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JP2864960B2 - 加工性および溶接性に優れた耐磨耗鋼 - Google Patents

加工性および溶接性に優れた耐磨耗鋼

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JP2864960B2 JP22708693A JP22708693A JP2864960B2 JP 2864960 B2 JP2864960 B2 JP 2864960B2 JP 22708693 A JP22708693 A JP 22708693A JP 22708693 A JP22708693 A JP 22708693A JP 2864960 B2 JP2864960 B2 JP 2864960B2
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茂 遠藤
守康 長江
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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
れた耐磨耗鋼に係わり、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の輸
送など磨耗の激しい部位での用途に適する耐磨耗鋼に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般に鋼の耐磨耗性はその表面硬度を上
昇させることで向上する。このため従来の耐磨耗鋼は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
ることが多い。このような耐磨耗鋼では、その高硬度の
ため加工性が劣り、また炭素当量が必然的に高くなるた
め溶接性が劣るという欠点を有していた。
【0003】この問題点を解決するため鋼板に関しては
以下のような技術が開示されている。その一つは、比較
的炭素当量の低い鋼を用いて熱間圧延の後焼入処理する
ことにより耐磨耗鋼を製造する方法で、特公昭56−1
4127、特開昭57−89426、特開昭61−76
615などに開示されている。しかしこれらはいずれも
硬さを硬くして耐磨耗性を向上させるものであって本発
明のように耐磨耗性に優れた金属組織をつくることによ
って耐磨耗性を向上させるものではない。そのため、本
発明に比較して不必要に高い硬さが必要となっており耐
磨耗性を得るための効率が悪く、また溶接時に割れが懸
念されるなどの問題が依然として残っている。
【0004】また、硬さの高い鋼板と硬さの低い鋼板を
重ね合わせた複合鋼板を用いて、耐磨耗性は表面に位置
する硬さの高い鋼板で確保し溶接性は内部に位置する硬
さの低い鋼板に持たせるような耐磨耗用複合鋼板が特開
平3−227233に開示されている。しかし、複合鋼
板では硬化層である硬さの高い鋼板の厚みは薄いことか
ら、磨耗により硬化層が薄くなる環境では長期間使用で
きないという問題点がある。
【0005】一方、加工性、溶接性に優れたオーステナ
イト系ないし二相系ステンレス鋼を用いた耐磨耗鋼管の
製造方法が特開昭51−13361に開示されている。
しかし、これらは高価なNi、Crを多量含む必要があ
り結果的に高価なものになってしまうという問題点があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は溶接性、加工
性に優れ、安価でかつ優れた耐磨耗性を有する鋼を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、発明者らはステンレス鋼よりも安価な炭素鋼の成分
組成を基本として、成分組成および熱処理条件など研究
検討した結果、マルテンサイトを地組織中に分散させた
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ことを見出した。
【0008】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含有させる必要もないことがわかっ
た。本発明はこのような知見に基いてなされたものでそ
れは以下に示す如くである。
【0009】即ち第一発明は、重量%で、C:0.05
−0.20%、Al:0.02−2.00%、Mn:
0.50−2.50%を含有し残部がFeおよび不可避
不純物からなる鋼で、地組織中にマルテンサイトを含
み、マルテンサイトの面積分率が5%以上50%以下で
ある耐磨耗鋼である。
【0010】第二発明は、重量%でC:0.05−0.
20%、Al:0.02−2.00%、Mn:0.50
−2.50%を含有し、かつ、Si:0.50−2.0
0%、Cu:0.05−1.00%、Ni:0.05−
2.00%、Cr:0.05−2.00%、Mo:0.
005−1.00%、Nb:0.005−0.10%、
V:0.005−0.10%、Ti:0.005−0.
