專利名稱：：使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有建筑機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械等所要求的HB400以上、HB520以下的硬度、在使用中的硬度變化小、且韌性優(yōu)異的耐磨耗鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：所謂耐磨耗鋼，當(dāng)然要求其具有長時間穩(wěn)定的耐磨耗特性、能夠經(jīng)得起長期的使用。針對耐磨耗鋼在使用中受到的來自環(huán)境的各種損傷，現(xiàn)有的發(fā)明公開了耐延遲裂紋性、耐熱龜裂性、以及設(shè)想在低溫下使用時的低溫韌性等有所改善的方案。例如，作為提供耐延遲裂紋性優(yōu)異的鋼板的制造技術(shù)的發(fā)明，報道了利用低Mn化的技術(shù)(例如，參照特開昭60—59019號公報)、以及使用在淬火后在200500'C的低溫下回火處理方法的技術(shù)(例如，特開昭63—317623號公報)。為了提供耐熱龜裂性優(yōu)異的鋼材，公開了限定Mn、Cr、Mo等成分的制造技術(shù)(例如，參照特開平1—172514號公報)，進(jìn)而，作為低溫韌性優(yōu)異的鋼的制造技術(shù)，還公開了以合金元素為主體并限定這些成分體系的技術(shù)(例如，參照特開2001—49387號公報、特開2005—179783號公報、特開2004—10996號公報)。上述發(fā)明都是達(dá)到了各自目的的優(yōu)異的發(fā)明，但是，著眼于是否能夠維持長期穩(wěn)定的硬度這一普通的耐磨耗鋼所期待的最基本的特性，即，著眼于在室溫附近長期使用的材料的硬度變化的發(fā)明目前尚沒有找到。
發(fā)明內(nèi)容近年來，根據(jù)節(jié)約能源、節(jié)約資源的社會性要求，對于耐磨耗性和耐腐蝕性等維持材料長期功能所需要的特性，要求更長期的穩(wěn)定性。尤其是，耐磨耗鋼被用于各種磨耗環(huán)境下，即使一般在室溫下使用的環(huán)境中，磨耗面也會因為磨擦熱而使使用材料處于從室溫至IO(TC左右的環(huán)境下，而且是長時間的處于這種環(huán)境下。但是，耐磨耗鋼在這樣的稍高于室溫的溫度范圍下的特性、特別是硬度的變化幾乎沒有被研究過，而本發(fā)明的目的就在于提供一種在這樣的環(huán)境下長期使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼及其制造方法。為了解決上述課題，本發(fā)明是為了提供用于維持耐磨耗鋼的長時間穩(wěn)定的硬度的必要技術(shù)而完成的，其要點(diǎn)為(1)使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼，其特征在于，以質(zhì)量o/o計含有C:0.21%~0.30%、Si:0,30~1.00%、Mn:0.32~0.70%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Cr:0.1~2.0%、Mo:0.卜1.0%、B:0.0003-0.0030%、Al:0.01~0.1%、N:0.01%以下，剩余部分為不可避免的雜質(zhì)和Fe，而且含有以下式(1)定義的M值為M:-10~16的成分。M=26x[Si]—40x[Mn]—3x[Cr]+36x[Mo]+63x[V](1)(2)上述(1)記載的使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼，其特征在于，以質(zhì)量°/。計進(jìn)一步含有V:0.01~0.1%、Nb:0.005-0.05%、Ti:0.005~0.03%、Ca:0細(xì)5~0.05%、Mg:0細(xì)50.05%、REM:0.001~0.1%中的一種或兩種以上。(3)使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼板的制造方法，其特征在于，將含有上述(1)或(2)中記載的化學(xué)成分的鋼進(jìn)行熱軋，之后從Ac3點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行淬火。