JP6426442B2 - Chisel steel and chisel - Google Patents
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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 steel for chisels and chisels.
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）。 A hydraulic breaker is attached to the tip of an arm of a working machine, and is used to crush rock, concrete, furnace wall, steel slag and the like. In a hydraulic breaker, a chisel axially driven by a piston fractures a rock or the like. In order to suppress wear due to contact with a hard rock or the like, high wear resistance is required for the material (steel) constituting the chisel. Moreover, the chisel which is a rod-shaped member may be broken by the impact at the time of crushing a rock bed etc. From the viewpoint of suppressing breakage, high toughness is also required for the steel that constitutes the chisel. The steel for chisels whose component composition was adjusted with the intention of making abrasion resistance and toughness compatible is proposed (for example, refer patent documents 1-3).
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 operating conditions of the hydraulic breaker are becoming more severe, and there is a demand for improving the durability of the chisel. Therefore, there is a need for a steel for chisels that further improves the durability of the chisels.
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 address such a need, and its object is to provide a steel for chisels and chisels 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０．４１質量％以下の炭素と、０．２０質量％以上０．５０質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００３質量％以上０．００８質量％以下の硫黄と、０．９０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．４０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンと、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のニオブとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる。 The steel for a chisel according to the present invention is a steel to be used as a material constituting a chisel. This steel for chisels is 0.39 mass% or more and 0.41 mass% or less carbon, 0.20 mass% or more and 0.50 mass% or less silicon, and 0.60 mass% or more and 1.10 mass% or less Of manganese, 0.003 to 0.008 mass% of sulfur, 0.90 to 1.20 mass% of chromium, and 0.40 to 0.60 mass% of molybdenum And niobium of 0.01% by mass or more and 0.05% by mass or less, with the balance being iron and unavoidable 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 examined measures for improving the durability of the chisel. And in the chisel used under a severe environment, the present inventors noted that damage to the chisel due to breakage occurs in addition to wear and breakage due to contact with rock and the like. The breakage is a damage that chip near the tip of the chisel unlike a breakage that the chisel breaks due to an impact. A fracture is not an immediate failure of the chisel to be broken like a breakage, but it is substantially damaged similar to a sharp wear of the tip of the chisel. According to the study of the present inventors, in a chisel used under a severe environment, this fracture and wear become important factors in the damage of the chisel.
過酷な環境下で使用されるチゼルにおいては、岩盤等を破砕する際に、その先端部の温度が６００℃程度にまで上昇する。ここで、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。鋼の硬度は温度の上昇に伴って低下する。そのため、チゼルの摩耗は、６００℃程度の高温での硬度を上昇させることにより抑制することができる。一般に鋼の高温での硬度は、当該温度にて焼戻された鋼の常温での硬度と一対一の関係を有する。したがって、過酷な環境下で使用されるチゼルの材料の耐摩耗性は、高温（６００℃）での焼戻後の常温での硬度により評価することができる。 In a chisel used under a severe environment, the temperature of its tip rises to about 600 ° C. when crushing a rock or the like. Here, the wear resistance can be improved by increasing the hardness. The hardness of the steel decreases with increasing temperature. Therefore, the wear of the chisel can be suppressed by increasing the hardness at a high temperature of about 600.degree. In general, the hardness at high temperature of steel has a one-to-one relationship with the hardness at normal temperature of steel tempered at the temperature. Therefore, the wear resistance of the chisel material used under severe environments can be evaluated by the hardness at normal temperature after tempering at high temperature (600 ° C.).
