JP6211099B2 - 高性能の低合金耐摩耗鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は耐摩耗鋼に関し、特に、高性能の低合金耐摩耗鋼板およびその製造方法に関し、その鋼板は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーという典型的な機械的特性を有する。
耐摩耗鋼板は、非常に重大な動作条件を有し、高い強度と高い耐摩耗性とを要求するプロジェクト、鉱業、農業、セメント生産、港湾、電力および冶金の分野における、大型ブルドーザ、装填機、掘削機、ダンプカー、グラブ・バケット、スタック・リクレーマ、送出湾曲構造などといった機械製品に対して広範に適用されている。
従来、耐摩耗部品を製造するために、オーステナイト系高マンガン鋼が通常選択される。大きい衝撃負荷の影響を受けると、オーステナイト系高マンガン鋼は、その耐摩耗性を向上させるようにマルテンサイト相変態を誘発するよう歪められる場合がある。オーステナイト系高マンガン鋼は、高い合金含有量、不良の機械加工性能および溶接性能、ならびに低い元の硬度という制限のため、広範な適用にとって好適ではない。
過去数十年間で、耐摩耗鋼の開発および適用において急速な発展が起こっている。それは通常、適量の炭素および合金元素を添加することにより、ならびに鋳造、圧延、オフライン熱処理などを通して生産される。鋳造方式は、短いワークフロー、簡単なプロセス、および容易な生産という利点を有するが、過度の合金含有量、不良の機械的性能、溶接性能および機械加工性能という欠点を有する。圧延方式は、さらに合金元素の含有量を減少させ、その製品の性能を向上させ得るものの、広範な適用にはまだ不適切である。オフライン焼入れおよび焼戻しという熱処理は、耐摩耗鋼板を生産する主要方式であり、生産された耐摩耗鋼板は少ない合金元素および高性能を有しており、工業的生産を安定化させ得る。しかしながら、低炭素、省エネルギー、および環境保護に対するより高い要件のため、低コスト、短いワークフローおよび高性能を有する製品が、鉄鋼業の発展において避けられない傾向になっている。
中国特許ＣＮ１１４０２０５Ａは、鋳造によって生産され、高含有量の炭素および合金元素（Ｃｒ、Ｍｏなど）を有する、中および高炭素と中合金とを有する耐摩耗鋼を開示しており、それは不良の溶接性能および機械加工性能を必然的にもたらす。
中国特許ＣＮ１８６５４８１Ａは、高含有量の炭素および合金元素（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏなど）を有し、それにより溶接性能が劣っており、また、圧延後の空冷またはスタック冷却によって生産され、それにより機械的特性が低い、ベイナイト耐摩耗鋼を開示している。
この発明の目的は、高性能の低合金耐摩耗鋼板、およびその製造方法を提供することであり、その鋼板は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーという典型的な機械的特性を有する。それは、高強度、高硬度および高靭性を調和させ、また、良好な機械加工性能を有しており、それにより、プロジェクトに対する広範な適用にとって非常に有益である。
前述の目的を達成するために、この発明は、以下の技術的解決策をとる。
重量パーセントで、Ｃ：０．２１〜０．３２％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．６０％、Ｂ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．８０％以下、Ｎｉ：１．５０％以下、Ｎｂ：０．０８０％以下、Ｖ：０．０８０％以下、Ｔｉ：０．０６０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０８０％、Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、Ｎ：０．