(57)【要約】キャスティング（例えば、採鉱及び砕石産業の破砕機の摩耗部材として製造されるマントル、ボール及びジョー、スクラップシュレッダーに用いられるハンマー、線路の交差部に用いられるフロッグ及び転轍器、採鉱パワーショベルに用いられるバケット及びトラックシュー）に用いられる、窒素、バナジウム、及びチタンでマイクロアロイ化されたオーステナイトマンガン鋼。これらの新規組成物は、炭窒化物析出物を有する微細な結晶粒サイズを呈し、従来技術のキャスティングより摩耗寿命が２０−７０％長いキャスティングをもたらす。本オーステナイトマンガン鋼は、重量％表示で以下を包含する：約１１．０％から２４．０％のマンガン；約１．０％から１．４％の炭素；約１．９％以下のクロム；約０．２５％以下のニッケル；約１．０％以下のモリブデン；約０．２％以下のアルミニウム；約０．２５％以下の銅；最大約０．０７％以下のリン；最大約０．０６％以下の硫黄；約０．０２０−０．０７０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；約０．０２０−０．０７０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；約１００から１０００ｐｐｍの量である窒素；（チタン＋ニオブ＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が０．０５％以上かつ０．２２％以下であり、炭素：マイクロアロイ添加物比が約１０：１−２５：１の範囲にあり、合金の残部が基本的に鉄であり、合金がジルコニウムを実質的に含まずチタン炭窒化物の析出物を含むという特徴を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
約１００ｐｐｍから１０００ｐｐｍの量の窒素でマイクロアロイ化されたオーステナイトマンガン鋳鋼であって：さらに重量％表示で約０．０２０−０．０７０％の量のバナジウム、及び約０．０２０−０．０７０％の量のチタンを含み；ＡＳＴＭ　Ｅ−１１２　＃１以下の細かい結晶粒サイズ及びチタン含有析出物の存在という特徴を有する、上記の鋳鋼。
【請求項２】
重量％表示で
約１１．０％から２４．０％のマンガン；
約１．０％から１．４％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０２０−０．０７０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０２０−０．０７０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
を含むオーステナイトマンガン鋳鋼であって、
（チタン＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０５％以上かつ０．２２％以下で、炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０：１−２５：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄であり；
鋼鉄が、ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によって特徴づけられる；
上記の鋼鉄。
【請求項３】
ＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃１以下の細かい結晶粒サイズという特徴をさらに有する請求項２の鋼鉄。
【請求項４】
チタン炭窒化物析出物が結晶粒内に実質的に均一に分布している請求項２の鋼鉄。
【請求項５】
追加のカーバイド形成元素のマイクロアロイ添加物を約０．０２０−０．０７０％の量でさらに包含する請求項２の鋼鉄。
【請求項６】
重量％表示で
約１１．０％から２４．０％のマンガン；
約１．０５％から１．３５％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０２０−０．０７０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０２０−０．０７０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
を含む、砕石に使用するためのオーステナイトマンガン鋼の粉砕機構成部品であって、
（チタン＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０５％以上かつ０．２２％以下で、炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０：１−２５：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄であり；
鋼鉄が、ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によって特徴づけられる；
上記の構成部品。
【請求項７】
任意のカーバイド形成元素がニオブを包含する請求項６の粉砕機。
【請求項８】
ＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃２以下の細かい結晶粒サイズという特徴をさらに有する請求項６の合金の粉砕機構成部品。
【請求項９】
チタン炭窒化物析出物が実質的に均一に分布している請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１０】
構成部品がボールライナーである請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１１】
構成部品がマントルである請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１２】
チタン炭窒化物を包含せず、結晶粒サイズがＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃２より大きいオーステナイトマンガン鋼の粉砕機構成部品；よりも、摩耗が最大４０％まで改善されたという特徴を有する、請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１３】
重量％表示で
約１１．０％から１４．０％のマンガン；
約１．００％から１．３０％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０３５−０．０６０％の量である任意のカーバイド形成元素のマイクロアロイ添加物；
約０．０３５−０．０６０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０３５−０．０６０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
を含むオーステナイトマンガン鋳鋼であって、
（任意のカーバイド形成元素＋バナジウム＋チタン＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０８％以上かつ０．２２％以下であり；
炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０．７：１−１６．６：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄であり；
鋼鉄が、ＡＳＴＭ−Ｅ１１２　＃１以下の細かい結晶粒サイズという特徴、及び、ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によって特徴づけられる；
上記のオーステナイトマンガン鋳鋼。
【請求項１４】
任意のカーバイド形成元素がニオブを包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１５】
ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によってさらに特徴づけられる請求項１３の鋼鉄。
【請求項１６】
ＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃２以下の細かい結晶粒サイズという特徴をさらに有する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１７】
炭素を約１．０５−１．３５％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１８】
バナジウムを約０．０４−０．０６％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１９】
チタンを約０．０４−０．０６％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２０】
マンガンを約１２．５−１３．５％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２１】
少なくとも約０．０１％のアルミニウムをさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２２】
約３００ｐｐｍの窒素をさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２３】
重量％表示で
約１１．０％から１４．０％のマンガン；
約１．０５％から１．３５％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０３５−０．０６０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０３５−０．０６０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１０００ｐｐｍ以下の窒素；
原子を基準として、窒素からジルコニウムを引いた量が約１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下である、ジルコニウムのマイクロアロイ添加物；
を含み
（バナジウム＋チタン＋ジルコニウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が、約０．０８％以上約０．２２％以下であり；
炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０．７：１−１６．６：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄である；
オーステナイトマンガン鋳鋼。
【請求項２４】
チタン炭窒化物析出物とジルコニウム窒化物析出物とを含むという特徴をさらに有し、結晶粒サイズがＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃１以下の細かい請求項２３の鋼鉄。
【請求項２５】
追加のカーバイド形成元素のマイクロアロイ添加物を約０．０３５−０．０６０％の量でさらに包含する請求項２３の鋼鉄。
【請求項２６】
摩耗抵抗が改善されたオーステナイトマンガン鋳鉄の製造方法であって：
マンガン鋼スクラップ、炭素鋼スクラップ、フェロアロイ添加物、シリコマンガン、及び含窒素合金鉄の所定の投入物を準備し；
その所定の投入物を含有するのに充分なサイズの炉内に投入物を置き；
石灰と粉コークスの充分なスラグ用添加物によってスラグを足しながら、炉内で投入物を溶融し；
溶融の間に炉投入物組成を調整し、重量％表示で
約１１．０％から２４．０％のマンガン；
約１．０％から１．４％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
本質的に鉄である該鋼鉄の残部；
を含む計画された組成を有するオーステナイトマンガン鋼を得て；
溶融鋼を２６７０−２９００°Ｆの範囲の温度に加熱し；
溶融鋼に酸素を吹き込み純化し；
脱酸素剤を添加して溶融鋼を脱酸素し；
炉内温度を調整し；
炉から予熱したラドルへ溶融鋼を注ぎ；
石灰をラドルに加えて保護スラグを形成し；
予め計量した、マイクロアロイ化元素であるバナジウム、チタン、及びカーバイド形成元素を溶融鋼に加え、鋼鉄中のチタン量を約０．０２０−０．０７０％及びバナジウム量を約０．０２０−０．０７０％とし、（チタン＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ元素の総量が約０．０５％以上約０．０１８％以下であり；
２５９０−から２６６０°Ｆの範囲の温度になるまで鋼鉄をラドルに保持し；そして
溶融鋼を所定の形状のモールドに鋳造する；
工程を含む上記方法。
【請求項２７】
溶融鋼を炉から予熱したラドルに注ぐ際に、そしてラドルの約４０％が満たされる前に、所定量のアルミニウムを予熱したラドルに加えることにより溶融鋼を脱酸素する追加の工程がさらに含まれる請求項２６の方法。
【請求項２８】
予め計量したマイクロアロイ元素を溶融鋼に加える工程に：
溶融鋼を炉から予熱したラドルに注ぐ際に、約２５％−３３％の溶融鋼投入物を注いだ後に、マイクロアロイ添加物であるフェロバナジウム及びフェロチタンを溶融鋼ストリームへ直接注ぐ工程；が含まれる、請求項２６の方法。
【請求項２９】
バナジウム及びチタンというマイクロアロイ元素をフェロバナジウム及びフェロチタンとして溶融鋼に加える請求項２６の方法。
【請求項３０】
所定の投入物を含有するのに充分なサイズの炉内に投入物を置く工程に、所定の投入物を電気アーク炉内に置く工程が含まれる請求項２６の方法。
【請求項３１】
所定の投入物の重量が１３トン以下である請求項２６の方法。
【請求項３２】
溶融鋼をラドルに保持する工程が、温度が約２６２５−２６５０°Ｆの範囲に達するまで溶融鋼を保持する工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３３】
溶融鋼をラドルに保持する工程が、温度が２６３０°Ｆとなるまで溶融鋼を保持する工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３４】
