(57)【要約】【課題】本発明は低温靭性に優れた耐摩耗鋼およびその製造方法に関する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｖ：０．２〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％、必要に応じて、Ｃｕ：０．０３〜２．０％、Ｎｉ：０．０３〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜２．０％、Ｍｏ：０．０３〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％の一種または二種以上、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼。該成分組成の鋼を仕上温度８００℃以上で熱間圧延後、３００℃以下まで加速冷却し８５０〜９５０℃に再加熱し、その後水焼入れを行う。【選択図】　　　　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｖ：０．２〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる低温靭性に優れた耐摩耗鋼。
【請求項２】
請求項１記載の鋼成分に更に質量％で、Ｃｕ：０．０３〜２．０％、Ｎｉ：０．０３〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜２．０％、Ｍｏ：０．０３〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％の一種または二種以上を含有したことを特徴とする低温靭性に優れた耐摩耗鋼。
【請求項３】
請求項１または２に記載の化学成分を有する鋼を熱間圧延後、８５０〜９５０℃に再加熱し、その後水焼入れを行うことを特徴とする低温靭性に優れた耐摩耗鋼の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法において、熱間圧延の仕上温度を８００℃以上とし、熱間圧延後３００℃以下まで加速冷却することを特徴とする低温靭性に優れた耐摩耗鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業機械や運搬機器などに用いられる耐摩耗鋼に関し、特にー４０℃近傍の低温での母材靭性に優れたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設、土木、鉱山採掘に使用される産業機械、部品、運搬機器（例えば、パワーシャベル、ブルドーザ、ホッパー、バケット等）には耐摩耗鋼が用いられ、最近では寒冷地で使用される場合も増加している。
【０００３】
耐摩耗鋼は高Ｃ系鋼の表面を焼入れ組織とし表面硬度を高くすることが一般的であるが、低温靭性が低く、低温溶接割れ感受性に劣ることが多く、寒冷地で使用する場合、これらの特性を向上させることが必要であった。
【０００４】
特開平８−４１５３５号公報、特開平２−１７９８４２号公報および特開昭６１−１６６９５４号公報には、Ｃｒ，Ｍｏなど多量に添加し、低温靭性を向上させることが記載されている。Ｃｒは焼入れ性を向上させ、Ｍｏは焼入れ性を向上させるとともに、粒界強度を強化するため添加されている。
【０００５】
特開２００２−２０８３７号公報は製造プロセスの工夫により低温靭性を向上させるもので、オースフォーミングにより、旧γ粒界を展伸させ、靭性を改善することが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−４１５３５号公報、特開平２−１７９８４２号公報および特開昭６１−１６６９５４号公報に記載されているように合金元素を多量に添加するものは製品コストが上昇し、特開２００２−２０８３７号公報に記載されているものは製造プロセスが複雑で実機適用は容易ではない。
【０００７】
そこで、本発明は安価な成分組成で低温靭性に優れた耐摩耗鋼および実製造適用が容易な製造プロセスを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した課題を解決すべく、成分組成、製造プロセスについて鋭意検討をおこない、以下の知見を得た。
【０００９】
▲１▼耐摩耗鋼における低温靭性改善には細粒化が最も効果的で、Ｖを適量添加し、再加熱焼入れ時の加熱γ粒径を微細化した場合、低温靭性は向上する。
【００１０】
▲２▼Ｖ添加による細粒化は、γ粒をピンニングするＶ炭化物によるものであるが、その効果は熱間圧延後の放冷時に析出するものに対し、熱間圧延後の再加熱時に固溶状態から析出し、より微細となるＶ炭化物によるほうが大きい。
【００１１】
▲３▼圧延後の再加熱により微細なＶ炭化物を析出させるため、圧延後加速冷却することが有効で、特に加速冷却停止温度を３００℃以下とすることが効果的である。
【００１２】
▲４▼板厚中心での低温靭性向上には、板厚中心部を旧γ粒径の細粒化により微細組織とし、かつ十分焼きの入った焼入れ組織とすることが必要で、Ｖ，ＴｉおよびＢの複合添加により焼入れ性を向上させることが有効である。
