JP2019157275A - Steel for chisel and chisel - Google Patents
Steel for chisel and chisel Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019157275A JP2019157275A JP2019072221A JP2019072221A JP2019157275A JP 2019157275 A JP2019157275 A JP 2019157275A JP 2019072221 A JP2019072221 A JP 2019072221A JP 2019072221 A JP2019072221 A JP 2019072221A JP 2019157275 A JP2019157275 A JP 2019157275A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- chisel
- steel
- less
- hardness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 113
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 113
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 22
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 17
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 14
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims description 11
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 7
- 235000019589 hardness Nutrition 0.000 description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 description 45
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 19
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 10
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- -1 furnace walls Substances 0.000 description 2
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
本発明はチゼル用鋼およびチゼルに関するものである。 The present invention relates to chisel steel and chisel.
油圧ブレーカは、作業機械のアームの先端に取り付けられ、岩盤、コンクリート、炉壁、製鉄スラグ等の破砕に使用される。油圧ブレーカにおいては、ピストンにより軸方向に駆動されるチゼルが岩盤等を破砕する。硬度の高い岩盤等との接触による摩耗を抑制するため、チゼルを構成する材料（鋼）には高い耐摩耗性が要求される。また、棒状の部材であるチゼルは、岩盤等を破砕する際の衝撃により折損する場合がある。折損を抑制する観点から、チゼルを構成する鋼には、高い靱性も要求される。耐摩耗性と靱性とを両立することを意図して成分組成が調整されたチゼル用鋼が提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
The hydraulic breaker is attached to the tip of the arm of the work machine and is used for crushing bedrock, concrete, furnace walls, steel slag, and the like. In the hydraulic breaker, a chisel driven in the axial direction by a piston crushes the rock mass or the like. In order to suppress wear due to contact with a hard rock or the like, the material (steel) constituting the chisel is required to have high wear resistance. Moreover, the chisel which is a rod-shaped member may break due to an impact when crushing the rock mass or the like. From the viewpoint of suppressing breakage, the steel constituting the chisel is also required to have high toughness. Steels for chisel whose component composition is adjusted with the intention of achieving both wear resistance and toughness have been proposed (see, for example,
油圧ブレーカの使用条件はより過酷になっており、チゼルの耐久性向上の要求がある。そのため、チゼルの耐久性を一層向上させるチゼル用鋼が必要である。 The conditions of use of the hydraulic breaker have become more severe, and there is a demand for improved durability of the chisel. Therefore, there is a need for chisel steel that further improves the durability of the chisel.
本発明はこのような要求に対応するためになされたものであって、その目的は、耐久性の向上を達成することが可能なチゼル用鋼およびチゼルを提供することである。 The present invention has been made to meet such a demand, and an object of the present invention is to provide a chisel steel and a chisel capable of achieving an improvement in durability.
本発明に従ったチゼル用鋼は、チゼルを構成する材料として用いられるべき鋼である。このチゼル用鋼は、０．３９質量％以上０．４５質量％以下の炭素と、０．２質量％以上１．０質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．９０質量％以下のマンガンと、０．００２質量％以上０．００５質量％以下の硫黄と、０．１質量％以上３．０質量％以下のニッケルと、０．７０質量％以上１．５０質量％以下のクロムと、０．１０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる。 The chisel steel according to the present invention is a steel to be used as a material constituting the chisel. The steel for chisel is 0.39 mass% or more and 0.45 mass% or less carbon, 0.2 mass% or more and 1.0 mass% or less silicon, 0.10 mass% or more and 0.90 mass% or less. Manganese, 0.002 mass% to 0.005 mass% sulfur, 0.1 mass% to 3.0 mass% nickel, and 0.70 mass% to 1.50 mass% chromium And 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less of molybdenum, and the balance consists of iron and inevitable impurities.
本発明者らは、チゼルの耐久性を向上させるための方策について検討を行った。そして、過酷な環境下で使用されるチゼルにおいては、岩盤等との接触による摩耗や折損のほかに、割損によるチゼルの損傷が発生する点に本発明者らは着眼した。割損は、チゼルが衝撃により破断する折損とは異なり、チゼルの先端付近が欠ける損傷である。割損は、折損のようにチゼルが直ちに使用不能となる損傷ではないが、実質的にチゼルの先端が急激に摩耗する状態と同様の損傷を受けることとなる。本発明者らの検討によれば、過酷な環境下で使用されるチゼルにおいては、この割損と摩耗とがチゼルの損傷において重要な要因となる。 The present inventors have studied a measure for improving the durability of the chisel. In addition, in the chisel used in a harsh environment, the present inventors have noted that the chisel is damaged due to breakage in addition to wear and breakage due to contact with the rock or the like. Breakage is damage in which the vicinity of the tip of the chisel is chipped, unlike breakage in which the chisel is broken by impact. The breakage is not a damage that causes the chisel to become unusable immediately like a breakage, but substantially suffers damage similar to a situation in which the tip of the chisel is worn rapidly. According to the study by the present inventors, in the chisel used in a harsh environment, this breakage and wear are important factors in the chisel damage.
過酷な環境下で使用されるチゼルにおいては、高い耐摩耗性が要求される。耐摩耗性は、硬度を上昇させることにより向上させることができる。すなわち、耐摩耗性は硬度により評価することができる。一方、本発明者らの検討によれば、耐割損性向上のためには、耐折損性の場合とは異なり、シャルピー衝撃値を指標とするよりも引張試験における絞りを指標として、チゼルを構成する鋼の成分組成を調整することが有効である。 In a chisel used in a harsh environment, high wear resistance is required. Abrasion resistance can be improved by increasing the hardness. That is, the wear resistance can be evaluated by hardness. On the other hand, according to the study by the present inventors, in order to improve the crack resistance, unlike the case of breakage resistance, the chisel is used as an index in the tensile test rather than the Charpy impact value as an index. It is effective to adjust the composition of the constituent steel.
この知見に基づき、本発明者らは、チゼルに求められる耐摩耗性および耐割損性を考慮し、焼入焼戻後の硬度５７ＨＲＣ以上、かつ絞り４０％以上を達成可能な鋼の成分組成を検討した。その結果、上記成分組成を有する鋼によりこの目標値を達成可能であることが明らかとなり、本発明に想到した。すなわち、炭素、珪素、マンガン、硫黄、ニッケル、クロムおよびモリブデンを上記組成に調整した鋼に対して焼入焼戻処理を実施することにより、硬度を５７ＨＲＣ以上、かつ絞りの値を４０％以上とすることができる。以上のように、本発明のチゼル用鋼によれば、チゼルの耐久性を向上させることが可能なチゼル用鋼を提供することができる。 Based on this knowledge, the present inventors consider the wear resistance and breakage resistance required for chisel, and have a component composition of steel that can achieve a hardness of 57 HRC or more after quenching and tempering and a drawing of 40% or more. It was investigated. As a result, it has become clear that this target value can be achieved with the steel having the above component composition, and the present invention has been conceived. That is, by carrying out a quenching and tempering treatment on steel in which carbon, silicon, manganese, sulfur, nickel, chromium and molybdenum are adjusted to the above composition, the hardness is 57 HRC or more and the drawing value is 40% or more. can do. As described above, according to the chisel steel of the present invention, the chisel steel capable of improving the durability of the chisel can be provided.
