(57)【要約】  所定の化学組成を有し、Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ＞０．００１０を満足し、Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率が０．００１０〜０．１０％であり、厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率が７０％以上であり、下記（式１）で求められるＣｅｑが０．８０％以下であり、板厚が５０ｍｍ超である耐摩耗鋼。  Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  （式１）  ただし、（式１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ及びＶは各元素の含有量（質量％）である。
2018052089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｂ  ：０．００１５〜０．００５０％、
Ｍｏ：０．６０〜２．５０％、
Ａｌ：０〜０．３００％、
Ｓ  ：０．０１０％以下、
Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｎ  ：０．００８０％以下、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｃｕ：０〜１．５０％、
Ｎｉ：０〜２．００％、
Ｃｒ：０〜２．００％、
Ｖ  ：０〜０．２０％、
Ｃａ：０〜０．０１００％、
ＲＥＭ：０〜０．０１００％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｗ  ：０〜２．００％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ＞０．００１０を満足し、
Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率が０．００１０〜０．１０００％であり、
厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率が７０％以上であり、
下記（式１）で求められるＣｅｑが０．８０％以下であり、
板厚が５０ｍｍ超である耐摩耗鋼。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  （式１）
ただし、（式１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶは各元素の含有量（質量％）である。
【請求項２】
Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の質量分率が０．００２０％以下である請求項１に記載の耐摩耗鋼。
【請求項３】
Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ≧０．００１５を満足する請求項１又は２に記載の耐摩耗鋼。
【請求項４】
Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ≧０．００２０を満足する請求項１又は２に記載の耐摩耗鋼。
【請求項５】
Ｍｏの含有量（質量％）が、０．７０〜２．５０％を満足する請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐摩耗鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、耐摩耗鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋼の耐摩耗性は硬度と相関がある。例えば、産業廃棄物の処理機械の刃先などの産業機械に使用される耐摩耗鋼には、表面のブリネル硬度ＨＢで３６０〜５５０という高硬度が要求される。そして、鋼を高硬度化するには、焼入れによって金属組織をマルテンサイトにすることが有効であり、従来、種々の合金元素を含有させて焼入れ性を向上させた耐摩耗鋼が提案されている（例えば、特許文献１〜４、参照）。【０００３】
近年では、産業機械等の大型化に伴い、厚手の耐摩耗鋼が必要とされるようになっている。例えば、板厚が５０〜１００ｍｍ程度の耐摩耗鋼板が製造されている。また、摩耗に対する寿命を延長するという観点から、表層と板厚中央部の硬度差が小さい耐摩耗鋼が求められている。このような要求に対し、Ｎｂ及びＢ、更に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、及びＴｉの１種以上を含有する耐摩耗鋼が提案されている（例えば、特許文献５、参照）。【０００４】
特許文献１：日本国特開２０１６−７９４５９号公報
特許文献２：日本国特開２０１４−１９４０４３号公報
特許文献３：日本国特開２０１４−１９４０４２号公報
特許文献４：日本国特開２０１２−２１４８９０号公報
特許文献５：日本国特開平９−１１８９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、例えば、厚手の耐摩耗鋼を製造する際には、板厚中央部の冷却速度が遅くなる。そのため、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉなど高価な合金元素を多量に含有させて焼入れ性を確保する必要があり、コストが高くなっていた。このような場合、微量で鋼の焼入れ性を著しく向上させるＢが、合金コストの上昇を避けるために、極めて有用な元素として利用される。【０００６】
