JP2927694B2 - 耐折損性に優れた強靭耐摩耗鋼 - Google Patents
耐折損性に優れた強靭耐摩耗鋼Info
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耐摩耗鋼に関する。更に詳しくは、特に土木建設機械な
どに使用される油圧ショベル用チゼルやリッパーポイン
トといった各種部品用鋼材に好適な耐折損性に優れた強
靭耐摩耗鋼に関する。
となる土木建設機械に使用されるチゼルやリッパーポイ
ントなどの各種部品用としては、耐摩耗鋼が使用されて
いる。
9))やSNCM439鋼(JIS G 4103(1979))が強度−
靭性バランス、換言すれば耐摩耗性−耐折損性バランス
に比較的優れているとして、前記土木建設機械用の各種
部品に多用されている。
M439鋼には、焼入れ性が不充分であって大型の部
品に対しては完全に中心部まで硬化させることができな
い、更に、上記に関連して表面部の硬化層が一旦摩
耗すればその内部は急激に摩耗してしまうため耐摩耗性
が不充分である、という問題がある。
環境がますます過酷なものとなっており、そのため最終
ユーザーからは、一層良好な耐摩耗性−耐折損性バラン
スが、就中、特に良好な耐摩耗性が要望されている。そ
のため、例えばチゼルにおいては、図1に示すように、
耐摩耗性に著しく優れたSKD61鋼やSKD62鋼
(いずれもJIS G 4404(1983))のコア2をSCM440
鋼やSNCM439鋼製のチゼル本体1の先端に組み込
んだコンポジットチゼルが開発されている。
ゼルの耐摩耗性は従来に比して当然のことながら著しく
向上したものの、それに沿って使用環境並びに使用条件
が従前にも増して過酷なものとなり、約10時間から1
00時間の使用時間でチゼルがSCM440鋼やSNC
M439鋼製の本体中央部分から折損するようになって
きた。
優れなおかつ、チゼルコア用程ではないにしても耐摩耗
性にも優れた鋼に対する要望が大きくなり、本発明者ら
は、先に特開平5−214485号公報で靭性に優れた
耐摩耗鋼を提案した。すなわち、粒界脆化を抑制するこ
とによる耐折損性の向上を図る点に1つの特徴を有する
発明である。しかし、この提案に係る発明も粒界脆化抑
制のために、特にMn量を低減したこともあって、必ず
しも充分な効果が得られるものでもなかった。
建設機械の各種部品用鋼材に好適な耐折損性に優れた強
靭耐摩耗鋼、就中、コンポジットチゼルにおいてチゼル
本体中央部からの折損発生までの使用時間を、従来の最
長時間である100時間から、その2倍以上となる20
0時間以上にまで延ばすことが可能な高強度で靭性に優
れた強靭耐摩耗鋼を提供することにある。
を達成するため検討を重ね下記の知見を得た。
石や土砂との摩擦によってチゼルコアであるSKD61
鋼やSKD62鋼の部分は600℃程度にまで昇温する
が、チゼル本体部はその温度が上昇するとしても300
〜400℃程度までである。従って、最高400℃の温
度状態に長時間置かれても軟化しない鋼であれば、チゼ
ル本体用として充分な耐摩耗性が維持されること。
度における高温硬さによって評価すれば良いが、コンポ
ジットチゼルの場合にはむしろチゼル本体部を400℃
で長時間(200時間程度)焼戻しした後の常温硬さを
測定した方がかえって軟化の状況を的確に把握できて、
実機での評価と一致すること。
中に軟化しないためには、上記の400℃で長時間焼戻
しした後の常温硬さがHR Cで40以上あれば良いこ
と。
得るためには、N、C、Mn、CrとMoの量を特定の
範囲に制御した上でC、Mn、CrおよびMoの量に関
して、下記fn1の値が2.50%以上となるようにす
れば良いこと。
および %Mo についても同様である。
ジットチゼル予備テストの結果、上記の常温硬さがHR
Cで40以上あって、かつ使用前の状態でのチゼル本体
部靭性としてJIS3号試験片での衝撃値が60J/c
m2 以上であれば、少なくとも200時間の使用では従
来見られたようなチゼル本体中央部からの折損を生じる
ことはなく、またチゼル本体部に曲がりも生じないこ
と。
ル本体中央部からの折損を防止し、使用中の曲がりの発
生を防止して耐摩耗性をも付与するには、粒界脆化の抑
制もさることながら、鋼に常温での充分なる靭性を付与
し、更に、400℃で長時間焼戻しした後の充分なる常
温硬さをも同時に具備できる鋼成分組成とすれば良いこ
と。
イントやトラックシューなど他の土木建設機械の各種部
品に対しても適用できること。
(4)に示す化学組成を有する耐折損性に優れた強靭耐
摩耗鋼を要旨とする。
%、Si:0.05〜0.50%、Mn:1.50〜
2.20%、Cr:1.20〜2.20%、Mo:0.