一方、割損は、チゼルの衝撃値が低下する比較的低温において発生する。過酷な環境下において使用されるチゼルの割損は、使用の際に先端部が高温（６００℃程度の温度）になった後、一旦冷却され、その後再度使用される際に比較的温度の低い状態で発生する。したがって、過酷な環境下で使用されるチゼルの材料の耐割損性は、高温（６００℃）での焼戻後の常温での衝撃値により評価することができる。 On the other hand, breakage occurs at relatively low temperatures where the chisel impact value decreases. The damage of the chisel used under severe environments is relatively low when it is cooled once it is cooled and then used again after the tip becomes hot (temperature around 600 ° C) in use It occurs in the state. Therefore, the fracture resistance of the chisel material used under severe environments can be evaluated by the impact value at normal temperature after tempering at high temperature (600 ° C.).
つまり、本発明者らの検討によれば、高温（６００℃）での焼戻後の常温において高い硬度を維持しつつ衝撃値を向上させることで、過酷な環境下において使用される材料として好適なチゼル用鋼を得ることができる。 That is, according to the study of the present inventors, by improving the impact value while maintaining high hardness at normal temperature after tempering at high temperature (600 ° C.), it is suitable as a material used in a severe environment Chisel steel can be obtained.
この知見に基づき、本発明者らは、実際の使用環境においてチゼルに求められる耐摩耗性および耐割損性を考慮し、６００℃での焼戻後の常温での硬度３２ＨＲＣ以上、かつ衝撃値８０Ｊ／ｃｍ２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、クロム、モリブデンおよびニオブを上記組成に調整した鋼に対して焼入焼戻処理を実施し、使用環境を想定してさらに６００℃にて焼戻処理した状態において、常温での硬度を３２ＨＲＣ以上、かつ衝撃値を８０Ｊ／ｃｍ２以上とすることができる。このように、本発明のチゼル用鋼によれば、耐久性の向上を達成することができる。 Based on this finding, the present inventors considered the hardness and hardness of 32 HRC or more at normal temperature after tempering at 600 ° C., and the impact value, taking into consideration the wear resistance and fracture resistance required of the chisel in an actual use environment. The target value was set to 80 J / cm 2 or more. Then, the composition of the steel capable of achieving the target value was examined. As a result, it became clear that it was possible to achieve this target value by the steel having the above-mentioned component composition, and considered the present invention. That is, quenching and tempering treatment is performed on a steel in which carbon, silicon, manganese, sulfur, chromium, molybdenum and niobium are adjusted to the above composition, and tempering treatment is further performed at 600 ° C. in consideration of the use environment. The hardness at normal temperature can be 32 HRC or more, and the impact value can be 80 J / cm 2 or more. Thus, according to the steel for a chisel of the present invention, improvement in durability can be achieved.
上記チゼル用鋼においては、炭素の含有量の５倍と、珪素の含有量の３倍と、モリブデンの含有量との和から、マンガンの含有量の２倍と、硫黄の含有量の１０倍とを減じた値であるα値が１．７以上１．９以下であってもよい。これにより、高温焼戻後の硬度と衝撃値とを高いレベルで両立させることが可能となり、チゼルの耐久性を一層向上させることができる。 In the above chisel steel, from the sum of 5 times the carbon content, 3 times the silicon content, and the molybdenum content, twice the manganese content and 10 times the sulfur content The value of α, which is a value obtained by subtracting and may be 1.7 or more and 1.9 or less. As a result, it is possible to make the hardness after high temperature tempering and the impact value compatible at a high level, and the durability of the chisel can be further improved.
上記チゼル用鋼は、０．０１質量％以上０．０４質量％以下のチタンをさらに含有するものであってもよい。チタンを追加的に添加することにより、高温での焼戻後の衝撃値が向上し、チゼル用鋼の耐割損性を一層向上させることができる。 The steel for a chisel may further contain titanium of 0.01% by mass or more and 0.04% by mass or less. By additionally adding titanium, the impact value after tempering at high temperature can be improved, and the fracture resistance of the chisel steel 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、耐割損性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０．０４質量％以下のチタンも添加することが望ましい。 The steel for a 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 the element that lowers the fracture resistance. Boron combines with nitrogen in the steel to form a nitride. Therefore, in order to cause the added boron to function effectively, it is desirable to add 0.01 mass% or more and 0.04 mass% or less of titanium together with the boron.