更に、ＢはＭｏと同時に含有させると顕著に焼入れ性が向上することが知られている。しかし、Ｂ及びＭｏの含有量に見合う効果が得られない場合がある。【０００７】
本開示の一態様は、このような実情に鑑み、Ｂの焼入れ性が有効に活用され、板厚が５０ｍｍ超で、板厚中央部と表面との硬度差が小さい耐摩耗鋼を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決する手段は、以下の態様が含まれる。【０００９】
＜１＞
質量％で、
Ｃ  ：０．１０〜０．４０％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、
Ｂ  ：０．００１５〜０．００５０％、
Ｍｏ：０．６０〜２．５０％、
Ａｌ：０〜０．３００％、
Ｓ  ：０．０１０％以下、
Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｎ  ：０．００８０％以下、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｃｕ：０〜１．５０％、
Ｎｉ：０〜２．００％、
Ｃｒ：０〜２．００％、
Ｖ  ：０〜０．２０％、
Ｃａ：０〜０．０１００％、
ＲＥＭ：０〜０．０１００％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｗ  ：０〜２．００％、及び
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ＞０．００１０を満足し、
Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率が０．００１０〜０．１０００％であり、
厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率が７０％以上であり、
下記（式１）で求められるＣｅｑが０．８０％以下であり、
板厚が５０ｍｍ超である耐摩耗鋼。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  （式１）
ただし、（式１）中、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶは各元素の含有量（質量％）である。
＜２＞
Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の質量分率が０．００２０％以下である＜１＞に記載の耐摩耗鋼。
＜３＞
Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ≧０．００１５を満足する＜１＞又は＜２＞に記載の耐摩耗鋼。
＜４＞
Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ≧０．００２０を満足する＜１＞又は＜２＞に記載の耐摩耗鋼。
＜５＞
Ｍｏの含有量（質量％）が、０．７０〜２．５０％を満足する＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の耐摩耗鋼。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、Ｂの焼入れ性が有効に活用され、板厚が５０ｍｍ超で、板厚中央部と表面との硬度差が小さい耐摩耗鋼を提供することが可能になる。したがって、本開示は、産業上の貢献が極めて顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のＭｏ及びＢを含有する鋼の焼入れ性を説明する図である。
【図２】Ｍｏ及びＢを含有する鋼の焼入れ性を説明する図である。
【図３】光学顕微鏡による耐摩耗鋼の厚み方向の中央部の観察写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の本開示の一例である耐摩耗鋼について詳細に説明する。
なお、本開示において、各元素の含有量の％は、特に説明がない場合、質量％を意味する。
また、本開示において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００１３】
本開示の耐摩耗鋼は、所定の化学組成を有し、Ｍｏ及びＢの含有量（質量％）が、Ｍｏ×Ｂ＞０．００１０を満足し、Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率が０．００１０〜０．１０００％であり、厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率が７０％以上であり、下記（式１）で求められるＣｅｑが０．８０％以下であり、板厚が５０ｍｍ超である。
【００１４】
本開示の耐摩耗鋼は、上記構成により、Ｂの焼入れ性が有効に活用され、板厚が５０ｍｍ超で、板厚中央部と表面との硬度差が小さくなる。本開示の耐摩耗鋼は、次の知見により見出された。
【００１５】
本発明者らは、特に、Ｍｏ及びＢの含有量と焼入れ性との関係に着眼し、冷却速度による硬度の変化が小さい耐摩耗鋼及びその製造方法について検討を行った。その結果、本発明者らは、従来よりも、Ｂ及びＭｏの含有量を増加させて、適正な温度に加熱して焼入れることにより、焼入れ性が安定して向上するという知見を得た。そして、この原因を調査した結果、Ｍｏ２ＦｅＢ２という、低合金鋼では見られなかった析出物が生成することにより、焼入れ性の低下が抑制されていることを知見した。具体的には次の通りである。