上記チゼル用鋼は、０．０５質量％以上０．２０質量％以下のバナジウム、０．００５質量％以上０．０５質量％以下のニオブ、０．０１質量％以上０．１５質量％以下のジルコニウム、０．０１質量％以上０．１０質量％以下のチタンおよび０．１質量％以上２．０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１種以上をさらに含有するものであってもよい。これらの元素を追加的に添加することにより、絞りの値が容易に向上し、チゼルの耐久性を一層向上させることができる。 The steel for chisel is composed of 0.05 mass% or more and 0.20 mass% or less vanadium, 0.005 mass% or more and 0.05 mass% or less niobium, 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less zirconium. Or at least one selected from the group consisting of 0.01% by mass to 0.10% by mass titanium and 0.1% by mass to 2.0% by mass cobalt. Good. By additionally adding these elements, the aperture value can be easily improved, and the durability of the chisel can be further improved.
上記チゼル用鋼は、０．００１質量％以上０．００５質量％以下の硼素をさらに含有するものであってもよい。硼素は、鋼の焼入性を向上させる元素である。硼素を追加的に添加することにより、絞りを低下させる元素の含有量を抑制しつつ、鋼に十分な焼入性を付与することができる。なお、硼素は、鋼中の窒素と結合して窒化物を形成する。そのため、添加した硼素を有効に機能させるためには、硼素とともに、０．０１質量％以上０．１０質量％以下のチタンも添加することが望ましい。 The steel for chisel may further contain 0.001% by mass or more and 0.005% by mass or less of boron. Boron is an element that improves the hardenability of steel. By additionally adding boron, it is possible to impart sufficient hardenability to the steel while suppressing the content of elements that reduce drawing. Boron combines with nitrogen in the steel to form a nitride. Therefore, in order for the added boron to function effectively, it is desirable to add 0.01% by mass or more and 0.10% by mass or less of titanium together with boron.
上記チゼル用鋼においては、炭素の含有量の１／２と、硫黄の含有量の４倍と、不可避的不純物としてのリンの含有量との和であるＲａの値が０．２５質量％以下であることが好ましい。これにより、チゼルの耐久性を一層向上させることができる。 In the steel for chisel, the value of Ra, which is the sum of 1/2 of the carbon content, 4 times the sulfur content, and the phosphorus content as an inevitable impurity, is 0.25% by mass or less. It is preferable that Thereby, durability of a chisel can be improved further.
上記チゼル用鋼においては、上記Ｒａの値が０．２２質量％以上であってもよい。これにより、チゼルに十分な硬度を付与しつつ製造コストを低減することができる。 In the chisel steel, the Ra value may be 0.22% by mass or more. Thereby, manufacturing cost can be reduced, giving sufficient hardness to a chisel.
本発明に従ったチゼルは、０．３９質量％以上０．４５質量％以下の炭素と、０．２質量％以上１．０質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．９０質量％以下のマンガンと、０．００２質量％以上０．００５質量％以下の硫黄と、０．１質量％以上３．０質量％以下のニッケルと、０．７０質量％以上１．５０質量％以下のクロムと、０．１０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる鋼から構成される。 The chisel according to the present invention has carbon of 0.39 mass% to 0.45 mass%, silicon of 0.2 mass% to 1.0 mass%, and 0.10 mass% to 0.90 mass. % Manganese, 0.002 mass% to 0.005 mass% sulfur, 0.1 mass% to 3.0 mass% nickel, 0.70 mass% to 1.50 mass% And 0.10% by mass to 0.60% by mass of molybdenum, the balance being iron and inevitable impurities.
上記チゼルにおいて、上記鋼は、０．０５質量％以上０．２０質量％以下のバナジウム、０．００５質量％以上０．０５質量％以下のニオブ、０．０１質量％以上０．１５質量％以下のジルコニウム、０．０１質量％以上０．１０質量％以下のチタンおよび０．１質量％以上２．０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１種以上をさらに含有するものであってもよい。 In the chisel, the steel is composed of 0.05 mass% or more and 0.20 mass% or less vanadium, 0.005 mass% or more and 0.05 mass% or less niobium, 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less. And further containing at least one selected from the group consisting of zirconium, 0.01 mass% to 0.10 mass% titanium and 0.1 mass% to 2.0 mass% cobalt. May be.
また、上記チゼルにおいて、上記鋼は、０．００１質量％以上０．００５質量％以下の硼素をさらに含有するものであってもよい。 In the chisel, the steel may further contain 0.001% by mass or more and 0.005% by mass or less of boron.
チゼルを構成する材料として上記本発明のチゼル用鋼を採用することにより、高い耐摩耗性と高い耐割損性との両立を達成することができる。その結果、優れた耐久性を有するチゼルを提供することができる。 By adopting the steel for chisel of the present invention as a material constituting the chisel, it is possible to achieve both high wear resistance and high breakage resistance. As a result, a chisel having excellent durability can be provided.
上記チゼルにおいて、上記鋼の、炭素の含有量の１／２と、硫黄の含有量の４倍と、不可避的不純物としてのリンの含有量との和であるＲａの値は０．２５質量％以下であることが好ましい。これにより、チゼルの耐久性を一層向上させることができる。 In the chisel, the value of Ra, which is the sum of 1/2 of the carbon content, 4 times the sulfur content, and phosphorus content as an inevitable impurity, is 0.25% by mass. The following is preferable. Thereby, durability of a chisel can be improved further.
上記チゼルにおいては、上記Ｒａの値が０．２２質量％以上であってもよい。これにより、チゼルに十分な硬度を付与しつつ製造コストを低減することができる。 In the chisel, the Ra value may be 0.22% by mass or more. Thereby, manufacturing cost can be reduced, giving sufficient hardness to a chisel.
ここで、鋼の成分組成を上記範囲に限定した理由について説明する。 Here, the reason which limited the component composition of steel to the said range is demonstrated.
炭素：０．３９質量％以上０．４５質量％以下
炭素は、鋼の硬度に大きな影響を及ぼす元素である。炭素含有量が０．３９質量％未満では、焼入焼戻によって硬度を５７ＨＲＣ以上とすることが難しくなる。一方、炭素含有量が０．４５質量％を超えると、絞りの値を４０％以上とすることが困難となる。そのため、炭素含有量は上記範囲とすることが必要である。また、十分な硬度を容易に確保する観点から、炭素含有量は０．４０質量％以上とすることが好ましい。さらに、十分な絞りの値を容易に確保する観点から、炭素含有量は０．４４質量％以下とすることが好ましい。
Carbon: 0.39 mass% or more and 0.45 mass% or less Carbon is an element having a great influence on the hardness of steel. When the carbon content is less than 0.39% by mass, it is difficult to make the hardness 57 or more by quenching and tempering. On the other hand, if the carbon content exceeds 0.45% by mass, it is difficult to set the aperture value to 40% or more. Therefore, the carbon content needs to be in the above range. Further, from the viewpoint of easily securing sufficient hardness, the carbon content is preferably 0.40% by mass or more. Furthermore, from the viewpoint of easily securing a sufficient aperture value, the carbon content is preferably 0.44 mass% or less.