００８０％以下、Ｏ：０．００８０％以下、Ｈ：０．０００４％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、および（Ｃｒ／５＋Ｍｎ／６＋５０Ｂ）：０．２０％以上０．５５％以下、（Ｍｏ／３＋Ｎｉ／５＋２Ｎｂ）：０．０２％以上０．４５％以下、（Ａｌ＋Ｔｉ）：０．０１％以上０．１３％以下であり、残りはＦｅおよび不可避不純物である化学成分を有する、高性能の低合金耐摩耗鋼板であって、その微細構造は微細マルテンサイトおよび残留オーステナイトであり、残留オーステナイトの体積分率は５％以下であり、その典型的な機械的特性は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーである、高性能の低合金耐摩耗鋼板である。
重量パーセントで、Ｃ：０．２１〜０．３２％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．６０％、Ｂ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０．８０％以下、Ｎｉ：１．５０％以下、Ｎｂ：０．０８０％以下、Ｖ：０．０８０％以下、Ｔｉ：０．０６０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０８０％、Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、Ｎ：０．００８０％以下、Ｏ：０．００８０％以下、Ｈ：０．０００４％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、および（Ｃｒ／５＋Ｍｎ／６＋５０Ｂ）：０．２０％以上０．５５％以下、（Ｍｏ／３＋Ｎｉ／５＋２Ｎｂ）：０．０２％以上０．４５％以下、（Ａｌ＋Ｔｉ）：０．０１％以上０．１３％以下であり、残りはＦｅおよび不可避不純物である化学成分を有する、高性能の低合金耐摩耗鋼板であって、その微細構造は微細マルテンサイトおよび残留オーステナイトであり、残留オーステナイトの体積分率は５％以下であり、その典型的な機械的特性は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーである、高性能の低合金耐摩耗鋼板である。
この発明に従った高性能の低合金耐摩耗鋼板の化学成分のそれぞれの機能性は、以下のとおりである。
炭素：炭素は、耐摩耗鋼において最も基本的かつ重要な元素であり、鋼の強度および硬度を向上させ、ひいてはその耐摩耗性をさらに向上させることができる。しかしながら、それは、鋼の靱性および溶接性能にとってよくない。したがって、鋼における炭素含有量は、０．２１〜０．３２ｗｔ％間で、好ましくは０．２１〜０．３０ｗｔ％間で制御されるべきである。
シリコン：シリコンは、フェライトおよびオーステナイト中の固溶体にさらされて、それらの硬度および強度を向上させるが、過度のシリコンは鋼の靱性の急激な減少をもたらす場合がある。同時に、シリコンと酸素との親和性は、シリコンとＦｅとの親和性よりも良好であるため、溶接中に低い融点を有するケイ酸塩を生成して、スラグおよび溶融金属の流動性を増加させることは容易であり、それにより、溶接継ぎ目の品質に影響を与える。よって、その含有量は多すぎてはならない。この発明の耐摩耗鋼におけるシリコン含有量は、０．１０〜０．５０ｗｔ％間で、好ましくは０．１０〜０．４０ｗｔ％間で制御されるべきである。
マンガン：マンガンは、鋼の硬化性を急激に向上させ、その変態温度および臨界冷却速度を減少させる。しかしながら、マンガンの含有量が多すぎる場合、それは粒を粗大化する傾向を有する場合があり、焼戻し脆化に対する感受性を増加させ、また、鋳造ブランクの分離および亀裂を引き起こしがちになり、このため、鋼板の性能を低下させる。この発明の耐摩耗鋼におけるマンガン含有量は、０．６０〜１．６０ｗｔ％間で、好ましくは０．６０〜１．５０ｗｔ％間で制御されるべきである。