40〜1.00%、Ni:3.00%以下、Ti:0.
050%以下、B:0.0050%以下、Al:0.0
10〜0.060%、N:0.0030〜0.0150
%を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなり、
不純物中のPは0.030%以下およびSは0.050
%以下で、かつ、前記fn1の値が2.50〜3.50
%である耐折損性に優れた強靭耐摩耗鋼。
に、重量%で、0.05〜0.20%のVおよび0.0
05〜0.050%のNbのうちの1種以上を含有し、
かつ、前記fn1の値が2.50〜3.50%である耐
折損性に優れた強靭耐摩耗鋼。
に、重量%で、0.01〜0.30%のCu、0.05
〜0.30%のPb、0.01〜0.20%のTe、
0.01〜0.30%のBiおよび0.0005〜0.
0100%のCaのうちの1種以上を含有し、かつ、前
記fn1の値が2.50〜3.50%である耐折損性に
優れた強靭耐摩耗鋼。
に、重量%で、0.05〜0.20%のVおよび0.0
05〜0.050%のNbのうちの1種以上、ならびに
0.01〜0.30%のCu、0.05〜0.30%の
Pb、0.01〜0.20%のTe、0.01〜0.3
0%のBiおよび0.0005〜0.0100%のCa
のうちの1種以上を含有し、かつ、前記fn1の値が
2.50〜3.50%である耐折損性に優れた強靭耐摩
耗鋼。
ように限定する理由について説明する。なお、「%」は
「重量%」を意味する。
得て耐摩耗性を確保するのに有効な元素であるが、反面
靭性を低下させる元素でもある。すなわち、耐折損性と
耐摩耗性を共に向上させるためには、硬さと靭性のバラ
ンスが必要で、最低限の硬さ(400℃で長時間焼戻し
した後の常温硬さがHR Cで40以上)を得るために
は、0.15%以上が必要である。一方、0.35%を
超えて含有させると靭性が低下し、常温でのJIS3号
試験片での所望の衝撃値である60J/cm2 以上の値
が得られなくなり、耐折損性が劣化する。従って、Cの
含有量は、0.15〜0.35%とした。
に、所定の静的強度(400℃で長時間焼戻しした後の
常温硬さ)を付与するのに必要な元素である。しかし、
その含有量が0.05%未満では所望の効果が得られ
ず、0.50%を超えると靭性が劣化してJIS3号試
験片での所望の衝撃値である60J/cm2 以上の値が
得られなくなり、耐折損性が劣化するようになるので、
その含有量を0.05〜0.50%とした。
靭性を向上させる作用がある。特に、Nの量を制限した
上で適正量のCrおよびMoと複合添加すると400℃
で長時間焼戻しした後の常温硬さを高く維持するのにも
有効で、極めて良好な硬さ−靭性バランスとなり耐摩耗
性−耐折損性バランスを大きく向上させる。しかし、そ
の含有量が1.50%未満では所望の効果が得られず、
2.20%を超えると粒界に偏析しかえって靭性が劣化
して耐折損性が劣化するようになるので、その含有量を
1.50〜2.20%とした。
させ、硬さと靭性の向上に有効な元素である。特に、N
の量を制限した上で適正量のMnおよびMoと複合添加
すると400℃で長時間焼戻しした後の常温硬さを高く