珪素：０．２質量％以上１．０質量％以下
珪素は、鋼の焼入性の向上、鋼のマトリックスの強化、焼戻軟化抵抗性の向上等の効果に加えて、製鋼プロセスにおいては脱酸効果を有する元素である。珪素含有量が０．２質量％以下では、上記効果が十分に得られない。一方、珪素含有量が１．０質量％を超えると、絞りの値が低下する傾向がある。そのため、珪素含有量は上記範囲とすることが必要である。また、珪素は著しく焼入性を向上させる元素であり、過剰に添加すると焼割れが生じるおそれがある。焼割れの回避を容易にする観点から、珪素含有量は０．７質量％以下とすることが好ましい。
Silicon: 0.2% by mass or more and 1.0% by mass or less Silicon in addition to the effects of improving the hardenability of the steel, strengthening the steel matrix, improving the temper softening resistance, etc. An element having an acid effect. When the silicon content is 0.2% by mass or less, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the silicon content exceeds 1.0% by mass, the value of the diaphragm tends to decrease. Therefore, the silicon content needs to be in the above range. Further, silicon is an element that remarkably improves hardenability, and if it is added in excess, there is a risk of quench cracking. From the viewpoint of facilitating avoidance of burning cracks, the silicon content is preferably 0.7% by mass or less.
マンガン：０．１０質量％以上０．９０質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性の向上に有効であるとともに、製鋼プロセスにおいては脱酸効果を有する元素である。マンガン含有量が０．１０質量％以下では、上記効果が十分に得られない。一方、マンガン含有量が０．９０質量％を超えると、焼入硬化前の硬度が上昇し、加工性が低下する傾向がある。そのため、マンガン含有量は上記範囲とすることが必要である。また、鋼の十分な焼入性を確保する観点から、マンガン含有量は０．４０質量％以上とすることが好ましい。また、加工性を重視する場合、マンガン含有量は０．８５質量％以下であることが好ましく、０．８０質量％以下とすることがより好ましい。
Manganese: 0.10% by mass or more and 0.90% by mass or less Manganese is an element that is effective in improving the hardenability of steel and has a deoxidizing effect in the steelmaking process. When the manganese content is 0.10% by mass or less, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the manganese content exceeds 0.90% by mass, the hardness before quench hardening increases and the workability tends to decrease. Therefore, the manganese content needs to be in the above range. Further, from the viewpoint of ensuring sufficient hardenability of the steel, the manganese content is preferably 0.40% by mass or more. Further, when emphasizing workability, the manganese content is preferably 0.85% by mass or less, and more preferably 0.80% by mass or less.
硫黄：０．００２質量％以上０．００５質量％以下
硫黄は、鋼の被削性を向上させる元素である。また、硫黄は、製鋼プロセスにおいて意図的に添加しなくても混入する元素でもある。硫黄含有量を０．００２質量％未満とすると、被削性が低下するとともに、鋼の製造コストが上昇する。一方、本発明者らの検討によれば、本発明のチゼル用鋼の成分組成において、硫黄含有量は絞りの値に大きく影響する。そして、硫黄含有量が０．００５質量％を超えると、絞りの値を４０％以上とすることが困難となる。そのため、硫黄含有量は上記範囲とすることが必要である。また、硫黄含有量を０．００４質量％以下とすることにより、チゼルの耐割損性を一層向上させることができる。
Sulfur: 0.002 mass% or more and 0.005 mass% or less Sulfur is an element that improves the machinability of steel. Further, sulfur is an element that is mixed even if not intentionally added in the steel making process. When the sulfur content is less than 0.002% by mass, the machinability is lowered and the manufacturing cost of steel is increased. On the other hand, according to the study by the present inventors, in the component composition of the steel for chisel of the present invention, the sulfur content greatly affects the value of the drawing. And when sulfur content exceeds 0.005 mass%, it will become difficult to make the aperture value into 40% or more. Therefore, the sulfur content needs to be in the above range. Moreover, the crack resistance of a chisel can be improved further by making sulfur content into 0.004 mass% or less.
ニッケル：０．１質量％以上３．０質量％以下
ニッケルは、鋼のマトリックスの靭性を向上させるのに有効な元素である。ニッケル含有量が０．１質量％未満では、この効果が発揮されない。一方、ニッケル含有量が３．０質量％を超えると、ニッケルが鋼中において偏析する傾向が強くなる。その結果、鋼の機械的性質がばらつくという問題が生じ得る。そのため、ニッケル含有量は上記範囲とする必要がある。また、ニッケル含有量が２．０質量％を超えると、靱性の向上が緩やかとなる一方で、鋼の製造コストが高くなる。このような観点から、ニッケル含有量は、２．０質量％以下とすることが好ましい。一方、５７ＨＲＣ以上の硬度を有する鋼において、鋼のマトリックスの靭性を向上させるという効果を十分に発揮させるには、ニッケル含有量は１．０質量％以上とすることが好ましい。
Nickel: 0.1 mass% or more and 3.0 mass% or less Nickel is an element effective in improving the toughness of the matrix of steel. If the nickel content is less than 0.1% by mass, this effect is not exhibited. On the other hand, when nickel content exceeds 3.0 mass%, the tendency for nickel to segregate in steel will become strong. As a result, there may be a problem that the mechanical properties of the steel vary. Therefore, the nickel content needs to be in the above range. Moreover, when nickel content exceeds 2.0 mass%, while the improvement of toughness will become loose | gentle, the manufacturing cost of steel will become high. From such a viewpoint, the nickel content is preferably set to 2.0% by mass or less. On the other hand, in a steel having a hardness of 57 HRC or higher, the nickel content is preferably 1.0% by mass or more in order to sufficiently exhibit the effect of improving the toughness of the steel matrix.
クロム：０．７０質量％以上１．５０質量％以下
クロムは、鋼の焼入性を向上させるとともに、焼戻軟化抵抗性を高める。とりわけ、モリブデン、ニオブ、バナジウム等との複合添加によって、鋼の焼戻軟化抵抗性を顕著に高める。クロム含有量が０．７０質量％未満では、このような効果が十分に発揮されない。また、クロム含有量が１．５０質量％を超えると、焼戻軟化抵抗性の向上が緩やかになる一方で、鋼の製造コストが高くなる。そのため、クロム含有量は上記範囲とする必要がある。
Chromium: 0.70% by mass or more and 1.50% by mass or less Chromium improves the hardenability of the steel and increases the temper softening resistance. In particular, the combined addition with molybdenum, niobium, vanadium, etc. significantly increases the temper softening resistance of the steel. When the chromium content is less than 0.70% by mass, such an effect is not sufficiently exhibited. On the other hand, when the chromium content exceeds 1.50% by mass, the improvement in resistance to temper softening becomes moderate while the manufacturing cost of steel increases. Therefore, the chromium content needs to be in the above range.
モリブデン：０．１０質量％以上０．６０質量％以下
モリブデンは、焼入性を向上させ、焼戻軟化抵抗性を高める。また、モリブデンは、高温焼戻脆性を改善する機能も有している。モリブデン含有量が０．１０質量％未満では、これらの効果が十分に発揮されない。一方、モリブデン含有量が０．６０質量％を超えると、上記効果が飽和する。そのため、モリブデン含有量は上記範囲とする必要がある。
Molybdenum: 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less Molybdenum improves hardenability and temper softening resistance. Molybdenum also has a function of improving high temperature temper brittleness. When the molybdenum content is less than 0.10% by mass, these effects are not sufficiently exhibited. On the other hand, when the molybdenum content exceeds 0.60% by mass, the above effect is saturated. Therefore, the molybdenum content needs to be in the above range.