ホウ素：ホウ素は、鋼の硬化性を向上させることができるが、過度のホウ素は高温脆性をもたらし、溶接性能および高温機械加工性能に影響を与える場合がある。したがって、Ｂの含有量を制御することが必要である。耐摩耗鋼におけるＢの含有量は、０．０００５〜０．００４０ｗｔ％間で、好ましくは０．０００５〜０．００２０ｗｔ％間で制御される。
クロム：クロムは、鋼の臨界冷却速度を減少させ、硬化性を向上させることができる。クロムは、（Ｆｅ、Ｃｒ）３Ｃ、（Ｆｅ、Ｃｒ）７Ｃ３および（Ｆｅ、Ｃｒ）２３Ｃ７といった、強度および硬度を向上させ得る多くの種類の炭化物を形成し得る。焼戻し中、クロムは、炭化物の析出および凝集を防止または阻害して、焼戻し安定性を向上させることができる。この発明の耐摩耗鋼におけるクロム含有量は、１．５０ｗｔ％以下に、好ましくは０．１０〜１．２０％間で制御されるべきである。
モリブデン：モリブデンは、粒を精製し、強度および靱性を向上させることができる。モリブデンは鋼のソソロイド相および炭化物相に存在しているため、モリブデンを含有する鋼は、固溶体および炭化物の分散を強化する効果がある。モリブデンは、焼戻し安定性を向上させることで、焼戻し脆性を減少させることができる元素である。この発明の耐摩耗鋼におけるモリブデン含有量は、０．８０ｗｔ％以下に、好ましくは０．６０％ｗｔ％以下に制御されるべきである。
ニッケル：ニッケルは、臨界冷却速度を減少させ、硬化性を向上させることができる。ニッケルは、任意の比率で鉄と互いに可溶であり、フェライト粒の精製を通して鋼の低温靱性を向上させ、また、低温脆性変態温度を明らかに減少させる効果を有する。高い低温靱性を有する高レベルの耐摩耗鋼にとっては、ニッケルは非常に有益な添加元素である。しかしながら、過度のニッケルは、鋼板の表面でのスケール除去の難しさをもたらしてコストを著しく増加させる場合があり、そのため、その含有量は制御されるべきである。この発明の耐摩耗鋼におけるニッケル含有量は、１．５０ｗｔ％以下に、好ましくは１．２０ｗｔ％以下に制御されるべきである。
ニオブ：ニオブの、粒を精製する効果および析出を強化する効果は、材料の頑健さに顕著に寄与し、また、Ｎｂは、オーステナイト粒の成長を強力に制限できる炭化物および窒化物の強い形成物である。Ｎｂは、主として析出強化および相変態強化を通して鋼の性能を向上させ、または強化し、それは、ＨＳＬＡ鋼において最も効果的な硬化剤のうちの１つであると考えられてきた。この発明の耐摩耗鋼におけるニオブ含有量は、０．０８０ｗｔ％以下に、好ましくは０．００５〜０．０８０ｗｔ％間で制御されるべきである。
バナジウム：バナジウムの添加は、粒を精製するために、また、鋼ブランクの加熱中にオーステナイト粒が過度に粗大化することがないようにするためのものである。このため、次のマルチパス圧延中、鋼粒をさらに精製でき、鋼の強度および靱性が向上する。この発明の耐摩耗鋼におけるバナジウム含有量は、０．０８０ｗｔ％以下に、好ましくは０．０６０ｗｔ％以下に制御されるべきである。
アルミニウム：鋼におけるアルミニウムおよび窒素は、細かく不溶のＡｌＮ粒子を形成する場合があり、それは鋼における粒を精製できる。アルミニウムは、鋼における粒を精製し、鋼における窒素および酸素を安定化し、ノッチに対する鋼の感受性を緩和し、老化効果を減少させるかまたは排除し、その靱性を向上させることができる。耐摩耗鋼におけるＡｌの含有量は、０．０１０〜０．０８０ｗｔ％間で、好ましくは０．０２０〜０．０８０ｗｔ％間で制御される。
チタン：チタンは、強い炭化物の形成物のうちの１つであり、炭素とともに細かいＴｉＣ粒子を形成する。ＴｉＣ粒子は細かく、粒界に沿って分布されており、それは粒を精製する効果に達し得る。より固いＴｉＣ粒子は、鋼の耐摩耗性を向上させることができる。耐摩耗鋼におけるチタンの含有量は、０．０６０ｗｔ％以下に、好ましくは０．００５〜０．０６０ｗｔ％間で制御される。