維持するのにも有効で、極めて良好な硬さ−靭性バラン
スとなり耐摩耗性−耐折損性バランスを大きく向上させ
る。
所望の効果が得られず、2.20%を超えると粗大なC
r炭化物が生成し靭性の劣化を生じ耐折損性の劣化を招
くことになるので、その含有量を1.20〜2.20%
とした。
れ性を向上させ、硬さと靭性を向上させるのに有効な元
素である。特に、Nの量を制限した上で適正量のMnお
よびCrと複合添加すると400℃で長時間焼戻しした
後の常温硬さを高く維持するのにも有効で、極めて良好
な硬さ−靭性バランスとなり耐摩耗性−耐折損性バラン
スを大きく向上させる。しかし、その含有量が0.40
%未満では所望の効果が得られず、一方1.00%を超
えて含有してもその効果は飽和し、コストのみが上昇す
ることになるので、その含有量を0.40〜1.00%
とした。
れば焼入れ性を向上させ、更に靭性を大きく向上させる
効果がある。この効果を確実に得るには、Niは0.1
0%以上の含有量とすることが好ましい。しかし、その
含有量が3.00%を超えると前記効果が飽和するばか
りかかえって被削性の低下をきたし、またコストが嵩む
ばかりとなる。従って、Niの含有量を3.00%以下
とした。
れば焼入れ性を向上させ、更に窒化物を生成して結晶粒
を微細にして靭性を向上させる効果を有する。この効果
を確実に得るには、Tiは0.005%以上の含有量と
することが好ましい。しかし、その含有量が0.050
%を超えると、窒化物が粗大化して靭性が劣化し耐折損
性が劣化する。従って、Ti含有量の上限を0.050
%とした。
焼入れ性と靭性が共に向上する効果がある。この効果を
確実に得るには、Bは0.0005%以上の含有量とす
る事が望ましい。しかし、その含有量が0.0050%
を超えると、結晶粒が粗大化し靭性が劣化して耐折損性
が劣化する。従って、B含有量の上限を0.0050%
とした。
化を図るのに有効な元素である。しかし、その含有量が
0.010%未満では所望の効果を得ることができず、
0.060%を超えると窒化物や酸化物の量が増大して
靭性を劣化し耐折損性を損なうこととなるので、その含
有量を0.010〜0.060%とした。
化物を形成して結晶粒を微細にし靭性を向上させる効果
を有する。特に、適正量のMn、CrおよびMoと共存
すると400℃で長時間焼戻しした後の常温硬さを高く
維持するのにも有効で、極めて良好な硬さ−靭性バラン
スが得られ、耐摩耗性−耐折損性バランスを大きく向上
させる。しかし、その含有量が0.0030%未満では
所望の効果が得られず、0.0150%を超えると窒化
物が粗大になって靭性が劣化し耐折損性が劣化すること
となるので、その含有量を0.0030〜0.0150
%とした。
を次の通り制限する。
特にその含有量が0.030%を超えると靭性劣化が著
しくなるので、不純物元素としてのP含有量の上限を
0.030%とした。
折損性を大きく損なう。特にその含有量が0.050%
を超えると靭性の低下が著しい。しかし逆に、含有して
おれば被削性を向上させるという効果がある。そこで本
発明においては、耐切損性の劣化と被削性の向上の両作
用を勘案し、不純物元素としてのS含有量の上限を0.
050%とした。
量を前記の範囲に制御した鋼において、 %Xを元素Xの
含有量(重量%)としたとき、fn1=(1/2) %C + %Mn
+(1/3) %Cr+(1/2) %Mo は長時間焼戻しにおける軟化
抵抗の指標となる。この値が2.50%未満では、40
0℃で長時間焼戻しした後の常温硬さをHR Cで40以
上とすることはできず、チゼル本体部の耐摩耗性が劣化
したり使用中に曲がりを生じたりする。一方、この値が
3.50%を超えると靭性を損なうようになる。従っ
て、fn1の値は2.50〜3.50%とした。
は、上記の成分に加えて、更にV、Nbのうちの1種以
上および/またはCu、Pb、Te、Bi、Caのうち
の1種以上を含んでいても良い。これらの合金元素の作
用効果と望ましい含有量は下記の通りである。
を生成して、高温硬さを向上させると共に400℃で長
時間焼戻しした後の常温硬さを高く維持する作用があ
り、岩石や土砂との摩擦によるチゼル本体部の軟化を防
止して耐摩耗性を維持する効果を有する。従って、Vお
よびNbは必要に応じて一方または両方を添加しても良
い。しかし、Vの場合には0.05%未満の含有量では
所望の効果が得られず、0.20%を超えて含有すると
靭性の低下をきたして耐折損性の劣化を招く。一方、N
bの場合には、0.005%未満の含有量では所望の効
果が得られず、0.050%を超えて含有するとやはり
靭性の低下をきたして耐折損性の劣化を招く。従って、
これらの合金元素を1種以上添加する場合には、V:
0.05〜0.20%、Nb:0.005〜0.050
%の含有量とするのが良い。
u、Pb、Te、BiおよびCaには被削性を向上させ
る作用がある。従って、Cu、Pb、Te、Biおよび
Caは必要に応じて添加しても良い。但し、Cuの場合
には0.01%未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、0.30%を超えて含有すると熱間加工性の著しい
低下をきたす。また、Pbの場合には、0.05%未満
の含有量では所望の効果が得られず、0.30%を超え
て含有すると靭性と疲労特性の低下をきたす。Teの場
合には0.01%未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、0.20%を超えて含有すると熱間加工性が著しく
劣化する。一方、Biの場合も、0.01%未満の含有
量では所望の効果が得られず、0.30%を超えて含有
すると熱間加工性が劣化する。更に、Caの場合には、
0.0005%未満の含有量では所望の効果が得られ
ず、0.0100%を超えて含有すると靭性の低下をき
たす。従って、これらの合金元素を1種以上添加する場
合は、Cu:0.01〜0.30%、Pb:0.05〜
0.30%、Te:0.01〜0.20%、Bi:0.
01〜0.30%およびCa:0.0005〜0.01
00%の含有量とするのが良い。
溶製された後、例えば、熱間で圧延または鍛造され、そ
の後必要に応じて焼準され、しかる後に所望の部品形状
に加工され、通常の調質処理(焼入れ焼戻し処理)を受
け、更に仕上げ加工される。
1000℃程度の温度に加熱後水や油で冷却すれば良
く、また焼戻しは150〜450℃程度の温度で行えば
良い。焼戻し後の冷却は加速冷却や放冷など適当な方法
を選択すれば良い。
方法により3トン電気炉を用いて溶製した。表1におけ
る鋼1〜13は本発明鋼、表2における鋼14〜26は
成分のいずれかが本発明で規定する含有量の範囲から外
れた比較鋼である。
通常の方法によって脱水素処理して160mmφの丸棒
に圧延した。これらの供試鋼材をチゼル本体の加工のた
め先ず、直径150mmで長さ1200mmに粗加工し
た後、900℃で3時間加熱して水焼入れを行い、更
に、150℃で4時間の焼戻しを行い空冷処理した。こ
の後通常の方法で、SKD61鋼製のチゼルコアを組み
込んで、図1に示す形状のコンポジットチゼルに仕上げ
加工した。
て実機による200時間のフィールド試験を行い、耐折
損性の評価を行った。試験本数は各鋼種について5本ず
つである。なお、フィールド試験後、チゼル本体部の横
断面(図1のA−A断面)の中心部における常温硬さの
測定を行うとともに、折損しなかったものについては曲
がりの状況をも併せて調査した。
1〜13はいずれも極めて良好な硬さ−靭性バランスを
有するため、フィールド試験後のチゼル本体部の横断面
中心部における常温硬さはHR Cで40を超え、かつ2