バナジウム：０．０５質量％以上０．２０質量％以下
バナジウムは、本発明のチゼル用鋼において必須の元素ではない。しかし、バナジウムは、微細な炭化物を形成し、結晶粒の微細化に寄与する。バナジウム含有量が０．０５質量％未満では、このような効果が十分に得られない。一方、バナジウム含有量が０．２０質量％を超えると、上記効果は飽和する。また、バナジウムは比較的高価な元素であるため、添加量は必要最低限とすることが好ましい。そのため、バナジウムを添加する場合、添加量は上記範囲とすることが適切である。
Vanadium: 0.05% by mass or more and 0.20% by mass or less Vanadium is not an essential element in the steel for chisel of the present invention. However, vanadium forms fine carbides and contributes to refinement of crystal grains. If the vanadium content is less than 0.05% by mass, such an effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the vanadium content exceeds 0.20% by mass, the above effect is saturated. Further, since vanadium is a relatively expensive element, it is preferable to add the minimum amount. Therefore, when adding vanadium, it is appropriate that the addition amount be in the above range.
ニオブ：０．００５質量％以上０．０５質量％以下
ニオブは、鋼の強度および靱性の向上、ならびに結晶粒微細化に対して有効である。特に、ニオブはクロム、モリブデンとの複合添加によって著しく鋼の結晶粒を細粒化し、焼戻軟化抵抗性を顕著に高めるので、靱性改善に極めて有効な元素である。この効果を確保するためには、ニオブ含有量は０．００５質量％以上必要である。一方、ニオブ含有量が０．０５質量％を超えると、粗大な共晶ＮｂＣの晶出や、多量のＮｂＣ形成に起因してマトリックス中の炭素量低下を招くため、強度低下や靭性低下という問題が生じる。また、ニオブ含有量が０．０５質量％を超えると、鋼の製造コストも高くなる。そのため、ニオブを添加する場合、添加量は上記範囲とすることが適切である。また、強度低下や靭性低下の問題をより確実に抑制し、製造コストを低減する観点から、ニオブ含有量は０．０４質量％以下とすることが好ましい。
Niobium: 0.005% by mass or more and 0.05% by mass or less Niobium is effective for improving the strength and toughness of steel and for refining crystal grains. In particular, niobium is an extremely effective element for improving toughness because it remarkably increases the temper softening resistance by remarkably refining the crystal grains of steel by the combined addition with chromium and molybdenum. In order to ensure this effect, the niobium content needs to be 0.005% by mass or more. On the other hand, when the niobium content exceeds 0.05% by mass, crystallization of coarse eutectic NbC and a decrease in the carbon content in the matrix due to the formation of a large amount of NbC are caused. Occurs. Moreover, when the niobium content exceeds 0.05 mass%, the manufacturing cost of steel also increases. Therefore, when adding niobium, it is appropriate that the addition amount be in the above range. Moreover, it is preferable to make niobium content into 0.04 mass% or less from a viewpoint which suppresses the problem of a strength fall and a toughness fall more reliably, and reduces manufacturing cost.
ジルコニウム：０．０１質量％以上０．１５質量％以下
ジルコニウムは、必須の元素ではないが、鋼中において炭化物を球状細粒化して分散させることにより、鋼の靱性を一層改善する効果を有する。特に、高強度鋼に高靱性を付与するために添加することが好ましい。ジルコニウム含有量が０．０１質量％未満では、その効果が十分に得られない。一方、ジルコニウム含有量が０．１５質量％を超えると、かえって鋼の靱性が劣化する。そのため、ジルコニウムを添加する場合、添加量は上記範囲とすることが適切である。
Zirconium: 0.01% by mass or more and 0.15% by mass or less Zirconium is not an essential element, but has the effect of further improving the toughness of the steel by dispersing and dispersing the carbide in a spherical form in the steel. In particular, it is preferable to add it to impart high toughness to high strength steel. If the zirconium content is less than 0.01% by mass, the effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the zirconium content exceeds 0.15% by mass, the toughness of the steel deteriorates. Therefore, when adding zirconium, it is appropriate that the addition amount be in the above range.
チタン：０．０１質量％以上０．１０質量％以下
チタンは、鋼の靱性を改善する目的で必要に応じて添加することができる。チタン含有量が０．０１質量％未満では、靱性改善の効果が小さい。一方、チタン含有量が０．１０質量％を超えると、かえって鋼の靱性が劣化する。そのため、チタンを添加する場合、添加量は上記範囲とすることが適切である。
Titanium: 0.01% by mass or more and 0.10% by mass or less Titanium can be added as necessary for the purpose of improving the toughness of the steel. When the titanium content is less than 0.01% by mass, the effect of improving toughness is small. On the other hand, if the titanium content exceeds 0.10% by mass, the toughness of the steel deteriorates. Therefore, when adding titanium, it is appropriate that the addition amount be in the above range.
コバルト：０．１質量％以上２．０質量％以下
コバルトは、必須の元素ではないが、クロム、モリブデンなどのカーバイド形成元素のマトリックスへの固溶度を上昇させるとともに、鋼の焼戻軟化抵抗性を向上させる。そのため、コバルトの添加により炭化物の微細化と焼戻温度の高温化とを達成し、それによって鋼の強度および靭性を向上させることができる。コバルト含有量が０．１質量％未満では、このような効果が十分に得られない。一方、コバルトは、鋼の焼入性を低下させる。また、コバルトは高価な元素であるため、多量の添加は鋼の製造コストを上昇させる。コバルト含有量が２．０質量％を超えると、このような問題が顕著となる。そのため、コバルトを添加する場合、添加量は上記範囲とすることが適切である。
Cobalt: 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less Cobalt is not an essential element, but increases the solid solubility of carbide-forming elements such as chromium and molybdenum in the matrix, and resistance to temper softening of steel. Improve sexiness. Therefore, the addition of cobalt makes it possible to achieve finer carbides and higher tempering temperatures, thereby improving the strength and toughness of the steel. If the cobalt content is less than 0.1% by mass, such an effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, cobalt reduces the hardenability of the steel. Further, since cobalt is an expensive element, a large amount of addition increases the manufacturing cost of steel. When the cobalt content exceeds 2.0% by mass, such a problem becomes significant. Therefore, when adding cobalt, it is appropriate for the addition amount to be in the above range.
硼素：０．００１質量％以上０．００５質量％以下
硼素は、鋼の焼入性を顕著に向上させる元素である。硼素を添加することにより、焼入性向上を目的として添加される他の元素の添加量を低減し、鋼の製造コストを低減することができる。また、硼素は、旧オーステナイト結晶粒界にリンおよび硫黄よりも偏析する傾向が強く、特に硫黄を粒界から排出して粒界強度を改善する。硼素含有量が０．００１質量％以下では、このような効果が十分に発揮されない。一方、硼素含有量が０．００５質量％を超えると、添加された硼素と窒素とが結合してＢＮが形成され、鋼の靭性を劣化させる。そのため、硼素を添加する場合、添加量は上記範囲とすることが適切である。
Boron: 0.001 mass% or more and 0.005 mass% or less Boron is an element which remarkably improves the hardenability of steel. By adding boron, the amount of other elements added for the purpose of improving hardenability can be reduced, and the manufacturing cost of steel can be reduced. Boron also has a higher tendency to segregate at the prior austenite grain boundaries than phosphorus and sulfur, and in particular, sulfur is discharged from the grain boundaries to improve the grain boundary strength. When the boron content is 0.001% by mass or less, such an effect is not sufficiently exhibited. On the other hand, if the boron content exceeds 0.005% by mass, the added boron and nitrogen are combined to form BN, which deteriorates the toughness of the steel. Therefore, when boron is added, it is appropriate that the addition amount is in the above range.
以上の説明から明らかなように、本発明のチゼル用鋼およびチゼルによれば、耐久性の向上を達成することが可能なチゼル用鋼およびチゼルを提供することができる。 As is clear from the above description, according to the chisel steel and chisel of the present invention, it is possible to provide the chisel steel and chisel capable of achieving improved durability.