アルミニウムおよびチタン：チタンは、細かい粉子を形成し、粒をさらに精製することができ、一方、アルミニウムは、細かいＴｉ粒子の形成を確実にし、チタンが粒を精製するために完全に機能することを可能にすることができる。したがって、アルミニウムおよびチタンの総含有量の範囲は、０．０１０％以上０．１３％以下に、好ましくは０．０１％以上０．１２％以下に制御されるべきである。
カルシウム：カルシウムは、鋳鋼における含有物の劣化に著しく寄与し、鋳鋼における適量のカルシウムの添加は、細片状の硫化物含有物を球状のＣａＳまたは（Ｃａ、Ｍｎ）Ｓ含有物に変態させる場合がある。カルシウムによって形成された酸化物含有物および硫化物含有物は、低い密度を有しており、浮いて除去される傾向がある。カルシウムはまた、粒界での硫化物の分離を顕著に減少させる。それらはすべて、鋳鋼の品質を向上させ、その性能をさらに向上させるのに有益である。耐摩耗鋼におけるカルシウムの含有量は、０．００１０〜０．００８０ｗｔ％間で、好ましくは０．００１０〜０．００６０ｗｔ％間で制御される。
リンおよび硫黄：リンおよび硫黄は双方とも、耐摩耗鋼において有害な元素であり、それらの含有量は厳密に制御されるべきである。この発明の鋼におけるリンの含有量は、０．０１５ｗｔ％以下に、好ましくは０．０１２ｗｔ％以下に制御され、硫黄の含有量は、０．０１０ｗｔ％以下に、好ましくは０．００５ｗｔ％以下に制御される。
窒素、酸素および水素：鋼における過度の窒素、酸素および水素は、溶接性能、衝撃靱性および亀裂抵抗などの性能にとって有害であり、鋼板の品質および寿命を減少させる場合がある。しかし、厳密すぎる制御は、生産コストを実質的に増加させ得る。したがって、この発明の鋼における窒素の含有量は、０．００８０ｗｔ％以下に、好ましくは０．００５０ｗｔ％以下に制御され、酸素の含有量は、０．００８０ｗｔ％以下に、好ましくは０．００５０ｗｔ％以下に制御され、水素の含有量は、０．０００４ｗｔ％以下に、好ましくは０．０００３ｗｔ％以下に制御される。
この発明に関する鋼は、元素タイプおよび含有量に対する科学的設計を通して微細合金元素を添加することに基づいて、高強度、高硬度および高靭性を調和させる。鋼は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーを有する。
高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法では、鋼板は、前述の比率の化学成分として精錬する段階と、鋳造する段階と、加熱する段階と、圧延する段階と、圧延直後に冷却する段階とを通して得ることができ、加熱する段階では、スラブ加熱温度は１０００〜１２００℃、保温時間は１〜３時間であり、圧延する段階では、粗圧延温度は９００〜１１５０℃であり、一方、仕上圧延温度は７８０〜８８０℃であり、冷却する段階では、鋼は４００℃以下まで水冷され、次に周囲温度まで空冷され、水冷速度は２０℃／秒以上である。
さらに、圧延直後に冷却する段階は、焼戻しする段階をさらに含み、焼戻しする段階では、加熱温度は１００〜４００℃、保温時間は３０〜１２０分である。
生産能率を向上させ、オーステナイト粒の過度の成長およびビレットの表面の強酸化を防止するために、好ましくは、加熱プロセス中、加熱温度は１０００〜１１５０℃であり、より好ましくは、加熱温度は１０００〜１１３０℃であり、最も好ましくは、加熱温度は１０００〜１１１０℃である。
好ましくは、圧延する段階中、粗圧延温度は９００〜１１００℃であり、粗圧延段階での減少率は２０％を上回り、一方、仕上圧延温度は７８０〜８６０℃であり、仕上圧延段階での減少率は４０％を上回る。より好ましくは、粗圧延温度は９００〜１０８０℃であり、粗圧延段階での減少率は２５％を上回り、一方、仕上圧延温度は７８０〜８５５℃であり、仕上圧延段階での減少率は４５％を上回る。最も好ましくは、粗圧延温度は９１０〜１０８０℃であり、粗圧延段階での減少率は２８％を上回り、一方、仕上圧延温度は７８５〜８５５℃であり、仕上圧延段階での減少率は５０％を上回る。