溶融鋼を炉から予熱したラドルに注ぐ際に、そして約２５％の溶融鋼をラドルに注ぐ前に、ＣａＳｉＢａ化合物を加える工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３５】
溶融鋼を脱酸素した後、かつ溶融鋼を予熱したラドルへ注ぐ前に、溶融鋼の実際の化学組成を測定する工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３６】
溶融鋼の実際の化学組成を測定した後、かつ溶融鋼をラドルにぐ前に、必要に応じて溶融鋼の化学組成を調整する工程をさらに包含する請求項３５の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０００年１０月１９日出願の米国分割出願Ｎｏ．６０／２４９，８１９の利益を請求する。
【０００２】
技術分野
本発明は、バナジウム、チタン、及び窒素の添加による結晶粒の微細化に起因して摩耗抵抗が改善されたオーステナイトマンガン鋼キャスティングに向けられており、例えばコーン及びジョークラッシャーのキャスティング（鋳造）摩耗ライナー、スクラップシュレッダーのハンマー、鉄道線路のフロッグ及び転轍器、並びに切削、摩滅及び衝撃抵抗を有することが必要なその他のキャスティングといった用途でこの鋼鉄を製造する方法に向けられている。
【０００３】
背景技術
幅広い用途のあるオーステナイトマンガン鋼は周知である。そのような鋼鉄には、マンガン（Ｍｎ）の合金添加物が５−２５重量％の量で、炭素（Ｃ）含有量が約０．７−２．０重量％の範囲で含まれる。最も特徴的な種類は１２−１４％のＭｎ及び１．２−１．４％のＣを含有するオーステナイトＭｎ鋼であり、１８８２年にロバート　ハドフィールドにより発明され、今日までしばしばハドフィールド鋼と呼ばれている。これらの鋼鉄は、高い靭性に延性及び高い加工焼入性（ｗｏｒｋ−ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ）と併せて有しており、そのため、最も重要な用途分野としては採掘、砕石、造成、浚渫、及び鉄道で用いられる機械及び設備の摩耗部材に選ばれる材料である。
【０００４】
前記オーステナイトマンガン鋼の一例が、Ｋｏｓの米国特許第４，５１２，８０４号及び４，５３１，９７４号に記載されている。これらの特許は加工焼入可能なオーステナイトマンガン鋼（炭素：マンガンの比が１：４から１：１４であり、０−０．２０重量％のチタン（Ｔｉ）、０−０．０５重量％のジルコニウム（Ｚｒ）、０−０．０５重量％のバナジウム（Ｖ）でマイクロアロイ化され、ただし（Ｔｉ＋Ｚｒ）の和が０．００３−０．０５重量％の範囲にある）に向けられている。これらの合金元素はキャスティングの結晶粒サイズを微細化するために加えられており、その結晶粒サイズを少量のホウ素（Ｂ）を添加することによりさらに微細化することができる。あるいはまた、オーステナイト鋼をマイクロアロイ化する場合、０．０１−０．０２５％の範囲のチタン又は０．００２から０．０５の範囲の（Ｔｉ＋Ｚｒ＋Ｖ）によって微細化された結晶粒サイズを有するキャスティングが生成される。これらの合金元素が脱酸素過程の後にキャスティングラドルに加えられる場合、非常に高靭性のマンガン鋼が生成する。これらの特許で記述された合金では、ジルコニウム及びチタンのマイクロアロイ添加物の使用により結晶粒が微細化され、そしてバナジウムが任意の元素である。
【０００５】
Ｋｏｓのカナダ国特許出願番号ＣＡ　１２２１５６０号には、別の合金が記述されている。この合金は上記の合金と類似しているが、任意の量のバナジウム及びジルコニウムに加え、０．２０％以下のＴｉが許容される。本カナダ出願は、以前の米国特許に記述された組成物とおおよそ一致する。しかし、比較的厳しい制限内に厳密に制御し、そして製品に対する影響を最大化するよう加工した場合に、幾つかの重要な元素の相互作用によって実現できる利益を認識できていない。
【０００６】
上記の合金各々は、大きなキャスティングで結晶粒サイズを注意深く制御したことから生ずる該分野での進歩を表しているが、結晶粒サイズ制御を継続してこれらのキャスティングの摩耗抵抗を改良し、そしてさらなる改良を行うことによって、さらに進歩がなされて効率が改善され総コストが低減すると考えられる。
【０００７】
必要とされているのは：岩石粉砕機、採掘パワーショベル、スクラップシュレッダー、及び線路の交差部で用いられるフロッグ及び転轍器などで起きる切削、摩滅、及び／又は衝撃にさらされる摩耗部材の平均寿命を延ばすことのできる合金である。
【０００８】
本発明の開示
本発明は、窒素、バナジウム、及びチタンでマイクロアロイ化されたオーステナイトマンガン鋼であり、キャスティング（例えば、マントル；採掘及び砕石産業の摩耗部材として用いられるボール又はジョー；スクラップシュレッダーに用いられるハンマー；採掘パワーショベルで用いられるバケット及びトラックシュー；線路交差部で用いられるフロッグ及び転轍器）のために用いられる。本発明により作成された組成物は、炭窒化物析出物、及びチタン含有炭窒化物析出物を有する微細な結晶粒サイズを示し、その結果、従来技術のキャスティングと比較して摩耗寿命が２０−７０％長い。
【０００９】
本発明のオーステナイトマンガン鋼は、重量％表示で以下の：約 １１．０ ％から２４．０％のマンガン；約 １．０％から１．４％の炭素；約 １％以下のケイ素、約 １．９％以下のクロム；約 ０．２５％以下のニッケル；約 １．０％ 以下のモリブデン；約 ０． ２％以下のアルミニウム；約 ０．２５％以下の銅；不純物として存在し、それぞれ最大約 ０．０７％及び最大約 ０．０６％の量であるリン及び硫黄；約 ０．０２０−０．０７０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；場合により、約 ０．０２０−０．０７０％の量であるニオブのマイクロアロイ添加物；約 ０．０２０−０．０７０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；約 １００から１０００ ｐｐｍの窒素；を含み、（チタン＋ニオブ＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０５％以上約０．２２％以下であり；炭素対マイクロアロイ添加物の比が約１０：１−２５：１の範囲にあり；合金の残部が本質的に鉄であり；合金が、ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン含有析出物（例えば、チタン炭窒化物析出物）の存在によって特徴づけられる。その他の点では、合金はＡＳＴＭ規格Ａ１２８／Ａ１２８Ｍ−９３に適合する。
【００１０】
本発明の合金は少量のジルコニウムを含有するが、原子の濃度で比較して、存在するジルコニウムの量は窒素の量より少ない。
前述の比較的厳しい範囲で生ずる化学的性質から少しずれると望ましい結晶粒サイズが得られず、その結果、本発明の合金で示される摩耗抵抗の改善という有利な効果を失う。
【００１１】
