JP5629846B1 - 履帯式足回り部品用鋼および履帯リンク - Google Patents

Abstract

履帯式足回り部品用鋼は、たとえばリンク（９）を構成する材料として用いられるものであって、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。

Description

本発明は履帯式足回り部品用鋼および履帯リンクに関し、より特定的には、履帯式足回り部品を構成する材料として用いられることにより履帯式足回り部品の耐久性を向上させることが可能な履帯式足回り部品用鋼、および当該鋼から構成される履帯リンクに関するものである。

油圧ショベル、ブルドーザなどの履帯式作業機械の足回り部品には、高い耐久性が要求される。具体的には、上記足回り部品は、土砂などの硬質の異物が侵入する環境下において他の部品に対して接触しつつ相対的に動くものが多い。そのため、上記足回り部品には、高い耐摩耗性が要求される。耐摩耗性を向上させるためには、部品の硬度を上昇させる対策が有効である。しかし、単に部品の硬度を上昇させた場合、部品を構成する材料の靱性が低下するため、部品の表面に割れや剥離が発生し、部品の交換が必要になるという問題が生じる。つまり、履帯式作業機械の足回り部品の耐久性を向上させるためには、高い耐摩耗性を達成しつつ、耐割れ性および耐剥離性を高いレベルに維持する必要がある。

高い硬度と高い衝撃値とを両立可能な高硬度高靱性鋼としては、たとえば６００℃以上の高温焼戻によって５０ＨＲＣ以上の硬度を確保しつつ、シャルピー衝撃値が５ｋｇｆ・ｍ以上となること指標として、合金元素の添加量を調整した鋼が提案されている（たとえば、特開２００３−３２８０７８号公報（特許文献１）参照）。

特開２００３−３２８０７８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された鋼を履帯式作業機械の足回り部品に適用しても、耐久性は十分には向上しない。より詳細に説明すると、特許文献１に開示された鋼では、シャルピー衝撃値を指標として、靱性を向上させるための成分組成の調整が行われている。しかし、本発明者らの検討によれば、履帯式作業機械の足回り部品のシャルピー衝撃値を向上させた場合でも、上記部品の耐剥離性は必ずしも十分に改善しない。その結果、上記特許文献１に開示された鋼を用いた場合でも、履帯式足回り部品の耐久性は十分には向上しない。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、履帯式足回り部品の耐久性を向上させることが可能な履帯式足回り部品用鋼、および当該鋼から構成される履帯リンクを提供することである。

本発明に従った履帯式足回り部品用鋼は、履帯式足回り部品を構成する材料として用いられる。この履帯式足回り部品用鋼は、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。

本発明者らは、履帯式足回り部品（履帯式走行装置を構成する部品）において高い耐摩耗性と高い耐剥離性とを両立させる方策について検討を行った。その結果、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、履帯式足回り部品を構成する鋼の成分組成を調整することが、耐剥離性向上のために有効であることを見出した。この知見に基づき、本発明者らは、近年の履帯式足回り部品に求められる耐摩耗性および耐剥離性を考慮し、少なくとも当該部品において耐摩耗性が特に要求される領域を焼入焼戻によって硬度５７ＨＲＣ以上、かつ絞り４０％以上とすることを目標値として設定した。そして、当該目標値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、本発明の履帯式足回り部品用鋼によれば、履帯式足回り部品の耐久性を向上させることが可能な履帯式足回り部品用鋼を提供することができる。

上記履帯式足回り部品用鋼は、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、履帯式足回り部品の耐久性を一層向上させることができる。

上記履帯式足回り部品用鋼は、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。

上記履帯式足回り部品用鋼においては、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、履帯式足回り部品の耐久性を一層向上させることができる。

上記履帯式足回り部品用鋼においては、上記Ｒａの値が０．２２質量％以上であってもよい。これにより、履帯式足回り部品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。

上記履帯式足回り部品用鋼は、履帯リンクを構成する材料として用いられてもよい。高い耐摩耗性と高い耐剥離性との両立が求められる履帯リンクを構成する材料として、上記履帯式足回り部品用鋼は好適である。特に、近年の履帯式足回りにおいては、回転ブシュの採用が進められ、従来、足回りの寿命を決定していたブシュの寿命が長くなっている。その結果、履帯リンクの寿命が足回りの寿命を決定する場合も多くなっている。回転ブシュが採用された足回りの履帯リンクの材料として本発明の履帯式足回り部品用鋼を採用することにより、履帯式足回りの長寿命化が期待できる。