上記チゼル用鋼において、リンの含有量は０．０１５質量％以下であってもよい。これにより、高温での焼戻後の衝撃値が向上し、チゼル用鋼の耐割損性を一層向上させることができる。 In the steel for a chisel, the content of phosphorus may be 0.015% by mass or less. Thereby, the impact value after tempering at high temperature is improved, and the fracture resistance of the steel for chisels can be further improved.
本発明に従ったチゼルは、０．３９質量％以上０．４１質量％以下の炭素と、０．２０質量％以上０．５０質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００３質量％以上０．００８質量％以下の硫黄と、０．９０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．４０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンと、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のニオブとを含有し、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 comprises 0.39% by mass or more and 0.41% by mass or less of carbon, 0.20% by mass or more and 0.50% by mass or less of silicon, and 0.60% by mass or more and 1.10% by mass. % Manganese, 0.003 mass% or more and 0.008 mass% or less sulfur, 0.90 mass% or more and 1.20 mass% or less chromium, and 0.40 mass% or more and 0.60 mass% or less And molybdenum of 0.01% by mass or more and 0.05% by mass or less, and the balance is composed of steel composed of iron and unavoidable impurities.
上記チゼルにおいて、上記鋼は、炭素の含有量の５倍と、珪素の含有量の３倍と、モリブデンの含有量との和から、マンガンの含有量の２倍と、硫黄の含有量の１０倍とを減じた値であるα値が１．７以上１．９以下であってもよい。これにより、高温焼戻後の硬度と衝撃値とを高いレベルで両立させることが可能となり、チゼルの耐久性を一層向上させることができる。 In the above chisel, the above steel has twice the content of manganese and 10% of the content of sulfur from the sum of 5 times the content of carbon, 3 times the content of silicon and the content of molybdenum. The α value which is a value obtained by subtracting the double factor may be 1.7 or more and 1.9 or less. As a result, it is possible to make the hardness after high temperature tempering and the impact value compatible at a high level, and the durability of the chisel can be further improved.
上記チゼルにおいて、上記鋼は、０．０１質量％以上０．０４質量％以下のチタン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 0.01 mass% or more and 0.04 mass% or less of titanium.
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 mass% or more and 0.005 mass% or less of boron.
上記チゼルにおいて、上記鋼のリンの含有量は０．０１５質量％以下であってもよい。 In the chisel, the content of phosphorus in the steel may be 0.015% by mass or less.
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、耐久性に優れたチゼルを提供することができる。 By employing the steel for a chisel according to the present invention as a material for forming a chisel, it is possible to achieve a balance between high wear resistance and high fracture resistance. As a result, a chisel having excellent durability can be provided.
上記チゼルにおいて、６００℃に加熱された後における室温での表面の硬度が３２ＨＲＣ以上であり、当該表面を含む領域の衝撃値が８０Ｊ／ｃｍ２以上であってもよい。これにより、耐久性に優れたチゼルを提供することができる。 In the chisel, the hardness of the surface at room temperature after heating to 600 ° C. may be 32 HRC or more, and the impact value of the region including the surface may be 80 J / cm 2 or more. Thereby, the chisel excellent in durability can be provided.
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 composition of steel to the said range is demonstrated.
炭素：０．３９質量％以上０．４１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、十分な耐摩耗性の確保に必要な高温での硬度を得ることが難しくなる。一方、炭素含有量が０．４１質量％を超えると靱性が低下し、十分な耐割損性の確保に必要な高温での衝撃値を得ることが難しくなる。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。
Carbon: 0.39% by Mass or More and 0.41% by Mass or Less Carbon is an element that greatly affects the hardness of the steel. When the carbon content is less than 0.39% by mass, it is difficult to obtain the hardness at a high temperature necessary to secure sufficient abrasion resistance. On the other hand, when the carbon content exceeds 0.41% by mass, the toughness is lowered, and it becomes difficult to obtain an impact value at a high temperature necessary for securing sufficient fracture resistance. Therefore, the carbon content needs to be in the above range.