以下、本発明の一実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
本実施の形態のチゼル用鋼は、たとえば以下のように、油圧ブレーカに含まれるチゼルを構成する材料として用いることができる。図１は、油圧ブレーカの構造を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態における油圧ブレーカ１は、チゼル１０と、ピストン２０と、フレーム３０とを備える。チゼル１０は、棒状の形状を有する。チゼル１０は円筒形状を有するベース部１２と、ベース部１２に接続され、先端１１Ａに近づくにしたがって軸方向に垂直な断面における断面積が小さくなる縮径部１１とを含む。軸方向において先端１１Ａとは反対側の基端側に、軸方向に交差する平面部である基端側平面部１２Ａが形成されている。軸方向において、チゼル１０の基端側平面部１２Ａに近い側がフレーム３０に取り囲まれており、先端１１Ａに近い側がフレーム３０から突出している。フレーム３０に取り囲まれるチゼル１０の領域には、凹部１２Ｂが形成される。凹部１２Ｂに対応するフレーム３０の内周面の領域には、ストッパーピン５０が配置される。
The chisel steel of the present embodiment can be used as a material constituting a chisel included in a hydraulic breaker, for example, as follows. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hydraulic breaker. Referring to FIG. 1, a
ピストン２０は、棒状の形状を有する。ピストン２０は、フレーム３０に取り囲まれる領域に配置される。ピストン２０は、チゼル１０と同軸に配置される。ピストン２０の先端側には、軸方向に交差する平面部である先端側平面部２１が形成されている。ピストン２０の先端側平面部２１とチゼルの基端側平面部１２Ａとが対向するようにチゼル１０およびピストン２０は配置される。ピストン２０はフレーム３０に対して軸方向に相対的に移動可能に保持されている。ピストン２０が軸方向に移動してチゼル１０を叩くことにより、チゼル１０に打撃力が伝達される。フレーム３０の内周側に形成された打撃室３１内において、ピストン２０の先端側平面部２１がチゼル１０の基端側平面部１２Ａに接触することにより、ピストン２０からチゼル１０に打撃力が伝達される。チゼル１０は伝達された打撃力により岩盤等を破砕する。
The
ピストン２０とフレーム３０との間には、ピストン２０を駆動するための作動油が進入するための油室３２が形成されている。フレーム３０の側面に、コントロールバルブ機構４０が設置される。コントロールバルブ機構４０から作動油が油室３２に供給されることによりピストン２０が軸方向に駆動され、ピストン２０がチゼル１０を打撃する。チゼル１０はピストン２０から伝達された打撃力により岩盤等を破砕する。
Between the
このようなチゼル１０が過酷な環境下で使用される場合、上述のように、硬度および絞りの値を上昇させることで耐摩耗性および耐割損性が向上し、優れた耐久性が得られる。本実施の形態におけるチゼル１０は、０．３９質量％以上０．４５質量％以下の炭素と、０．２質量％以上１．０質量％以下の珪素と、０．１０質量％以上０．９０質量％以下のマンガンと、０．００２質量％以上０．００５質量％以下の硫黄と、０．１質量％以上３．０質量％以下のニッケルと、０．７０質量％以上１．５０質量％以下のクロムと、０．１０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなるチゼル用鋼から構成されている。
When such a
これにより、チゼル１０において高い耐摩耗性が達成されつつ、耐割損性が高いレベルに維持される。その結果、本実施の形態におけるチゼル１０は、耐久性に優れたものとなっている。
As a result, high wear resistance is achieved in the
さらに、チゼル１０を構成する上記チゼル用鋼は、０．０５質量％以上０．２０質量％以下のバナジウム、０．００５質量％以上０．０５質量％以下のニオブ、０．０１質量％以上０．１５質量％以下のジルコニウム、０．０１質量％以上０．１０質量％以下のチタンおよび０．１質量％以上２．０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１種以上をさらに含有するものであってもよい。これらの元素を追加的に添加することにより、絞りの値が容易に向上し、チゼル１０の耐久性を一層向上させることができる。
Further, the chisel steel constituting the
また、チゼル１０を構成する上記チゼル用鋼は、０．００１質量％以上０．００５質量％以下の硼素をさらに含有するものであってもよい。これにより、絞りを低下させる元素の含有量を抑制しつつ、鋼に十分な焼入性を付与することができる。なお、硼素は、鋼中の窒素と結合して窒化物を形成する。そのため、添加した硼素を有効に機能させるためには、硼素とともに、０．０１質量％以上０．１０質量％以下のチタンも添加することが望ましい。
Further, the chisel steel constituting the
さらに、チゼル１０を構成する上記チゼル用鋼において、炭素の含有量の１／２と、硫黄の含有量の４倍と、不可避的不純物としてのリンの含有量との和であるＲａの値が０．２５質量％以下となるように、鋼の成分組成が調整されることが好ましい。これにより、チゼル１０の耐久性が一層向上する。また、上記Ｒａの値が０．２２質量％以上であってもよい。これにより、チゼル１０に十分な硬度を付与しつつ製造コストを低減することができる。
Further, in the chisel steel constituting the
次に、チゼル１０の製造方法の一例について、図２を参照して説明する。図２は、チゼルの製造工程の概略を示すフローチャートである。本実施の形態におけるチゼル１０の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として鋼材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえば上記チゼル用鋼の成分組成を有し、中実円筒状の形状を有する鋼材が準備される。
Next, an example of a method for manufacturing the
次に、工程（Ｓ２０）として加工工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において準備された鋼材に対して、切削加工などの加工が施される。これにより、本実施の形態のチゼル１０の概略形状を有する成形体が得られる。
Next, a processing step is performed as a step (S20). In this step (S20), processing such as cutting is performed on the steel material prepared in step (S10). Thereby, the molded object which has the approximate shape of the
次に、工程（Ｓ３０）として焼入工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られた成形体に対して焼入処理が実施される。焼入処理は、たとえば成形体が雰囲気炉において８７０℃程度の温度に加熱した後、水冷または油冷することにより実施することができる。 Next, a quenching step is performed as a step (S30). In this step (S30), a quenching process is performed on the molded body obtained in step (S20). The quenching treatment can be performed, for example, by heating the molded body to a temperature of about 870 ° C. in an atmosphere furnace and then cooling with water or oil.
次に、工程（Ｓ４０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において焼入処理された成形体に対して焼戻処理が実施される。焼戻処理は、たとえば成形体が加熱炉において２００℃程度に加熱した後、空冷することにより実施することができる。 Next, a tempering step is performed as a step (S40). In this step (S40), a tempering process is performed on the molded body that has been quenched in the process (S30). The tempering treatment can be performed, for example, by heating the molded body to about 200 ° C. in a heating furnace and then cooling it with air.