本発明に従った履帯リンクは、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なっている。この履帯リンクは、ベース領域と、踏面を含むように形成され、ベース領域に比べて高い硬度を有する硬化領域とを含む。そして、硬化領域の、硬度は５７ＨＲＣ以上、絞り値は４０％以上である。

上記履帯リンクにおいて、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。

また、上記履帯リンクにおいて、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。

履帯リンクを構成する材料として上記本発明の履帯式足回り部品用鋼を採用することにより、高い耐摩耗性と高い耐剥離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履帯リンクを提供することができる。

上記履帯リンクにおいて、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、履帯リンクの耐久性を一層向上させることができる。

上記履帯リンクにおいては、上記Ｒａの値が０．２２質量％以上であってもよい。これにより、履帯リンク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。

上記履帯リンクにおいて、上記ベース領域の硬度は３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下であってもよい。これにより、ベース領域の耐衝撃性を向上させることができる。

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。

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。

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。

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。

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、本発明の履帯式足回り部品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、履帯式足回り部品の耐剥離性を一層向上させることができる。

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。

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。

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。

バナジウム：０．０５質量％以上０．２０質量％以下
バナジウムは、本発明の履帯式足回り部品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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上の説明から明らかなように、本発明の履帯式足回り部品用鋼によれば、履帯式足回り部品の耐久性を向上させることができる。また、本発明の履帯リンクによれば、耐久性に優れた履帯リンクを提供することができる。

履帯式走行装置の構造を示す概略図である。 履帯の構造の一部を示す概略斜視図である。 履帯の構造の一部を示す概略平面図である。 図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。 履帯リンクの製造工程の概略を示すフローチャートである。 硬度と衝撃値との関係を示す図である。 硬度と伸びとの関係を示す図である。 硬度と絞りとの関係を示す図である。 硬度と絞りとの関係に及ぼすニッケルおよび炭素の含有量の影響を示す図である。 硬度と絞りとの関係に及ぼすニッケル、炭素およびコバルトの含有量の影響を示す図である。 硬度と絞りとの関係に及ぼすニッケル、炭素および硫黄等の含有量の影響を示す図である。 Ｒａ値と絞りとの関係を示す図である。 土砂摩耗試験の試験結果を示す図である。 衝撃試験の試験結果を示す図である。

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。

本発明の履帯式足回り部品用鋼は、たとえば以下のように、履帯式走行装置に含まれる履帯リンクを構成する材料として用いることができる。図１を参照して、本実施の形態における履帯式走行装置１は、たとえばブルドーザなどの作業機械の走行装置であって、履帯２と、トラックフレーム３と、アイドラ４と、スプロケット５と、複数の（ここでは７つの）下転輪１０と、複数の（ここでは２つの）上転輪１１とを備えている。

履帯２は、無端状に連結された複数の履帯リンク９と、各履帯リンク９に対して固定された履板６とを含んでいる。複数の履帯リンク９は、外リンク７と内リンク８とを含んでいる。外リンク７と内リンク８とは、交互に連結されている。そして、図２を参照して、各履板６は、一対の外リンク７または一対の内リンク８の履板固定面に固定されている。これにより、外リンク７と内リンク８とが交互に並ぶ２つの列が形成されている。

図１を参照して、トラックフレーム３には、アイドラ４と、複数の（ここでは７つの）下転輪１０と、複数の（ここでは２つの）上転輪１１とが、それぞれの軸周りに回転可能に取り付けられている。スプロケット５は、トラックフレーム３の一方の端部側に配置されている。また、スプロケット５は、エンジンなどの動力源に接続されており、当該動力源によって駆動されることにより、軸周りに回転する。スプロケット５の外周面には、径方向外側に突出する突起部である複数のスプロケットティース５１が配置されている。各スプロケットティース５１は、履帯２と噛み合う。そのため、スプロケット５の回転は履帯２に伝達される。その結果、履帯２は、スプロケット５の回転により駆動されて周方向に回転する。