珪素：０．２０質量％以上０．５０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０．２０質量％未満では、上記効果が十分に得られない。一方、珪素含有量が０．５０質量％を超えると、高温焼戻後の衝撃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。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０．４９質量％以下とすることが好ましい。一方、高温焼戻後の硬度の確保を容易にする観点から、珪素含有量は０．２６質量％以上とすることが好ましい。
Silicon: 0.20% by mass or more and 0.50% by mass or less In addition to the effects such as improvement of hardenability of steel, strengthening of matrix of steel, improvement of temper softening resistance, etc., silicon is removed in steelmaking process. It is an element having an acid effect. If the silicon content is less than 0.20% by mass, the above effects can not be sufficiently obtained. On the other hand, if the silicon content exceeds 0.50 mass%, the impact value after high temperature tempering tends to decrease. Therefore, the silicon content needs to be in the above range. Silicon is an element that significantly improves hardenability, and if added in excess, there is a risk that quench cracking may occur. The silicon content is preferably 0.49 mass% or less from the viewpoint of facilitating the avoidance of the quench cracking. On the other hand, the silicon content is preferably 0.26% by mass or more from the viewpoint of facilitating securing of hardness after high temperature tempering.
マンガン：０．６０質量％以上１．１０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。焼入処理においてチゼルの表面から芯部まで硬化可能とする観点から、マンガン含有量は０．６０質量％以上とする必要がある。一方、マンガン含有量が１．１０質量％を超えると、マンガンの粒界偏析が顕著となるおそれがあるため、マンガン含有量は１．１０質量％以下とする必要がある。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０．８０質量％以上とすることが好ましい。
Manganese: 0.60% by mass or more and 1.10% by mass or less Manganese is an element effective in improving the hardenability of steel and having a deoxidizing effect in the steel making process. From the viewpoint of making it possible to harden from the surface of the chisel to the core in the quenching treatment, the manganese content needs to be 0.60 mass% or more. On the other hand, if the manganese content exceeds 1.10% by mass, grain boundary segregation of manganese may be remarkable, so the manganese content needs to be 1.10% by mass or less. From the viewpoint of securing sufficient hardenability of steel, the manganese content is preferably 0.80 mass% or more.
硫黄：０．００３質量％以上０．００８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０．００３質量％未満とすると、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、硫黄含有量は高温焼戻後の衝撃値、すなわち耐割損性に大きく影響する。硫黄含有量が０．００８質量％を超えると、高温焼戻後の衝撃値を８０Ｊ／ｃｍ２以上とすることが困難となる。そのため、被削性のある程度の低下を許容して、硫黄含有量を０．００８質量％以下とする必要がある。硫黄含有量を０．００５質量％以下とすることにより、高温焼戻後の衝撃値を一層向上させることができる。
Sulfur: 0.003 mass% or more and 0.008 mass% or less Sulfur is an element which improves the machinability of steel. Sulfur is also an element to be mixed even if not intentionally added in the steelmaking process. If the sulfur content is less than 0.003% by mass, the production cost of steel increases. On the other hand, according to the study of the present inventors, in the component composition of the steel for a chisel according to the present invention, the sulfur content greatly affects the impact value after high temperature tempering, that is, the fracture resistance. When the sulfur content exceeds 0.008 mass%, it becomes difficult to make the impact value after high temperature tempering 80 J / cm 2 or more. Therefore, it is necessary to allow the sulfur content to be 0.008 mass% or less while allowing a certain reduction in the machinability. By setting the sulfur content to 0.005% by mass or less, the impact value after high temperature tempering can be further improved.