10%、B:0.0003−0.0020%のうち1種
以上を含有し残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼
で、地組織中にマルテンサイトを含み、マルテンサイト
の面積分率が5%以上50%以下である耐磨耗鋼であ
る。
【0011】第三発明は、マルテンサイトはマルテンサ
イト単独相と島状マルテンサイトとの少なくともいずれ
か一方を含み、マルテンサイトの面積分率はマルテンサ
イト単独相と島状マルテンサイトの面積分率の合計であ
る請求項1ないし3のいずれかの耐磨耗鋼である。
【0012】
【作用】以下に本発明の限定理由を説明する。 (1)マルテンサイトの面積分率5%以上50%以下 マルテンサイトとは結晶構造が体心正方構造のFeおよ
びCからなる耐磨耗性向上に極めて効果のある金属組織
で、マルテンサイトが本発明鋼の地組織中に5%以上で
あれば、マルテンサイトが5%未満のものに比べ硬さが
同じであっても耐磨耗性が著しく向上する。しかしその
面積分率が5%未満では耐磨耗性の向上に大きな効果は
なく、一方、50%を超えると耐磨耗性は優れるものの
加工時に割れたり溶接ができないなどの不都合が現れ
る。従って、マルテンサイトの面積分率は5%以上50
%以下とする。ここで、本発明鋼における地組織はフェ
ライトーパーライトまたはフェライトーベイナイト組織
となっているのが一般で、柔らかいフェライトが存在す
るため加工性、溶接性がよいものとなっている。
【0013】マルテンサイトの生成過程としては、鋼の
組織をいったんオーステナイト化し、それを急冷するこ
とによりオーステナイトの一部がマルテンサイトにな
る。マルテンサイト化した部分を詳細に観察すると、二
通りの形態が存在する。その一つはマルテンサイト単独
相であるが、いま一つはマルテンサイトとマルテンサイ
ト化できずオーステナイトのままで残った部分(残留オ
ーステナイトと呼ぶ)とが混在して一つの島状組織とな
った形態である。島状マルテンサイトは上に説明したよ
うにマルテンサイトと残留オーステナイトとが微細に混
合した島状組織と定義され、マルテンサイトの範疇には
入るがマルテンサイト単独相とは異なる。耐磨耗性を向
上させるマルテンサイトとしては、マルテンサイト単独
相であっても島状マルテンサイトであっても構わない。
従って、マルテンサイトはマルテンサイト単独相と島状
マルテンサイトとの少なくともいずれか一方とする。
【0014】マルテンサイトの面積分率を5%以上50
%以下にするための方法は特に限定しないが、熱間圧延
した鋼をその鋼のAc3とAc1の間のフェライトーオ
ーステナイト2相域温度に加熱した後急冷する方法があ
る。
【0015】このようなマルテンサイトを含む加工性お
よび溶接性に優れた耐磨耗鋼を得るための成分範囲の限
定理由を以下に述べる。 (2)C:0.05−0.20% Cは耐磨耗性を向上させるマルテンサイトの面積分率を
上昇させるため、Cの含有は必須である。含有量が0.
05%未満ではこの効果が小さいので含有量の下限は
0.05%とする。含有量が0.20%を超えると溶接
性の劣化を招くので含有量の上限は0.20%とする。
【0016】(3)Mn:0.50−2.50% Mnは残留オーステナイト量やマルテンサイト量の上昇
に有効であるのでMnの含有は必須である。含有量が
0.50%未満ではこの効果が小さく、2.50%を超
えると溶接性の劣化を招くので含有量は0.50−2.
50% (4)Al:0.02−2.00% Al含有量が0.02−2.00%と従来の耐磨耗鋼よ
りも高い含有量であることが本発明の特徴の一つであ
る。すなわち、Al含有量を高めることにより耐磨耗性
を向上されるマルテンサイトを必要量生成させ、その結
果、硬さが従来の耐磨耗鋼より低いにもかかわらず、そ
れと同程度の耐磨耗性を発揮させるという効果を持つ。
【0017】Al含有量が0.02%以上であれば、十
分な量のマルテンサイトを生成させることにより良好な
耐磨耗性を発揮するが、0.02%未満だと、耐磨耗性
に対し効果がない。そのためAl含有量の下限は0.0
2%とする。一方、2.00%を越えて含有させると鋼
板の熱間延性の劣化、溶接性の劣化を招くので上限は
2.00%とする。
【0018】以上は本発明の必須成分であるが、選択元
素の含有量および範囲限定理由は以下のとおりである。 (5)Si、Cu、Ni、Cr、Mo、Nb、V、T
i、B これらはマルテンサイト量を増加させ、あるいは地組織
の硬さを上昇させることにより耐磨耗性を向上させるに
有効な成分で、これらの1種以上を下記の範囲内で添加
してもよい。含有量の下限はいずれも上記効果を発揮す
るに最低限必要な量で、その上限は溶接性を劣化させず
にその効果を発揮する上限値である。 Si:0.50 −2.00% Cu:0.05 −1.00% Ni:0.05 −2.00% Cr:0.05 −2.00% Mo:0.05 −1.00% Nb:0.005 −0.10% V :0.005 −0.10% Ti:0.005 −0.10% B :0.0003−0.002% なお、不可避的不純物はP,Sを含み、それらには通
