具有低温韧性的耐磨厚钢板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有低温韧性（excellent resistance to low-temperature toughness)的耐磨厚钢板（abrasion resistant steel plate)及其制造方法，尤其涉及作 为布氏硬度（Brinell hardness)为361以上的低温韧性优异的耐磨厚钢板而合适的钢板。
【背景技术】
[0002] 近年来，暴露于矿山、土木、农业机械、建设等磨损环境的工业机械的厚钢板使用 领域中，例如为了使矿石粉的粉碎处理能力（grinding ability)长寿命化，希望使用的厚 钢板高硬度化。
[0003] 但是，一般情况下钢材存在若高硬度化则低温韧性降低从而在钢材使用中产生裂 纹的危险性，因此强烈希望使尤其是布氏硬度361以上的高硬度耐磨钢板的低温韧性提 尚。
[0004] 因此，专利文献1、2、3等提出了，通过碳当量（carbon equivalent)以及淬透性指 数（hardenability index)的优化来改善低温韧性等的、低温韧性优异的耐磨厚钢板及其 制造方法。
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2002 - 256382号公报
[0007] 专利文献2:日本专利第3698082号公报
[0008] 专利文献3:日本专利第4238832号公报
【发明内容】
[0009] 但是，即使利用上述专利文献1、2、3等所记载的方法，一 40°C的夏比吸收能 (Charpy absorbed energy)稳定地以50~100J左右为极限，期望低温韧性更优异的耐磨 厚钢板及其制造方法。
[0010] 本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供布氏硬度为361以上、且与以往的 耐磨厚钢板相比低温韧性更优异的耐磨厚钢板及其制造方法。
[0011] 作为使淬火后的板条马氏体钢（lath martensitic steel)的低温韧性提高的基 本的材料设计方针，可以列举以下三种：使容易成为断面单位（fracture facet size)的大 角度晶界（high-angle grain boundaries)微细化；减少减弱晶界结合力的P、S等杂质的 量；成为低温脆性的起点的夹杂物的微细化及量的减少。
[0012] 本申请发明人员根据以上观点为了使耐磨厚钢板的低温韧性提高而进行了深入 研究，结果发现，若使Nb系碳氮化物（Nb carbonitride)等直径50nm以下的微细析出物大 量分散，则能够抑制再加热奥氏体晶粒的粗大化，实现成为断面单位的板条群（packet)的 显著微细化，由此得到具有与以往材料相比更优异的低温韧性的耐磨厚钢板。
[0013] 本发明基于以上发现在进一步研究基础上而完成，提供以下的具有低温韧性的耐 磨厚钢板及其制造方法。
[0014] (1) 一种具有低温韧性的耐磨厚钢板，以质量％计，含有C :0. 10以上且低于 0? 20%、Si :0? 05 ~0? 5%、Mn :0? 5 ~L 5%、Cr :0? 05 ~L 20%、Nb :0? 01 ~0? 08%、B : 0.0005 ~0? 003%、A1 :0.01 ~0? 08%、N :0.0005 ~0.008%、P :0.05% 以下、S :0.005% 以 下、0:0. 008%以下，余量由Fe以及不可避免的杂质构成，包含直径50nm以下的微细析出物 为50个/100 y m2以上，至少从钢板表面到板厚的1/4的深度为止具有板条马氏体组织，所 述板条马氏体组织中的被取向差15°以上的大角度晶界包围的晶粒的平均粒径为20 ym 以下，所述耐磨厚钢板的布氏硬度（HBW10/3000)为361以上。
[0015] (2)如上述（1)所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板，以质量％计，还含有Mo :0. 8% 以下、V :0. 2%以下、Ti :0. 05%以下中的一种或两种以上。
[0016] (3)如上述（1)或（2)所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板，以质量％计，还含有 Nd :1% 以下、Cu :1% 以下、Ni :1% 以下、W :1% 以下、Ca :0. 005% 以下、Mg :0. 005% 以下、 REM :0? 02%以下（注：REM是Rare Earth Metal的缩写，指稀土类金属）中的一种或两种 以上。
[0017] (4)如上述（1)~（3)中任一项所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板，Nb、Ti、Al以 及￥的含量成为〇.〇3<他+11+41+￥<0.14，在上述不等式中，他、11、41、￥表示含量（质 量％ )。并且，在上述不等式中，在未添加Nb、Ti、Al、V的情况下，将这些元素的含量设为0。
[0018] (5)如上述（1)~（4)中任一项所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板，板厚为6~ 125mm〇