モリブデン：０．４０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０．４０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。モリブデン含有量を０．５０質量％以下とすることにより、鋼の製造コストを低減することができる。
Molybdenum: 0.40 mass% or more and 0.60 mass% or less Molybdenum improves hardenability and enhances temper softening resistance. Molybdenum also has the function of improving high temperature temper embrittlement. When the molybdenum content is less than 0.40% by mass, these effects are not sufficiently exhibited. On the other hand, when the molybdenum content exceeds 0.60 mass%, the above effect is saturated. Therefore, the molybdenum content needs to be in the above range. By making the molybdenum content 0.50 mass% or less, the manufacturing cost of the steel can be reduced.
クロム：０．９０質量％以上１．２０質量％以下
クロムは、鋼の焼入性を向上させる。焼入処理においてチゼルの表面から芯部まで硬化可能とする観点から、クロム含有量は０．９０質量％以上とする必要がある。一方、クロムを過剰に添加すると焼割れが生じるおそれがある。焼割れの発生を回避する観点から、クロム含有量は１．２０質量％以下とする必要がある。
Chromium: 0.90% by mass or more and 1.20% by mass or less Chromium improves the hardenability of the steel. From the viewpoint of making it possible to harden from the surface of the chisel to the core in the quenching treatment, the chromium content needs to be 0.90 mass% or more. On the other hand, if chromium is added in excess, there is a risk that burn cracking will occur. From the viewpoint of avoiding the occurrence of quenching cracks, the chromium content needs to be 1.20% by mass or less.
ニオブ：０．０１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するので、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０．０１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、添加量は上記範囲とすることが適切である。
Niobium: 0.01% by Mass or More and 0.05% by Mass or Less Niobium is effective for improving the strength and toughness of the steel and for grain refining. In particular, niobium is a very effective element for improving toughness because it significantly refines the steel grains by the combined addition with chromium and molybdenum. In order to ensure this effect, the niobium content is required to be 0.01% by mass or more. On the other hand, when the niobium content exceeds 0.05% by mass, crystallization of coarse eutectic NbC or a large amount of NbC formation causes a decrease in the amount of carbon in the matrix, so that the problem of a decrease in strength and a decrease in toughness Will occur. In addition, when the niobium content exceeds 0.05% by mass, the production cost of the steel also increases. Therefore, the addition amount is suitably in the above range.
チタン：０．０１質量％以上０．０４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０．０４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 0.04% by mass or less Titanium can be added as necessary for the purpose of improving the toughness of the steel. If the titanium content is less than 0.01% by mass, the effect of improving the toughness is small. On the other hand, when the titanium content exceeds 0.04% by mass, the toughness of the steel is rather deteriorated. Therefore, when adding titanium, it is appropriate to make addition amount into the said 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% by mass or more and 0.005% by mass or less Boron is an element that significantly improves the hardenability of steel. By adding boron, the amount of addition of other elements added for the purpose of improving hardenability can be reduced, and the manufacturing cost of steel can be reduced. Also, boron is more likely to segregate at prior austenite grain boundaries than phosphorus and sulfur, and in particular removes sulfur 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, when 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 adding boron, it is appropriate to make the addition amount into 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 apparent from the above description, according to the steel for chisels and chisels of the present invention, it is possible to provide steels and chisels for chisels capable of achieving the improvement of the 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 the 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 steel for a chisel according to the present embodiment can be used, for example, as a material constituting a chisel included in a hydraulic breaker as follows. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a hydraulic breaker. Referring to FIG. 1, the hydraulic breaker 1 in the present embodiment includes 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。