本発明の合金は加工に非常に敏感である。本発明の合金は、電気アーク炉又は誘導炉で溶融される。マイクロアロイ元素の有利な効果を得るためには、マイクロアロイ化に先立ち溶融金属を脱酸素する必要がある。
【００１２】
炭窒化物析出物（チタン炭窒化物析出物を包含する）の形成を促進する溶融鋼の条件が必要である。溶融鋼が適切に脱酸素されないと、チタンをＴｉＯ２として失うことになる。さらに、炉又はラドルにバナジウムを加えることができるが、チタン及びカーバイド形成元素を溶融浴で適切に分散させるためには、溶融鋼を炉から流入ラドルへ移す際にこれらの元素を溶融金属に加えるべきである。実際には、溶融金属を炉から流入ラドルに移す間に、バナジウム、チタン、場合によりニオブ、及びその他のカーバイド形成元素が溶融金属に加えられる。あるいはまた、流入ラドル中で溶融金属を撹拌することにより、適切に分散させることができる。溶融金属の流入温度は、優れた鋳造の実施に従い、注意深く制御されなければならない。本発明により加工された合金で作られたキャスティングでは、断面が４インチの試験片でＡＳＴＭ規格Ｅ−１１２に従い測定された微細化結晶粒サイズが＃１又はそれよりも細かい。ここで用いられる通り、結晶粒サイズ、特にＡＳＴＭ　Ｅ−１１２　＃１又はそれよりも細かい結晶粒サイズに言及する場合全ては、断面が４インチの試験片で測定される平均結晶粒サイズを指す。当業者に認識されるように、断面が異なると異なる結晶粒サイズの結果を示すと予測される。本発明により作成されたキャスティングは、本発明により作成されなかったキャスティングに比べ、細かい平均結晶粒サイズを示すことが予測される。
【００１３】
本発明による組成を有し、本発明により加工されたキャスティングの利点は、摩耗抵抗が著しく改良されていることである。従って摩耗抵抗が増進される場合、摩耗が考慮される用途（例えば、マントル、ボールライナー、ジョー、ハンマー、ディッパーバケット、フロッグ、及びその他の類似した部品）で用いられるキャスティングには明確な利点がある。主要な利益には、交換の間の寿命が長くなることが含まれる。交換の間の平均寿命が長くなることは交換部品が減ることを意味し、消耗した部品交換に使う労働時間が減少して故障時間が減るので労働コストが低下するため、長寿命化は操業コストの低下を意味する。摩耗抵抗が改善されたキャスティングのコストが、そのような改善を示さないキャスティングより僅かに高い場合であっても、これらの利益は重要である。
【００１４】
本発明の別の利点は、本発明に必要な加工制御を行うとすれば、既存の設備を用いて本発明の合金を作成できるという点である。
本発明のさらに別の利点は、本発明のキャスティングにより摩耗抵抗が増進されることにより、最終的には資源の保全に帰着することである。各々のキャスティングの寿命が長くなるため、を製造し輸送するキャスティングが減少してエネルギー消費が減少し、大気に放出される汚染物質が減少する。
【００１５】
本発明のその他の特徴は、本発明の本質を例示する添付の図と併せ、好ましい実施態様についての以下のより詳細な説明から明らかとなる。
本発明の実施の態様
本発明は、鉄道産業で使用されるキャスティングに加え、砕石及び採掘産業、スクラップ加工産業で用いられるキャスティングの改良について述べる。これらのキャスティングは、マントル、ボール、ジョー、ディッパーバケット、クローラーシュー、ハンマー、インパクトバー、フロッグ、転轍器等として引用される。
【００１６】
伝統的に、これらのキャスティングは、摩耗特性が良好なオーステナイトマンガン鋼で作られてきた。この種類の鋼鉄の組成物及び加工について、その摩耗特性を高める改善がなされてきた。本発明は：組成物；及び、該組成物の製造方法であって、結晶粒サイズが微細化され、最近の改善によって作られたキャスティングさえも凌いで摩耗特性が改善されたオーステナイトマンガン鋼を製造する方法；を含む。組成物及び微細な結晶粒サイズに加え、本合金には、均一に分布した微細な炭窒化物及びチタン含有析出物、好ましい実施態様では複合チタン炭窒化物も含まれる。これら微細で均一に分布した析出物は、合金元素の狭い範囲で微細な結晶粒構造に寄与し、鋼鉄が適切に加工される場合にのみ生じる。本発明の合金の組成を、その構成元素及びこれら構成元素の効果という点について以下に述べる。本発明により作成された合金は、寿命を７０％まで、典型的には３０−４０％の範囲への改善を示す。別に記さない限り、本合金の組成及び構成元素は重量％で規定される。各々の合金元素の範囲は以下に述べるが、合金の残部は本質的に鉄（Ｆｅ）；並びに、性質及び／又は量の点で本合金の有利な側面に影響を及ぼさない付随的な不純物及び元素である。
【００１７】
好ましい実施態様では、本発明のオーステナイトマンガン鋼は重量％表示で、以下の：１１．０％から１４．０％のマンガン、より好ましくは約１２．５％から１３．５％のマンガン；約１．０％から１．４％の炭素、より好ましくは約１．０５％から約１．３５％の炭素；約１％以下のケイ素（Ｓｉ）；約１．９％以下のクロム（Ｃｒ）；約０．２５％以下のニッケル（Ｎｉ）；約 １．０％ 以下のモリブデン（Ｍｏ）；約０．２％以下のアルミニウム （Ａｌ）；約０．２５％以下の銅（Ｃｕ）；不純物として存在するそれぞれ最大約０．０７％及び約０．０６％のリン及び硫黄；約０．０３５−０．０６０％の量である任意のカーバイド形成元素（例えば、ニオブ（Ｎｂ））のマイクロアロイ添加物；約０．０３５−０．０６０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；約０．０３５−０．０６０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；約 １００から約１０００ｐｐｍの量の窒素；を含み、（任意のカーバイド形成元素＋バナジウム＋チタン＋窒素）を包含するマイクロアロイ添加物の総量が約０．０８％以上約０．２２％以下であり、炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０．７：１−１６．６：１の範囲にあり、合金の残部が本質的に鉄及び付随した不純物である。好ましい実施態様では、本発明の合金にはジルコニウムが含まれない。代替的な実施態様では、原子の濃度として窒素がジルコニウムに対して約１００ｐｐｍから１０００ｐｐｍ過剰である限り；つまり、原子を基準として窒素の量からジルコニウムの量を引いた量が約１００ｐｐｍから約１０００ｐｐｍである限り；少量のジルコニウムが存在してもよい。
【００１８】
本発明の合金は、ＡＳＴＭ規格Ｅ−１１２に従い測定した微結晶粒サイズが＃１又はそれよりも細かく、好ましくは＃２又はそれよりも細かく、細かい炭窒化物析出物及びチタン含有析出物（例えば、複合チタン炭窒化物析出物）を含むという特徴を有する。Ｚｒは存在してもよいが、ＺｒとＮの結合がＴｉ含有析出物より生じやすいと考えられ、窒素より過剰なＺｒはＴｉ含有析出物の形成を阻害しうるため、Ｚｒを添加しないことが好ましい。チタン含有析出物、例えばチタン炭窒化物は、本発明の合金で意図された結晶粒微細化及び摩耗抵抗改善という成果に重要な役割を果たすと考えられる。
