、あるいは、耐摩耗性に重きを置くために、
Ｔｉ＋Ｚｒ／２≧０．７％
であってよい。
【００１７】
さらに本発明は、本発明による鋼の加工物を製造するための方法に関し、この方法によって、
・  溶融した鋼の浴におけるチタニウムおよび／またはジルコニウムの含有量が、調整され、好ましくは溶融した鋼の浴におけるチタニウムおよび／またはジルコニウムの局所的な過剰濃度を常に防止されて、所望の組成を有する液状の鋼が生成され、
・  鋼が、半完成品を得るべく鋳造され、
・  次いで、半完成品に、高温状態での塑性変形による成形処理操作が加えられ、さらに随意により熱処理操作が加えられて加工物が得られる。
【００１８】
液体の浴における一時的な過剰濃度を抑えるため、チタニウムおよび／またはジルコニウムの添加が、好ましくは、チタニウムおよび／またはジルコニウムを液状の鋼の浴を覆うスラグへと徐々に加えることで、チタニウムおよび／またはジルコニウムを液状の鋼の浴へとゆっくりと拡散できるようにすることによって実行される。
【００１９】
また、チタニウムおよび／またはジルコニウムの添加を、液状の鋼の浴を撹拌して、チタニウムおよび／またはジルコニウムを含むワイヤを液状の鋼の浴へと導入することによって実行してもよい。
【００２０】
最後に、本発明は、本発明による鋼の加工物であって、本発明の製造方法によって得ることができる加工物に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に本発明を、例を参照し、種々の鋼について比（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗに応じたタングステンの偏析の割合を表わすただ１枚の図を参照して、さらに詳しく説明および例証する。しかしながら、本発明をこれらに限定しようとするものではない。
【００２２】
タングステンが、鋼の特性に対してモリブデンと同等の効果をもたらす合金元素であることは、知られている。特に、タングステンが、硬化および熱による軟化への耐性に関し、モリブデン１部につきタングステン２部の割合で、モリブデンと同等の効果を有することが知られている。しかしながら、タングステンは、特にモリブデンよりもはるかに高価であるため、本発明が関係しないいくつかのきわめて高度な合金鋼を除き、あまり使用されていない。さらに、タングステンは、モリブデンと同様、きわめて強く偏析して、きわめて硬くてきわめて脆い偏析粒界を生じるという欠点を有している。
【００２３】
本発明者らは、新規かつ驚くべきやり方で、十分な量のチタニウムまたはジルコニウムの存在下において、タングステンの偏析が、きわめて顕著に減衰されることを明らかにした。加えて、この効果を、すでにモリブデンの含有量も比較的多い場合に利用すると、特に有利である。
【００２４】
以下の仮説が、この予期せぬ結果を、後付けであるが説明できる。
・  モリブデンおよびタングステンなどといった元素は、炭化物を、マトリクスを硬化させて鋼に所望の硬さを得ることができるようにする、微細な析出物の形態で形成する。特にモリブデンまたはタングステンの過剰な濃度によって特徴付けられる偏析による粒界は、それゆえに硬化析出物の密度がきわめて高くなっており、したがって硬さおよび脆さが局所的にきわめて増している。
・  チタニウムまたはジルコニウムも、やはり炭化物を形成する。しかしながら、それらの炭化物は、比較的粗く、したがって数が比較的少なく、金属マトリクス自体に対して大きな硬化作用を有してはいない。
・  本発明者らが、新規かつ驚くべきやり方で、鋼が、一方ではチタニウムおよび／またはジルコニウムを、他方ではタングステンを同時に含むとき、タングステンが、チタニウムおよび／またはジルコニウムと一緒に析出し、粗い非硬化性の析出物を形成する傾向があることを明らかにした。
【００２５】
したがって、これらの観察を考慮し、チタニウムおよび／またはジルコニウムの存在下において、より詳しくは、正確には偏析ゆえに、粗い炭化チタニウムまたは炭化ジルコニウムがはるかに多数である偏析した粒界の領域において、タングステンの含有量、したがって炭化物を固くする微細な析出物の密度が低くなると考えられる。１つの結果は、このようにして偏析した粒界と非偏析領域との間の硬さの相違が、大いに減衰され、それによって偏析による粒界の不都合な影響（詳しくは、脆さ、機械加工の困難性、研磨および粒状化への応答の不均一性、溶接による再表面仕上げ、などが増している領域の存在）が減じられると考えられる。
【００２６】
これらの観察および上述した仮説を基礎とし、本発明者らは、モリブデンをかなりの割合で含んでいる鋼の偏析による粒界の欠点を、当該鋼の使用に必要なすべての特性を保持しつつ大幅に減らすことができる方法を考えた。
【００２７】
本発明の方法は、この方法の実行に先立って、主として０．３０％〜１．４２％の炭素、０．０５％〜１．５％のケイ素、１．９５％未満のマンガン、２．９％未満のニッケル、１．１％〜７．９％のクロム、０．６１％〜４．４％のモリブデン、随意により最大１．４５％のバナジウム、最大１．４５％のニオブ、１．４５％未満のタンタルを含んでおり、Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≦１．４５％である鋼に関係する。この鋼が、８００〜１１５０の後述の硬さ値Ｄを有している。さらに、最大０．１％のホウ素、最大０．１９％の硫黄、最大０．３８％のセレン、最大０．７９％のテルルを、合計Ｓ＋Ｓｅ／２＋Ｔｅ／４が０．１９％未満であるように含んでもよく、随意により最大０．０１％のカルシウム、最大０．５％の希土類、最大１％のアルミニウム、および最大１％の銅を含んでもよい。