An
このようなチゼル１０が過酷な環境下で使用される場合、その先端１１Ａ付近の温度が６００℃程度にまで上昇する。このような環境で使用されるチゼル１０においては、上述のように、高温（６００℃）での焼戻後の硬度および衝撃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０．４１質量％以下の炭素と、０．２０質量％以上０．５０質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００３質量％以上０．００８質量％以下の硫黄と、０．９０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．４０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンと、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のニオブとを含有し、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。このような鋼から構成されることにより、本実施の形態におけるチゼル１０は、６００℃に加熱された後における室温での表面の硬度が３２ＨＲＣ以上であり、当該表面を含む領域の衝撃値が８０Ｊ／ｃｍ２以上となっている。そのため、本実施の形態におけるチゼル１０は、過酷な環境下における耐久性に優れている。
When such a
チゼル１０を構成するチゼル用鋼において、炭素の含有量の５倍と、珪素の含有量の３倍と、モリブデンの含有量との和から、マンガンの含有量の２倍と、硫黄の含有量の１０倍とを減じた値であるα値が１．７以上１．９以下であってもよい。これにより、高温焼戻後の硬度と衝撃値とを高いレベルで両立させることが可能となり、チゼル１０の耐久性を一層向上させることができる。
In the steel for
チゼル１０を構成するチゼル用鋼は、０．０１質量％以上０．０４質量％以下のチタンをさらに含有するものであってもよい。チタンを追加的に添加することにより、高温での焼戻後の衝撃値が向上し、チゼル１０の耐割損性を一層向上させることができる。
The steel for chisels which comprises the
チゼル１０を構成するチゼル用鋼は、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。硼素を追加的に添加することにより、耐割損性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。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０．０４質量％以下のチタンも添加することが望ましい。
The steel for chisels which comprises the
チゼル１０を構成するチゼル用鋼において、リンの含有量は０．０１５質量％以下とすることが好ましい。これにより、高温での焼戻後の衝撃値が向上し、チゼル用鋼の耐割損性を一層向上させることができる。
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 of 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), the steel material prepared in step (S10) is subjected to processing such as cutting. Thereby, the molded object which has a rough 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℃程度の温度に加熱された後、水冷または油冷され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 process can be carried out, for example, by water cooling or oil cooling after the formed body is heated to a temperature of about 870 ° C. in an atmosphere furnace.
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℃程度に加熱された後、空冷され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). At this process (S40), a tempering process is implemented with respect to the molded object which carried out the quenching process at the process (S30). The tempering treatment can be carried out, for example, by air cooling after the formed body is heated to about 200 ° C. in a heating furnace.
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 process is performed as a process (S50). In this step (S50), finishing treatments such as cutting, grinding, shot blasting, painting and the like are carried out as necessary for the formed body which has been subjected to the tempering treatment in the 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、先端部の温度が６００℃程度にまで上昇して焼戻されるような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。
As mentioned above, after processing steel materials which consist of steels for chisels which have the above-mentioned ingredient composition and producing a forming object and performing heat treatment, the chisel in this embodiment is carried out by carrying out finishing treatment if needed. You can get ten. The
過酷な環境下において使用されるチゼル用鋼に適した成分組成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 was conducted to confirm the component composition suitable for a chisel steel used under a severe environment. The procedure of the experiment 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。そして、各鋼材について８７０℃から急冷することにより焼入処理を実施した後、２００℃に加熱して焼戻処理を実施したサンプルを作製した。そして、チゼルの使用環境を想定して、各サンプルを６００℃に加熱して焼戻処理を実施した。得られた各サンプルについて、硬度および衝撃値を測定した。硬度はロックウェル硬度計により測定した。衝撃値は、シャルピー衝撃試験（試験片形状：長さ１００ｍｍ、一辺１３ｍｍの正方形断面、ノッチ深さ３ｍｍ、ノッチ角度６０°、ノッチ底曲率半径１．５ｍｍ）により測定した。 First, steel materials having component compositions shown in Table 1 below were prepared. Then, each steel material was quenched by quenching from 870 ° C., and then heated to 200 ° C. to produce a sample subjected to tempering treatment. And each sample was heated to 600 degreeC and the tempering process was implemented supposing the use environment of a chisel. The hardness and impact value were measured for each of the obtained samples. The hardness was measured by a Rockwell hardness tester. The impact value was measured by a Charpy impact test (specimen shape: 100 mm long, 13 mm long square cross section, notch depth 3 mm, notch angle 60 °, notch bottom radius of curvature 1.5 mm).