【００１９】
Ｖは強力なカーバイド形成剤であり、固化過程の間の結晶粒成長を阻害することにより結晶粒微細化に寄与し、その結果、大型のキャスティング（例えば破砕機を形成するマントルやボールライナー）について、より高い温度での長時間作業がもたらされる。Ｖの一部が、本発明で形成される複合炭窒化物中に存在してもよい。しかし、過剰のＶ含有量は粗いカーバイド形成へ寄与することによってキャスティングの剛度を低下させるため、約０．０２０−０．０７０％の範囲、好ましくは約０．０３５−０．０６０％の範囲、最も好ましくは約０．０４−０．０６％の範囲にある少量のＶのみが含まれるべきである。その上、一旦Ｖが合金に加えられると、酸素吹き込みにより引き起こされる酸化といった過程により比較的容易に除去することができる他の元素と異なり、Ｖを除去することが困難である。従って、最大レベルのＶを越えないことが重要である。
【００２０】
チタンは、チタン含有析出物、好ましくは複合チタン炭窒化物の形成において不可欠な元素として主に加えられ、結晶粒微細化に寄与し、そして摩耗抵抗の改善に寄与することが明らかである。ＴｉがＯと結合してＴｉＯ２を形成するため予め酸化することが不適切又は非効率的である場合には、溶融金属を脱酸素化することもできる。Ｖと同様に、Ｔｉは溶融金属に加えられる。チタンはカーバイド形成元素でもあり、本発明においてチタンが含まれることにより、本発明の合金中の微細な複合チタン炭窒化物析出物の形成が促進されると考えられる。しかしＶとは異なり、チタンは容易に酸素とも結合するため、望ましい析出物の形成について使用できるＴｉ量（溶融塩中に存在）を、酸素の存在によって修正することができる。Ｔｉ存在下における過剰のＯは結果としてＴｉＯ２を形成するため、溶融合金に加える前に酸素量を制御することが重要であり、Ｔｉ濃度は求められる量である約０．０２０−０．０７０％、好ましくは約０．０３５−０．０６０％、最も好ましくは約０．０４０−０．０６０％の範囲に収まる。必要量の遊離Ｔｉを有しないキャスティングでは望ましいチタン析出物を形成せず、望ましい結晶粒微細化及び付随する摩耗抵抗の改善が実現されない。
【００２１】
酸素（Ｏ）は、望ましい場合及び望ましくない場合の両方で、注意深く制御しなければならない重要な元素である。酸素は、鋼鉄中に存在しうる望ましくない有害な元素を酸化物形成によって排除するため用いられるので、溶融及び微細化工程の間で重要な元素である。これら望ましくない有害な元素は、製造過程の間に溶融する原料ストック中に存在しうる。しかし過剰なＯは、重要析出物を形成し結晶粒を微細化するＴｉと酸化物を形成するだけではなく、望ましくない元素（例えばＭｎ、Ｖ及びＳｉ）とも酸化物を形成するため、注意深く制御されない場合には、酸素は望ましくないものとなる。注入過程の間に酸化物がキャスティング内に捕捉される場合があるが、典型的にはスラグの一部を形成し、溶融金属の表面に密度があまり高くない酸化物が浮遊する。固化の間にキャスティング中に存在するＯが多すぎる場合には、過剰な酸素が鋼鉄を脆化するため剛度に悪影響が生じ、ＴｉのＴｉＯ２への酸化により引き起こされる問題がさらに増幅される。本発明では、キャスティング中に存在するＯの最終的な量は、適切な脱酸素化により、合金中で可能な最少限の残留物まで制御される。
【００２２】
キャスティングに存在する酸素量を、合理的に可能な最大限度まで充分に低減するため、Ａｌを加える。チタン添加直前でのアルミニウムによる脱酸素は、必要な結果を実現する上で重要な操作である。本発明の合金中で残存Ａｌに許容される最大量は、約０．２％である。本発明の合金に加えられるＡｌ量は、Ｏが充分に排除されるように注意深く制御される；依然として少量の、少なくとも約０．０１％のＡｌが残存する。この様に残存Ａｌが少量であることにより、脱酸素後にＴｉが酸素を得る結果Ｔｉが失われることに対して、合金が保護されていると考えられる。残存Ａｌの量が増加して約０．２％を上回ると、延性が失われる。その他の元素（例えば、Ｃａ，Ｂａ，Ｓｉ）又はそれらの組み合わせをＡｌと共に使用し又はＡｌに置換して、複合した脱酸素を行うこともできるが、Ａｌが好ましい脱酸素剤である。
【００２３】
窒素（Ｎ）は、オーステナイトマンガン鋼中の所望されない不特定（ｔｒａｍｐ）元素又は付随した不純物で、多孔性に寄与すると見なされてきた。過去には、不特定元素を可能な限り最も低いレベルに維持し、可能な場合には、そのような不特定元素を排除することさえ行われた。しかし本発明では、一定量のＮが必要である。非常に微細で均一に分布した本発明の炭窒化物析出物、好ましくはチタン炭窒化物析出物の形成に寄与するため、これら従前の教示とは反対に、最大で約１０００ｐｐｍまで、好ましくは約１００−４００ｐｐｍの範囲、最も好ましくは約３００ｐｐｍのＮが必要である。本発明は均一な微細結晶粒サイズを提供し、それにより非常に優れた摩耗抵抗がもたらされ、本発明の合金で作成された破砕機及びその他の部品の長寿命に寄与する。Ｎは含窒素化合物（例えば含窒素マンガン）の添加により溶融物に加えることが出来る。Ｎが本発明で述べた限界に達していなければ、これらの炭窒化物析出物が形成されないか、あるいは本発明の合金で見出される非常に優れた摩耗抵抗に充分な量が形成されないかの何れかである。Ｎ含有量がこれらの限界値を越える場合には、キャスティング内に望ましくないガス欠陥が起こりうる。このように本発明の成功には、過去に行われたように窒素を不特定元素としてではなく、むしろ非常に狭い境界内で合金元素として制御することが重要であり、そうでなければ、炭窒化物析出物の形成から生じる有益な効果が起きず、あるいは望ましくないガス欠陥により打ち消される。
【００２４】
Ｚｒは、本発明に至る上で試された組成から意図的に除かれた。Ｚｒは窒化バナジウム、炭化バナジウム、窒化チタン及び炭化チタン、並びに本発明の複合炭窒化物の形成を妨げると考えられる。Ｔｉ及びＶの組み合わせは、窒化物、炭化物及び炭窒化物形成のための好ましい組み合わせである。
【００２５】
加工
本発明のキャスティングは、電気アーク炉を用いて鋳物に型入れされる。本発明の摩耗特性の改善を達成する上で、その化学的性質及び生じる微細構造は非常に重要であるが、それだけでなく加工パラメータ及び順序も同等に重要であると考えられる。
【００２６】
初めの金属投入物は、注意深く計量され、炉に加えられた。使用される炉での一回の投入量は１３トンまでの重量が可能である。例としては、初めの投入物は所定量のマンガン鋼スクラップ、低リン鋼スクラップ、フェロアロイ添加物（例えば高炭素フェロマンガン、低炭素マンガン、シリコマンガン）必要に応じて含窒素合金を包含することが出来る。これらの成分の各々の量を溶融及び微細化過程の間に調整し、最終製品において望ましい組成に近い、計画された組成を実現した。投入物を２６７０°−２９００°Ｆの範囲に加熱した。石灰と粉コークスのスラグ添加物により、溶融金属の保護被膜が生じた。炉から出す前に、酸素を溶融金属に吹き込んだ。酸素注入は、溶融合金の純化において有益な影響を与えるが、それに加え撹拌を誘引し、合金元素を充分に混合して、炉の底部にある任意の未溶融材料を溶融する。