【００１６】
Ｂは、一般に、微量でも焼入れ性を向上させる元素であり、０．０００３％以上の含有で効果が発現する。また、従来から、ＭｏはＢと同時に含有させることにより、焼入れ性を向上させる元素として知られている。しかし、図１に示すように、０．６０％未満のＭｏを含有する鋼の場合、Ｂの含有量が１５ｐｐｍ（０．００１５質量％）を超えると、焼入れ性が大きく低下することがわかる。焼入れ性が低下する原因は、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の析出によるものであり、Ｂの含有量を厳密に制御しないと、安定した焼入れ性が得られないという問題があった。
【００１７】
本発明者らは、Ｂの含有による焼入れ性の向上の効果をより有効に活用するため、Ｍｏ及びＢの含有量と、焼入れ性との関係について検討を行った。その結果、図２に示すように、０．６０％以上のＭｏを含有させると、１５ｐｐｍ以上のＢを含有させても、安定して高い焼入れ性が得られることがわかった。そして、析出物を透過型電子顕微鏡で分析したところ、Ｍｏ２ＦｅＢ２が析出していることがわかった。
【００１８】
Ｂの効果は、図１に示したように、含有量が０．００１０％程度である場合に最も高く、その前後の含有量では低下する傾向にある。そのため、従来はＢの効果を最大限に活用するために０．００１０％程度のＢを含有させていたが、その場合、厚みが増加すると、厚みの中央部では冷却速度が低下し、表層から厚み方向に硬度が低下する原因となっていた。
【００１９】
Ｂの焼入れ性を十分に活用するためには、Ｍｏ２ＦｅＢ２を析出させることが必要である。本発明者らは、更に検討を進め、Ｂ及びＭｏの含有量を、上記のとおり、それぞれ０．００１５％以上及び０．６０％以上にする必要があることを知見した。
これに加え、Ｍｏ２ＦｅＢ２が安定的に生成（質量分率：０．００１０〜０．１０００％で生成）する条件について熱力学的な見地から検討を行った。その結果、本発明者らは、Ｍｏ量［Ｍｏ］（％）とＢ量［Ｂ］（％）の積が重要であり、［Ｍｏ］×［Ｂ］＞０．００１０とすれば、焼入れ性に及ぼす冷却速度の依存性が小さくなることを知見した。そして、単にＢ及びＭｏの含有量をそれぞれ０．００１５％以上及び０．６０％以上とした場合と比較して、厚み方向の硬度の変化が更に抑制されることを知見した。
【００２０】
以上により、本開示の耐摩耗鋼は、Ｂの焼入れ性向上効果を有効に活用することができる。その結果、板厚が５０ｍｍ超で、板厚中央部と表面との硬度差が小さくなることが見出された。
【００２１】
また、上述のように、従来、Ｍｏ量が少ない領域（Ｍｏの含有量が０．６０％未満）において、Ｂによる焼入れ性向上作用は、非常にＢの含有量の変動によって変化しやすい（図１参照）。したがって、Ｂによる焼入れ性向上作用を享受するには、Ｂの含有量を狭い範囲で管理しなければならず、製造負荷が高いという問題があった。
しかし、本開示の耐摩耗鋼によれば、図２に示すように、Ｂ及びＭｏの含有量を増加させることで、Ｍｏ２ＦｅＢ２が０．００１０〜０．１０％析出する。その結果、Ｂの含有量が広い範囲で、Ｂによる焼入れ性向上作用を享受することができる。
このように、本開示の耐摩耗鋼は、Ｂ含有量の管理範囲を緩和して製造負荷を低減させることもできる。
【００２２】
以下、本開示の耐摩耗鋼の化学成分（以下「本開示の化学成分」とも称する）の限定理由について述べる。
【００２３】
本開示の化学成分は、Ｃ：０．１０〜０．４０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．５０〜１．５０％、Ｂ：０．００１５〜０．００５０％、Ｍｏ：０．６０〜２．５０％、Ａｌ：０〜０．３００％、Ｓ：０．０１０％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｎ：０．００８０％以下、Ｔｉ：０〜０．１００％、Ｎｂ：０〜０．１００％、Ｃｕ：０〜１．５０％、Ｎｉ：０〜２．００％、Ｃｒ：０〜２．００％、Ｖ：０〜０．２０％、Ｃａ：０〜０．０１００％、ＲＥＭ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、Ｗ：０〜２．００％、及び残部：Ｆｅ及び不純物である。
ただし、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｇ、及びＷは、任意元素である。つまり、これら元素は、本開示の耐摩耗鋼に含有しなくてもよく、これらの元素の含有量の下限は０％である。
【００２４】
［Ｃ：０．１０〜０．４０％］
Ｃは、マルテンサイトの生成を促進し、かつ硬度を上昇させる最も有効な元素である。耐摩耗性の支配因子である硬度を確保するために、Ｃの含有量は０．１０％以上とする。Ｃの含有量は、好ましくは０．１３％以上、より好ましくは０．１５％以上とする。一方、Ｃは、多量に含有させると加工性及び溶接性を阻害する元素でもある。そのため、Ｃの含有量は０．４０％以下とする。Ｃの含有量は、好ましくは０．３５％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
【００２５】
［Ｓｉ：０．０５〜０．５０％］
Ｓｉは、脱酸元素である。脱酸の効果を得るために、Ｓｉの含有量は０．０５％以上とする。また、Ｓｉは固溶強化により、硬度の上昇に寄与する。そのため、好ましくはＳｉの含有量を０．１０％以上とする。一方、Ｓｉの含有量が０．５０％を超えると靱性の低下が著しい。そのため、Ｓｉの含有量は０．５０％以下とする。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．４０％以下、より好ましくは０．３０％以下とする。