【００１３】
▲５▼Ｖ添加量と再加熱温度域の適切な組合せによって、再加熱焼入れ時のγ粒径の微細化に有効なＶ炭化物の確保と再加熱焼入れ時、板厚中心部の焼入れ性確保に必要な固溶Ｖの確保が可能となる。
【００１４】
本発明は以上の知見をもとに更に検討を加えてなされたものであり、すなわち、本発明は、
１．質量％で、Ｃ：０．０５〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｖ：０．２〜０．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｂ：０．０００３〜０．０１％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる低温靭性に優れた耐摩耗鋼。
【００１５】
２．１記載の鋼成分に更に質量％で、Ｃｕ：０．０３〜２．０％、Ｎｉ：０．０３〜２．０％、Ｃｒ：０．０３〜２．０％、Ｍｏ：０．０３〜１．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１％の一種または二種以上を含有したことを特徴とする低温靭性に優れた耐摩耗鋼。
【００１６】
３．１または２に記載の化学成分を有する鋼を熱間圧延後、８５０〜９５０℃に再加熱し、その後水焼入れを行うことを特徴とする低温靭性に優れた耐摩耗鋼の製造方法。
【００１７】
４．３記載の製造方法において、熱間圧延の仕上温度を８００℃以上とし、熱間圧延後３００℃以下まで加速冷却することを特徴とする低温靭性に優れた耐摩耗鋼の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明における化学成分の限定理由、製造条件の限定について詳細に説明する。
１．成分組成
Ｃ
Ｃは鋼の強度を確保するため添加する。耐摩耗鋼として必要なブリネル硬さ３００以上を得るため０．０５％以上添加する。一方、０．３０％を超えて添加すると低温靭性、溶接性および加工性が劣化するため０．０５〜０．３０％とする。
【００１９】
Ｓｉ
Ｓｉは脱酸元素、固溶強化元素として０．０５％以上添加する。一方、１．０％を超えて添加すると延性、靭性が低下し、介在物が増加するため０．０５〜１．０％とする。
【００２０】
Ｍｎ
Ｍｎは焼入れ性を確保するため０．１％以上添加する。一方、２．０％を超えて添加すると溶接性が劣化するため０．１〜２．０％とする。
【００２１】
Ｖ
Ｖは本発明では重要な元素で、母材組織を十分焼きの入った細粒組織とするため添加する。熱間圧延後の再加熱温度を８５０〜９５０℃とした場合、Ｖ炭化物と固溶Ｖが並存し、前者によるγ粒のピンニング作用と後者による焼入れ性向上作用により所望の組織が得られる。
【００２２】
このような作用を得るため０．２％以上添加する。一方、０．５％を超えると介在物が粗大化し、低温靭性が劣化し、溶接性も悪くなるため０．２〜０．５％とする。
【００２３】
Ｔｉ
ＴｉはＴｉＮを形成することによりＢＮの生成を妨げ焼入れ性に必要な固溶Ｂを確保する。そのような効果を期待するため０．００５％以上添加する。一方、０．１％を超えると介在物が粗大化し、低温靭性が低下するため０．００５〜０．１％とする。
【００２４】
Ｂ
Ｂは焼入れ性を向上させるため、０．０００３％以上添加する。一方、０．０１％を超えて添加すると焼入れ性が飽和し、溶接性も劣化するため０．０００３〜０．０１％とする。尚、Ｂの焼入れ性向上効果はＶ，Ｔｉと複合添加した場合、特に効果的である。
【００２５】
以上が本発明の基本的元素であるが、更に特性を向上させるためＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂの一種または二種以上を添加する。
【００２６】
Ｃｕ
Ｃｕは焼入れ性を向上させる場合、添加する。０．０３％未満ではそのような効果が得られず、一方、２．０％を超えると熱間加工性が低下し、生産コストも上昇するため０．０３〜２．０％、好ましくは０．１〜２．０％を添加する。
【００２７】
Ｎｉ
Ｎｉは焼入れ性、低温靭性を向上させる場合、添加する。０．０３％未満ではそのような効果が得られず、一方、２．０％を超えると生産コストが上昇するため０．０３〜２．０％、好ましくは０．１〜２．０％を添加する。
【００２８】
Ｃｒ
Ｃｒは焼入れ性を向上させる場合、添加する。０．０３％未満ではそのような効果が得られず、一方、２．０％を超えると溶接性が劣化し、生産コストが上昇するため０．０３〜２．０％、好ましくは０．１〜２．０％を添加する。
【００２９】
Ｍｏ
Ｍｏは焼入れ性および粒界強度を向上させる場合、添加する。０．０３％未満ではそのような効果が得られず、一方、１．０％を超えると溶接性が劣化し、生産コストが上昇するため０．０３〜１．０％を添加する。
【００３０】
Ｎｂ
Ｎｂは析出強化に有効であり強度を向上させる。また、組織微細化効果があり、靭性を向上させる。０．００５％未満ではそのような効果が得られず、、一方、０．１％を超えると溶接性が劣化するため０．００５〜０．１％を添加する。