好ましくは、冷却する段階では、停冷温度は３８０℃以下であり、水冷速度は２３℃／秒以上である。より好ましくは、停冷温度は３５０℃以下であり、水冷速度は２７℃／秒以上である。最も好ましくは、停冷温度は３３０℃以下であり、水冷速度は３０℃／秒以上である。
好ましくは、焼戻しする段階では、加熱温度は１００〜３８０℃、保温時間は３０〜１００分である。より好ましくは、加熱温度は１２０〜３８０℃、保温時間は３０〜１００分である。最も好ましくは、加熱温度は１５０〜３８０℃、保温時間は３０〜１００分である。
この発明の高性能の低合金耐摩耗鋼板における炭素および合金元素の科学的に設計された含有量により、また、合金元素の精製強化効果や、構造の精製および強化のための圧延および冷却プロセスの制御を通し、得られた耐摩耗鋼板は、高硬度、高強度、高い伸び率、および良好な衝撃靱性などといった高性能や、優れた耐摩耗性を有し、また、切断、湾曲などの機械加工が容易であり、それにより、高い適用可能性を有する。
この発明と先行技術との違いは、以下の局面で具体化される。
１．化学成分については、この発明の耐摩耗鋼板は、中低炭素および低合金を優先し、Ｎｂ、Ｔｉなどの微細合金元素の精製および強化の特性を十分に利用して、炭素およびＣｒ、ＭｏおよびＮｉなどの合金元素の含有量を減少させ、耐摩耗鋼板の良好な機械的特性および優れた溶接性能を確実にする。
１．化学成分については、この発明の耐摩耗鋼板は、中低炭素および低合金を優先し、Ｎｂ、Ｔｉなどの微細合金元素の精製および強化の特性を十分に利用して、炭素およびＣｒ、ＭｏおよびＮｉなどの合金元素の含有量を減少させ、耐摩耗鋼板の良好な機械的特性および優れた溶接性能を確実にする。
２．生産プロセスについては、この発明の耐摩耗鋼板はＴＭＣＰプロセスによって生産され、ＴＭＣＰプロセスにおける開始圧延温度および仕上圧延温度、圧延変形量、および冷却速度といったプロセスパラメータの制御を通して、構造の精製および強化効果が達成され、さらに、炭素および合金元素の含有量が減少され、それにより、優れた機械的特性および溶接性能などを有する鋼板を得る。さらに、このプロセスは、短いワークフロー、高効率、省エネルギー、および低コストなどの特性を有する。
３．製品の性能については、この発明の耐摩耗鋼板は、高強度、高硬度、高い低温靱性といった利点を有し（その典型的な機械的特性は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーである）、良好な溶接性能を有する。
４．微細構造については、この発明の耐摩耗鋼板は、耐摩耗鋼板の強度、硬度および靱性をうまく調和させるために有益である微細マルテンサイト構造および残留オーステナイト（残留オーステナイトの体積分率は５％以下）を得るために、合金元素の添加や、制御された圧延プロセスおよび制御された冷却プロセスを十分に利用する。
要するに、この発明の耐摩耗鋼板は明らかな利点を有し、また、炭素および合金元素の含有量の制御や、制御された圧延および制御された冷却によって得られることにより、それは、低コスト、高強度および高硬度、良好な低温靱性、優れた機械加工性能、高い溶接性を有し、さまざまな脆弱部品機械設備に適用可能であり、それにより、この種の耐摩耗鋼板は、社会経済および鉄鋼業の発展の自然な傾向である。
詳細な説明
以下に、この発明の技術的解決策を、詳細な実施例とともにさらに述べる。それらの実施例は、この発明の詳細な実現化例を説明するために使用されるに過ぎず、その保護範囲に対する制限を構成するために使用されるものではない、ということが特定されるべきである。
以下に、この発明の技術的解決策を、詳細な実施例とともにさらに述べる。それらの実施例は、この発明の詳細な実現化例を説明するために使用されるに過ぎず、その保護範囲に対する制限を構成するために使用されるものではない、ということが特定されるべきである。