【００２６】
［Ｍｎ：０．５０〜１．５０％］
Ｍｎは、焼入れ性の向上に寄与する元素である。マルテンサイトの生成を促進し、硬さを確保するために、Ｍｎの含有量は０．５０％以上とする。Ｍｎの含有量は、好ましくは０．８０％以上、より好ましくは１．００％以上とする。一方、Ｍｎは、過剰に含有させると靱性を低下させる。特に板厚拡大による厚手材においてはその影響が顕著となる。そのため、Ｍｎの含有量は１．５０％以下とする。Ｍｎの含有量は、好ましくは１．４０％以下、より好ましくは１．３０％以下とする。
【００２７】
［Ｂ：０．００１５〜０．００５０％］
Ｂは、本開示の耐摩耗鋼の焼入性を安定的に高める（冷却速度の依存性を小さくする）最も重要な元素である。Ｍｏ２ＦｅＢ２の生成により、Ｂの含有による焼入れ性の向上の効果を十分に活用するためには、Ｂの含有量を０．００１５％以上にする必要がある。Ｂの含有量は、好ましくは０．００１７％以上、より好ましくは０．００２０％以上とする。一方、Ｂを過剰に含有させると析出物が粗大化し、靭性を損なうことがある。そのため、Ｂの含有量は０．００５０％以下とする。Ｂの含有量は、好ましくは０．００４５％以下または０．００４４％以下、より好ましくは０．００３３％以下または０．００２６％以下とする。
【００２８】
［Ｍｏ：０．６０〜２．５０％］
Ｍｏは、Ｂによる焼入れ性の向上に寄与するＭｏ２ＦｅＢ２の生成を促進する極めて重要な元素である。Ｍｏは、Ｂの効果を安定的に活用するため、０．６０％以上含有させる。Ｍｏの含有量が０．６０％未満であると、０．００１５％以上のＢを含有させても、Ｍｏ２ＦｅＢ２が安定的に生成しない。Ｍｏの含有量は、好ましくは０．７０％以上または０．８０％以上、より好ましくは０．９０％以上または１．００％以上とする。
一方、２．５０％を超えるＭｏを含有させてもＢ析出物（Ｍｏ２ＦｅＢ２）の粗大化による靱性の劣化をもたらす。そのため、Ｍｏの含有量は２．５０％以下とする。ただし、Ｍｏは高価な元素である。そのため、Ｍｏの含有量は、好ましくは２．００％以下、より好ましくは１．５０％以下とする。
【００２９】
ここで、Ｍｏは、Ｂによる焼入れ性の向上の効果を損なう析出物（Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６）の生成を遅延させる元素でもある。そのため、Ｍｏの含有量を上記範囲にすると、焼入れ性の低下の原因となるＦｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の析出が抑制され易くなる。
【００３０】
［Ｍｏ×Ｂ＞０．００１０］
Ｂの焼入れ性を十分に活用するためには、一定量のＭｏ２ＦｅＢ２を析出させることが必要である。そのため、上述のように、Ｂ及びＭｏの含有量を、それぞれ、０．００１５％以上及び０．６％以上にしなければならない。
これに加え、Ｍｏ２ＦｅＢ２が安定的に生成（例えば、質量分率：０．００１０〜０．１００％で生成）されるようにするためには、Ｍｏの含有量［Ｍｏ］（％）とＢの含有量［Ｂ］（％）の積が重要である。そのため、［Ｍｏ］×［Ｂ］を０．００１０超とする。より好ましくは［Ｍｏ］×［Ｂ］を０．００１２以上、さらに好ましくは０．００１５以上、特に好ましくは０．００１８以上、最も好ましくは０．００２０以上とする。
［Ｍｏ］×［Ｂ］は大きいほど好ましい。そのため、Ｍｏ及びＢの含有量の上限から求められる０．０１２５以下とする。必要に応じて、［Ｍｏ］×［Ｂ］の上限を０．０１００、０．００７０、または０．００４０としてもよい。
【００３１】
ここで、Ｍｏ×Ｂ＞０．００１０にすると、Ｍｏ２ＦｅＢ２の安定的な生成に加え、Ｂによる焼入れ性の向上の効果を損なうＦｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の析出も抑制（例えば、質量分率０．００２０％以下に抑制）され易くなる。
【００３２】
次に、脱酸に用いられるＡｌ、不純物であるＳ、Ｐ及びＮの含有量について説明する。
【００３３】
［Ａｌ：０〜０．３００％］
Ａｌは、脱酸元素であり、含有量が０．３００％を超えると粗大な介在物が生成して靱性を低下させる。そのため、Ａｌの含有量は０．３００％以下とする。Ａｌの含有量は、好ましくは０．１００％以下、より好ましくは０．０７０％以下とする。一方、Ａｌ以外の元素によっても脱酸は可能であり、下限は０％でもよい。
ただし、Ａｌは、ＡｌＮを形成し、焼入れ性を阻害するＢＮの形成の抑制に有効である。また、微細に析出したＡｌＮは、結晶粒の細粒化により靱性の向上に寄与する。このような効果を得るために、Ａｌの含有量を０．０１０％以上または０．０３０％以上にしてもよい。
【００３４】
［Ｓ：０．０１０％以下］
Ｓは、粒界偏析しやすく、粒界割れの原因となる。そのため、Ｓの含有量は０．０１０％以下とする。また、Ｓは、ＭｎＳを形成する元素であり、粗大なＭｎＳの生成による靭性の劣化を抑制する。そのため、Ｓの含有量は０．００５％以下が好ましい。Ｓの含有量は、より好ましくは０．００３％以下とする。Ｓの含有量は、できる限り低減することが望ましいが、コストを考慮して０．０００１％以上含有することを許容してもよい。
【００３５】
［Ｐ：０．０１５％以下］
Ｐは、粒界割れ及び溶接割れを引き起こす有害な元素である。そのため、Ｐの含有量は０．０１５％以下とする。Ｐの含有量は、好ましくは０．０１２％以下とする。Ｐの含有量は、できる限り低減することが望ましいが、コストを考慮して０．００１％以上含有することを許容してもよい。