【００２８】
この方法によれば、モリブデンが、実質的に２倍の割合のタングステンによって完全にまたは部分的に置き換えられ、チタニウムおよび／またはジルコニウムが、鋼へと導入されるタングステンの量を考慮して、十分な量のチタニウムおよび／またはジルコニウムを得るように加えられ、炭素の含有量が、特に鋼の硬さが実質的に変化しないように調節される。
【００２９】
そのために、例えば、後述する硬さ値Ｄを計算できるようにする式を使用し、あるいは当業者にとって知られている他の任意の手段を使用することによって、タングステンを含まない鋼に望まれる組成が、使用のための所望の特性、特に硬さのレベルを得るように選択される。次いで、この意図した組成が、タングステンの含有量を選択し、これに従ってモリブデンの含有量、ならびにチタニウムまたはジルコニウムおよび炭素の含有量を調節することによって、使用のための少なくとも１つの主要な特性、特に硬さが、実質的に変化しないようなやり方で変更される。このようにして、変更された分析に対応して鋼が生成される。「実質的に変化しない」とは、例えば、組成が調節された後の鋼の硬さが、５％の範囲内で、組成を調節する前の鋼の硬さに等しいことを意味する。上記公差は、前もって定められた特性を正確に有する鋼を製造することが、実際上は困難であることを考慮に入れるべく導入されている。しかしながら、得られる特性が、組成が調節される前の鋼に意図される特性に、可能な限り類似することが望ましい。したがって、上述の公差がわずか２％であることが好ましく、意図された特性のみが関心がある限りにおいて、組成が調節された後の意図される硬さの特性が、組成が調節される前の意図される硬さの特性に等しいことがさらに好ましい。
【００３０】
この方法においては、加えられるタングステンの量が、０．２１％以上でなくてはならず、好ましくは０．４％よりも多く、より有利には０．７％よりも多く、さらに有利には１．０５％よりも多い。モリブデンをより多くタングステンで置き換えるほど、偏析に対する効果がより顕著になる。しかしながら、この効果は、チタニウムまたはジルコニウムの含有量に応じ、これが、一般的には、タングステンの最大の添加についてさらなる制限をもたらす。
【００３１】
偏析に対する所望の効果を得るために、チタニウムおよびジルコニウムの含有量は、合計Ｔｉ＋Ｚｒ／２が０．２×Ｗ以上であり、好ましくは０．４×Ｗ以上であり、さらに有利には０．６×Ｗ以上であるようでなければならない。しかしながら、後述する理由のため、チタニウムまたはジルコニウムの含有量を過剰に増やすことは望ましくない。これが、タングステンの添加を４．９％という最大値に制限することに、間接的につながっている。一般に、タングステンの含有量は、２．９％未満、より有利には１．９％未満、さらには０．８５％または０．４９％以下に保たれる。
【００３２】
さらに、チタニウムおよび／またはジルコニウムの含有量に従って、炭素の含有量を、自由炭素の含有量Ｃ＊＝Ｃ’−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８が実質的に一定であるように調節しなければならず、すなわち組成を調節した後の自由炭素の含有量Ｃ＊が、組成を調節する前の炭素の含有量Ｃに実質的に等しいように調節しなければならない（この式において、Ｃ’は、組成を調節した後の鋼の炭素の含有量を表わしている）。この条件は、鋼の硬さおよび熱による軟化に対する耐性を実質的に一定に保つために必要である。後述される硬さ値Ｄに関して、以下が意図される。
０．９５×Ｄ（調節前）≦Ｄ（調節後）≦１．０５×Ｄ（調節前）
より有利には、
０．９８×Ｄ（調節前）≦Ｄ（調節後）≦１．０２×Ｄ（調節前）
さらに有利には、
Ｄ（調節後）＝Ｄ（調節前）。
【００３３】
実際において、調節すべき含有量を選択する作業は、
・  偏析の所望の最少の程度の低減に従い、モリブデンの半分を置き換えるべきタングステンの含有量を選択し（この点で、表２、３、４、または図面が案内として役立つであろう）、
・  耐摩耗性または靱性のいずれに重きを置くかに従い、さらに（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）≧０．２Ｗであるために必要であるため、含有量がタングステンの添加に対して十分でなければならない点に従い、Ｔｉおよび／またはＺｒの含有量をより高く、あるいはより低く選択し、
・  先の含有量に従い、求められる炭素の増分を明らかにし、すなわちδＣ＝Ｔｉ／４＋Ｚｒ／８とする、
ことを含んでいる。
【００３４】
次に、本発明による鋼を説明するが、これらの鋼は、本発明による方法によって得ることができ、同じ硬さを有する従来技術による鋼と比べ、不都合な偏析粒界が少ないという利点を有している。
【００３５】