次に、工程（Ｓ５０）として仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において焼戻処理が実施された成形体に対して、切削加工、研削加工、ショットブラスト、塗装などの仕上げ処理が必要に応じて実施される。以上の手順により、本実施の形態のチゼル１０を製造することができる。
Next, a finishing step is performed as a step (S50). In this step (S50), finishing processes such as cutting, grinding, shot blasting, and painting are performed as necessary on the compact that has been tempered in step (S40). The
以上のように、上記成分組成を有するチゼル用鋼からなる鋼材を加工して成形体を作製し、熱処理を実施した後、必要に応じて仕上げ処理を実施することにより、本実施の形態におけるチゼル１０を得ることができる。このチゼル１０は、過酷な環境下において使用された場合でも、優れた耐摩耗性および耐割損性を有する。なお、上記チゼル１０の製造方法において、焼戻温度を高くすることにより、硬度が低下し、絞りの値は大きくなる。そのため、チゼルが使用される環境に合わせて焼戻温度を設定することができる。すなわち、上記チゼル用鋼を材料として採用することにより、チゼルの表面を含む領域の硬度を５７ＨＲＣ以上、かつ絞りを４０％以上としてもよいし、たとえば割損の低減を重視して硬度を５５ＨＲＣ程度とし、かつ絞りを５０％以上としてもよい。
As described above, the chisel according to the present embodiment is obtained by processing a steel material made of chisel steel having the above component composition to produce a formed body, performing a heat treatment, and then performing a finishing treatment as necessary. 10 can be obtained. The
チゼルの耐摩耗性を向上させつつ耐割損性を高いレベルに維持する方策について、検討する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。 An experiment was conducted to examine measures to maintain a high level of fracture resistance while improving the wear resistance of the chisel. The experimental procedure is as follows.
まず、以下の表１に示す成分組成を有する鋼材を準備した。表１の材料Ａ〜ＦおよびＯ〜Ｑが本発明のチゼル用鋼（実施例）であり、材料Ｇ〜Ｎは、本発明の範囲外の鋼（比較例）である。 First, steel materials having the component composition shown in Table 1 below were prepared. Materials A to F and O to Q in Table 1 are steels for chisel of the present invention (Examples), and materials GN are steels outside the scope of the present invention (Comparative Examples).
図３を参照して、衝撃値は硬度５４ＨＲＣ付近において極大となっており、たとえば硬度５１ＨＲＣの場合よりも硬度５６ＨＲＣの場合のほうが、衝撃値が高くなっている。一方、チゼルが実際に使用された場合、材料Ｉからなるチゼルでは、硬度が５５ＨＲＣ以上となると、割損が発生する場合が多い。つまり、シャルピー衝撃値の上昇は、耐割損性の向上に直結しないことが分かる。したがって、シャルピー衝撃値を耐割損性の指標とすることは適切ではないといえる。
Referring to FIG. 3, the impact value is maximized in the vicinity of a hardness of 54 HRC. For example, the impact value is higher in the case of
また、図４を参照して、引張試験の伸びの値は、硬度５０ＨＲＣ以上の範囲においては大きく変化しない。そして、チゼルにおける割損発生が顕著となる閾値である硬度５５ＨＲＣ付近においても、伸びの値は大きく変化していない。したがって、引張試験の伸びの値も、耐割損性の指標としては適切でないといえる。
In addition, referring to FIG. 4, the elongation value of the tensile test does not change greatly in the range of
一方、図５を参照して、引張試験の絞りの値は、硬度が５５ＨＲＣを超えると急激に低下している。このことから、引張試験の絞りの値は、耐割損性の指標として適切であるといえる。そして、従来の鋼である材料Ｉからなるチゼルでは、硬度５５ＨＲＣ未満において割損が抑制されていることを考慮すると、絞り４０％以上であることを、耐割損性の確保の指標として設定することができる。以上の検討結果に基づき、本発明者らは、耐摩耗性を向上させつつ耐割損性を維持する観点から、硬度５７ＨＲＣ以上、かつ絞り４０％以上を、目標値として設定した。なお、製造プロセスの条件等のばらつきを考慮すると、硬度については５８ＨＲＣ以上を確保することが望ましい。 On the other hand, referring to FIG. 5, the value of the drawing of the tensile test is rapidly reduced when the hardness exceeds 55 HRC. From this, it can be said that the value of the drawing of the tensile test is appropriate as an index of the fracture resistance. And in the chisel which consists of material I which is the conventional steel, when considering that the breakage is suppressed when the hardness is less than 55 HRC, the restriction is set to 40% or more as an index for securing the breakage resistance. be able to. Based on the above examination results, the present inventors set a hardness of 57 HRC or more and a drawing of 40% or more as target values from the viewpoint of maintaining wear resistance while improving wear resistance. In consideration of variations in manufacturing process conditions and the like, it is desirable to ensure a hardness of 58 HRC or more.
次に、上記材料Ｉに対して靱性向上効果を有するＮｉ（ニッケル）の添加、硬度上昇効果を有するＣ（炭素）の増量のほか、Ｍｏ（モリブデン）やＮｂ（ニオブ）の含有量を変化させた材料Ｊ〜Ｎについて、焼入処理した後、焼戻温度を調整することにより硬度を変化させた引張試験片を準備し、引張試験を行った。試験片の形状は、上記と同形状である。そして、硬度と絞りとの関係を調査した。試験結果を図６に示す。 Next, in addition to the addition of Ni (nickel) having an effect of improving toughness with respect to the material I and the increase of C (carbon) having an effect of increasing hardness, the contents of Mo (molybdenum) and Nb (niobium) are changed. The materials J to N were subjected to a quenching treatment, and then a tensile test piece having a changed hardness by adjusting the tempering temperature was prepared, and a tensile test was performed. The shape of the test piece is the same as described above. Then, the relationship between hardness and drawing was investigated. The test results are shown in FIG.
図６を参照して、材料Ｉに対して行った上記成分調整では、焼戻温度を調整して硬度を変化させても、硬度５７ＨＲＣ以上、かつ絞り４０％以上という目標値を達成することは困難であることが確認された。 With reference to FIG. 6, in the above-described component adjustment performed on the material I, even if the tempering temperature is adjusted to change the hardness, it is possible to achieve the target value of hardness 57 HRC or more and drawing 40% or more. It was confirmed that it was difficult.
次に、上記材料Ｉに対してＮｉの添加、およびＣ（炭素）の増量を行うとともに、Ｃｏ（コバルト）を添加した材料ＧおよびＨについても同様の調査を行った。試験結果を図７に示す。 Next, Ni was added to the material I and C (carbon) was increased, and materials G and H to which Co (cobalt) was added were also investigated. The test results are shown in FIG.
図７を参照して、材料Ｉに対して行った上記成分調整により、ごく狭い範囲において上記目標値が達成されている。しかし、実際のチゼルの生産プロセスにおける鋼の成分のばらつきや熱処理条件等のばらつきを考慮すると、上記成分調整のみでは、所望の特性をチゼルに確実に付与することは容易ではない。 Referring to FIG. 7, the target value is achieved in a very narrow range by the component adjustment performed on material I. However, in consideration of variations in steel components and heat treatment conditions in an actual chisel production process, it is not easy to reliably impart desired characteristics to the chisel only by adjusting the components.
次に、上記材料Ｉに対してＮｉの添加、およびＳ（硫黄）の低減を行うとともに、Ｃ、Ｂ（硼素）、Ｖ（バナジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＮｂ等の含有量を調整した材料Ａ〜ＦおよびＯ〜Ｑについても同様の調査を行った。試験結果を図８に示す。 Next, Ni is added to the material I and S (sulfur) is reduced, and the content of C, B (boron), V (vanadium), Zr (zirconium), Nb, etc. is adjusted. Similar investigations were conducted for A to F and O to Q. The test results are shown in FIG.