表１は、実施例１〜１０における耐摩耗鋼板および（特許ＣＮ１８６５４８１Ａの一実施例である）対比例１における鋼板の化学成分を重量パーセントで示す。それらを製造する方法では、それぞれの精錬原料が、精錬する段階と、鋳造する段階と、加熱する段階と、圧延する段階と、圧延直後に冷却する段階と、焼戻しする段階（必須ではない）とにおいて処理され、重量パーセントの化学成分が制御され、加熱する段階では、スラブ加熱温度は１０００〜１２００℃、保温時間は１〜３時間であり、圧延する段階では、粗圧延温度は９００〜１１５０℃であり、一方、仕上圧延温度は７８０〜８８０℃であり、冷却する段階では、鋼は４００℃以下まで水冷され、次に周囲温度まで空冷され、水冷速度は２０℃／秒以上であり、焼戻しする段階では、加熱温度は１００〜４００℃、保温時間は３０〜１２０分である。実施例１〜１０における特定のプロセスパラメータを表２に示す。
１．機械的特性試験
実施例１〜１０における高性能の低合金耐摩耗鋼板を、機械的特性について試験し、その結果を表３に示す。
実施例１〜１０における高性能の低合金耐摩耗鋼板を、機械的特性について試験し、その結果を表３に示す。
表３からわかるように、実施例１〜１０における耐摩耗鋼板は、１４５０〜１８００Ｍｐａの引張強度、１３〜１４％の伸び率、４７０〜５６０ＨＢＷのブリネル硬度、および５０〜９０Ｊの−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーを有しており、それは、この発明の耐摩耗鋼板が高強度、高硬度、良好な伸び率などを有するだけでなく、優れた低温衝撃靱性も有することを示す。この発明の鋼板の強度、硬度および伸び率は、対比例１のものより明らかに優れている。
２．耐摩耗性試験
耐摩耗性試験は、ＭＬ−１００研磨摩耗試験機で行なわれる。試料を切り出す場合、試料の軸は鋼板表面に垂直であり、試料の摩耗面は鋼板の圧延面である。試料は、φ４ｍｍの試験部分およびφ５ｍｍのクランプ部分を有する段状の円柱体へと機械加工される。試験前、試料は、アルコールですすがれ、送風機によって乾かされ、次に、はかりで１万分の１の精度で重量を量られる。測定された重量は元の重量とみなされ、次に、それは弾性クランプ上に搭載される。試験は、８４Ｎの負荷の影響下で、８０グリットの研磨紙によって行なわれる。試験後、試料と研磨紙との間の摩耗により、渦巻線が試料によって研磨紙上に引かれる場合がある。渦巻線の開始半径および終了半径に従って、渦巻線の長さが、以下の式で計算される。
耐摩耗性試験は、ＭＬ−１００研磨摩耗試験機で行なわれる。試料を切り出す場合、試料の軸は鋼板表面に垂直であり、試料の摩耗面は鋼板の圧延面である。試料は、φ４ｍｍの試験部分およびφ５ｍｍのクランプ部分を有する段状の円柱体へと機械加工される。試験前、試料は、アルコールですすがれ、送風機によって乾かされ、次に、はかりで１万分の１の精度で重量を量られる。測定された重量は元の重量とみなされ、次に、それは弾性クランプ上に搭載される。試験は、８４Ｎの負荷の影響下で、８０グリットの研磨紙によって行なわれる。試験後、試料と研磨紙との間の摩耗により、渦巻線が試料によって研磨紙上に引かれる場合がある。渦巻線の開始半径および終了半径に従って、渦巻線の長さが、以下の式で計算される。
式中、ｒ１は渦巻線の開始半径であり、ｒ２は渦巻線の終了半径であり、ａは渦巻線の供給量である。各試験では、計量は３回行なわれ、平均結果が使用される。次に、重量損失が計算され、メートル当たりの重量損失は試料の摩耗率（ｍｇ／Ｍ）を示す。
耐摩耗性試験は、この発明の実施例１〜１０における超強度、高靭性の低合金耐摩耗鋼板に対して行なわれる。この発明に従ったこれらの実施例および（４５０ＨＢの硬度を有する鋼板が使用される）対比例２における鋼の摩耗試験結果を、表４に示す。
この摩耗条件では、この発明に従った高性能の低合金耐摩耗鋼板の摩耗性能は、対比例２の摩耗性能より良好である、ということが表４からわかる。
３．溶接性能試験