(4)使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼板的制造方法，其特征在于，將含有上述(1)或(2)中記載的化學(xué)成分的鋼加熱至1000°C127(TC后，在850。C以上的溫度下結(jié)束熱軋，然后立即進(jìn)行淬火。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了用于防止一般在室溫下使用的耐磨耗鋼在長時間使用中的硬度變化的成分范圍和成為合金設(shè)計的指標(biāo)的M值，從而可以提供能夠顯著改善磨耗壽命的鋼板。圖1為表示合金元素對在15(TC下保持10小時后的硬度變化的影響的圖。圖2為表示合金元素對在15(TC下保持10小時后的一2(TC下的夏比沖擊試樣吸收能的影響的圖。具體實施方式要實施本發(fā)明，根據(jù)作為耐磨耗鋼材的硬度或韌性來規(guī)定合金添加量是非常重要的。首先，對規(guī)定本發(fā)明的鋼成分的理由迸行說明。C:是提高硬度的最重要的元素，為確保淬火硬度，需要添加0.21%以上，但如果超過0.30%，則硬度變得過高，耐氫致裂紋性會顯著受損，因此其上限設(shè)為0.30%。Si:作為脫氧材料和抑制使用中的硬度降低的元素是有效的，添加0.30%以上時效果顯著，但添加超過1.00%時則有可能影響韌性，因此上限設(shè)為1.00%以下。Mn:主要作為提高淬火性的有效元素，需要在0.32%以上，但由于其會促進(jìn)馬氏體中的低溫下的滲碳體的形成，因而具有降低硬度的作用，不優(yōu)選大量的添加，因此，其范圍設(shè)為0.32%0.70%。P:若大量存在時會使韌性降低，因此優(yōu)選少量，含量上限為0.02%。不可避免混入的含量最好盡可能地低。S:若大量存在時會使韌性降低，因此優(yōu)選少量，含量上限為0.01%。S與P相同，不可避免的混入量最好盡可能地低。Cr:改善淬火性的元素，需要添加0.1%以上，但若大量添加則有可能降低韌性，因此，其上限為2.0%以下。Mo:具有在改善淬火性的同時抑制長期保持中的硬度變化的作用，因此需要添加0.1%以上，但添加超過1.0%時有可能影響韌性，因此其上限為1.0%。B:是抑制鐵素體的生成從而顯著提高淬火性的元素，需要添加0.0003°/。以上，但添加量超過0.0030°/。時有生成硼化合物、反而使淬火性降低的傾向，因此其上限為0.003%。Al:作為脫氧元素添加在鋼中，需要添加0.01%以上，但添加超過0.1%時有影響韌性的傾向，因此其上限為0.1%。N:若鋼板中大量添加則會使韌性降低，因此優(yōu)選少量，含量上限為0.01%以下。以上是本發(fā)明涉及的基本成分，但在本發(fā)明中，作為改善母材的硬度和韌性的元素，還可以添加V、Nb和Ti，進(jìn)而從改善延展性和韌性的元素的目的出發(fā)，還可以添加Ca、Mg和REM中的一種或兩種以上。V:是有助于改善淬火性、提高硬度的元素。需要添加0.01%以上，但若添加過剩則會影響韌性，因此其上限為0.1%。Nb、Ti:是可以通過母材晶粒的細(xì)微化而改善韌性的元素，均添加0.005%就有效，但大量添加時有可能會形成碳氮化物等粗大的析出物而影響韌性，因此其添加量的范圍為Nb:0.0050.05%、Ti:0.0050.03%。Ca、Mg、REM:這些元素作為通過熱軋中的硫化物的形變而防止延展性降低的元素均是有效的，通過分別添加Ca、Mg:0.0005%以上、REM:0.001%以上就可以發(fā)揮效果，但若添加過剩，則有可能在硫化物的粗大化的同時在熔煉時產(chǎn)生粗大的氧化物。因此，其添加范圍分別為Ca:0.00050.05%、Mg:0.00050.050/o、REM:0.0010.1%。以上述的成分范圍為基本，本發(fā)明中還通過下述式(1)設(shè)置了M值范圍的限制。M=26x[Si]—40x[Mn]—3x[Cr]+36x網(wǎng)+63x[V](1)本發(fā)明人等通過大量實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，耐磨耗鋼在室溫10(TC左右下長期保持時的硬度變化在很大程度上依賴于合金元素。