【００２７】
酸素吹き込みの後、充分なＡｌ、約１２トンのヒートについて約１０ｌｂのＡｌを添加することにより、溶融金属を脱酸素した。金属を脱酸素するため用いたＡｌはＯと結合してＡｌ２Ｏ３を形成する。金属の実際の化学組成を測定するため、金属試料を採取した。試料から決定された通り、取り出し前の炉内で、場合によりその化学成分へ必要な調整がなされた。溶融金属の温度は必要に応じて調整された。流入ラドルへ移す間、溶融金属からスラグが除去された。
【００２８】
次に、予め計量したＶ及びＴｉのマイクロアロイ添加物を、溶融金属ストリームに直接加えた。これらマイクロアロイ添加物を溶融金属ストリームへ導入することは、摩耗抵抗が改善され、結晶粒が適切に微細化された鋼鉄を得るために重要である。金属ストリームは既にラドル内にある金属を撹拌し、脱酸素溶融金属全体にわたるＴｉ及びＶの均一な分布及び分散の助けとなる。Ｖ及びＴｉは、フェロバナジウム及びフェロチタンとして加えられる。石灰は必要に応じてラドルに加えられ、保護スラグを形成する。場合により、約４０％の鋼鉄が炉から注がれる前、好ましくは約２５−３３％の溶融鋼が注がれた後に、所定量のアルミニウムを予熱したラドルに加えて鋼鉄を脱酸素することができる。別の任意の工程では、溶融鋼を炉からラドルに注ぐ際に、ただし約２５％の投入物が注がれる前に、Ａｌの代替として又はＡｌに加えＣａＳｉＢａ化合物を添加することを伴う。
【００２９】
溶融金属は、温度が約２５９０°−２６６０°Ｆ（１４２０−１４６０°Ｃ）の狭い範囲、好ましくは２６２５°−２６５０°Ｆ（１４４０−１４５５°Ｃ）の範囲、最も好ましくは２６３０°Ｆ（１４４３°Ｃ）となるまでラドルに保持され、その温度で所定の形状のモールドに鋳造される。注入温度は、本発明の微細結晶粒の核生成において重要である。
【００３０】
キャスティングの固化の後、キャスティングはＡＳＴＭ１２８（標準的な溶液アニーリング処理であり、続いて水冷却が行われる）に従い熱処理される。
複合チタン炭窒化物が充分均一に分布して形成されることは本発明にとって重要である。チタンは既知の窒化物形成剤であり、カーバイドも形成できる。バナジウムも窒素及び炭素に強い親和性を有する。これらの元素が、結晶の核生成サイトとして作用する安定な窒化物、炭化物、複合炭窒化物を固化の間に形成すると考えられる。このように、これらの元素が溶融金属中に均一に分布することは、キャスティング全体にわたる微細結晶粒形成に不可欠である。
【００３１】
実施例１
ヒート＃３−１４として識別されるオーステナイトマンガン鋼のヒートを、上述の加工により製造した。この鋼鉄の重量％で表示した組成は以下の通りであった：
Ｃ−１．２８％
Ｍｎ−１２．６４％
Ｓｉ−０．６３％
Ｐ−０．０３６％
Ｓ−０．００２％
Ｃｒ−０．３７％
Ｍｏ−０．１０％
Ｃｕ−０．１３％
Ｎｉ−０．１２％
Ａｌ−０．０４２％
Ｔｉ−０．０３９％
Ｖ−０．０５９％
Ｎ−０．０３２％ （３２０ ｐｐｍ）
断面４インチの試験片において、合金の平均結晶粒サイズはＡＳＴＭ　Ｅ−１１２で＃２又はそれより微細であると測定された。図１に、結晶粒サイズを示す１００倍の写真を提供するが、この写真は４％ニタルエッチ（Ｎｉｔａｌ　ｅｔｃｈ）を用いてこのヒートによるキャスティングについて撮影した。
【００３２】
実施例２
ヒート＃４−１２６３として識別されるオーステナイトマンガン鋼のヒートを、上述の加工により製造した。このヒートの材料から作られたキャスティングは、約４０％の寿命増加を示した。この鋼鉄の重量％で表示した組成は以下の通りであった：
Ｃ−１．３２％
Ｍｎ−１３．５４％
Ｓｉ−０．６８％
Ｃｒ−０．３６％
Ｍｏ−０．０８％
Ｎｉ−０．１１％
Ａ１−０．０１６％
Ｔｉ−０．０２７％
Ｖ−０．０４９％
Ｎ−０．０３１ ％ （３１０ ｐｐｍ）
Ｐ−０．０２８％
Ｓ−０．００６％
断面４インチの試験片に基づき、合金の平均結晶粒サイズはＡＳＴＭ　Ｅ−１１２で＃２又はそれより微細であると測定された。図２に結晶粒サイズを示す１００倍の写真を提供するが、この写真は４％ニタルエッチを用いてこのヒートによるキャスティングについて撮影した。
【００３３】
実施例３
ヒート＃４−１２６５として識別されるオーステナイトマンガン鋼のヒートを、上述の加工により製造した。このヒートの材料から作られたキャスティングは、約３３％の寿命増加を示した。この鋼鉄の重量％で表示した組成は以下の通りであった：
Ｃ−１．２２％
Ｍｎ−１２．３４％
Ｓｉ−０．６２％
Ｃｒ−０．６５％
Ｍｏ−０．１１ ％
Ｎｉ−０．０９８％
Ａｌ−０．０３９ ％
Ｔｉ−０．０３０％
Ｖ−０． ０４４％
Ｎ−０．０２６％ （２６０ ｐｐｍ）
Ｐ−０． ０２８％
Ｓ−０．００６％
断面４インチの試験片に基づき、合金の平均結晶粒サイズはＡＳＴＭ　Ｅ−１１２で＃２又はそれより微細であると測定された。図３に、結晶粒サイズを示す１００倍の写真を提供するが、この写真は４％ニタルエッチを用いてこのヒートによるキャスティングについて撮影した。
【００３４】
実施例４
ヒート＃４−１２５９として識別されるオーステナイトマンガン鋼のヒートを、上述の加工により製造した。このヒートの材料から作られたキャスティングは、約４０％の寿命増加を示した。この鋼鉄の重量％で表示した組成は以下の通りであった：
Ｃ−１．３３％
Ｍｎ−１３．８１％
Ｓｉ−０．７４％
Ｃｒ−０．３０％
Ｍｏ−０．１０％
Ｎｉ−０．１０％
Ａｌ−０．０４３％
Ｔｉ−０．０３３％
Ｖ−０．０４８％
Ｎ−０．０３６％ （３６０ ｐｐｍ）
Ｐ−０．０２７％
Ｓ−０．００７％
断面４インチの試験片に基づき、合金の平均結晶粒サイズはＡＳＴＭ　Ｅ−１１２で＃２以上に微細であると測定された。図４に結晶粒サイズを示す１００倍の写真を提供するが、この写真は４％ニタルエッチを用いてこのヒートによるキャスティングについて撮影した。
【００３５】
上記各々の合金は、本発明の有益な結晶粒サイズを得る上で組成が重要であることを例示している。本発明の改善を果たすために求められる有益な結晶粒サイズを得る上で、結晶粒を微細化するＶ及びＴｉが必要な範囲内で含まれること必須である。図５は、本組成に必要な結晶粒微細化元素Ｖ及びＴｉが含まれない未処理のキャスティングを１００倍に拡大して例示する。図５中の合金の結晶粒サイズは、図１−４の微細化された合金の結晶粒サイズより有意に大きいことが明らかである。図６は、本発明により作られた結晶粒微細化合金の２００倍の顕微鏡写真であり、本発明のマイクロアロイ鋼に特徴的な微細構造内の析出物を示すため、さらに拡大されている。析出物は結晶粒にわたって均一に分布している。析出物は幾何学的には立方体又は直方体のように見え、顕微鏡観察では図６中で白色に見えるが、実際には黄色がかったオレンジ色であり、本発明に特徴的なチタン炭窒化物析出物である。
【００３６】