Ｙスリット溶接割れ試験（ＧＢ４６７５．１−８４）に従って、Ｙスリット溶接割れ試験が行なわれ、５つのグループが試験される。
Ｙスリット溶接割れ試験（ＧＢ４６７５．１−８４）に従って、Ｙスリット溶接割れ試験が行なわれ、５つのグループが試験される。
まず、拘束された溶接継ぎ目が、φ１．２のＪＭ−５８溶接ワイヤを使用することにより、Ａｒリッチガスシールド溶接を通して溶接される。溶接プロセス中、試験片の角変形は厳密に制御される。溶接後、それらは、試験されるシームを溶接するために周囲温度まで冷却される。シームは周囲温度で溶接され、溶接完了の４８時間後、継ぎ目の表面、断面および根元の亀裂が検出される。この検出は、解体試験および着色によって実行される。溶接条件は、１７０Ａ×２５Ｖ×１６０ｍｍ／分である。
溶接性能試験が、この発明に従った実施例１〜１０の耐摩耗鋼板に対して行なわれ、試験結果を表５として示す。
この発明に従った実施例１〜１０の耐摩耗鋼板は、ある予熱条件下での溶接後、表面上に亀裂を示さないことが表５からわかり、それは、この発明の耐摩耗鋼板が良好な溶接性能を有することを示す。
４．微細構造
実施例５の耐摩耗鋼板をチェックすることにより、微細構造が得られる。図１に示すように、微細構造は、微細マルテンサイトおよび微量の残留オーステナイトであり、残留オーステナイトの体積分率は５％以下であり、それは、鋼板が優れた機械的特性を有することを確実にする。
実施例５の耐摩耗鋼板をチェックすることにより、微細構造が得られる。図１に示すように、微細構造は、微細マルテンサイトおよび微量の残留オーステナイトであり、残留オーステナイトの体積分率は５％以下であり、それは、鋼板が優れた機械的特性を有することを確実にする。
この発明は、生産プロセスの妥当な条件下で、炭素および合金元素の成分ならびにそれらの比率を科学的に設計して合金のコストを下げ、また、構造を精製し強化するためにＴＭＣＰプロセスを十分に利用して、得られた耐摩耗鋼板が、高硬度、高強度、高い伸び率、および良好な衝撃靱性などといった高性能を有し、優れた溶接性能および耐摩耗性を有し、切断、湾曲などの機械加工が容易であり、それにより、高い適用可能性を有するようにする。
Claims (13)
- 重量パーセントで、Ｃ：０．２１〜０．３２％、Ｓｉ：０．１０〜０．５０％、Ｍｎ：０．６０〜１．６０％、Ｂ：０．０００５〜０．００４０％、Ｃｒ：１．５０％以下、Ｍｏ：０％を超え０．８０％以下、Ｎｉ：１．５０％以下、Ｎｂ：０．０８０％以下、Ｖ：０．０８０％以下、Ｔｉ：０．０６０％以下、Ａｌ：０．０１０〜０．０８０％、Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、Ｎ：０．００８０％以下、Ｏ：０．００８０％以下、Ｈ：０．０００４％以下、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、および（Ｃｒ／５＋Ｍｎ／６＋５０Ｂ）：０．２０％以上０．５５％以下、（Ｍｏ／３＋Ｎｉ／５＋２Ｎｂ）：０．０２％以上０．４５％以下、（Ａｌ＋Ｔｉ）：０．０１％以上０．１３％以下であり、残りはＦｅおよび不可避不純物である化学成分を有する、高性能の低合金耐摩耗鋼板であって、その微細構造は微細マルテンサイトおよび残留オーステナイトであり、残留オーステナイトの体積分率は５％以下であり、その機械的特性は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーである、高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 重量パーセントで、Ｃ：０．２１〜０．３０％、Ｓｉ：０．１０〜０．４０％という化学成分を有する、請求項１に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 重量パーセントで、Ｍｎ：０．６０〜１．５０％、Ｂ：０．０００５〜０．００２０％、Ｃｒ：０．