【００３１】
尚、本発明鋼の組成において残部は鉄及び不可避的不純物であるが、本発明の作用効果を損なわない範囲で微量元素を含むことは差し支えない。
２．製造条件
本発明鋼は熱間圧延後、再加熱焼入れして製造するが、熱間圧延の仕上げ温度を８００℃以上とし、熱間圧延後、冷却停止温度３００℃以下とする加速冷却をした後、８５０〜９００℃に再加熱することが好ましい。
【００３２】
熱間圧延
熱間圧延は、仕上げ温度を８００℃以上とすることが好ましい。仕上げ温度８００℃未満とした場合、圧延後の冷却においてＶ炭化物の析出が促進され、冷却後の固溶Ｖ量が減少し、再加熱された際、固溶状態からの析出量が減少する。
【００３３】
熱間圧延後の冷却
熱間圧延後、直ちに冷却する。冷却はＶ炭化物が析出しないように加速冷却により行い、冷却停止温度は３００℃以下とすることが好ましい。３００℃超えで冷却停止するとＶ析出物が多く析出し、再加熱前の固溶Ｖ量が減少し、ピンニングに必要なＶ炭化物が十分得られない。
【００３４】
再加熱処理
焼入れ時の再加熱温度は８５０〜９５０℃とすることが好ましい。８５０℃未満では焼入れに必要なオーステナイ化が不充分で、一方、９５０℃超えではＶは一部が固溶し、オーステナイト粒の微細化に必要なＶ炭化物の量が十分確保できない。
【００３５】
再加熱処理後、焼入れを行う。焼入れは十分な焼入れ組織が得られれば良く冷却方法は特に規定しないが水焼入れが好ましい。
【００３６】
尚、焼入れ後、靭性を回復させ、耐水素脆化特性を向上させるため焼戻し処理することも可能である。本発明鋼は焼戻し処理により固溶Ｖが析出するため、軟化されることが少なく、耐摩耗性を損なうことはない。焼戻しは６００℃以下とすることが好ましい。
【００３７】
【実施例】
［実施例１］
表１に示す化学成分のスラブ（板厚１００ｍｍ）を、１１５０℃に加熱後、仕上げ温度８５０℃で熱間圧延し、室温まで放冷して板厚１９ｍｍまたは３５ｍｍとした。その後、これらの鋼板を９００℃まで再加熱し水焼入れを行い、一部のものについては焼戻しを行った。
【００３８】
鋼Ｎｏ．１〜１７は本発明鋼で、Ｎｏ．４，５については５００℃で焼戻しを行った。鋼Ｎｏ．１８〜２２は比較鋼である。得られた鋼板について、表面硬度、引張強度、低温靭性を調査した。
【００３９】
表面硬度は、ＪＩＳＺ２２４３に準拠し、５点の表面硬度の平均値とした。引張強度は、ＪＩＳＺ２２４１に準拠し、板厚１９ｍｍ材についてはＪＩＳＺ２２０１　５号試験片、板厚３５ｍｍ材はＪＩＳＺ２２０１　１Ａ試験片を用いた。低温靭性はＪＩＳＺ２２４２に準拠し、−４０℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーを求めた。得られた試験結果を表１に示す。
【００４０】
本発明鋼のＮｏ．１〜１７は表面硬度３３１ＨＢ以上で且つ−４０℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーが５１Ｊ以上の優れた低温靭性が得られている。
【００４１】
一方、比較鋼１８はＣ量が０．０３％と低く、表面硬度および引張強度が低い。比較鋼１９はＣ量が０．３５％と高く、−４０℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーが低い。比較鋼２０はＶ量が低く表面硬度は高いが、オーステナイト粒径が粗大化し−４０℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーが低い。
【００４２】
比較鋼２１はＶ添加量が本発明範囲外で多く、粗大なＶＮ介在物が生成し、低温靭性が著しく劣化する。比較鋼２２はＴｉ，Ｂｆｒｅｅ系のため、焼入れ性が低下し、引張強度が低く、また不完全焼入れ組織により−４０℃でのシャルピー衝撃吸収エネルギーが低い。
【００４３】
【表１】
2004010996.tif 000002
【００４４】
［実施例２］
製造条件が表面硬度、引張強度、低温靭性に及ぼす影響を表１記載の発明鋼Ｎｏ．６（板厚１９ｍｍ材）の化学成分の鋼を用いて調査した。製造条件において圧延仕上げ温度（℃）、加速冷却停止温度（℃）及び再加熱温度（℃）を変化させ、その他の条件および試験方法は実施例１に準じた。
【００４５】
表２に試験条件および試験結果を示す。Ｎｏ．ａは熱間圧延後の加速冷却がなく、加速冷却をしたＮｏ．ｂ、ｄに対し低温靭性が劣る。Ｎｏ．ｃは圧延仕上げ温度が低く表面硬度が低い。
【００４６】
Ｎｏ．ｅは熱間圧延後、加速冷却を行ったが、冷却停止温度が４５５℃と高いため、Ｎｏ．ｂ，ｄに対し低温靭性が低い。Ｎｏ．ｆは再加熱温度が１０５０℃と高く、Ｎｏ．ｇは再加熱温度が８００℃と低く、いずれもγ粒径の微細化が不充分で、低温靭性に劣る。
【００４７】
【表２】
2004010996.tif 000003
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、−４０℃程度の低温靭性に優れた耐摩耗鋼が得られ、産業上極めて有用である。