トラックフレーム３の他方の端部（スプロケット５が配置される側とは反対側の端部）には、アイドラ４が取り付けられている。また、スプロケット５とアイドラ４とに挟まれたトラックフレーム３の領域には、接地側に複数の下転輪１０が取り付けられ、接地側とは反対側に複数の上転輪１１が取り付けられている。アイドラ４、下転輪１０および上転輪１１は、外周面において履帯２の内周面に接触している。その結果、スプロケット５の回転により駆動される履帯２は、アイドラ４、スプロケット５、下転輪１０および上転輪１１に案内されつつ、周方向に回転する。

次に、履帯２の構造の詳細について説明する。図２および図３を参照して、各履板６は、外リンク７または内リンク８に対して、ボルト９３およびナット９４により締め付けられて固定されている。隣り合う外リンク７と内リンク８とは、履帯２の回転面に垂直な方向から見て（図３の視点から見て）それらの一部同士が重なるように配置され、連結ピン９１およびブシュ９２により連結されている。

より具体的には、図２〜図４を参照して、各内リンク８には、履帯２の回転面に垂直な方向に貫通するブシュ孔８５が２つずつ形成されている。この２つのブシュ孔８５のうち一方のブシュ孔８５は、内リンク８において長手方向の一方の端部に形成され、他方のブシュ孔８５は他方の端部に形成されている。また、内リンク８において履板６が取り付けられる側とは反対側には、踏面８７が形成されている。一方、各外リンク７には、履帯２の回転面に垂直な方向に貫通する連結ピン孔７５が２つずつ形成されている。この２つの連結ピン孔７５のうち一方の連結ピン孔７５は、外リンク７において長手方向の一方の端部に形成され、他方の連結ピン孔７５は他方の端部に形成されている。また、外リンク７において履板６が取り付けられる側とは反対側には、踏面７７が形成されている。

各履板６が固定される一対の外リンク７は、履帯２の回転面に垂直な方向から見て、それぞれの２つの連結ピン孔７５が重なるように配置される。同様に、各履板６が固定される一対の内リンク８は、履帯２の回転面に垂直な方向から見て、それぞれの２つのブシュ孔８５が重なるように配置される。また、隣り合う外リンク７と内リンク８とは、履帯２の回転面に垂直な方向から見て、連結ピン孔７５とブシュ孔８５とが重なるように配置される。そして、連結ピン９１は、図４を参照して、一方の列を構成する外リンク７の連結ピン孔７５、一方の列を構成する内リンク８のブシュ孔８５、他方の列を構成する内リンク８のブシュ孔８５および他方の列を構成する外リンク７の連結ピン孔７５を貫通するように配置される。連結ピン９１は、連結ピン孔７５に圧入され、かつその両端部が外リンク７のボス部７６においてかしめられることにより、一対の外リンク７に対して固定されている。

図４を参照して、ブシュ９２は、一対の固定ブシュ９２Ｂと、一対の固定ブシュ９２Ｂに挟まれて配置される回転ブシュ９２Ａとを含んでいる。回転ブシュ９２Ａおよび一対の固定ブシュ９２Ｂは、それぞれ軸を含む領域に貫通孔を有する中空円筒状の形状を有している。回転ブシュ９２Ａおよび一対の固定ブシュ９２Ｂは、軸が一致するように配置されている。回転ブシュ９２Ａと固定ブシュ９２Ｂとの間には、シールリング９５が配置されている。固定ブシュ９２Ｂは、内リンク８のブシュ孔８５に嵌め込まれることにより固定されている。連結ピン９１は、回転ブシュ９２Ａおよび一対の固定ブシュ９２Ｂの貫通孔を貫通するように配置されている。その結果、回転ブシュ９２Ａは、連結ピン９１に対して周方向に相対的に回動することが可能となっている。

さらに、図４を参照して、連結ピン９１の軸を含む領域には、軸方向に延在し、潤滑油などの潤滑剤を保持する潤滑剤保持孔９１Ａが形成されている。また、連結ピン９１には、径方向に延在し、外周面と潤滑剤保持孔９１Ａとを繋ぐ潤滑剤供給路９１Ｂが形成されている。また、潤滑剤保持孔９１Ａは、連結ピン９１の一方の端面側に開口部を有しており、当該開口部にはプラグ９１Ｃが嵌め込まれている。潤滑油などの潤滑剤は、潤滑剤保持孔９１Ａの開口部から潤滑剤保持孔９１Ａ内に供給され、その後開口部にプラグ９１Ｃが嵌め込まれることにより、潤滑剤保持孔９１Ａ内に保持される。そして、潤滑剤保持孔９１Ａ内の潤滑剤は、潤滑剤供給路９１Ｂを介して連結ピン９１の外周面と回転ブシュ９２Ａの内周面との間に供給される。その結果、連結ピン９１の外周面と回転ブシュ９２Ａの内周面との間の摩擦が軽減され、連結ピン９１の外周面および回転ブシュ９２Ａの内周面の摩耗が抑制される。すなわち、履帯２は、回転ブシュ９２Ａを含む上記構造を有する回転ブシュ式履帯である。