00時間のフィールド試験で折損を生じておらず、しか
も曲がりもない。これに対して、成分のいずれかが本発
明で規定する含有量の範囲から外れた比較鋼である鋼1
4〜26では、鋼15を除いて全て200時間に到らぬ
内に折損を生じている。一方、鋼15は200時間のフ
ィールド試験で折損しなかったものの、大きな曲がりが
発生した。
土木建設機械などに使用される油圧ショベル用チゼルや
リッパーポイントといった各種部品用鋼材に好適な強靭
耐摩耗鋼を得ることが可能で、産業上の効果は極めて大
きい。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】重量%で、C:0.15〜0.35%、S
i:0.05〜0.50%、Mn:1.50〜2.20
%、Cr:1.20〜2.20%、Mo:0.40〜
1.00%、Ni:3.00%以下、Ti:0.050
%以下、B:0.0050%以下、Al:0.010〜
0.060%、N:0.0030〜0.0150%を含
有し、残部はFeおよび不可避不純物からなり、不純物
中のPは0.030%以下およびSは0.050%以下
で、かつ、下記fn1の値が2.50〜3.50%であ
る耐折損性に優れた強靭耐摩耗鋼。 fn1=(1/2) %C + %Mn +(1/3) %Cr +(1/2) %Mo 但し、 %X は元素Xの重量%である。 - 【請求項2】請求項1に記載の成分に加えて更に、重量
%で、0.05〜0.20%のVおよび0.005〜
0.050%のNbのうちの1種以上を含有し、かつ、
下記fn1の値が2.50〜3.50%である耐折損性
に優れた強靭耐摩耗鋼。 fn1=(1/2) %C + %Mn +(1/3) %Cr +(1/2) %Mo 但し、 %X は元素Xの重量%である。 - 【請求項3】請求項1に記載の成分に加えて更に、重量
%で、0.01〜0.30%のCu、0.05〜0.3
0%のPb、0.01〜0.20%のTe、0.01〜
0.30%のBiおよび0.0005〜0.0100%
のCaのうちの1種以上を含有し、かつ、下記fn1の
値が2.50〜3.50%である耐折損性に優れた強靭
耐摩耗鋼。 fn1=(1/2) %C + %Mn +(1/3) %Cr +(1/2) %Mo 但し、 %X は元素Xの重量%である。 - 【請求項4】請求項1に記載の成分に加えて更に、重量
%で、0.05〜0.20%のVおよび0.005〜
0.050%のNbのうちの1種以上、ならびに0.0
1〜0.30%のCu、0.05〜0.30%のPb、
0.01〜0.20%のTe、0.01〜0.30%の
Biおよび0.0005〜0.0100%のCaのうち
の1種以上を含有し、かつ、下記fn1の値が2.50
〜3.50%である耐折損性に優れた強靭耐摩耗鋼。 fn1=(1/2) %C + %Mn +(1/3) %Cr +(1/2) %Mo 但し、 %X は元素Xの重量%である。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP713095A JP2927694B2 (ja) | 1995-01-20 | 1995-01-20 | 耐折損性に優れた強靭耐摩耗鋼 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08199287A JPH08199287A (ja) | 1996-08-06 |
JP2927694B2 true JP2927694B2 (ja) | 1999-07-28 |
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ID=11657505
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN105063514B (zh) * | 2015-09-07 | 2017-05-10 | 宁波瑞国精机工业有限公司 | 一种车用铁链销及其加工方法 |
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-
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- 1995-01-20 JP JP713095A patent/JP2927694B2/ja not_active Expired - Lifetime
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