１０〜１．２０％、および（Ｃｒ／５＋Ｍｎ／６＋５０Ｂ）：０．２０％以上０．５０％以下という化学成分を有する、請求項１に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 重量パーセントで、Ｍｏ：０％を超え０．６０％以下、Ｎｉ：１．２０％以下、Ｎｂ：０．００５〜０．０８０％、（Ｍｏ／３＋Ｎｉ／５＋２Ｎｂ）：０．０４％以上０．４０％以下という化学成分を有する、請求項１に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 重量パーセントで、Ｖ：０．０６０％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００６０％という化学成分を有する、請求項１に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 重量パーセントで、Ｎ：０．００５０％以下、Ｏ：０．００５０％以下、Ｈ：０．０００３％以下、Ｐ：０．０１２％以下、Ｓ：０．００５％以下という化学成分を有する、請求項１に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 重量パーセントで、Ｔｉ：０．００５〜０．０６０％、Ａｌ：０．０２０〜０．０８０％、（Ａｌ＋Ｔｉ）：０．０１％以上０．１２％以下という化学成分を有する、請求項１に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法であって、高性能の低合金耐摩耗鋼板を得るために、前述の比率の化学成分として精錬する段階と、鋳造する段階と、加熱する段階と、圧延する段階と、圧延直後に冷却する段階とを含み、加熱する段階では、スラブ加熱温度は１０００〜１２００℃、保温時間は１〜３時間であり、圧延する段階では、粗圧延温度は９００〜１１５０℃であり、一方、仕上圧延温度は７８０〜８８０℃であり、冷却する段階では、鋼は４００℃以下まで水冷され、次に周囲温度まで空冷され、水冷速度は２０℃／秒以上であり、得られた高性能の低合金耐摩耗鋼板の微細構造は微細マルテンサイトおよび残留オーステナイトであり、残留オーステナイトの体積分率は５％以下であり、その機械的特性は、１４００Ｍｐａを上回る引張強度、１１％を上回る伸び率、４５０ＨＢを上回るブリネル硬度、および５０Ｊを上回る−４０℃シャルピーＶノッチ長手方向衝撃エネルギーである、高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法。
- 圧延直後に冷却する段階は、焼戻しする段階をさらに含み、焼戻しする段階では、加熱温度は１００〜４００℃、保温時間は３０〜１２０分である、請求項８に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法。
- 加熱する段階では、スラブ加熱温度は１０００〜１１５０℃である、請求項８または９に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法。
- 圧延する段階では、粗圧延温度は９００〜１１００℃であり、粗圧延段階での減少率は２０％を上回り、一方、仕上圧延温度は７８０〜８６０℃であり、仕上圧延段階での減少率は４０％を上回る、請求項８または９に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法。
- 停冷温度は３８０℃以下であり、水冷速度は２３℃／秒以上である、請求項８または９に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法。
- 焼戻しする段階では、焼戻し温度は１００〜３８０℃、保温時間は３０〜１００分である、請求項９に記載の高性能の低合金耐摩耗鋼板を製造する方法。
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