本発明による鋼の炭素含有量は、十分な程度に炭化物を形成でき、かつ得ることが望まれる硬さのレベルに達することができるよう、０．３５％を超え、好ましくは０．５１％を超え、さらに有利には０．６５％を超える一方で、鋼を過度に脆くすることがないよう、１．４７％未満、好ましくは１．１％未満、さらに有利には０．９８％未満である。すでに参照したように、この鋼は、チタニウムおよびジルコニウムを含んでおり、これらの元素が、高温で炭素と結合し、一次の炭化物を形成する。このやり方において、一次の炭化チタニウムおよび炭化ジルコニウムが形成された後、マトリクスの特性に対して作用可能に残っているいわゆる「自由」炭素が、チタニウムおよびジルコニウムと結合していない自由な炭素である。このチタニウムおよびジルコニウムと結合していないＣ＊と称される炭素の量は、Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８である（Ｃ、Ｔｉ、およびＺｒは、それぞれ炭素、チタニウム、およびジルコニウムについての鋼の含有量であり、Ｃを、以下では「総炭素含有量」と称す）。この利用可能な炭素の量は、二次の炭化物、特に炭化タングステンおよび炭化モリブデンあるいは鋼へと加えられる他の元素の析出を可能にするために十分でなければならず、この観点から、自由炭素の含有量Ｃ＊は、０．３％以上でなければならない。しかしながら、この含有量は、マトリクス自体の靱性を過剰に妨げることがないよう、１．４２％を超えてはならず、好ましくは１．１％、より有利には０．９８％、さらに有利には０．７９％を超えてはならない。
【００３６】
さらには、製造作業を容易にし、特にバーまたはスラブの冷却のために取るべき用心のための方策を少なくするため、自由炭素の含有量Ｃ＊を、０．６０％または０．５０％未満に保つことが好ましく、最大の総炭素含有量Ｃを、０．８５％、より有利には０．７９％へと、さらに制限することが望ましいと考えられる。対照的に、鋼の機械的強度および耐摩耗性を向上させるため、０．８５％を超える総炭素含有量Ｃを選択することが望ましいと考えられる。この選択は、鋼の考えられる用途に応じて、ケースバイケースで行われる。
【００３７】
この鋼は、０．０５％を超えるケイ素を含んでいる。なぜならば、この元素が脱酸素剤であるためである。さらには、ケイ素は、わずかではあるが鋼の硬化にも寄与する。しかしながら、ケイ素の含有量は、鋼を過剰に脆くすることがなく、例えば圧延による高温状態における塑性変形への適切性を過度に減じることがないよう、１．５％以下、好ましくは１．１％以下、より有利には０．９％、さらに有利には０．６％以下に保たれなくてはならない。さらには、鋼の機械加工性を改善するとともに、さらには酸化への耐性を高めるため、ケイ素の最少含有量を、０．４５％、さらに有利には０．６％とすることが望ましいと考えられる。酸化に対する耐性の改善は、鋼が、軟化に対する十分な耐性を必要とする４５０℃〜６００℃程度の比較的高い温度にて機能するよう意図された、加工物を製作するために使用されるとき、特に望まれる。そのような加工条件において軟化に対する十分な耐性を得ることが望まれる場合、含有量Ｍｏ＋Ｗ／２が、２．２％以上であることが望ましい。結果として、これが排他的な性質というわけではないが、０．４５％、さらに有利には０．６％というケイ素含有量についての最小値が、モリブデンおよびタングステンの含有量が、合計Ｍｏ＋Ｗ／２が２．２％以上であるような含有量である場合に、特に有利である。一方で、いくつかの用途においては、鋼の熱伝導度が可能な限り大きいことが望ましい。その場合、ケイ素の含有量を０．４５％未満に保つことが望ましく、可能な限り低く保つことが好ましい。
【００３８】
この鋼は、鋼の焼入れ性を改善するため、最大１．９５重量％のマンガンを含んでいるが、この含有量は、乏しい可鍛性および不十分な靱性につながる偏析を抑制するため、好ましくは１．５％以下、さらに有利には０．９％以下に保たれなくてはならない。鋼が、特に硫黄を固定するため、１０分の数％といった少量のマンガンを依然として含んでおり、Ｍｎの含有量が少なくとも０．４％であることが好ましいことに、留意されたい。
【００３９】
この鋼は、焼入れ性の調節および靱性の改善のために、最大２．９％のニッケルを含んでいる。しかしながら、この元素はきわめて高価である。したがって、０．９％を超えるニッケル含有量、あるいは０．７％を超えるニッケル含有量でさえも、通常は追求されない。この鋼は、ニッケルを含まなくてもよいが、ニッケルが自発的に添加されない場合でも、鋼が、製造作業からもたらされる残留物の形態で、最大０．２％、あるいは最大０．４％の量のニッケルを含むと有利である。
【００４０】
この鋼のクロム含有量は、十分な焼入れ性を得るとともに、焼き戻しの際の硬化を向上させるため、１．１％を超え、より有利には２．１％を超え、さらに有利には３．１％を超え、さらには３．５％を超えるが、Ｍｏおよび／またはＷを特に含んでいて硬化の点で炭化クロムよりも効果的である、二次炭化物の形成を妨げることがないよう、７．９％未満、より有利には５．９％未満、さらに有利には４．９％未満である。
【００４１】
これらの二次炭化物（すなわち、再オーステナイト化の後の冷却時、特に焼き戻し操作の際に形成される炭化物）は、レデブリティック（ｌｅｄｅｂｕｒｉｔｉｃ）な炭化物（凝固の終わりにおいて随意により得られる）よりもはるかに微細かつ多数である。したがって、これらは、焼き戻し後の金属マトリクスの硬化に高度に貢献する。また、これらは、マトリクスの耐摩耗性を補強するうえでも有利であり、すなわちそれ自身が鋼の耐摩耗性にさらなる多大な貢献をする、きわめて硬くて粗い炭化チタニウムおよび／または炭化ジルコニウムの分離の恐れを制限するうえでも有利である。