【００３６】
［Ｎ：０．００８０％以下］
Ｎは、窒化物を形成する元素であり、ＢＮが生成すると焼入れ性が低下する。また、ＢＮの析出を抑制するために、ＡｌやＴｉを含有させることある。さらに、Ｎの含有量が０．００８％を超えると粗大な窒化物が生成し、靱性が低下する原因となる。そのため、Ｎの含有量は０．００８０％以下とする。Ｎの含有量は、好ましくは０．００７０％以下、より好ましくは０．００６０％以下とする。Ｎの含有量は、できる限り低減することが望ましいが、コストを考慮して、Ｎは０．００１０％以上含有することを許容してもよい。
【００３７】
ここで、本開示の耐摩耗鋼は、析出物の形成又は焼入れ性の向上により、耐摩耗性を高めるために、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ及びＷの１種又は２種以上を含有してもよい。これらの元素の含有は必須ではない。つまり、これらの含有量の下限はすべて０％である。
【００３８】
［Ｔｉ：０〜０．１００％］
Ｔｉは、Ａｌと同様に、脱酸や窒化物の形成に利用される元素である。ただし、Ｔｉの含有量が０．１００％を超えると、粗大なＴｉＮが生成して、靱性を低下させる。そのため、Ｔｉを含有させる場合、Ｔｉの含有量は０．１００％以下とする。Ｔｉの含有量は、好ましくは０．０５０％以下、より好ましくは０．０３０％以下とする。ＢＮの形成を抑制してＢによる焼入れ性の向上の効果を得るために、Ｔｉの含有量は、０．００３０％以上が好ましい。Ｔｉの含有量は、より好ましくは０．００５０％以上、更に好ましくは０．０１００％以上とする。また、ＴｉＮの形成によってＢＮの生成を抑制するためには、Ｔｉ／Ｎを３．４以上にすることが好ましい。
【００３９】
［Ｎｂ：０〜０．１００％］
Ｎｂは、炭化物及び窒化物を形成し、組織を微細化して靱性の向上に寄与する元素である。ただし、Ｎｂを過度に含有させても効果が飽和し、溶接性が阻害される。そのため、Ｎｂを含有させる場合、Ｎｂの含有量は０．１００％以下とする。Ｎｂの含有量は、好ましくは０．０５０％以下とする。一方で、Ｎｂの効果を安定的に得るためには、Ｎｂの含有量は０．００３％以上が好ましい。Ｎｂの含有量は、より好ましくは０．００５％以上、更に好ましくは０．０１０％以上とする。
【００４０】
［Ｃｕ：０〜１．５０％］
Ｃｕは、靱性を劣化させずに硬さを上昇させる有効な元素である。ただし、Ｃｕを過剰に含有させると、製造時に熱間割れの原因となる。そのため、Ｃｕを含有させる場合、Ｃｕの含有量は１．５０％以下とする。Ｃｕの含有量は、好ましくは１．００％以下、より好ましくは０．５０％以下とする。一方で、Ｃｕの効果を安定的に得るためには、Ｃｕの含有量は０．０５％以上が好ましい。Ｃｕの含有量は、より好ましくは０．１０％以上とする。
【００４１】
［Ｎｉ：０〜２．００％］
Ｎｉは、硬さ及び靱性の向上に有効である。ただし、Ｎｉを過剰に含有させても効果が飽和し、コストが上昇する。そのため、Ｎｉを含有させる場合、Ｎｉの含有量は２．００％以下とする。Ｎｉの含有量は、好ましくは１．００％以下、より好ましくは０．８０％以下または０．５０％以下とする。必要に応じて、Ｎｉの含有量の上限を、０．４０％、０．２５％または０．１０％としてもよい。一方で、Ｎｉの効果を安定的に得るためには、Ｎｉの含有量は０．０５％以上が好ましい。Ｎｉの含有量は、より好ましくは０．１０％以上とする。
【００４２】
［Ｃｒ：０〜２．００％］
Ｃｒは、焼入れ性を向上させる元素である。ただし、Ｃｒの含有量が２．００％を超えると靱性又は溶接性を損なう。そのため、Ｃｒを含有させる場合、Ｃｒの含有量は２．００％以下とする。Ｃｒの含有量は、好ましくは１．５０％以下、より好ましくは１．００％以下とする。溶接性の一層の向上のため、Ｃｒを０．６０％以下または０．３０％以下としてもよい。一方、Ｃｒの効果を安定的に得るためには、Ｃｒの含有量は０．１０％以上が好ましい。Ｃｒの含有量は、より好ましくは０．３０％以上とする。
【００４３】
［Ｖ：０〜０．２０％］
Ｖは、炭化物及び窒化物を形成して組織を微細化し、また、焼入れ性を向上させる元素である。ただし、Ｖの含有量が０．２０％を超えると、靱性及び溶接性が損なう。そのため、Ｖを含有させる場合、Ｖの含有量は０．２０％以下とする。Ｖの含有量は、好ましくは０．１０％以下、より好ましくは０．０５％以下とする。一方、Ｖの効果を安定的に得るためには、Ｖの含有量は、０．００３％以上が好ましい。Ｖの含有量は、より好ましくは０．０１％以上とする。
【００４４】
また、本開示の耐摩耗鋼は、酸化物又は硫化物を形成することによって介在物の形態を制御するために、Ｃａ、及びＲＥＭ（希土類金属：Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ  Ｍｅｔａｌ）の一方又は両方を含有してもよい。これらの元素の含有は必須ではなく、これらの含有量の下限はすべて０％である。
【００４５】
［Ｃａ：０〜０．０１００％］
Ｃａは、過剰に含有させると介在物が粗大化して靱性を阻害する。そのため、Ｃａを含有させる場合は、Ｃａの含有量は０．０１００％以下とする。Ｃａの含有量は、好ましくは０．００８％以下、より好ましくは０．００６０％以下とする。一方で、効果を安定的に得るためには、Ｃａの含有量は０．０００３％以上が好ましい。Ｃａの含有量は、より好ましくは０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上とする。