履帯式走行装置においてスプロケットの回転が履帯に伝達される際には、スプロケットティースと履帯リンクに取り付けられたブシュとが噛み合う。ここで、回転ブシュを有さない従来の履帯を備えた履帯式走行装置においては、スプロケットティースとブシュとの噛み合いの結果、ブシュの外周面が摩耗し、履帯式走行装置の寿命または部品交換周期を決定する場合が多くなっていた。一方、回転ブシュ式履帯を含む本実施の形態における履帯式走行装置１では、スプロケットティース５１は、連結ピン９１に対して回動可能な回転ブシュ９２Ａと噛み合う。そのため、ブシュ９２の寿命が長くなっている。その結果、履帯リンク９の寿命が、履帯式走行装置１の寿命または部品交換周期を決定する場合が多くなっている。より具体的には、外リンク７の踏面７７や内リンクの踏面８７の摩耗が履帯式走行装置１の寿命または部品交換周期を決定する場合が多い。

これに対し、本実施の形態における履帯式走行装置１では、外リンク７および内リンク８を構成する材料として、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履帯式足回り部品用鋼が採用されている。より詳細に説明すると、上記履帯式足回り部品用鋼からなる履帯リンク９の踏面７７，８７を含む領域が部分的に焼入硬化処理されることにより、硬度が５７ＨＲＣ以上、かつ絞りの値が４０％以上である硬化領域７Ａ，８Ａとされている。これにより、履帯リンク９において耐摩耗性を要求される領域である踏面７７，８７を含む領域の高い耐摩耗性が達成されつつ、耐剥離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履帯リンク９は、耐久性に優れたものとなっている。また、履帯リンク９の耐久性が向上することにより、回転ブシュ式履帯である履帯２を含む本実施の形態における履帯式走行装置１の耐久性は、一層向上している。さらに、履帯リンク９の硬化領域７Ａ，８Ａ以外の領域であるベース領域としての非硬化領域７Ｂ，８Ｂの硬度は、３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下に調整されていることが好ましい。これにより、履帯リンク９全体として、高い耐衝撃性を確保することができる。

さらに、履帯リンク９を構成する上記履帯式足回り部品用鋼は、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、履帯リンク９の耐久性を一層向上させることができる。

また、履帯リンク９を構成する上記履帯式足回り部品用鋼は、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。

さらに、履帯リンク９を構成する上記履帯式足回り部品用鋼において、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、履帯リンク９の耐久性が一層向上する。

次に、履帯リンク９の製造方法の一例について、図５を参照して説明する。本実施の形態における履帯リンク９の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、上記成分組成を有する鋼材が準備され、当該鋼材に対して熱間鍛造、ホットトリミング、バリ取りなどの加工が実施されることにより、所望の履帯リンク９の形状に成形された成形体が作製される。

次に、工程（Ｓ２０）として、全体焼入工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、上記工程（Ｓ１０）において作製された成形体の全体が、成形体を構成する鋼のＡ_１変態点以上の温度に加熱された後、Ｍ_Ｓ点以下の温度に冷却されることにより、焼入処理される。成形体の加熱は、たとえば雰囲気炉により実施することができる。

次に、工程（Ｓ３０）として、第１焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、上記工程（Ｓ２０）において焼入処理された成形体の全体が、成形体を構成する鋼のＡ_１変態点未満の温度に加熱された後、冷却されることにより焼戻処理される。より具体的には、成形体が、たとえば炉内において５００℃以上６５０℃以下の温度に加熱され、３０分間以上３００分間以下の時間保持された後、冷却される。これにより、成形体の全体が、たとえば３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下の硬度に調整される。その結果、成形体全体が、優れた靱性を有する状態とされる。