【００４２】
クロムの含有量の範囲において、２つの好ましいサブ範囲を区別することが望ましい。クロムの含有量が十分に多いとき、この元素は、特に偏析の粒界において、粗くて多かれ少なかれ樹木間（ｉｎｔｅｒ−ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ）ネットワークに配置される、レデブリティック型の炭化物を形成する傾向がある。これらの炭化物は、耐摩耗性に対する所与の有利な効果にもかかわらず、特に少なくとも局所的なマトリクスの脆化に寄与する。結果として、靱性よりもむしろ硬さおよび耐摩耗性に重きを置くことが望まれる場合には、レデブリティック型の炭化物の存在を促進する、３．５％以上のクロム含有量を選択することが望ましい。一方で、耐摩耗性のわずかな減少を受け入れ、鋼の靱性の促進が望まれる場合には、２．５％以下のクロム含有量を選択することが好ましい。しかしながら、２．５％〜３．５％というクロムの中間領域において、自由炭素の含有量を０．５１％未満に制限することによって、タングステンの含有量を制限することによって、あるいはモリブデンに対するタングステンの比を制限することによって、靱性に重きを置くことがさらに可能である。なぜならば、タングステンは、モリブデンと比べてより温度に関して安定な炭化物を形成する傾向ゆえ、選択的な結合によって、レデブリティックな炭化クロムの形成を促進する傾向にあるためである。
【００４３】
この鋼のモリブデンおよびタングステンの含有量は、合計Ｍｏ＋Ｗ／２が、０．６１％以上、好ましくは１．１％以上、より有利には１．６％以上であるようでなければならない。特に鋼の使用が、約４５０℃を超えうる温度への加熱を生じる場合、高度の硬化ならびに熱軟化に対するより良好な耐性を得るために、この含有量が、２．２％を超えることさえも望ましい。これは、例えば、中程度の温度において鋼から作業用の工具を製造するために使用される鋼における事例である。その場合、合計Ｍｏ＋Ｗ／２は、所望の硬さおよび加工物について実行することが望まれる焼き戻しの温度に応じて、最大２．９％または３．４％、さらには３．９％であってよい。マトリクスの耐摩耗性をきわめて高いレベルまで到達させるため、および弱体化効果を最大の程度まで抑制して、Ｔｉおよび／またはＺｒの粗い炭化物の分離を可能な限り遅らせるため、Ｍｏ＋Ｗ／２は、最大４．４％であってさえよい。
【００４４】
（Ｍｏ＋Ｗ／２）の含有量、すなわち本発明の方法の適用前のモリブデンの含有量を増やすことに結び付いた利点は、炭化Ｍｏ生成物質の偏析が、それらの元素の含有量とともに増加するため、本発明の方法の適用はさておいても、そのなお一層の利点を考慮に入れることができるようにする。
【００４５】
Ｍｏ＋Ｗ／２の組み合わせの含有量についてすでに定めた範囲において、タングステンの含有量は、タングステンの特有の効果を最もよく利用するために、最少で０．２１％であり、好ましくは少なくとも０．４１％であり、さらに有利には少なくとも０．６１％である。
【００４６】
タングステンの含有量は、上述のように、偏析の不都合な効果の低減に望まれる程度によって決まり、さらには合金のコストを含むと考えられる。その含有量は、最大４．９％であってよいが、通常は１．９％を超えず、一般的には０．９０％、あるいは０．７９％以下で十分である。
【００４７】
モリブデンの含有量は、微量レベルであってよいが、好ましくは少なくとも０．５１％に等しく、より有利には少なくとも１．４％に等しく、さらに有利には少なくとも２．０５％である。さらには、意図される耐性のレベルに応じて、４．２９％、好ましくは３．４％、あるいはさらに有利には２．９％の制限含有量を超える必要はなく、このような制限は、硬化偏析に対するモリブデンの寄与をさらに低減することをさらに可能にする。
【００４８】
しかしながら、クロムの含有量が約２．５％〜３．５％であり、自由炭素の含有量Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８が０．５１％以上であるとき、タングステンの含有量が多すぎると、多少なりともタングステンに結合する炭化クロムの形成につながる。レデブリティック型であって、粗くて多少なりとも樹木間ネットワークに配置されるこれらの炭化物は、少なくともマトリクスの局所的な脆化に寄与する。この欠点を克服するため、クロムの含有量が２．５％〜３．５％であり、自由炭素の含有量Ｃ＊が０．５１％以上であるとき、タングステンの含有量は、モリブデンの含有量が１．２１％未満であるとき、０．８５％を超えないように制限され、モリブデンの含有量が１．２１％以上であるとき、タングステン／モリブデンの比が０．７％を超えないように制限される。
【００４９】