【００４６】
［ＲＥＭ：０〜０．０１００％］
ＲＥＭは、Ｃａと同様、過剰に含有させると介在物が粗大化して靱性を阻害する。そのため、ＲＥＭを含有させる場合は、ＲＥＭの含有量は０．０１００％以下とする。ＲＥＭの含有量は、好ましくは０．００８０％以下、より好ましくは０．００６０％以下とする。一方で、効果を安定的に得るためには、ＲＥＭの含有量は０．０００３％以上が好ましい。ＲＥＭの含有量は、より好ましくは０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上とする。
【００４７】
ここで、ＲＥＭとは、希土類元素を意味し、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、及びＬｕ（ルテチウム）からなる１７種の元素の総称である。
そして、ＲＥＭ含有量とは、上記１７種の元素の合計含有量のことを指す。
【００４８】
また、本開示の耐摩耗鋼は、Ｃａ及びＲＥＭに代えて、又は、Ｃａ及びＲＥＭの一方若しくは両方と共に、Ｃａ及びＲＥＭと同様の効果を有するＭｇを含有してもよい。
【００４９】
［Ｍｇ：０〜０．０１００％］
Ｍｇは、Ｃａと同様、過剰に含有させると介在物が粗大化して靱性を阻害する。そのため、Ｍｇを含有させる場合は、Ｍｇの含有量は０．０１００％以下とする。Ｍｇの含有量は、好ましくは０．００５０％以下、より好ましくは０．００３０％以下とする。Ｍｇの含有は必須ではなく、その含有量の下限は０％である。一方で、効果を安定的に得るためには、Ｍｇの含有量は０．０００３％以上が好ましい。Ｍｇの含有量は、より好ましくは０．０００５％以上、更に好ましくは０．００１０％以上とする。
【００５０】
また、本開示の耐摩耗鋼は、焼入れ性の向上により、耐摩耗性を高めるために、Ｗを含有してもよい。
【００５１】
［Ｗ：０〜２．００％］
Ｗは、焼入れ性を向上させる元素である。ただし、Ｗの含有量が２．００％を超えると靱性又は溶接性を損なう。そのため、Ｗを含有させる場合、Ｗの含有量は２．００％以下とする。Ｗの含有量は、好ましくは１．５０％以下、より好ましくは１．００％以下とする。Ｗの含有は必須ではなく、その含有量の下限は０％である。一方、Ｗの効果を安定的に得るためには、Ｗの含有量は０．１０％以上が好ましい。Ｗの含有量は、より好ましくは０．３０％以上とする。Ｗは高価な元素であり、その含有量の上限を０．３０％、０．１０％、または０．０２％としてもよい。
【００５２】
また、本開示の耐摩耗鋼において、鋼の上記各成分以外の成分は、Ｆｅ及び不純物である。
ここで、不純物とは、厚鋼板を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料を始めとして、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本開示に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。ただし、本開示においては、不純物のうち、Ｐ、Ｓ及びＮについては、上述のように、上限を規定する必要がある。
【００５３】
例えば、不純物の例示としては、Ｓｎ、Ｓｎ、Ａｓ、及びＰｂの少なくとも１種がある。Ｓｎ、Ｓｎ、Ａｓ、及びＰｂの含有量は、各々、０〜０．１０％がよい。必要に応じて、これらの元素の個々の含有量の上限を、０．０５％、または０．０１％としてもよい。これらの元素の含有量の下限は、０％である。
【００５４】
［Ｃｅｑ：０．８０％以下］
炭素当量（Ｃｅｑ）は焼入れ性の指標であり、耐摩耗鋼の厚み方向の硬さの変化を小さくするためには大きいほど好ましい。しかしながら、Ｃｅｑが大きくなることは、合金の含有量の増加を意味する。そのため、合金コストの削減という観点からできるだけ制限すべきである。また、炭素当量が高くなると、溶接後の低温割れ感受性が高くなるため、鋼の溶接時の予熱温度をより高くする必要がある。本開示では、合金コストの削減と予熱温度を２００℃以下とするため、０．８０％以下とする。Ｃｅｑは、好ましくは０．７５％以下、より好ましくは０．７０％以下とする。一方で、耐摩耗鋼の厚み方向の硬さの変化を効果的に抑制するために、Ｃｅｑは０．５０％以上が好ましい。Ｃｅｑは、より好ましくは０．６０％以上とする。
【００５５】
ここで、Ｃｅｑは次の（式１）で表される。
Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５  （式１）
ただし、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶは各元素の含有量（質量％）であり、含有しない場合は０とする。本開示によれば、鋼に含まれる各元素の含有量を上で個々に説明した範囲内に制御することで鋼の焼入れ性等を改善しつつ、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、及びＶの関係を上記範囲内に制限することで合金量の増大を抑制することが可能である。
【００５６】
次に、本開示の耐摩耗鋼の金属組織について説明する。
【００５７】
耐摩耗性を確保するには、金属組織を硬質のマルテンサイトとすることが好ましい。特に長寿命化という観点では、表層から厚み方向に向かって硬さが小さくならないようにすることが重要になる。これに関連して、本開示の耐摩耗鋼は、厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率が高く、それゆえ長期に亘って耐摩耗性を確保することが可能である。マルテンサイト以外の金属組織（残部）について特に限定されるものではなく、フェライト、パーライト、ベイナイトの１種又は２種以上であってもよい。