次に、踏面７７，８７および履板固定面の加工が行われた後、工程（Ｓ４０）として部分焼入工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、工程（Ｓ３０）において焼戻処理された成形体の一部、具体的には踏面７７，８７に対応する領域を含む部分（硬化領域７Ａ，８Ａ）がＡ_１変態点以上の温度に加熱された後、Ｍ_Ｓ点以下の温度に冷却されることにより、焼入処理される。この部分的な焼入処理は、たとえば高周波焼入により実施することができる。

次に、工程（Ｓ５０）として第２焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において部分的に焼入処理された成形体が、成形体を構成する鋼のＡ_１変態点未満の温度であって、かつ上記工程（Ｓ３０）における加熱温度よりも低い温度に加熱された後、冷却されることにより焼戻処理される。より具体的には、成形体が、たとえば炉内において１００℃以上３００℃以下の温度に加熱され、１分間以上３００分間以下の時間保持された後、冷却される。これにより、工程（Ｓ４０）において焼入処理された領域、すなわち踏面７７，８７に対応する領域を含む部分である硬化領域７Ａ，８Ａが、５７ＨＲＣ以上６０ＨＲＣ以下の硬度に調整される。その結果、硬化領域７Ａ，８Ａの硬度を５７ＨＲＣ以上、かつ絞りの値を４０％以上とすることができる。

次に、工程（Ｓ６０）として、仕上げ工程が必要に応じて実施される。この工程（Ｓ６０）では、上記工程（Ｓ２０）〜（Ｓ５０）の熱処理が施された成形体に対して、必要な仕上げ加工等が実施される。以上のプロセスにより、本実施の形態における履帯リンク９を製造することができる。

以上のように、上記成分組成を有する履帯式足回り部品用鋼からなる鋼材を加工して成形体を作製し、上記工程（Ｓ２０）〜（Ｓ５０）の熱処理を施すことにより、踏面７７，８７を含む領域（硬化領域７Ａ，８Ａ）において、硬度５７ＨＲＣ以上、および絞り４０％以上を達成し、当該領域において耐摩耗性および耐剥離性を向上させることができる。一方、工程（Ｓ４０）において焼入処理されなかった領域（非硬化領域７Ｂ，８Ｂ）は、工程（Ｓ３０）における焼戻処理後の状態を維持している。そのため、非硬化領域７Ｂ，８Ｂは靱性に優れている。このように、上記製造プロセスによれば、耐久性に優れた履帯リンク９を製造することができる。

なお、上記実施の形態においては、本発明の履帯式足回り部品用鋼を履帯リンクに適用する場合について説明したが、本発明の履帯式足回り部品用鋼の用途はこれに限られるものではない。本発明の履帯式足回り部品用鋼は、たとえばブシュ、下転輪、スプロケットティースなど、高い耐摩耗性と高い耐剥離性とを両立することが求められる履帯式足回り部品を構成する材料として、好適である。

（実施例１）
履帯式足回り部品の耐摩耗性を向上させつつ耐剥離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。

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が本発明の履帯式足回り部品用鋼（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。

そして、従来の履帯式足回り部品用鋼である材料Ｉを用いて、耐剥離性の指標とすべき材料特性の検討を行った。具体的には、同一条件で高周波焼入処理した後、焼戻温度を調整することにより、硬度の異なる引張試験片およびシャルピー衝撃試験片を準備し、試験を実施した。引張試験片およびシャルピー衝撃試験片には、それぞれＪＩＳ Ｚ ２２０１（日本工業規格）１４Ａ号試験片（直径φ６ｍｍ）およびＪＩＳ Ｚ ２２０２（２ｍｍＵノッチ）試験片を採用した。そして、試験の結果得られた硬度と衝撃値との関係、硬度と伸びとの関係および硬度と絞りとの関係を調査した。

図６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、履帯リンクが実際に使用された場合、材料Ｉからなる履帯リンクでは、踏面の硬度が５５ＨＲＣ以上となると、踏面に剥離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、耐剥離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剥離性の指標とすることは適切ではないといえる。

また、図７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、履帯リンクの踏面における剥離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、耐剥離性の指標としては適切でないといえる。

一方、図８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、耐剥離性の指標として適切であるといえる。そして、従来の履帯式足回り部品用鋼である材料Ｉからなる履帯リンクでは、硬度５５ＨＲＣ未満において剥離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、耐剥離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剥離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。