チタニウムおよびジルコニウムの含有量は、偏析による粒界の不都合な影響の低減に関して所望の効果を得るために、合計Ｔｉ＋Ｚｒ／２が、少なくとも０．２１％、好ましくは０．４１％以上、より有利には０．６１％以上であるように調節されなければならない。さらに、これらの元素は、耐摩耗性を向上させる粗い炭化物の形成に寄与する。しかしながら、この合計は、靱性を過剰に妨げることがないよう、１．４９％未満、好ましくは１．１９％未満、あるいは０．９９％未満、さらには０．７９％未満に保たれなくてはならない。さらに、チタニウムおよびジルコニウムの含有量は、鋼の靱性または耐摩耗性のどちらに重きを置くことが望まれるのかに応じて調節されなければならない。この観点から、鋼の靱性に重きを置くことが望まれる場合、合計Ｔｉ＋Ｚｒ／２が好ましくは０．７％未満に保たれなければならない。鋼の耐摩耗性に重きを置くことが望まれる場合には、合計Ｔｉ＋Ｚｒ／２は、好ましくは０．７％以上でなければならない。最後に、効果的にするため、すなわち粗い炭化物の形成をもたらすために、チタニウムおよびジルコニウムの含有量は、炭素の総含有量Ｃに対して十分でなければならない。この目的のため、積（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）×Ｃが、０．０７以上、好ましくは０．１２以上、さらに有利には０．２以上でなければならない。
【００５０】
Ｔｉ＋Ｚｒ／２について示した含有量の範囲を満足するために、チタニウムの最少含有量は、０％または微量レベルであってよいが、少なくとも０．２１％、より有利には０．４１％、さらに有利には０．６１％であることが好ましく、ジルコニウムの最少含有量は、０％または微量レベルであってよいが、少なくとも０．０６％、より有利には０．１１％であることが好ましい。チタニウムの最大含有量は１．４９％であるが、１．１９％まで、あるいは０．９９％まで、より有利には０．７９％まで、さらには０．７％まで減らすことができる一方で、ジルコニウムの最大含有量は、２．９％、好ましくは０．９％、さらに好ましくは０．４９％である。
【００５１】
この鋼は、随意により、最大１．４５％のバナジウム、最大１．４５％のニオブ、最大１．４５％のタンタルを、合計Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４が、１．４５％未満、より有利には０．９５％未満、さらには０．４５％未満であるように含んでいる。最少の含有量は、０％または微量であるが、少なくとも０．１１％、より有利には少なくとも０．２１％であることが好ましい。Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４の添加のレベルは、耐性および焼き戻しに対する応答を、値Ｄについての式に示されているとおり固定するために寄与する。
【００５２】
これらの元素は、ＭＣ型の炭化物の析出によって軟化に対する耐性を大きく改善するという利点を有している。これらの元素から、バナジウムを選択して、０．１１％〜０．９５％の含有量で添加することが好ましい。ニオブも使用可能であるが、バナジウムよりも高温で析出するという欠点を有しており、これが鋼の可鍛性を大きく低下させる。結果として、ニオブの存在は推奨されず、いずれの場合にも、ニオブの含有量を、１％または０．５％未満、さらに有利には０．０５％未満に保つことが望まれる。
【００５３】
この鋼は、機械加工性を改善するために、随意により最大０．０９５％、さらには最大０．１９％の硫黄を含んでいるが、良好な靱性が求められる場合には、０．００５％未満の含有量が好ましい。
【００５４】
機械加工に関する応答に適切な効果を得るためには、硫黄の最少含有量として、０．０１１％、より有利には０．０５１％が望ましい。
【００５５】
硫黄を、２倍の重量のセレンまたは４倍の重量のテルルで、完全にまたは部分的に置き換えることができるが、より経済的である硫黄の添加が、一般的には好ましい。さらには、硫黄が機械加工性にもたらす有益な作用を、切断工具に関してより有効である硫化Ｍｎおよび硫化Ｃａの混合の形成を促進すべく、カルシウムを最大０．０１０％の含有量で加えることによって補うと、有利であろう。したがって、この鋼は、最大０．３８％のセレン、最大０．７６％のテルル、および最大０．０１％のカルシウムを、合計Ｓ＋Ｓｅ／２＋Ｔｅ／４を、０．１９％以下に保ちつつ含むことができる。
【００５６】
この鋼は、随意により、炭化物の核生成を促進し、かつ構造から不純物を除くため、最大０．５％の希土類を含むことができ、随意により、焼入れ性を改善するために、最大０．１％のホウ素を含むことができる。
【００５７】
さらに、この鋼は、最大１％の銅を含むことができる。この元素は望ましくないが、原材料によって持ち込まれる可能性があり、それを分離することが高価につきすぎる。それでも、銅の含有量は、この元素が、高温状態での延性に好ましくない作用を有しているために、制限されなければならない。この点で、少なくとも銅の含有量が約０．５％を超える場合には、Ｎｉが、少なくとも銅と等しい含有量で存在することが望ましい。ニッケルの十分な含有量が、銅の不都合な影響を減衰させる。
【００５８】
同じ様相で、この鋼は、ケイ素と同様に液状の金属の酸化防止に寄与できるアルミニウムを含むことができる。アルミニウムの含有量は、微量であり、より有利には少なくとも０．００６％、さらに有利には少なくとも０．０２０％である。さらには、この元素の含有量は、十分な純度を保証するため１％未満に保たれなければならず、好ましくは０．１００％を超えず、さらに有利には０．０５０％未満である。
【００５９】
組成の残りは、鉄および製造作業からもたらされる不純物によって構成される。ある元素が製造作業の際に自発的には加えられない場合、その含有量は０％または微量であり、すなわちその元素に応じ、分析方法による検出限界に対応し、あるいは特性に有意な影響を有することなく、原材料によって持ち込まれる量に対応することに、留意されたい。
【００６０】
鋼の焼き戻しの際に得られる硬化は、マンガン、ニッケル、およびケイ素など、マトリクス中に溶解している元素に応じて決まるが、特にモリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ、および程度は小さいもののクロムなど、炭化物を形成できる元素に応じて決まり、さらにはマトリクス中の自由炭素、すなわちチタニウムおよびジルコニウムによって固定されてはいない炭素に応じて決まる。上述のとおり、自由炭素の含有量は、Ｃ＊＝Ｃ−Ｔｉ／４−Ｚｒ／８である。
【００６１】
本発明者らは、鋼の硬化を、以下の式によって、化学的組成に応じて評価できることを見出した。
Ｄ＝５４０（Ｃ＊）０．２５＋２４５（Ｍｏ＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）０．３０＋１２５×Ｃｒ０．２０＋１５．８×Ｍｎ＋７．４×Ｎｉ＋１８×Ｓｉ
【００６２】
Ｄは、標準的な焼き戻し条件（５５０℃で１時間）における焼き戻しからもたらされる硬化をあらわす硬さ値である。Ｄの値が大きくなるほど、特定の温度における焼き戻し後の硬さが大きくなり、あるいは所与のレベルの硬さへの到達を可能にする温度がより高くなる。
【００６３】
さらに、所与のＤの値において、硬さは、当業者に知られているとおり、温度および焼き戻し時間に従って変化する。
【００６４】
この式が、本発明による鋼、または本発明の方法によって得られた鋼、および本発明の方法が適用される初期の鋼に当てはまることに、留意されたい。いずれの場合も、考慮に入れられるべき含有量は、計算の実行の対象となる鋼の有効な含有量である。これが、この式が、タングステン、チタニウム、またはジルコニウムを含んでいない初期の鋼に適用されるときに、その場合にはＣ＊＝Ｃであるために、Ｃ＊がＣによって置き換えられ、項Ｗ／２が、それがゼロであるために消滅する理由である。
【００６５】
一般的に、係数Ｄは、８００〜１１５０である。しかしながら、この範囲を、ユーザの求める硬さのレベルおよび想定される焼き戻し温度に応じて、サブ範囲へと分解することができる。特に、Ｄの値は、以下の範囲にある。
・  ８００〜９００
・  ９０１〜９５０
・  ９５１〜１０００
・  １００１〜１０７５
・  １０７６〜１１５０。
【００６６】
これらの範囲において、５５０℃での１時間にわたる焼き戻しの後に得られる典型的な硬さのレベルは、あくまで目安として、それぞれ４５ＨＲＣ、５２ＨＲＣ、５７ＨＲＣ、６０ＨＲＣ、および６３ＨＲＣ程度である。
【００６７】
上述したすべての条件を考慮し、本発明による鋼について、以下のとおり定められる好ましい組成の範囲を選択することが可能である。
０．５５％≦Ｃ≦１．１％
０．２１％≦Ｔｉ≦１．１９％
Ｚｒ、０％または微量
０．０５％≦Ｓｉ≦０．９％
Ｍｎ≦０．９％
Ｎｉ≦０．９％
２．１％≦Ｃｒ≦４．９％
２．０５％≦Ｍｏ≦２．９％
０．２１％≦Ｗ≦０．７９％
０．２１％≦Ｖ≦０．４５％
Ｎｂ、０％または微量。
【００６８】
この範囲において、炭素およびチタニウムの含有量に関する幅によって定められ、靱性または耐摩耗性に多少なりとも重きが置かれるという事実に対応する、サブ範囲またはグループを特定することが可能である。
【００６９】
それらのグループは、次のとおりである。
グループＡ、
０．８５％≦Ｃ≦１．１％
０．７０％≦Ｔｉ≦１．１９％
グループＢ、
０．６５％≦Ｃ≦１．１％
０．６１％≦Ｔｉ≦０．９９％
グループＣ、
０．６５％≦Ｃ≦０．９８％
０．４１％≦Ｔｉ≦０．７９％
グループＤ、
０．５１％≦Ｃ≦０．８５％
０．２１％≦Ｔｉ≦０．７０％。
【００７０】
これらのグループのそれぞれにおいて、硬さのレベルを、硬さ値Ｄの式によって示される種々の合金元素の影響を考慮して、調節することができる。
【００７１】
所与の硬さのレベルにおいて、種々のグループが、Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤの順番に、耐摩耗性の減少と引き換えにした靱性のレベルの向上の点で並べられている。
【００７２】
靱性に重きを置く優先的な選択に相当する特に有利な実施形態は、下記を得るべく組成を調節することからなる。
【００７３】
すなわち、Ｗ＝０．２％〜０．９％であって、（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）が少なくとも０．３５％かつ０．４９％未満であり、（Ｍｏ＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）が、最小値に関して２．５％、より有利には３．０％であって、最大値に関して４．５％、より有利には３．５％であり、さらに自由炭素Ｃ＊が、０．５１％〜１％、さらに有利には０．６％〜０．９％である。
【００７４】
耐摩耗性に重きを置く優先的な選択に相当する、他の特に有利な実施形態は、下記を得るべく組成を調節することからなる。
【００７５】