[0019] (6)如上述（1)~（5)中任一项所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板，一40°C的夏 比冲击吸收能为27J以上。
[0020] (7) -种具有低温韧性的耐磨厚钢板的制造方法，在对具有上述（1)~（4)中任一 项所述的钢组成的钢进行铸造后，将利用热乳制成规定板厚的厚钢板再加热至Ac 3相变点 以上，之后从Ar3相变点以上利用水冷淬火至250°C以下的温度。
[0021] (8)如上述（7)所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板的制造方法，进一步地，将铸造 后的板坯（slab)再加热至IKKTC以上。
[0022] (9)如上述（7)或（8)所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板的制造方法，进一步地， 将未再结晶区的热乳压下率设为30%以上。
[0023] (10)如上述（7)~（9)中任一项所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板的制造方法， 进一步地，在热乳后，利用水冷冷却至250°C以下的温度。
[0024] (11)如上述（7)~（10)中任一项所述的具有低温韧性的耐磨厚钢板的制造方法， 进一步地，在热乳、水冷后的厚钢板的再加热时以1°C /s以上的速度再加热至Acjg变点以 上。
[0025] 发明效果
[0026] 根据本发明，能够得到布氏硬度为361以上的、低温韧性极为优异的耐磨厚钢板 及其制造方法，在工业上极为有用。
【具体实施方式】
[0027] 对本发明中的微观组织的限定理由进行叙述。
[0028] 本发明的耐磨厚钢板是钢板的组织至少从钢板表面到板厚的1/4厚度的深度为 止具有板条马氏体组织的板条马氏体钢，被取向差15°以上的大角度晶界包围的晶粒的平 均粒径为20 ym以下，优选为10 ym以下，更优选为5 ym以下。
[0029] 大角度晶粒作为供滑移（slip)堆积的位置而发挥功能。大角度晶粒的微细化会 减轻因滑移向晶界的堆积而导致的应力集中，从而不容易发生脆性破坏的开裂，因此使低 温韧性提高。粒径越小低温韧性的提高效果变得越大，但通过使被取向差15°以上的大角 度晶界包围的晶粒的平均粒径为20 y m以下，能够显著地看到效果。所述晶粒的平均粒径 优选为10 ym以下，更优选为5 ym以下。
[0030]就晶体取向（crystal orientation)的测定而言，例如通过 EBSP (Electron Back Scattering Pattern:电子背散射图案）法对IOOym见方的区域的晶体取向进行分析，将 取向差15°以上的晶界定义为大角度，测定被该晶界包围的直径，并求得简单平均值。
[0031] 在本发明中，包含直径50nm以下、优选20nm以下、更优选IOnm以下的微细析出物 为50个/100 Um2以上。
[0032] 微细析出物主要确认到Nb系碳氮化物、Ti系碳氮化物、Al系氮化物、V系碳化物的 效果，但只要满足大小，则并不限于此，也包含氧化物等。如果微细析出物的直径小且密度 大的话，则通过钉扎效应（pinning effect)来抑制结晶粗大化的效果高，若包含直径50nm 以下、优选20nm、更优选IOnm以下的微细析出物为至少50个/100 y m2以上，则晶粒微细化， 使低温初性提尚。
[0033] 关于微细析出物的平均粒径，例如，对通过碳萃取复型法（carbon extraction replica method)制作的试样进行TEM观察，进行照片拍摄，通过图像分析求出50点以上的 微细析出物的平均粒径，作为简单平均值。
[0034] 布氏硬度设为361以上（其耐磨性能效果高）。板厚设为作为耐磨性厚钢板而通 常使用的6~125_，但本技术也能够应用于其他板厚，因此并不限定于该板厚范围。板条 马氏体组织没必要必须在厚钢板内所有部位得到，根据用途，例如可以是，仅从厚钢板表面 到板厚的1/4为止为板条马氏体组织，其他的板厚1/4~3/4为例如下贝氏体或上贝氏体 组织。
[0035] 作为具备上述微观组织的耐磨厚钢板而优选的成分组成和制造条件的限定理由 如下所述。
[0036][成分组成]
[0037] 表示化学成分组成的％均为质量％。
[0038] C :0? 10 % 以上~低于 0? 20 %
[0039] C为了确保马氏体硬度以及淬透性而含有，但若低于0. 10%则其效果不充分，另 一方面，若成为0. 20%以上则母材以及焊接热影响区的韧性劣化，并且焊接性显著劣化。因 此，将C含量限定为0. 10%以上~低于0.20%。
[0040] Si :0.05 ~0.5%
[0041] Si作为炼钢阶段的脱氧材料以及确保淬透性的元素而含有，但若低于0. 05%则 其效果不充分，另一方面，若超过〇. 5%，则晶界脆化，使低温韧性劣化。因此，将Si含量限 定为0. 05~0. 5%。
[0042] Mn:0? 5 ~1. 5%
[0043] Mn作为确保淬透性的元素而含有，但若低于0. 5%则其效果不充分，另一方面，若 含有超过I. 5%，则晶界强度降低，低温韧性劣化。因此，将Mn含量限定为0. 5~I. 5%。
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