本発明を特定の実施例及び実施態様との関連において記述したが、当業者は、本発明がその範囲内でその他の変化及び修正が可能であることを認識する。これらの実施例及び実施態様は、添付の請求項に示す本発明の範囲を決して制限するのではなく、むしろ代表的な例として意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明により作成されたヒート＃３−１４からのキャスティングを１００倍に拡大した顕微鏡写真である。
【図２】図２は、本発明により作成されたヒート＃４−１２６３からのキャスティングを１００倍に拡大した顕微鏡写真である。
【図３】図３は、本発明により作成されたヒート＃４−１２６５からのキャスティングを１００倍に拡大した顕微鏡写真である。
【図４】図４は、本発明により作成されたヒート＃１１−１２５９からのキャスティングを１００倍に拡大した顕微鏡写真である。
【図５】図５は、本発明により作成されたヒート＃１９１３１Ｋからのキャスティングを１００倍に拡大した顕微鏡写真である。
【図６】図６は２００倍に拡大した顕微鏡写真であり、本発明の合金の微細構造にわたって分布した窒化チタンを示す。
【国際公開パンフレット】
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2004511662.tif 000003
2004511662.tif 000004
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2004511662.tif 000018
2004511662.tif 000019
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2004511662.tif 000026
2004511662.tif 000027
2004511662.tif 000028
2004511662.tif 000029
2004511662.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成14年4月1日(2002.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
重量％表示で
約１１．０％から２４．０％のマンガン；
約１．０％から１．４％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０２０−０．０７０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０２０−０．０７０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
を含むオーステナイトマンガン鋳鋼であって、
（チタン＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０５％以上かつ０．２２％以下で、炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０：１−２５：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄であり；
鋼鉄が、ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によって特徴づけられる；
上記の鋼鉄。
【請求項３】
ＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃１以下の細かい結晶粒サイズという特徴をさらに有する請求項２の鋼鉄。
【請求項４】
チタン炭窒化物析出物が結晶粒内に実質的に均一に分布している請求項２の鋼鉄。
【請求項５】
追加のカーバイド形成元素のマイクロアロイ添加物を約０．０２０−０．０７０％の量でさらに包含する請求項２の鋼鉄。
【請求項６】
重量％表示で
約１１．０％から２４．０％のマンガン；
約１．０５％から１．３５％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０２０−０．０７０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０２０−０．０７０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
を含む、砕石に使用するためのオーステナイトマンガン鋼の粉砕機構成部品であって、
（チタン＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０５％以上かつ０．２２％以下で、炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０：１−２５：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄であり；
鋼鉄が、ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によって特徴づけられる；
上記の構成部品。
【請求項７】
任意のカーバイド形成元素がニオブを包含する請求項６の粉砕機。
【請求項８】
ＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃２以下の細かい結晶粒サイズという特徴をさらに有する請求項６の合金の粉砕機構成部品。
【請求項９】
チタン炭窒化物析出物が実質的に均一に分布している請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１０】
構成部品がボールライナーである請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１１】
構成部品がマントルである請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１２】
チタン炭窒化物を包含せず、結晶粒サイズがＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃２より大きいオーステナイトマンガン鋼の粉砕機構成部品；よりも、摩耗が最大４０％まで改善されたという特徴を有する、請求項６の粉砕機構成部品。
【請求項１３】
重量％表示で
約１１．０％から１４．０％のマンガン；
約１．００％から１．３０％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０３５−０．０６０％の量である任意のカーバイド形成元素のマイクロアロイ添加物；
約０．０３５−０．０６０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０３５−０．０６０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
を含むオーステナイトマンガン鋳鋼であって、
（任意のカーバイド形成元素＋バナジウム＋チタン＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が約０．０８％以上かつ０．２２％以下であり；
炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０．７：１−１６．６：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄であり；
鋼鉄が、ＡＳＴＭ−Ｅ１１２　＃１以下の細かい結晶粒サイズという特徴、及び、ジルコニウムを実質的に含まずチタン炭窒化物析出物が均一に分布しているという特徴を有する；
上記のオーステナイトマンガン鋳鋼。
【請求項１４】
任意のカーバイド形成元素がニオブを包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１５】
ジルコニウムの実質的な不存在及びチタン炭窒化物析出物の存在によってさらに特徴づけられる請求項１３の鋼鉄。
【請求項１６】
ＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃２以下の細かい結晶粒サイズという特徴をさらに有する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１７】
炭素を約１．０５−１．３５％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１８】
バナジウムを約０．０４−０．０６％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項１９】
チタンを約０．０４−０．０６％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２０】
マンガンを約１２．５−１３．５％の範囲でさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２１】
少なくとも約０．０１％のアルミニウムをさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２２】
約３００ｐｐｍの窒素をさらに包含する請求項１３の鋼鉄。
【請求項２３】
重量％表示で
約１１．０％から１４．０％のマンガン；
約１．０５％から１．３５％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約０．０３５−０．０６０％の量であるチタンのマイクロアロイ添加物；
約０．０３５−０．０６０％の量であるバナジウムのマイクロアロイ添加物；
約１０００ｐｐｍ以下の窒素；
原子を基準として、窒素からジルコニウムを引いた量が約１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下である、ジルコニウムのマイクロアロイ添加物；
を含み
（バナジウム＋チタン＋ジルコニウム＋窒素）のマイクロアロイ添加物の総量が、約０．０８％以上約０．２２％以下であり；
炭素：マイクロアロイ添加物の比が約１０．７：１−１６．６：１の範囲にあり；
鋼鉄の残部は本質的に鉄である；
オーステナイトマンガン鋳鋼。
【請求項２４】
チタン炭窒化物析出物とジルコニウム窒化物析出物とを含むという特徴をさらに有し、結晶粒サイズがＡＳＴＭ　Ｅ１１２　＃１以下の細かい請求項２３の鋼鉄。
【請求項２５】
追加のカーバイド形成元素のマイクロアロイ添加物を約０．０３５−０．０６０％の量でさらに包含する請求項２３の鋼鉄。
【請求項２６】
摩耗抵抗が改善されたオーステナイトマンガン鋳鉄の製造方法であって：
マンガン鋼スクラップ、炭素鋼スクラップ、フェロアロイ添加物、シリコマンガン、及び含窒素合金鉄の所定の投入物を準備し；
その所定の投入物を含有するのに充分なサイズの炉内に投入物を置き；
石灰と粉コークスの充分なスラグ用添加物によってスラグを足しながら、炉内で投入物を溶融し；
溶融の間に炉投入物組成を調整し、重量％表示で
約１１．０％から２４．０％のマンガン；
約１．０％から１．４％の炭素；
約１％以下のケイ素；
約１．９％以下のクロム；
約０．２５％以下のニッケル；
約１．０％以下のモリブデン；
約０．２％以下のアルミニウム；
約０．２５％以下の銅；
最大約０．０７％以下のリン；
最大約０．０６％以下の硫黄；
約１００から１０００ｐｐｍの量の窒素；
本質的に鉄である該鋼鉄の残部；
を含む計画された組成を有するオーステナイトマンガン鋼を得て；
溶融鋼を２６７０−２９００°Ｆの範囲の温度に加熱し；
溶融鋼に酸素を吹き込み純化し；
脱酸素剤を添加して溶融鋼を脱酸素し；
炉内温度を調整し；
炉から予熱したラドルへ溶融鋼を注ぎ；
石灰をラドルに加えて保護スラグを形成し；
予め計量した、マイクロアロイ化元素であるバナジウム、チタン、及びカーバイド形成元素を溶融鋼に加え、鋼鉄中のチタン量を約０．０２０−０．０７０％及びバナジウム量を約０．０２０−０．０７０％とし、（チタン＋バナジウム＋窒素）のマイクロアロイ元素の総量が約０．０５％以上約０．０１８％以下であり；
２５９０−から２６６０°Ｆの範囲の温度になるまで鋼鉄をラドルに保持し；そして
溶融鋼を所定の形状のモールドに鋳造する；
工程を含む上記方法。
【請求項２７】
溶融鋼を炉から予熱したラドルに注ぐ際に、そしてラドルの約４０％が満たされる前に、所定量のアルミニウムを予熱したラドルに加えることにより溶融鋼を脱酸素する追加の工程がさらに含まれる請求項２６の方法。
【請求項２８】
予め計量したマイクロアロイ元素を溶融鋼に加える工程に：
溶融鋼を炉から予熱したラドルに注ぐ際に、約２５％−３３％の溶融鋼投入物を注いだ後に、マイクロアロイ添加物であるフェロバナジウム及びフェロチタンを溶融鋼ストリームへ直接注ぐ工程；が含まれる、請求項２６の方法。
【請求項２９】
バナジウム及びチタンというマイクロアロイ元素をフェロバナジウム及びフェロチタンとして溶融鋼に加える請求項２６の方法。
【請求項３０】
所定の投入物を含有するのに充分なサイズの炉内に投入物を置く工程に、所定の投入物を電気アーク炉内に置く工程が含まれる請求項２６の方法。
【請求項３１】
所定の投入物の重量が１３トン以下である請求項２６の方法。
【請求項３２】
溶融鋼をラドルに保持する工程が、温度が約２６２５−２６５０°Ｆの範囲に達するまで溶融鋼を保持する工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３３】
溶融鋼をラドルに保持する工程が、温度が２６３０°Ｆとなるまで溶融鋼を保持する工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３４】
溶融鋼を炉から予熱したラドルに注ぐ際に、そして約２５％の溶融鋼をラドルに注ぐ前に、ＣａＳｉＢａ化合物を加える工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３５】
溶融鋼を脱酸素した後、かつ溶融鋼を予熱したラドルへ注ぐ前に、溶融鋼の実際の化学組成を測定する工程をさらに包含する請求項２６の方法。
【請求項３６】
溶融鋼の実際の化学組成を測定した後、かつ溶融鋼をラドルに注ぐ前に、必要に応じて溶融鋼の化学組成を調整する工程をさらに包含する請求項３５の方法。
【国際調査報告】
2004511662.tif 000031