すなわち、Ｗ＝０．２％〜０．９％であって、（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）が少なくとも０．４９％かつ０．９５％未満であり、（Ｍｏ＋Ｗ／２＋３Ｖ＋１．５Ｎｂ＋０．７５Ｔａ）が、最小値に関して２．５％、より有利には３．０％であって、最大値に関して４．５％、より有利には３．５％であり、さらに自由炭素Ｃ＊が、０．５１％〜１％、さらに有利には０．６％〜０．９％である。
【００７６】
本発明によれば、チタニウムおよびジルコニウムが、一次の炭化物の形態であって、窒化物（特に、添加の直後の液体中のチタニウムおよびジルコニウムの一時的な過剰な濃度が、液状の鋼にまだ存在している溶解窒素の含有量に鑑みて過剰に高いときに、液状の鋼において形成されやすい）の形態ではないことが望ましい。
【００７７】
したがって、本発明による鋼を製造するために、チタニウムおよびジルコニウムを、これら２つの元素が、窒素とはわずかしか反応せずに実質的に炭素と反応するような様相で、導入することが可能である。これは、鋼が液相であるときに、ＴｉおよびＺｒが添加されるときの、ＴｉまたはＺｒの一時的な過剰な濃度を防止することによって達成される。
【００７８】
本発明による鋼の加工物を製造するために、以下のステップを実行することが可能である。
・  第１に、チタニウムおよび／またはジルコニウムを除く本発明による種類のすべての元素の融解によって、液状の鋼を生成する。
・  次いで、チタニウムおよびジルコニウムを、溶融している鋼の浴へと、溶融している鋼の浴でのチタニウムおよび／またはジルコニウムの局所的な過剰な濃度を常に防止しつつ加える。
【００７９】
次いで、鋼を、インゴットまたはスラブなどの半完成品の形態に鋳造し、この半完成品を、高温状態で例えば圧延などによる塑性変形によって成形し、次いで、得られた製品に、随意による熱処理操作を加える。
【００８０】
液状の鋼へとチタニウムおよびジルコニウムを、局所的な過剰濃度を防止しつつ導入するために、さまざまな方法が実行可能であるが、特に、
・  チタニウムおよび／またはジルコニウムを、チタニウムおよびジルコニウムが鋼の浴へとゆっくりと拡散できるよう、液状の鋼の浴を覆うスラグへと加えること、
・  液状の鋼の浴を気体または他の任意の適切な方法によって撹拌しつつ、チタニウムおよび／またはジルコニウムを、これらの元素で構成されたワイヤによって連続的な様相で加えること、
・  浴を気体または他の任意の方法によって撹拌しつつ、チタニウムおよび／またはジルコニウムを、これらの元素を含んでいる粉末を液状の鋼の浴へと吹き込んで加えること、
が可能である。
【００８１】
本発明によれば、上述した種々の実施形態を使用することが好ましい。しかしながら、チタニウムおよび／またはジルコニウムの局所的な過剰濃度を防止できる任意の方法を使用できることを、理解できるであろう。
【００８２】
しかしながら、ＴｉおよびＺｒの添加のための特定の方法は、ここに該当する鋼の製造に必須ではなく、随意である。
【００８３】
製造した加工物へと加えることができる熱処理操作は、工具鋼のための従来の種類の熱処理である。そのような熱処理操作は、随意により、切断および機械加工を容易にするための１つ以上の焼きなまし操作、その後のオーステナイト化、および気中または油中での冷却などの厚さに合わせた方法による後続の冷却、達成が望まれる硬さのレベルに応じた、随意による後続の１つ以上の焼きなまし操作を含むことができる。
【００８４】
上述の方法によって、従来技術による鋼の加工物と同じ、使用のための主要特性を有する鋼の加工物が得られる。しかしながら、これらの加工物は、従来技術による加工物において見られる偏析粒界に比べて、大幅に減衰された偏析粒界を有している。したがって、これらの加工物は、機械加工または溶接がより容易であり、従来技術による加工物よりも高い靱性を有している。
【００８５】
例として、タングステンとチタニウムまたはジルコニウムとの間の相乗効果を説明するために、その公称の組成が表１に記載されている鋼で、加工物を製造することが可能である。この表は、化学的組成、硬さ係数Ｄの値、ならびに二次硬化を生み出すことができる偏析粒界におけるモリブデンおよびタングステンの累積の硬化および脆化の偏析を考慮に入れている偏析係数Γｓを示している。この目的のため、粗い炭化チタニウムおよび炭化ジルコニウム（それ自身、混合炭化物（Ｔｉ  Ｚｒ  Ｍｏ  Ｗ）Ｃを形成してモリブデンまたはタングステンを含みがちである）に固定されうる含有量に加え、マトリクス中のモリブデンおよびタングステンの含有量を正確に考慮に入れるために、粗い炭化チタニウムが抑制されている、偏析粒界の内部のモリブデンおよびタングステンの含有量（ＭｏｓおよびＷｓ）、ならびに外部のモリブデンおよびタングステンの含有量（ＭｏｈおよびＷｈ）を測定するために、マイクロプローブを使用した。このようなやり方で、ＭｏおよびＷの硬化および脆化部を、金属マトリクスに対して評価することができる。
【００８６】
このやり方で、（Ｍｏ＋Ｗ／２）の累積の含有量の偏析割合Γｓ  ＭＷが、
Γｓ  ＭＷ＝（（Ｍｏｓ＋Ｗｓ／２）−（Ｍｏｈ＋Ｗｈ／２））／（Ｍｏｈ＋Ｗｈ／２）
のとおり定められる。
【００８７】
基準Ｍｏ＋Ｗ／２は、偏析粒界の内部およびそれら粒界の外部の両方における、元素ＭｏおよびＷの累積の硬化の寄与を表わしているため、維持される。
【表１】
0005490991.tif 000002
【００８８】
例ａ１、ｂ１、ｃ１、およびｄ１は、基準となる鋼に対応し、すなわち本発明による方法の実行前に組成が選択された鋼に対応している。他の例は、タングステンおよびチタニウムに関する条件が満足されていない例ａ２およびｂ２を除き、これらの基準鋼から本発明の方法によって導き出されている。
【００８９】
例ａ１、ａ２、およびａ３は、同じ硬さを有している。例ａ２は、チタニウムを加えることなく、０．２０％のモリブデンを０．４０％のタングステンで置き換えることによって、例ａ１から導き出されている。偏析率が大きくは変化していないことを、理解できるであろう。
【００９０】
本発明による例ａ３は、０．２０％のモリブデンを０．４０％のタングステンで置き換えるだけでなく、さらに０．４０％のチタニウムを加え、それにあわせて炭素を調節することによって、例ａ１から導き出されている。この鋼の偏析率が、例ａ１およびａ２に比べてきわめて大きく低減されていることを、理解できるであろう。
【００９１】
同様に、例ｂ１、ｂ２、およびｂ３は、タングステンを加えることなく、チタニウムおよびジルコニウムを加えても、なんらの効果も有さない（ｂ１とｂ２の比較）のに対し、モリブデンを部分的に置き換えるタングステンの存在において、所望の効果が現れる（ｂ２とｂ３の比較）ことを示している。
【００９２】
例ｃ１、ｃ２、およびｃ３は、タングステンの添加量が同じであるとき、チタニウムの添加量を増すことが、偏析について好ましい効果を有していることを示している。
【００９３】
同様に、例ｄ１、ｄ２、およびｄ３は、チタニウムまたはジルコニウムの含有量が十分であるため、タングステンの含有量の増加が好ましい効果を有していることを示している。
【００９４】
さらに、タングステンの偏析に対する比（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗの効果を説明するため、基準の鋳物を除き、すべて本発明に対応している基準鋳物５、７、１、９、６、２、１８、１３、１７、および３の鋼に対応する例を検討することが可能である。これらの鋳物の主要な元素に関し、含有量が表２に記載されている。組成の残りは、鉄および製造作業からもたらされる不純物である。
【表２】
0005490991.tif 000003
【００９５】
表３は、合計Ｔｉ＋Ｚｒ／２、Ｗに関する含有量、比（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗ、およびタングステンの公称の含有量を有する偏析粒界におけるタングステンに関する含有量の関係Ｗｓ／Ｗを示している。
【００９６】
関係Ｗｓ／Ｗの値が、関係（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗの値に従って、図面のグラフに記載されている。
【表３】
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【００９７】
グラフは、関係Ｗｓ／Ｗが、関係（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗが０．２を超えるとすぐに実質的に２未満になることを示している。また、Ｗｓ／Ｗが、（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗが増加するときに単調に減少する一方で、チタニウムまたはジルコニウムを含まない基準鋳物について２．７であることを示している。
【００９８】
さらに、本発明を、やはり関係Ｗｓ／Ｗを示している表４に示した分析に対応する例によって説明する。表４において、関係Ｗｓ／Ｗは、いずれの場合も１．６未満であり、わずか０．６７でさえあってよい。
【表４】
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【００９９】
これらの例は、鋼の熱伝導度に対するケイ素含有量の効果も示しており、したがって、鋼が良好な熱伝導性が望まれる工具を製造する目的である場合に、少ないケイ素含有量が強いられるときに存在する利点を示している。この効果が、例２１および２８、２２および２９、２３および３０の各組に示されている。これらの組のそれぞれにおいて、例は、ケイ素の含有量に関してのみ実質的に相違している。熱伝導度のレベルは、次のとおりである。
例２１、Ｓｉ＝０．９％  熱伝導率＝２０．６Ｗ／ｍ／Ｋ
例２８、Ｓｉ＝０．２％  熱伝導率＝２５．１Ｗ／ｍ／Ｋ
例２２、Ｓｉ＝０．８％  熱伝導率＝２１．３Ｗ／ｍ／Ｋ
例２９、Ｓｉ＝０．３％  熱伝導率＝２４．４Ｗ／ｍ／Ｋ
例２３、Ｓｉ＝０．７％  熱伝導率＝２０．７Ｗ／ｍ／Ｋ
例３０、Ｓｉ＝０．２％  熱伝導率＝２３．６Ｗ／ｍ／Ｋ
【０１００】
このようなやり方で、低いレベルのケイ素が、熱伝導度の大幅な向上を可能にしていることを見て取ることができる。これらの例の場合には、向上は約１５％〜約２５％である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】種々の鋼について比（Ｔｉ＋Ｚｒ／２）／Ｗに応じたタングステンの偏析の割合を表わす。
【図１】
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