常、P:0.03%以下、S:0.03%以下の範囲で
含有するが、これらの含有量は耐磨耗性に本質的に影響
を与えるものではない。本発明鋼の製造は、鋼の成分組
成を本発明の範囲に調整し熱間圧延により鋼板にしたの
ち、例えば上に説明した熱処理を施せばよい。
【0019】
【実施例】表1に供試材の化学成分を示す。表1の鋼の
溶接性および加工性はいずれも一般の構造用鋼として用
いられるものと同等で価格も同等と考えられる。表1の
鋼より熱間圧延により鋼板を製造し、種々の熱処理を施
したものを試験に供した。
【0020】
【表1】
【0021】表2、3は試験に供した各鋼の熱処理方
法、マルテンサイトの面積分率および耐磨耗性試験の結
果を示す。表2は本発明鋼、表3は比較鋼の結果で、図
1に耐磨耗性試験結果、硬さ、マルテンサイト面積分率
の関係を図示した。耐磨耗性試験としては、水と珪砂を
混合した環境で試験片回転型の磨耗試験をおこない、そ
れぞれの磨耗試験片の磨耗減量をJIS SS400の
磨耗減量で除した値(磨耗量比率と呼ぶ)で評価した。
磨耗量比率が小さいほど耐磨耗性は良好と評価される。
試験装置の概略は図2に示すもので、(a)はその断面
図を示したもので、試験槽1には水と珪砂の混合液が満
たされている。磨耗試験片3は回転軸2から150mm
の間隔をとってを取り付けられており、水と珪砂の混合
液の中で回転させることにより磨耗が生じる。(b)は
磨耗試験片3の寸法を示しており、直径10mm、長さ
60mmである。磨耗試験片は鋼板厚み中央部からそれ
ぞれ丸棒を削り出して得た。
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】図1より、マルテンサイトを5%以上含む
ことにより耐磨耗性が著しく向上していることが明らか
である。すなわち、本発明鋼の成分組成で、しかもマル
テンサイト面積分率が5%以上の鋼では磨耗量比率が
0.7以下と良好な耐磨耗性が得られている。
【0025】一方、本発明鋼の成分組成でない鋼のうち
S−1、T−1、U−1、V−1、W−1は十分な量の
マルテンサイトが生成せず、その結果磨耗量比率が0.
8以上となり耐磨耗性が不十分なことがわかる。また、
本発明鋼の成分組成であっても熱処理条件が不適当など
の理由によりマルテンサイト面積分率が5%未満の場合
(鋼C−3、C−4)は、耐磨耗性としては不十分であ
ることがわかった。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるとき
は、鋼の組織を制御することで良好な耐磨耗性を発揮
し、かつ、加工性および溶接性に優れた鋼を的確に製造
することができ、工業的に効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼の硬さおよびマルテンサイト面積分率が耐磨
耗性に及ぼす影響を示す図。
【図2】耐磨耗性評価試験装置の断面を示す図。
【符号の説明】
1・・・・試験槽 2・・・・回転軸 3・・・・磨耗試験片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−271985(JP,A) 特開 平6−17188(JP,A) 特開 平5−148579(JP,A) 特開 昭63−83225(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%でC:0.05−0.20%、M
    n:0.50−2.50%、Al:0.02−2.00
    %を含有し残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼
    で、地組織中にマルテンサイトを含みマルテンサイトの
    面積分率が5%以上50%以下である加工性および溶接
    性に優れた耐磨耗鋼。
  2. 【請求項2】重量%でC:0.05−0.20%、M
    n:0.50−2.50%、Al:0.02−2.00
    %を含有し、かつ、Si:0.50−2.00%、C
    u:0.05−1.00%、Ni:0.05−2.00
    %、Cr:0.05−2.00%、Mo:0.005−
    1.00%、Nb:0.005−0.10%、V:0.
    005−0.10%、Ti:0.005−0.10%、
    B:0.0003−0.0020%のうち1種以上を含
    有し残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼で、地組
    織中にマルテンサイトを含みマルテンサイトの面積分率
    が5%以上50%以下である加工性および溶接性に優れ
    た耐磨耗鋼。
  3. 【請求項3】マルテンサイトはマルテンサイト単独相と
    島状マルテンサイトの少なくとも一方からなり、マルテ
    ンサイトの面積分率はマルテンサイト単独相と島状マル
    テンサイトの面積分率の合計である請求項1ないし3の
    いずれかの耐磨耗鋼。
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