圖(1)中，將含有0.230.26%的C、0.200.80%的Si、0.351.23%的Mn、0.451%的Cr、0.20.5%的Mo、00.105%的V的鋼軋制成板厚25mm后進(jìn)行淬火而得到的鋼的硬度與將其在150"C下保持10小時后的硬度之差作為縱軸，橫軸為由合金元素的量計算得到的M值。在15(TC下保持10小時相當(dāng)于在室溫10(TC左右的溫度下長期保持時的加速試驗。根據(jù)該結(jié)果可知，硬度的變化(AHv)依賴于M值的值，M值大于-10時，△Hv為7以下，幾乎看不到硬度的降低。圖2是以此時的-2or下的夏比沖擊試樣吸收能的值為縱軸的圖。由這張圖可知，M值大于16時，可見韌性降低的傾向。通過以上實驗事實，發(fā)明人等認(rèn)為可以提供一種具有硬度變化小且韌性良好的特性的耐磨耗鋼的制造技術(shù)，如圖1和圖2所示，從M值對室溫附近下長期保持時的硬度變化和韌性值的影響出發(fā)，為了得到本發(fā)明的目標(biāo)特性，將其范圍規(guī)定在-1016。本發(fā)明的鋼尤其能適用于動力鏟的鏟斗用部件和翻斗卡車的翻斗用部件，適用于這些部件時，長期使用中的硬度不會降低，因此能夠顯著降低長期使用的部件的磨耗，可以將使用壽命提高1.4倍以上。本發(fā)明方法中，以具有上述成分體系的鋼坯作為起始材料，經(jīng)過加熱、軋制工序、熱處理來進(jìn)行制造。將鋼坯通過轉(zhuǎn)爐或電爐進(jìn)行成分調(diào)整而熔煉后，通過連續(xù)鑄造法和鑄錠、開坯法等工序而制成鋼坯。接著，將鋼坯加熱后，通過熱軋將其軋制成目標(biāo)板厚，之后，用Ac3點(diǎn)以上的溫度再加熱，然后實施淬火。此時，鋼坯的加熱溫度和軋制的條件、淬火時的條件可以是通常使用的條件。另外，也可以在將鋼坯加熱軋制后立即實施直接淬火來代替鋼板的再加熱淬火。此時的鋼坯加熱溫度如果是100(rC1250'C、且熱軋時的結(jié)束溫度在850'C以上，則直接淬火后的特性不會發(fā)生任何問題。鋼坯加熱溫度的限定理由為，若低于100(TC則有可能導(dǎo)致含有的合金元素不進(jìn)行溶體化而使硬度低下，超過1270'C時，有可能導(dǎo)致加熱時的舊奧氏體晶粒發(fā)生粗大化而降低韌性，因此設(shè)定為上述條件。另一方面，對于熱軋時的結(jié)束溫度的限制，是為了確保之后接著實施的直接淬火時的溫度而設(shè)置的，若終軋溫度小于85(TC，則有可能使直接淬火后的硬度降低，因此以850'C以上的溫度作為結(jié)束溫度的下限。實施例表1中表示了作為本發(fā)明的實施例而制造的供試鋼的化學(xué)成分。各供試鋼是通過鑄錠開坯法或連續(xù)鑄造法以鋼材的形式制造而成的，表中，AI鋼具有本發(fā)明范圍的化學(xué)成分，JP鋼是脫離本發(fā)明的化學(xué)成分范圍而制造的。將表1中所示的各鋼坯在表2所示的制造條件下加熱并熱軋后，對其一部分進(jìn)行熱處理，制造成具有2550mm板厚的鋼板。之后，測定表層部正下0.5mm的布氏硬度。進(jìn)而，切出部分鋼板，在15(TC下進(jìn)行IO小時的熱處理，測定這些鋼板的表層下0.5mm部分的HB，同時從板厚l/4t部采集夏比試驗片(軋制的長度方向)，在-2(TC下進(jìn)行試驗。這些結(jié)果也在表2中示出。表2中，鋼1~鋼9是本發(fā)明范圍內(nèi)的鋼。在任何條件下，表面下的硬度都在HB400HB520的范圍內(nèi)，長期使用中的硬度降低為HB10以下，非常小。進(jìn)而，韌性也顯示了在-2(TC下均為21J以上的值。與之相對，鋼10~鋼18是化學(xué)成分或鋼板的制造條件的之一脫離了本發(fā)明范圍的情況。首先，鋼10鋼16為化學(xué)成分脫離了本發(fā)明范圍的情況。即，鋼10和鋼11的C量脫離了本發(fā)明的范圍。結(jié)果，鋼11的C量為0.19。/。，比本發(fā)明范圍低地偏離，母材的硬度降低為HB382。另一方面，相反地，鋼11的C量比本發(fā)明范圍高地偏離，母材的硬度顯著上升為HB563，韌性也較低。鋼12是Si的添加量比本發(fā)明范圍高地偏離的例子。此時，母材的硬度上升，結(jié)果韌性降低。鋼13是Mn的添加量比本發(fā)明范圍高地偏離的例子。其結(jié)果，硬度變化AHB稍稍增大15左右，同時韌性也較低。鋼14和15是Cr和Mo量比本發(fā)明范圍高地偏離的例子。此時，硬度變化AHB較小，但韌性顯著降低。鋼16是M值脫離了本發(fā)明范圍的情況。此時，韌性雖然良好，但硬度的變化AHB卻高達(dá)31。鋼17和鋼18是成分范圍和制造條件在本發(fā)明范圍外的條件下制造的情況。即，鋼17和18是具有Mn量高地偏離的成分體系的鋼，鋼17是軋制后在淬火溫度為AC3相變點(diǎn)以下進(jìn)行加熱的情況，鋼18是直接淬火工序中終軋溫度低于本發(fā)明的范圍即85(TC以上的情況。它們的母材的硬度均在HB400以下，不具有目標(biāo)硬度。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。本發(fā)明可以使耐磨耗鋼的特性中非常重要的使用中的硬度變化顯著降低，其工業(yè)上的利用效果非常大。權(quán)利要求1.使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼，其特征在于，其以質(zhì)量％計含有C0.21％～0.30％、Si0.30～1.00％、Mn0.32～0.70％、P0.02％以下、S0.01％以下、Cr0.1～2.0％、Mo0.1～1.0％、B0.0003～0.0030％、Al0.01～0.1％、N0.01％以下，剩余部分為不可避免的雜質(zhì)和Fe；而且，所述耐磨耗鋼含有以下式(1)定義的M值為-10～16的成分，M＝26×[Si]-40×[Mn]-3×[Cr]+36×[Mo]+63×[V](1)2、權(quán)利要求1記載的使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼，其特征在于，其以質(zhì)量°/。計進(jìn)一步含有V:0.01~0.1%、Nb:0.005-0.05%、Ti:0.005~0.03%、Ca:0.0005~0.05o/o、Mg:0.0005~0.05%、REM:0.001~0.1%中的一種或兩種以上。3、使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼板的制造方法，其特征在于，將含有權(quán)利要求1或2中記載的化學(xué)成分的鋼進(jìn)行熱軋，之后從AC3點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行淬火。4、使用中的硬度變化小的高韌性耐磨耗鋼板的制造方法，其特征在于，將含有權(quán)利要求1或2中記載的化學(xué)成分的鋼加熱至100(TC127(TC后，在850'C以上的溫度下結(jié)束熱軋，然后立即進(jìn)行淬火。全文摘要本發(fā)明提供具有HB400～HB520的硬度、長期使用中的硬度變化小、且韌性優(yōu)異的耐磨耗鋼，其特征在于，其以質(zhì)量％計含有C0.21％～0.30％、Si0.30～1.00％、Mn0.32～0.70％、P0.02％以下、S0.01％以下、Cr0.1～2.0％、Mo0.1～1.0％、B0.0003～0.0030％、Al0.01～0.1％、N0.01％以下，還進(jìn)一步含有V0.01～0.1％、Nb0.005～0.05％、Ti0.005～0.03％、Ca0.0005～0.05％、Mg0.0005～0.05％、REM0.001～0.1％中的一種或兩種以上，剩余部分為Fe，而且含有以下式(1)定義的M值為-10～16的成分。M＝26×[Si]-40×[Mn]-3×[Cr]+36×[Mo]+63×[V](1)文檔編號C22C38/00GK101258257SQ20068003295公開日2008年9月3日申請日期2006年8月18日優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日發(fā)明者齋藤直樹,村岡寬英,榑林勝己,熊谷達(dá)也申請人:新日本制鐵株式會社