【００５８】
［厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率：７０％以上］
具体的には、本開示の耐摩耗鋼では、厚み方向の中央部のマルテンサイトの面積率について、７０％以上とする。好ましくは８０％以上または９０％以上、より好ましくはほぼ１００％の非常に高い面積率とする。したがって、本開示の耐摩耗鋼によれば、長期に亘って耐摩耗性を確保することが可能である。
【００５９】
ここで、「厚み方向の中央部」とは、耐摩耗鋼の厚み方向の中心から０．５ｍｍの範囲（即ち、１ｍｍ厚）を指す。
具体的には、「厚み方向の中央部」とは、耐摩耗鋼が鋼板の場合は板厚方向、鋼管の場合は肉厚方向、形鋼の場合はフランジ厚方向の中心から０．５ｍｍの範囲を指す。
【００６０】
なお、マルテンサイトの面積率は、厚み方向に沿って切断した断面を観察したときの面積率とする。マルテンサイトとは、本開示では、ラス状組織とする。ラス状組織は、極めて細かい組織（厚さが０．１〜０．２μｍ程度の伸長した組織）であり、光学顕微鏡による観察では、図３のように平行な白黒のコントラストを示す組織として観察される。
【００６１】
具体的には、マルテンサイトの面積率は、次の方法により、測定する。
測定対象の耐摩耗鋼から、厚み方向に沿って切断した試料を取得する。試料の切断面に対して、研磨およびナイタールエッチングを行う。次に、試料の切断面において、厚み方向の中央部に位置する領域を光学顕微鏡により観察（観察視野は２００μｍ×２００μｍ以上の面積とすることが、好ましい。）する。次に、観察視野において、ラス状組織を判別する。そして、観察視野に対する判別したラス状組織の面積率をマルテンサイトの面積率として求める。
【００６２】
ただし、マルテンサイト（ラス状マルテンサイト組織）の面積率が７０％以上であっても、厚み方向の中央部のビッカース硬度さ（ＪＩＳ  Ｚ２２４４（２００９）のＨＶ１０）が、下記式２によりＣの含有量から求められるマルテンサイトの硬さに対して７０％に満たない場合は、電子顕微鏡による観察を行う。その結果、セメンタイトが観察された部位をベイナイトと判断して除外し、マルテンサイトの面積率を求める。つまり、厚み方向の中央部のビッカース硬度さＨＶ１０が、ＨＭ×０．７０以上であれば、光学顕微鏡によるマルテンサイトの面積率の判定だけでよく、電子顕微鏡による観察は不要である。
【００６３】
マルテンサイトのビッカース硬さ（金属組織の１００％がマルテンサイトである場合のビッカース硬さ）ＨＭは、次式によって求めることができる。ここで、ＣはＣの含有量（単位：質量％）である。
ＨＭ＝８８４Ｃ（１−０．３Ｃ２）＋２９４    （式２）
【００６４】
［Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率：０．００１０〜０．１０００％］
本開示では、Ｂの焼入れ性を有効に活用するには、Ｍｏ２ＦｅＢ２の析出が重要である。そのため、Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率は０．００１０％以上とする。Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率は、好ましくは０．００１５％以上、さらに好ましくは０．００２０％以上、特に好ましくは０．００４０％以上である。ただし、Ｍｏ２ＦｅＢ２が過剰に析出してもＢの効果は損なわれるので、Ｍｏ２ＦｅＢ２の質量分率は０．１０００％以下とする。
【００６５】
［Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の質量分率：０．００２０％以下］
これに対して、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６は、Ｂの効果を損なう析出物である。そのため、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の析出を抑制することがよい。よって、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の質量分率は０．００３０％以下とすることがよい。Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の質量分率は、０．００２０％以下とすることが好ましく、０．００１５％以下とすることがさらに好ましく、０．００１０％以下とすることが特に好ましい。Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の質量分率の下限は規定せず、０％でもよい。
【００６６】
ここで、Ｍｏ２ＦｅＢ２及びＦｅ２３（Ｃ，Ｂ）６の析出量は、抽出残渣分析法によって行う。抽出残渣分析法は、鋼を非水溶媒（アセチルアセトン−メタノール溶液など）中での電解によって母相を溶解させて、残渣（析出物及び介在物）を孔径（直径）０．２μｍのフィルター抽出し、分離する方法である。分離後の残渣に含まれる化合物は、Ｘ線回折法によって同定し、化学分析によって各元素の含有量を測定することにより、質量分率を求めることができる。
【００６７】
次に、本開示の耐摩耗鋼の製造方法について説明する。
【００６８】
本開示の耐摩耗鋼は、鋼片を熱間加工して所望の形状とし、室温まで冷却した後、再加熱して、焼入れして製造される。
【００６９】