表１には、各鋼の炭素（Ｃ）、珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、硼素（Ｂ）の値が質量％の単位で記載されている。残部は鉄および不可避的不純物である。なお、リンは不可避的不純物であるが、衝撃値への影響が大きいことを考慮して、表中に表示した。また、表１には、上記実験の結果得られた硬度（ＨＲＣ）および衝撃値（単位：Ｊ／ｃｍ２）が記載されている。また、表１には、炭素の含有量の５倍と、珪素の含有量の３倍と、モリブデンの含有量との和から、マンガンの含有量の２倍と、硫黄の含有量の１０倍とを減じた値であるα値が、合わせて記載されている。表１の材料ＡおよびＢが本発明のチゼル用鋼（実施例）であり、材料Ｃ〜Ｉが本発明の範囲外の鋼（比較例）である。また、図３に各鋼から作製されたサンプルの硬度と衝撃値との関係を示す。図３において、横軸には６００℃での焼戻処理実施後の常温での硬度を示し、縦軸には６００℃での焼戻処理実施後の常温での衝撃値を示す。図３において、実施例のサンプルのデータ点は丸印で示され、比較例のサンプルのデータ点は四角印で示される。 Table 1 shows carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), molybdenum (Mo), niobium (Nb), titanium of each steel. The values of Ti) and boron (B) are described in units of mass%. The balance is iron and unavoidable impurities. Although phosphorus is an unavoidable impurity, it is indicated in the table in consideration of the large influence on the impact value. Table 1 also describes the hardness (HRC) and impact value (unit: J / cm 2 ) obtained as a result of the above experiment. In Table 1, from the sum of five times the carbon content, three times the silicon content, and the molybdenum content, twice the manganese content and ten times the sulfur content. The α value, which is a value obtained by subtracting and, is also described together. Materials A and B in Table 1 are steels for chisels of the present invention (examples), and materials C to I are steels outside the scope of the present invention (comparative examples). Further, FIG. 3 shows the relationship between the hardness and the impact value of the samples produced from each steel. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the hardness at normal temperature after tempering at 600 ° C., and the vertical axis indicates the impact value at normal temperature after tempering at 600 ° C. In FIG. 3, the data points of the samples of the example are indicated by circles, and the data points of the samples of the comparative example are indicated by squares.
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 not restrictive in any respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms 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 chisels and chisel steels according to the invention can be applied particularly advantageously as chisels and their materials 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。 Reference Signs List 1 hydraulic breaker, 10 chisels, 11 reduced diameter portion, 11A tip, 12 base portion, 12A proximal end flat portion, 12B recessed portion, 20 piston, 21 distal end side flat portion, 30 frame, 31 impact chamber, 32 oil chamber, 40 Control valve mechanism, 50 stopper pins.
Claims (11)
０．３９質量％以上０．４１質量％以下の炭素と、０．２０質量％以上０．５０質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．００３質量％以上０．００８質量％以下の硫黄と、０．９０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．４０質量％以上０．６０質量％以下のモリブデンと、０．０１質量％以上０．０５質量％以下のニオブとを含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる、チゼル用鋼。 A steel for a chisel to be used as a material constituting a chisel,
0.39 mass% or more and 0.41 mass% or less carbon, 0.20 mass% or more and 0.50 mass% or less silicon, 0.60 mass% or more and 1.10 mass% or less manganese, 0. 003 mass% to 0.008 mass% of sulfur, 0.90 mass% to 1.20 mass% of chromium, 0.40 mass% to 0.60 mass% of molybdenum, 0.01 mass A steel for a chisel, containing at least 0.05% by mass of niobium and the balance being iron and unavoidable impurities.
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