図８を参照して、絞り値の低減にはＳの低減が極めて有効であることが分かる。そして、実施例である材料Ａ〜ＦおよびＯ〜Ｑを用いることで、上記目標値が達成可能であることが分かる。さらに、図８より、Ｂ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｏの添加が、上記目標値の達成に対して有効であることが分かる。以上のように、本発明のチゼル用鋼によれば、引張試験の絞り値を高いレベルに維持しつつ、従来の材料Ｉに比べて硬度を上昇させることが可能となる。その結果、チゼルの耐割損性を高いレベルに維持しつつ、耐摩耗性を向上させることが可能である。 Referring to FIG. 8, it can be seen that the reduction of S is extremely effective in reducing the aperture value. And it turns out that the said target value is achievable by using material AF which is an Example, and OQ. Further, FIG. 8 shows that the addition of B, Nb, Ti, V, Zr, and Co is effective for achieving the target value. As described above, according to the steel for chisel of the present invention, it is possible to increase the hardness as compared with the conventional material I while maintaining the drawing value of the tensile test at a high level. As a result, it is possible to improve the wear resistance while maintaining the crack resistance of the chisel at a high level.
さらに、より好ましい硬度である硬度５８ＨＲＣ以上を確保しつつ、絞り４０％以上を達成することが可能な成分組成について検討した。具体的には、表１の材料Ａ〜Ｑのうち、焼戻温度を調整しても硬度５８ＨＲＣ以上を達成できなかったものを除く各材料について、炭素の含有量の１／２と、硫黄の含有量の４倍と、不可避的不純物としてのリンの含有量との和であるＲａを算出した。すなわち、Ｒａは以下の式（１）により定義される。 Furthermore, a component composition capable of achieving a drawing of 40% or more while securing a hardness of 58 HRC or more, which is a more preferable hardness, was examined. Specifically, among the materials A to Q shown in Table 1 except for those materials that could not achieve a hardness of 58 HRC or more even after adjusting the tempering temperature, 1/2 of the carbon content, and sulfur Ra, which is the sum of four times the content and the content of phosphorus as an inevitable impurity, was calculated. That is, Ra is defined by the following formula (1).
Ｒａ＝（１／２）Ｃ＋４Ｓ＋Ｐ ・・・（１）
そして、Ｒａ値と焼戻により硬度５８ＨＲＣに調整した場合の絞りの値との関係を調査した。Ｒａ値と当該絞りの値との関係を図９に示す。
Ra = (1/2) C + 4S + P (1)
Then, the relationship between the Ra value and the aperture value when the hardness was adjusted to 58 HRC by tempering was investigated. FIG. 9 shows the relationship between the Ra value and the aperture value.
図９を参照して、Ｒａ値と絞りの値との間には明確な相関が認められる。そして、Ｒａ値を０．２５質量％以下とすることにより、硬度５８ＨＲＣに調整した場合の絞りの値を４０％以上とすることが可能となっている。このことから、Ｒａ値が０．２５質量％以下となるように鋼の成分組成を調整することが好ましいことが確認される。なお、Ｒａ値を０．２２質量％未満とすることは、たとえばＣ（炭素）の量を低減することにより達成することができる。しかし、たとえば０．３９質量％未満にまでＣ量を低減すると、十分な硬度を得ることが難しくなる。一方、十分な硬度を確保可能なＣ量が維持された場合、Ｒａ値を０．２２質量％未満とするためには、Ｓ（硫黄）および不可避的不純物であるＰ（リン）の量を極めて低い水準にまで低減する必要がある。この場合、鋼の製造コストが高くなる。このように、十分な硬度の確保および製造コスト低減の観点から、Ｒａ値は０．２２質量％以上であることが好ましい。
Referring to FIG. 9, there is a clear correlation between the Ra value and the aperture value. And by making Ra value into 0.25 mass% or less, it is possible to make the
本発明のチゼル用鋼について、耐摩耗性を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。 An experiment for confirming the wear resistance of the steel for chisel of the present invention was conducted. The experimental procedure is as follows.
まず、本発明のチゼル用鋼である上記材料ＡおよびＢの鋼材と、従来の鋼である材料Ｉの鋼材とを準備し、焼入処理および焼戻処理を実施した試験片を準備した。試験片の形状は、直径６０ｍｍ、高さ７ｍｍの円盤状である。この試験片を円盤状の形状を有する相手材（硬度５２ＨＲＣ）の外周面に面圧６５ｋｇ／ｍｍ２で接触させつつ、相対すべり１．０４、回転数３２０ｒｐｍで周方向に回転させた。このとき、６号珪砂を４５ｇ／ｍｉｎの割合で投入することにより試験片と相手材との間に土砂（珪砂）を供給した。そして、所定時間経過後に試験片を取り出し、摩耗により減少した重量（摩耗重量）を計測した。図１０に試験結果を示す。
First, steel materials of the above-mentioned materials A and B, which are steels for chisel of the present invention, and a steel material of material I, which is a conventional steel, were prepared, and test pieces subjected to quenching treatment and tempering treatment were prepared. The shape of the test piece is a disk shape having a diameter of 60 mm and a height of 7 mm. The test piece was rotated in the circumferential direction at a relative slip of 1.04 and a rotation speed of 320 rpm while being brought into contact with the outer peripheral surface of a counterpart material having a disk shape (
図１０において、縦軸は、材料Ａの摩耗重量を１とした比で表されている。図１０に示すように、本発明のチゼル用鋼である材料ＡおよびＢの摩耗重量と、従来の材料である材料Ｉの摩耗重量とを比較すると、約３８％の差異がある。このことから、本発明のチゼル用鋼は、従来の鋼に比べて耐摩耗性（耐土砂摩耗性）に優れていることが確認される。 In FIG. 10, the vertical axis is expressed as a ratio where the wear weight of the material A is 1. As shown in FIG. 10, there is a difference of about 38% when the wear weights of the materials A and B which are the chisel steel of the present invention are compared with the wear weight of the material I which is the conventional material. From this, it is confirmed that the steel for chisel of the present invention is superior in wear resistance (earth and sand wear resistance) compared to conventional steel.
本発明のチゼル用鋼について、衝撃特性を確認する実験を行った。まず、本発明のチゼル用鋼である上記材料Ｅ、および従来の鋼である材料Ｉの鋼材を準備し、焼入処理および焼戻処理を実施した試験片を準備した。このとき、焼戻温度を調整することにより、各鋼材について硬度の異なる試験片を作製した。試験片としては、ＪＩＳ Ｚ ２２０２（２ｍｍＵノッチ）衝撃試験片を採用した。そして、作製された試験片を用いてシャルピー衝撃試験を実施し、硬度と衝撃値との関係を調査した。図１１に試験結果を示す。 An experiment was conducted to confirm the impact characteristics of the steel for chisel of the present invention. First, the steel E of the material E, which is the steel for chisel of the present invention, and the material I, which is a conventional steel, were prepared, and test pieces subjected to quenching and tempering were prepared. At this time, the test piece from which hardness differs about each steel material was produced by adjusting tempering temperature. As a test piece, a JIS Z 2202 (2 mm U notch) impact test piece was adopted. And the Charpy impact test was implemented using the produced test piece, and the relationship between hardness and an impact value was investigated. FIG. 11 shows the test results.
図１１を参照して、本発明のチゼル用鋼である材料Ｅは、硬度が約３ＨＲＣ上昇しているにも関わらず、従来の鋼である材料Ｉと同等の衝撃値を有している。このことから、本発明のチゼル用鋼によれば、耐摩耗性と耐衝撃性が求められる部品の材料として従来から採用される鋼よりも優れた衝撃特性を得られることが確認される。 Referring to FIG. 11, material E, which is a chisel steel of the present invention, has an impact value equivalent to that of material I, which is a conventional steel, although the hardness is increased by about 3 HRC. From this, according to the steel for chisel of the present invention, it is confirmed that an impact characteristic superior to that of steel conventionally employed as a material for parts requiring wear resistance and impact resistance can be obtained.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive in any respect. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
本発明のチゼルおよびチゼル用鋼は、過酷な環境下において使用されるチゼルおよびその材料として、特に有利に適用され得る。 The chisel and chisel steel of the present invention can be applied particularly advantageously as a chisel and its material used in harsh environments.