本開示の耐摩耗鋼の製造においては、Ｍｏ２ＦｅＢ２を生成させるために、焼入れの再加熱温度が重要である。再加熱温度は、１１００℃を超えるとＭｏ２ＦｅＢ２が固溶するため、１１００℃以下とする。再加熱温度は、好ましくは１０００℃以下とする。  再加熱温度は、Ａｃ３以上とする。公知の計算式または実測値からＡｃ３を用いてもよいが、例えば、下記の次式を用いて各元素の含有量から算出しもよい。ここで、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＮｉおよびＣｒは、それぞれの元素の含有量（単位：質量％）である。
Ａｃ３（℃）＝８５４−１８０Ｃ＋４４Ｓｉ−１４Ｍｎ−１７．８Ｎｉ−１．７Ｃｒ    （式３）
なお、再加熱温度が６５０℃未満であると、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６が析出するので、６５０℃以上とする。再加熱温度は、好ましくは７００℃以上、より好ましくは８００℃以上とする。
【００７０】
所望の形状とする熱間加工及びそれ以前の工程は、公知の方法でよい。例えば、溶鋼を転炉、電気炉等の公知の方法で溶製し、連続鋳造法、造塊法等の公知の方法でスラブやビレット等の鋼素材とし、熱間加工を施して製造すればよい。なお、溶鋼に、取鍋精錬や真空脱ガス等の処理を施してもよい。鋳造や造塊後の鋼素材をそのまま熱間加工してもよい。熱間加工は、熱間圧延、熱間鍛造など、公知の方法を採用することができる。鋼板を溶接して鋼管や形鋼としてもよい。
【実施例】
【００７１】
表１に示す成分組成の鋼を溶製して得られた鋼片を熱間圧延し、表２に示す板厚の鋼板とし、更に、鋼板を表２に示す再加熱温度に昇温して焼入れを施した。そして、得られた鋼板の板厚方向断面の板厚中央部（即ち、鋼板の板厚方向の中心から０．５ｍｍの範囲）を含む試料を採取した。その後、採取した試料について光学顕微鏡によるマルテンサイト面積率の測定、抽出残渣法による析出物（Ｍｏ２ＦｅＢ２、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６）の分析を行った。また、鋼板の表面又は板厚中央部を含む試料を採取し、鋼板表面のブリネル硬さの測定、表層（鋼板表面から深さ０．５〜１ｍｍの位置）及び板厚方向の中央部（板厚／２の位置）のビッカース硬さの測定を行った。
ここで、鋼板の表面のブリネル硬さ（ＨＢＷ１０／３０００）は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４３（２００８年）に準拠して測定した。なお、測定条件（ＨＢＷ１０／３０００）は、荷重Ｐ＝３０００ｋｇｆ、球の直径Ｄ＝１０ｍｍである。
また、ビッカース硬さは、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４（２００９年）に準拠してＨＶ１０を測定した。具体的な測定条件は、圧子＝対面角１３６°のビッカース四角錐ダイヤモンド圧子、押し込み荷重＝１０ｇｆ、押し込み時間＝２０ｓである。
結果を表２に示す。【００７２】
【表１】
2018052089.tif 000003
【００７３】
【表２】
2018052089.tif 000004
【００７４】
表２に示すように、鋼Ｎｏ．１〜１４は本開示の耐摩耗鋼であり、厚みの中央部でのマルテンサイト組織比率がいずれも７０％以上と高く、表層の硬さと厚みの中央部との硬さの差がいずれも１００Ｈｖ未満であり、比較的小さい。一方、鋼Ｎｏ．１５〜１９は、表層の硬さと厚みの中央部との硬さの差が１００Ｈｖを大幅に超えており、鋼Ｎｏ．１〜１４と比較して非常に大きくなっていることがわかる。鋼Ｎｏ．１５はＭｏの含有量が少ない上に［Ｍｏ］×［Ｂ］の値が小さく、鋼Ｎｏ．１６はＢの含有量が多く、鋼Ｎｏ．１７はＣの含有量が少なく、鋼Ｎｏ．１８は［Ｍｏ］×［Ｂ］の値が小さいため、いずれも焼入れ性が低下し、厚みの中央部の硬さが低下している。鋼Ｎｏ．１５及び鋼Ｎｏ．１８はＭｏ２ＦｅＢ２が少なく、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６が生成したため、焼入れ性が低下し、いずれも厚みの中央部の硬さが低下している。鋼Ｎｏ．１９は焼入れの再加熱温度が高く、Ｍｏ２ＦｅＢ２が消失し、Ｆｅ２３（Ｃ，Ｂ）６が生成したため、焼入れ性が低下し、厚みの中央部の硬さが低下している。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本開示の耐摩耗鋼は、例えば、産業廃棄物の処理機械の刃先等の産業機械などに使用することができる。本開示の耐摩耗鋼は冷却速度が変化しても安定して焼入れ性を確保することができるので、特に、板厚５０ｍｍ超えの厚手の耐摩耗鋼が必要とされる部材に好適である。なお、本開示の耐摩耗鋼は鋼板、形鋼、鋼管などに用いることができる。【００７６】
なお、日本国特許出願第２０１６−１８０８８９号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【図１】
2018052089.tif 000005
【図２】
2018052089.tif 000006
【図３】
2018052089.tif 000007
【国際調査報告】
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2018052089.tif 000009
2018052089.tif 000010
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