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、高周波焼入処理した後、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９に示す。

図９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。

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１０に示す。

図１０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、実際の履帯式足回り部品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、所望の特性を履帯式足回り部品に確実に付与することは容易ではない。

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１１に示す。

図１１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１１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、本発明の履帯式足回り部品用鋼によれば、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、履帯式足回り部品の耐剥離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。

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％以上を達成するための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。

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１２に示す。

図１２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。

（実施例２）
本発明の履帯式足回り部品用鋼について、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。

まず、本発明の履帯式足回り部品用鋼である上記材料ＡおよびＢの鋼材と、従来の履帯式足回り部品用鋼である材料Ｉの鋼材とを準備し、高周波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／ｍｍ^２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１３に試験結果を示す。

図１３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１３に示すように、本発明の履帯式足回り部品用鋼である材料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、本発明の履帯式足回り部品用鋼は、従来の履帯式足回り部品用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。

（実施例３）
本発明の履帯式足回り部品用鋼について、衝撃特性を確認する実験を行った。まず、本発明の履帯式足回り部品用鋼である上記材料Ｅ、および従来の履帯式足回り部品用鋼である材料Ｉの鋼材を準備し、高周波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１４に試験結果を示す。

図１４を参照して、本発明の履帯式足回り部品用鋼である材料Ｅは、硬度が約３ＨＲＣ上昇しているにも関わらず、従来の履帯式足回り部品用鋼である材料Ｉと同等の衝撃値を有している。このことから、本発明の履帯式足回り部品用鋼によれば、従来の履帯式足回り部品用鋼よりも優れた衝撃特性を得られることが確認される。

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、請求の範囲によって規定され、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。

本発明の履帯式足回り部品用鋼は、高い耐摩耗性と高い耐剥離性とを両立させることが求められる履帯式足回り部品を構成する材料として、特に有利に適用され得る。また、本発明の履帯リンクは、耐久性の向上が求められる履帯リンクに、特に有利に適用され得る。

１ 履帯式走行装置、２ 履帯、３ トラックフレーム、４ アイドラ、５ スプロケット、６ 履板、７ 外リンク、７Ａ 硬化領域、７Ｂ 非硬化領域、８ 内リンク、８Ａ 硬化領域、８Ｂ 非硬化領域、９ 履帯リンク、１０ 下転輪、１１ 上転輪、５１ スプロケットティース、７５ 連結ピン孔、７６ ボス部、７７ 踏面、８５ ブシュ孔、８７ 踏面、９１ 連結ピン、９１Ａ 潤滑剤保持孔、９１Ｂ 潤滑剤供給路、９１Ｃ プラグ、９２ ブシュ、９２Ａ 回転ブシュ、９２Ｂ 固定ブシュ、９３ ボルト、９４ ナット、９５ シールリング。

Claims (12)

1. 履帯式足回り部品を構成する材料として用いられる履帯式足回り部品用鋼であって、
   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、履帯式足回り部品用鋼。
2. 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、請求項１に記載の履帯式足回り部品用鋼。
3. ０．００１質量％以上０．００５質量％以下の硼素をさらに含有する、請求項１または２に記載の履帯式足回り部品用鋼。
4. 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、請求項１〜３のいずれか１項に記載の履帯式足回り部品用鋼。
5. 前記Ｒａの値が０．２２質量％以上である、請求項４に記載の履帯式足回り部品用鋼。
6. 履帯リンクを構成する材料として用いられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の履帯式足回り部品用鋼。
7. 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なり、
   ベース領域と、
   踏面を含むように形成され、前記ベース領域に比べて高い硬度を有する硬化領域とを含み、
   前記硬化領域の、硬度は５７ＨＲＣ以上、絞り値は４０％以上である、履帯リンク。
8. 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する、請求項７に記載の履帯リンク。
9. 前記鋼は、０．００１質量％以上０．００５質量％以下の硼素をさらに含有する、請求項７または８に記載の履帯リンク。
10. 前記鋼の、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の値が０．２５質量％以下である、請求項７〜９のいずれか１項に記載の履帯リンク。
11. 前記Ｒａの値が０．２２質量％以上である、請求項１０に記載の履帯リンク。
12. 前記ベース領域の硬度は３０ＨＲＣ以上４５ＨＲＣ以下である、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の履帯リンク。

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