１ 油圧ブレーカ、１０ チゼル、１１ 縮径部、１１Ａ 先端、１２ ベース部、１２Ａ 基端側平面部、１２Ｂ 凹部、２０ ピストン、２１ 先端側平面部、３０ フレーム、３１ 打撃室、３２ 油室、４０ コントロールバルブ機構、５０ ストッパーピン。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記鋼は、０．０５質量％以上０．２０質量％以下のバナジウム、０．００５質量％以上０．０５質量％以下のニオブ、０．０１質量％以上０．１５質量％以下のジルコニウム、０．０１質量％以上０．１０質量％以下のチタンおよび０．１質量％以上２．０質量％以下のコバルトからなる群から選択される少なくとも１種以上をさらに含有し、
前記鋼は焼入焼戻組織を有し、
前記鋼は５７ＨＲＣ以上の硬度を有し、
前記鋼の引張試験における絞り値が４０％以上である、チゼル。 0.39 mass% or more and 0.45 mass% or less of carbon, 0.2 mass% or more and 1.0 mass% or less of silicon, 0.10 mass% or more and 0.90 mass% or less of manganese, 002 mass% to 0.005 mass% sulfur, 0.1 mass% to 3.0 mass% nickel, 0.70 mass% to 1.50 mass% chromium, and 0.10 mass % And 0.60% by mass or less of molybdenum, the balance being made of steel consisting of iron and inevitable impurities,
The steel is composed of 0.05 mass% or more and 0.20 mass% or less vanadium, 0.005 mass% or more and 0.05 mass% or less niobium, 0.01 mass% or more and 0.15 mass% or less zirconium, Further containing at least one selected from the group consisting of 0.01 mass% or more and 0.10 mass% or less of titanium and 0.1 mass% or more and 2.0 mass% or less of cobalt,
The steel has a quenched and tempered structure;
The steel has a hardness of 57 HRC or more;
A chisel having a drawing value of 40% or more in a tensile test of the steel.
The chisel according to claim 3, wherein the value of Ra is 0.22% by mass or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019072221A JP6714748B2 (en) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Chisel steel and chisel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019072221A JP6714748B2 (en) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Chisel steel and chisel |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014230543A Division JP6792934B2 (en) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | Chisel steel and chisel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019157275A true JP2019157275A (en) | 2019-09-19 |
| JP6714748B2 JP6714748B2 (en) | 2020-06-24 |
Family
ID=67995852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019072221A Active JP6714748B2 (en) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | Chisel steel and chisel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6714748B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111876683A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 东北大学 | 1000MPa high-toughness steel for coal mine hydraulic support and preparation method thereof |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56123355A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-28 | Nachi Fujikoshi Corp | Wear and impact resistant tough tool steel |
| JPS57192248A (en) * | 1981-05-22 | 1982-11-26 | Daido Steel Co Ltd | Bit for excavating stratum |
| JPS5925957A (en) * | 1982-08-03 | 1984-02-10 | Nittoku Kako Center:Kk | High toughness chisel for breaker |
| JPH0841535A (en) * | 1994-07-29 | 1996-02-13 | Nippon Steel Corp | Production of high hardness wear resistant steel excellent in low temperature toughness |
| JPH08144009A (en) * | 1994-11-18 | 1996-06-04 | Japan Steel Works Ltd:The | Wear resistant cast steel with high toughness |
| KR20120053616A (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-29 | 두산인프라코어 주식회사 | Bucket tooth for construction equipment with enhanced abrasion resistance and impact resistance |
| WO2014185337A1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | 株式会社小松製作所 | Steel for crawler-type suspension component and crawler link |
-
2019
- 2019-04-04 JP JP2019072221A patent/JP6714748B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56123355A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-28 | Nachi Fujikoshi Corp | Wear and impact resistant tough tool steel |
| JPS57192248A (en) * | 1981-05-22 | 1982-11-26 | Daido Steel Co Ltd | Bit for excavating stratum |
| JPS5925957A (en) * | 1982-08-03 | 1984-02-10 | Nittoku Kako Center:Kk | High toughness chisel for breaker |
| JPH0841535A (en) * | 1994-07-29 | 1996-02-13 | Nippon Steel Corp | Production of high hardness wear resistant steel excellent in low temperature toughness |
| JPH08144009A (en) * | 1994-11-18 | 1996-06-04 | Japan Steel Works Ltd:The | Wear resistant cast steel with high toughness |
| KR20120053616A (en) * | 2010-11-18 | 2012-05-29 | 두산인프라코어 주식회사 | Bucket tooth for construction equipment with enhanced abrasion resistance and impact resistance |
| WO2014185337A1 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | 株式会社小松製作所 | Steel for crawler-type suspension component and crawler link |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111876683A (en) * | 2020-07-31 | 2020-11-03 | 东北大学 | 1000MPa high-toughness steel for coal mine hydraulic support and preparation method thereof |
| CN111876683B (en) * | 2020-07-31 | 2021-07-06 | 东北大学 | 1000MPa high-toughness steel for coal mine hydraulic support and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6714748B2 (en) | 2020-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6797181B2 (en) | New martensitic stainless steel | |
| KR101750643B1 (en) | Age hardening steel | |
| JP2017043814A (en) | Die steel and die | |
| RU2384641C1 (en) | Wear resistant cast iron | |
| JP5753365B2 (en) | High chrome cast iron | |
| JP6620490B2 (en) | Age-hardening steel | |
| JP6714748B2 (en) | Chisel steel and chisel | |
| JP2010270346A (en) | Non-heat treated steel for hot-forging, having high bending fatigue strength and small amount of deformation due to repeating stress, and method for manufacturing parts of the same | |
| JP5061455B2 (en) | Hot die tool steel for aluminum die casting with reduced cracking from water-cooled holes | |
| JP6055577B1 (en) | Chisel steel and chisel | |
| JP6477382B2 (en) | Free-cutting steel | |
| JP6792934B2 (en) | Chisel steel and chisel | |
| KR20210010781A (en) | Rod for hydraulic breaker and method for manufacturing the same | |
| JP6477383B2 (en) | Free-cutting steel | |
| JPWO2019035401A1 (en) | Steel with high hardness and excellent toughness | |
| JP6426442B2 (en) | Chisel steel and chisel | |
| JP2015134945A (en) | Carburizing steel | |
| KR101602445B1 (en) | Steel for Hydraulic Breaker Chisel With High Hardenability and Method for Manufacturing the Same | |
| JP4001787B2 (en) | Cold tool steel with excellent fatigue life and heat treatment method thereof | |
| JPS5925957A (en) | High toughness chisel for breaker | |
| KR102348992B1 (en) | Steel for Hydraulic Breaker Rod With High Wear Resistance | |
| JP7176877B2 (en) | Alloy steel for machine structural use with excellent impact resistance | |
| JPH0796696B2 (en) | Alloy tool steel | |
| JP2021127513A (en) | Alloy steel for mechanical structure excellent in balance of hardness and toughness | |
| JPH0978185A (en) | Die steel excellent in toughness and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190404 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200602 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200605 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6714748 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |