KR101691449B1 - 크롤러식 현가 부품용 스틸 및 크롤러 링크 - Google Patents

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Abstract

크롤러식 현가 부품용 스틸은, 예를 들면, 링크(9)를 구성하는 재료로서 사용되는 것으로서, 0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 규소와, 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하의 망간과, 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 니켈과, 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하의 크롬과, 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

Description

크롤러식 현가 부품용 스틸 및 크롤러 링크{STEEL FOR CRAWLER-TYPE SUSPENSION COMPONENT AND CRAWLER LINK}
본 발명은 크롤러식(crawler-type) 현가(懸架; suspension) 부품용 스틸 및 크롤러 링크에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 크롤러식 현가 부품을 구성하는 재료로서 사용되는 것에 의해 크롤러식 현가 부품의 내구성(耐久性)을 향상시키는 것이 가능한 크롤러식 현가 부품용 스틸, 및 상기 스틸(鋼)로 구성되는 크롤러 링크에 관한 것이다.
유압 셔블(hydraulic excavator), 불도저(bulldozer) 등의 크롤러식 작업 기계의 현가 부품에는, 높은 내구성이 요구된다. 구체적으로는, 상기 현가 부품은, 토사 등의 경질의 이물질이 침입하는 환경 하에서 다른 부품에 대하여 접촉하면서 상대적으로 움직이는 경우가 많다. 그러므로, 상기 현가 부품에는, 높은 내마모성이 요구된다. 내마모성을 향상시키기 위해서는, 부품의 경도(硬度)를 상승시키는 대책이 유효하다. 그러나, 단지 부품의 경도를 상승시켰을 경우, 부품을 구성하는 재료의 인성(靭性)이 저하되므로, 부품의 표면에 균열이나 박리(剝離)가 발생하여, 부품의 교환이 필요하게 되는 문제가 생긴다. 즉, 크롤러식 작업 기계의 현가 부품의 내구성을 향상시키기 위해서는, 높은 내마모성을 달성하면서, 내균열성 및 내박리성(耐剝離性)을 높은 레벨로 유지할 필요가 있다.
높은 경도와 높은 충격값을 양립 가능한 고경도(高硬度) 고인성(高靭性) 스틸로서는, 예를 들면, 600℃ 이상의 고온 템퍼링(tempering)에 의해 50 HRC 이상의 경도를 확보하면서, 샤르피 충격값(Charpy impact value)이 5 kgf·m 이상으로 되는 것을 지표로 하여, 합금 원소의 첨가량을 조정한 스틸이 제안되어 있다[예를 들면, 일본 공개특허 제2003―328078호 공보(특허 문헌 1) 참조].
일본 공개특허 제2003―328078호 공보
그러나, 상기 특허 문헌 1에 개시된 스틸을 크롤러식 작업 기계의 현가 부품에 적용해도, 내구성은 충분히는 향상되지 않는다. 더욱 상세하게 설명하면, 특허 문헌 1에 개시된 스틸에서는, 샤르피 충격값을 지표로 하여, 인성을 향상시키기 위한 성분 조성(組成)의 조정이 행해지고 있다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 크롤러식 작업 기계의 현가 부품의 샤르피 충격값을 향상시킨 경우라도, 상기 부품의 내박리성은 반드시 충분히 개선되지 않는다. 그 결과, 상기 특허 문헌 1에 개시된 스틸을 사용한 경우라도, 크롤러식 현가 부품의 내구성은 충분히는 향상되지 않는다.
본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은, 크롤러식 현가 부품의 내구성을 향상시키는 것이 가능한 크롤러식 현가 부품용 스틸, 및 상기 스틸로 구성되는 크롤러 링크를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 크롤러식 현가 부품을 구성하는 재료로서 사용된다. 이 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 규소와, 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하의 망간과, 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 니켈과, 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하의 크롬과, 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부(殘部)가 철 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
본 발명자들은, 크롤러식 현가 부품(크롤러식 주행 장치를 구성하는 부품)에 있어서 높은 내마모성과 높은 내박리성을 양립시키는 방책에 대하여 검토를 행하였다. 그 결과, 샤르피 충격값을 지표(指標)로 하는 것보다 인장(引張) 시험에서의 단면 수축(reduction of area)을 지표로 하여, 크롤러식 현가 부품을 구성하는 스틸의 성분 조성을 조정하는 것이, 내박리성 향상을 위해 유효하다는 것을 발견하였다. 이 지견에 기초하여, 본 발명자들은, 최근의 크롤러식 현가 부품에 요구되는 내마모성 및 내박리성을 고려하여, 적어도 상기 부품에 있어서 내마모성이 특히 요구되는 영역을 담금질(quenching) 템퍼링에 의해 경도 57 HRC 이상, 또한 단면 수축 40% 이상으로 하는 것을 목표값으로서 설정하였다. 그리고, 상기 목표값을 달성 가능한 스틸의 성분 조성을 검토했다. 그 결과, 상기 성분 조성을 가지는 스틸에 의해 이 목표값을 달성 가능한 것이 명백해져, 본 발명에 이르렀다. 즉, 탄소, 규소, 망간, 유황, 니켈, 크롬 및 몰리브덴을 상기 조성에 조정한 스틸에 대하여 담금질 템퍼링 처리를 행함으로써, 경도를 57 HRC 이상, 또한 단면 수축의 값을 40% 이상으로 할 수 있다. 이상과 같이, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 의하면, 크롤러식 현가 부품의 내구성을 향상시키는 것이 가능한 크롤러식 현가 부품용 스틸을 제공할 수 있다.
상기 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 0.05 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 바나듐, 0.005 질량% 이상 0.05 질량% 이하의 니오브, 0.01 질량% 이상 0.15 질량% 이하의 지르코늄, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄 및 0.1 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는 것이라도 된다. 이들 원소를 추가적으로 첨가함으로써, 단면 수축의 값이 용이하게 향상되어, 크롤러식 현가 부품의 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.
상기 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 붕소를 더 함유하는 것이라도 된다. 붕소는, 스틸의 담금질성을 향상시키는 원소이다. 붕소를 추가적으로 첨가함으로써, 단면 수축을 저하시키는 원소의 함유량을 억제하면서, 스틸에 충분한 담금질성을 부여할 수 있다. 그리고, 붕소는, 스틸 중의 질소와 결합하여 질화물을 형성한다. 그러므로, 첨가한 붕소를 유효하게 기능하게 하기 위해서는, 붕소와 함께, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄도 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 크롤러식 현가 부품용 스틸에 있어서는, 탄소의 함유량의 1/2과, 유황의 함유량의 4배와, 불가피적 불순물로서의 인의 함유량과의 합인 Ra의 값이 0.25 질량% 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 크롤러식 현가 부품의 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.
상기 크롤러식 현가 부품용 스틸에 있어서는, 상기 Ra의 값이 0.22 질량% 이상이라도 된다. 이로써, 크롤러식 현가 부품에 충분한 경도를 부여하면서 제조 비용을 저감할 수 있다.
상기 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 크롤러 링크를 구성하는 재료로서 사용되어도 된다. 높은 내마모성과 높은 내박리성과의 양립이 요구되는 크롤러 링크를 구성하는 재료로서, 상기 크롤러식 현가 부품용 스틸은 바람직하다. 특히, 최근의 크롤러식 현가에 있어서는, 회전 부싱(rotatable bushing)의 채용이 진행되어, 종래, 현가의 수명을 결정하고 있던 부싱의 수명이 길어져 있다. 그 결과, 크롤러 링크의 수명이 현가의 수명을 결정하는 경우도 많아져 있다. 회전 부싱이 채용된 현가의 크롤러 링크의 재료로서 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸을 채용함으로써, 크롤러식 현가의 장수명화를 기대할 수 있다.
본 발명에 따른 크롤러 링크는, 0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 규소와, 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하의 망간과, 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 니켈과, 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하의 크롬과, 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스틸로 되어 있다. 이 크롤러 링크는, 베이스 영역과, 답면(踏面)을 포함하도록 형성되고, 베이스 영역에 비해 높은 경도를 가지는 경화(硬化) 영역을 포함한다. 그리고, 경화 영역의, 경도는 57 HRC 이상, 단면 수축값은 40% 이상이다.
상기 크롤러 링크에 있어서, 상기 스틸은, 0.05 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 바나듐, 0.005 질량% 이상 0.05 질량% 이하의 니오브, 0.01 질량% 이상 0.15 질량% 이하의 지르코늄, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄 및 0.1 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는 것이라도 된다.
또한, 상기 크롤러 링크에 있어서, 상기 스틸은, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 붕소를 더 함유하는 것이라도 된다.
크롤러 링크를 구성하는 재료로서 상기 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸을 채용함으로써, 높은 내마모성과 높은 내박리성과의 양립을 달성할 수 있다. 그 결과, 우수한 내구성을 가지는 크롤러 링크를 제공할 수 있다.
상기 크롤러 링크에 있어서, 상기 스틸의, 탄소의 함유량의 1/2과, 유황의 함유량의 4배와, 불가피적 불순물로서의 인의 함유량과의 합인 Ra의 값은 0.25 질량% 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 크롤러 링크의 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.
상기 크롤러 링크에 있어서는, 상기 Ra의 값이 0.22 질량% 이상이라도 된다. 이로써, 크롤러 링크에 충분한 경도를 부여하면서 제조 비용을 저감할 수 있다.
상기 크롤러 링크에 있어서, 상기 베이스 영역의 경도는 30 HRC 이상 45 HRC 이하라도 된다. 이로써, 베이스 영역의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 스틸의 성분 조성을 상기 범위로 한정한 이유에 대하여 설명한다.
탄소: 0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하
탄소는, 스틸의 경도에 큰 영향을 미치는 원소이다. 탄소 함유량이 0.39 질량% 미만에서는, 담금질 템퍼링에 의해 경도를 57 HRC 이상으로 하는 것이 어려워진다. 한편, 탄소 함유량이 0.45 질량%를 넘으면, 단면 수축의 값을 40% 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 그러므로, 탄소 함유량은 상기 범위로 하는 것이 필요하다. 또한, 충분한 경도를 용이하게 확보하는 관점에서, 탄소 함유량은 0.40 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 충분한 단면 수축의 값을 용이하게 확보하는 관점에서, 탄소 함유량은 0.44 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
규소: 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하
규소는, 스틸의 담금질성의 향상, 스틸의 매트릭스의 강화, 템퍼링 연화(軟化) 저항성의 향상 등의 효과에 더하여, 제강 프로세스에 있어서는 탈산 효과를 가지는 원소이다. 규소 함유량이 0.2 질량% 이하에서는, 상기 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 규소 함유량이 1.0 질량%를 넘으면, 단면 수축의 값이 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 규소 함유량은 상기 범위로 하는 것이 필요하다. 또한, 규소는 현저하게 담금질성을 향상시키는 원소이며, 과잉으로 첨가하면 담금질 크랙(quenching crack)이 생길 우려가 있다. 담금질 크랙의 회피를 용이하게 하는 관점에서, 규소 함유량은 0.7 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
망간: 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하
망간은, 스틸의 담금질성의 향상에 유효한 동시에, 제강 프로세스에 있어서는 탈산 효과를 가지는 원소이다. 망간 함유량이 0.10 질량% 이하에서는, 상기 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 망간 함유량이 0.90 질량%를 넘으면, 담금질 경화 전의 경도가 상승하여, 가공성이 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 망간 함유량은 상기 범위로 하는 것이 필요하다. 또한, 스틸의 충분한 담금질성을 확보하는 관점에서, 망간 함유량은 0.40 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가공성을 중시하는 경우, 망간 함유량은 0.85 질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.80 질량% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
유황: 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하
유황은, 스틸의 피삭성(被削性; machinability)을 향상시키는 원소이다. 또한, 유황은, 제강 프로세스에 있어서 의도적으로 첨가하지 않아도 혼입되는 원소이기도 하다. 유황 함유량을 0.002 질량% 미만으로 하면, 피삭성이 저하되고, 또한 스틸의 제조 비용이 상승한다. 한편, 본 발명자들의 검토에 의하면, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸의 성분 조성에 있어서, 유황 함유량은 단면 수축의 값에 크게 영향을 준다. 그리고, 유황 함유량이 0.005 질량%를 넘으면, 단면 수축의 값을 40% 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 그러므로, 유황 함유량은 상기 범위로 하는 것이 필요하다. 또한, 유황 함유량을 0.004 질량% 이하로 함으로써, 크롤러식 현가 부품의 내박리성을 한층 향상시킬 수 있다.
니켈: 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하
니켈은, 스틸의 매트릭스의 인성(toughness)을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 니켈 함유량이 0.1 질량% 미만에서는, 이 효과가 발휘되지 않는다. 한편, 니켈 함유량이 3.0 질량%를 넘으면, 니켈이 스틸 중에 있어서 편석(偏析)하는 경향이 강해진다. 그 결과, 스틸의 기계적 성질이 불균일해지는 문제가 생길 수 있다. 그러므로, 니켈 함유량은 상기 범위로 할 필요가 있다. 또한, 니켈 함유량이 2.0 질량%를 넘으면, 인성의 향상이 완만하게 되는 한편, 스틸의 제조 비용이 높아진다. 이와 같은 관점에서, 니켈 함유량은, 2.0 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 57 HRC 이상의 경도를 가지는 스틸에 있어서, 스틸의 매트릭스의 인성을 향상시킨다는 효과를 충분히 발휘하게 하기 위해서는, 니켈 함유량은 1.0 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
크롬: 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하
크롬은, 스틸의 담금질성을 향상시키는 동시에, 템퍼링 연화 저항성을 높인다. 특히, 몰리브덴, 니오브, 바나듐 등과의 복합 첨가에 의해, 스틸의 템퍼링 연화 저항성을 현저하게 높인다. 크롬 함유량이 0.70 질량% 미만에서는, 이와 같은 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 또한, 크롬 함유량이 1.50 질량%를 넘으면, 템퍼링 연화 저항성의 향상이 완만하게 되는 한편, 스틸의 제조 비용이 높아진다. 그러므로, 크롬 함유량은 상기 범위로 할 필요가 있다.
몰리브덴: 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하
몰리브덴은, 담금질성을 향상시키고, 템퍼링 연화 저항성을 높인다. 또한, 몰리브덴은, 고온 템퍼링 취성(脆性; brittleness)을 개선하는 기능도 가지고 있다. 몰리브덴 함유량이 0.10 질량% 미만에서는, 이들 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 한편, 몰리브덴 함유량이 0.60 질량%를 넘으면, 상기 효과가 포화한다. 그러므로, 몰리브덴 함유량은 상기 범위로 할 필요가 있다.
바나듐: 0.05 질량% 이상 0.20 질량% 이하
바나듐은, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 있어서 필수적인 원소는 아니다. 그러나, 바나듐은, 미세한 탄화물을 형성하고, 결정(結晶) 입자의 미세화에 기여한다. 바나듐 함유량이 0.05 질량% 미만에서는, 이와 같은 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 바나듐 함유량이 0.20 질량%를 넘으면, 상기 효과는 포화한다. 또한, 바나듐은 비교적 고가의 원소이므로, 첨가량은 필요 최저한으로 하는 것이 바람직하다. 그러므로, 바나듐을 첨가하는 경우, 첨가량은 상기 범위로 하는 것이 적절하다.
니오브: 0.005 질량% 이상 0.05 질량% 이하
니오브는, 스틸의 강도 및 인성의 향상, 및 결정 입자 미세화에 대하여 유효하다. 특히, 니오브는 크롬, 몰리브덴과의 복합 첨가에 의해 현저하게 스틸의 결정 입자를 세립화하고, 템퍼링 연화 저항성을 현저하게 높이므로, 인성 개선에 극히 유효한 원소이다. 이 효과를 확보하기 위해서는, 니오브 함유량은 0.005 질량% 이상 필요하다. 한편, 니오브 함유량이 0.05 질량%를 넘으면, 러프한 공정(共晶) NbC의 정출(晶出)이나, 다량의 NbC 형성에 기인하여 매트릭스 중의 탄소량 저하를 초래하므로, 강도 저하나 인성 저하라는 문제가 생긴다. 또한, 니오브 함유량이 0.05 질량%를 넘으면, 스틸의 제조 비용도 높아진다. 그러므로, 니오브를 첨가하는 경우, 첨가량은 상기 범위로 하는 것이 적절하다. 또한, 강도 저하나 인성 저하의 문제를 더욱 확실하게 억제하고, 제조 비용을 저감하는 관점에서, 니오브 함유량은 0.04 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
지르코늄: 0.01 질량% 이상 0.15 질량% 이하
지르코늄은, 필수적인 원소는 아니지만, 스틸 중에 있어서 탄화물을 구상(球狀; ball shape) 세립화(細粒化)하여 분산시킴으로써, 스틸의 인성을 한층 개선하는 효과를 가진다. 특히, 고강도 스틸에 고인성을 부여하기 위해 첨가하는 것이 바람직하다. 지르코늄 함유량이 0.01 질량% 미만에서는, 그 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 지르코늄 함유량이 0.15 질량%를 넘으면, 오히려 스틸의 인성이 열화된다. 그러므로, 지르코늄을 첨가하는 경우, 첨가량은 상기 범위로 하는 것이 적절하다.
티탄: 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하
티탄은, 스틸의 인성을 개선할 목적으로 필요에 따라 첨가할 수 있다. 티탄 함유량이 0.01 질량% 미만에서는, 인성 개선의 효과가 적다. 한편, 티탄 함유량이 0.10 질량%를 넘으면, 오히려 스틸의 인성이 열화된다. 그러므로, 티탄을 첨가하는 경우, 첨가량은 상기 범위로 하는 것이 적절하다.
코발트: 0.1 질량% 이상 2.0 질량% 이하
코발트는, 필수적인 원소는 아니지만, 크롬, 몰리브덴 등의 카바이드 형성 원소의 매트릭스로의 고용도(固溶度)를 상승시키는 동시에, 스틸의 템퍼링 연화 저항성을 향상시킨다. 그러므로, 코발트의 첨가에 의해 탄화물의 미세화와 템퍼링 온도의 고온화를 달성하고, 그에 따라 스틸의 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 코발트 함유량이 0.1 질량% 미만에서는, 이와 같은 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 코발트는, 스틸의 담금질성을 저하시킨다. 또한, 코발트는 고가의 원소이므로, 다량의 첨가는 스틸의 제조 비용을 상승시킨다. 코발트 함유량이 2.0 질량%를 넘으면, 이와 같은 문제가 현저해진다. 그러므로, 코발트를 첨가하는 경우, 첨가량은 상기 범위로 하는 것이 적절하다.
붕소: 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하
붕소는, 스틸의 담금질성을 현저하게 향상시키는 원소이다. 붕소를 첨가함으로써, 담금질성 향상을 목적으로 하여 첨가하여 이루어지는 다른 원소의 첨가량을 저감하여, 스틸의 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 붕소는, 구오스테나이트 결정입계(結晶粒界)에 인 및 유황보다 편석하는 경향이 강하고, 특히 유황을 입계로부터 배출하여 입계 강도를 개선한다. 붕소 함유량이 0.001 질량% 이하에서는, 이와 같은 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 한편, 붕소 함유량이 0.005 질량%를 넘으면, 첨가된 붕소와 질소가 결합하여 BN이 형성되어, 스틸의 인성을 열화시킨다. 그러므로, 붕소를 첨가하는 경우, 첨가량은 상기 범위로 하는 것이 적절하다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 의하면, 크롤러식 현가 부품의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 크롤러 링크에 의하면, 내구성이 우수한 크롤러 링크를 제공할 수 있다.
도 1은 크롤러식 주행 장치의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 크롤러식의 구조의 일부를 나타낸 개략 사시도이다.
도 3은 크롤러식의 구조의 일부를 나타낸 개략 평면도이다.
도 4는 도 3의 선분 IV―IV에 따르는 개략 단면도(斷面圖)이다.
도 5는 크롤러 링크의 제조 단계의 개략을 나타낸 플로우차트이다.
도 6은 경도와 충격값과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 경도와 신장(elongation)과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8은 경도와 단면 수축과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9는 경도와 단면 수축과의 관계에 미치는 니켈 및 탄소의 함유량의 영향을 나타낸 도면이다.
도 10은 경도와 단면 수축과의 관계에 미치는 니켈, 탄소 및 코발트의 함유량의 영향을 나타낸 도면이다.
도 11은 경도와 단면 수축과의 관계에 미치는 니켈, 탄소 및 유황 등의 함유량의 영향을 나타낸 도면이다.
도 12는 Ra값과 단면 수축과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 13은 토사 마모 시험의 시험 결과를 나타낸 도면이다.
도 14는 충격 시험의 시험 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 그리고, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 반복하지 않는다.
본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 예를 들면, 다음과 같이, 크롤러식 주행 장치에 포함되는 크롤러 링크를 구성하는 재료로서 사용할 수 있다. 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 크롤러식 주행 장치(1)는, 예를 들면, 불도저 등의 작업 기계의 주행 장치로서, 크롤러(트랙이라고도 함)(2)와, 트랙 프레임(3)과, 아이들러(idler)(4)와, 스프로켓(sprocket)(5)과, 복수의(여기서는 7개의) 하측 전륜(轉輪)(10)과, 복수의(여기서는 2개의) 상측 전륜(11)을 구비하고 있다.
크롤러(2)는, 무단상(無端狀)으로 연결된 복수의 크롤러 링크(9)와, 각각의 크롤러 링크(9)에 대하여 고정된 크롤러판(track shoes)(6)을 포함하고 있다. 복수의 크롤러 링크(9)는, 외부 링크(7)와 내부 링크(8)를 포함하고 있다. 외부 링크(7)와 내부 링크(8)는, 교호적(交互的)으로 연결되어 있다. 그리고, 도 2를 참조하여, 각각의 크롤러판(6)은, 한 쌍의 외부 링크(7) 또는 한 쌍의 내부 링크(8)의 크롤러판 고정면에 고정되어 있다. 이로써, 외부 링크(7)와 내부 링크(8)가 교호적으로 배열되는 2개의 열이 형성되어 있다.
도 1을 참조하여, 트랙 프레임(3)에는, 아이들러(4)와, 복수의(여기서는 7개의) 하측 전륜(10)과, 복수의(여기서는 2개의) 상측 전륜(11)이, 각각의 축 주위로 회전 가능하게 장착되어 있다. 스프로켓(5)은, 트랙 프레임(3)의 한쪽의 단부(端部) 측에 배치되어 있다. 또한, 스프로켓(5)은, 엔진 등의 동력원에 접속되어 있고, 상기 동력원에 의해 구동되는 것에 의해, 축 주위로 회전한다. 스프로켓(5)의 외주면(外周面)에는, 직경 방향 외측으로 돌출하는 돌기부인 복수의 스프로켓 투스(sprocket tooth)(51)가 배치되어 있다. 각 스프로켓 투스(51)는, 크롤러(2)와 맞물린다. 그러므로, 스프로켓(5)의 회전은 크롤러(2)에 전달된다. 그 결과, 크롤러(2)는, 스프로켓(5)의 회전에 의해 구동되어 주위 방향으로 회전한다.
트랙 프레임(3)의 다른 쪽의 단부[스프로켓(5)이 배치되는 측과는 반대측의 단부]에는, 아이들러(4)가 장착되어 있다. 또한, 스프로켓(5)과 아이들러(4)에 끼워진 트랙 프레임(3)의 영역에는, 접지(接地) 측에 복수의 하측 전륜(10)이 장착되고, 접지 측과는 반대측에 복수의 상측 전륜(11)이 장착되어 있다. 아이들러(4), 하측 전륜(10) 및 상측 전륜(11)은, 외주면에 있어서 크롤러(2)의 내주면(內周面)에 접촉되고 있다. 그 결과, 스프로켓(5)의 회전에 의해 구동되는 크롤러(2)는, 아이들러(4), 스프로켓(5), 하측 전륜(10) 및 상측 전륜(11)에 안내되면서, 주위 방향으로 회전한다.
다음에, 크롤러(2)의 구조의 상세에 대하여 설명한다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 각각의 크롤러판(6)은, 외부 링크(7) 또는 내부 링크(8)에 대하여, 볼트(93) 및 너트(94)에 의해 체결되어 고정되어 있다. 인접하는 외부 링크(7)와 내부 링크(8)는, 크롤러(2)의 회전면에 수직인 방향에서 볼 때[도 3의 시점(視点)에서 볼 때] 이들의 일부끼리가 중첩되도록 배치되고, 연결핀(91) 및 부싱(92)에 의해 연결되어 있다.
보다 구체적으로는, 도 2∼도 4를 참조하여, 각 내부 링크(8)에는, 크롤러(2)의 회전면에 수직인 방향으로 관통하는 부싱공(85)이 2개씩 형성되어 있다. 이 2개의 부싱공(85) 중 한쪽의 부싱공(85)은, 내부 링크(8)에 있어서 길이 방향의 한쪽의 단부에 형성되고, 다른 쪽의 부싱공(85)은 다른 쪽의 단부에 형성되어 있다. 또한, 내부 링크(8)에 있어서 크롤러판(6)이 장착되는 측과는 반대측에는, 답면(87)이 설치되어 있다. 한편, 각 외부 링크(7)에는, 크롤러(2)의 회전면에 수직인 방향으로 관통하는 연결핀공(75)이 2개씩 형성되어 있다. 이 2개의 연결핀공(75) 중 한쪽의 연결핀공(75)은, 외부 링크(7)에 있어서 길이 방향의 한쪽의 단부에 형성되고, 다른 쪽의 연결핀공(75)은 다른 쪽의 단부에 형성되어 있다. 또한, 외부 링크(7)에 있어서 크롤러판(6)이 장착되는 측과는 반대측에는, 답면(77)이 설치되어 있다.
각각의 크롤러판(6)이 고정되는 한 쌍의 외부 링크(7)는, 크롤러(2)의 회전면에 수직인 방향에서 볼 때, 각각의 2개의 연결핀공(75)이 중첩되도록 배치된다. 마찬가지로, 각각의 크롤러판(6)이 고정되는 한 쌍의 내부 링크(8)는, 크롤러(2)의 회전면에 수직인 방향에서 볼 때, 각각의 2개의 부싱공(85)이 중첩되도록 배치된다. 또한, 인접하는 외부 링크(7)와 내부 링크(8)는, 크롤러(2)의 회전면에 수직인 방향에서 볼 때, 연결핀공(75)과 부싱공(85)이 중첩되도록 배치된다. 그리고, 연결핀(91)은, 도 4를 참조하여, 한쪽의 열을 구성하는 외부 링크(7)의 연결핀공(75), 한쪽의 열을 구성하는 내부 링크(8)의 부싱공(85), 다른 쪽의 열을 구성하는 내부 링크(8)의 부싱공(85) 및 다른 쪽의 열을 구성하는 외부 링크(7)의 연결핀공(75)을 관통하도록 배치된다. 연결핀(91)은, 연결핀공(75)에 압입(壓入)되고, 또한 그 양 단부가 외부 링크(7)의 보스부(boss)(76)에 있어서 코킹됨으로써, 한 쌍의 외부 링크(7)에 대하여 고정되어 있다.
도 4를 참조하여, 부싱(92)은, 한 쌍의 고정 부싱(92B)과, 한 쌍의 고정 부싱(92B)에 끼워져 배치되는 회전 부싱(92A)을 포함하고 있다. 회전 부싱(92A) 및 한 쌍의 고정 부싱(92B)은, 각각 축을 포함하는 영역에 관통공을 가지는 중공(中空) 원통형의 형상을 가지고 있다. 회전 부싱(92A) 및 한 쌍의 고정 부싱(92B)은, 축이 일치하도록 배치되어 있다. 회전 부싱(92A)과 고정 부싱(92B)과의 사이에는, 밀봉링(95)이 배치되어 있다. 고정 부싱(92B)은, 내부 링크(8)의 부싱공(85)에 끼워넣어짐으로써 고정되어 있다. 연결핀(91)은, 회전 부싱(92A) 및 한 쌍의 고정 부싱(92B)의 관통공을 관통하도록 배치되어 있다. 그 결과, 회전 부싱(92A)은, 연결핀(91)에 대하여 주위 방향으로 상대적으로 회동(回動)하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 도 4를 참조하여, 연결핀(91)의 축을 포함하는 영역에는, 축 방향으로 연장되고, 윤활유 등의 윤활제를 유지하는 윤활제 유지공(91A)이 형성되어 있다. 또한, 연결핀(91)에는, 직경 방향으로 연장되고, 외주면과 윤활제 유지공(91A)을 연결하는 윤활제 공급로(91B)가 형성되어 있다. 또한, 윤활제 유지공(91A)은, 연결핀(91)의 한쪽의 단면측(端面側)에 개구부를 가지고 있고, 상기 개구부에는 플러그(91C)가 끼워넣어져 있다. 윤활유 등의 윤활제는, 윤활제 유지공(91A)의 개구부로부터 윤활제 유지공(91A) 내에 공급되고, 그 후 개구부에 플러그(91C)가 끼워넣어짐으로써, 윤활제 유지공(91A) 내에 유지된다. 그리고, 윤활제 유지공(91A) 내의 윤활제는, 윤활제 공급로(91B)를 통하여 연결핀(91)의 외주면과 회전 부싱(92A)의 내주면과의 사이에 공급된다. 그 결과, 연결핀(91)의 외주면과 회전 부싱(92A)의 내주면과의 사이의 마찰이 경감되어 연결핀(91)의 외주면 및 회전 부싱(92A)의 내주면의 마모가 억제된다. 즉, 크롤러(2)는, 회전 부싱(92A)을 포함하는 상기 구조를 가지는 회전 부싱식 크롤러식이다.
크롤러식 주행 장치에 있어서 스프로켓의 회전이 크롤러식에 전달될 때는, 스프로켓 투스와 크롤러 링크에 장착된 부싱이 맞물린다. 여기서, 회전 부싱을 가지지 않는 종래의 크롤러식을 구비한 크롤러식 주행 장치에 있어서는, 스프로켓 투스와 부싱과의 맞물림의 결과, 부싱의 외주면이 마모되어, 크롤러식 주행 장치의 수명 또는 부품 교환 주기를 결정하는 경우가 많았었다. 한편, 회전 부싱식 크롤러식을 포함하는 본 실시형태에 있어서의 크롤러식 주행 장치(1)에서는, 스프로켓 투스(51)는, 연결핀(91)에 대하여 회동 가능한 회전 부싱(92A)과 맞물린다. 그러므로, 부싱(92)의 수명이 길게 되어 있다. 그 결과, 크롤러 링크(9)의 수명이, 크롤러식 주행 장치(1)의 수명 또는 부품 교환 주기를 결정하는 경우가 많아져 있다. 보다 구체적으로는, 외부 링크(7)의 답면(77)이나 내부 링크의 답면(87)의 마모가 크롤러식 주행 장치(1)의 수명 또는 부품 교환 주기를 결정하는 경우가 많다.
이에 대하여, 본 실시형태에 있어서의 크롤러식 주행 장치(1)에서는, 외부 링크(7) 및 내부 링크(8)를 구성하는 재료로서, 0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 규소와, 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하의 망간과, 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 니켈과, 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하의 크롬과, 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 크롤러식 현가 부품용 스틸이 채용되고 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 크롤러식 현가 부품용 스틸로 이루어지는 크롤러 링크(9)의 답면(77, 87)을 포함하는 영역이 부분적으로 담금질 경화 처리되는 것에 의해, 경도가 57 HRC 이상, 또한 단면 수축의 값이 40% 이상인 경화 영역(7A, 8A)으로 되어 있다. 이로써, 크롤러 링크(9)에 있어서 내마모성이 요구되는 영역인 답면(77, 87)을 포함하는 영역의 높은 내마모성이 달성되면서, 내박리성이 높은 레벨로 유지된다. 그 결과, 본 실시형태에 있어서의 크롤러 링크(9)는, 내구성이 우수한 것으로 되어 있다. 또한, 크롤러 링크(9)의 내구성이 향상되는 것에 의해, 회전 부싱식 크롤러식인 크롤러(2)를 포함하는 본 실시형태에 있어서의 크롤러식 주행 장치(1)의 내구성은, 한층 향상되어 있다. 또한, 크롤러 링크(9)의 경화 영역(7A, 8A) 이외의 영역인 베이스 영역으로서의 비경화 영역(7B, 8B)의 경도는, 30 HRC 이상 45 HRC 이하로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 크롤러 링크(9) 전체로서, 높은 내충격성을 확보할 수 있다.
또한, 크롤러 링크(9)를 구성하는 상기 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 0.05 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 바나듐, 0.005 질량% 이상 0.05 질량% 이하의 니오브, 0.01 질량% 이상 0.15 질량% 이하의 지르코늄, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄 및 0.1 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는 것이라도 된다. 이들 원소를 추가적으로 첨가함으로써, 단면 수축의 값이 용이하게 향상되어, 크롤러 링크(9)의 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한, 크롤러 링크(9)를 구성하는 상기 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 붕소를 더 함유하는 것이라도 된다. 이로써, 단면 수축을 저하시키는 원소의 함유량을 억제하면서, 스틸에 충분한 담금질성을 부여할 수 있다. 그리고, 붕소는, 스틸 중의 질소와 결합하여 질화물을 형성한다. 그러므로, 첨가한 붕소를 유효하게 기능하게 하기 위해서는, 붕소와 함께, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄도 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 크롤러 링크(9)를 구성하는 상기 크롤러식 현가 부품용 스틸에 있어서, 탄소의 함유량의 1/2과, 유황의 함유량의 4배와, 불가피적 불순물로서의 인의 함유량과의 합인 Ra의 값이 0.25 질량% 이하로 되도록, 스틸의 성분 조성이 조정되는 것이 바람직하다. 이로써, 크롤러 링크(9)의 내구성이 한층 향상된다.
다음에, 크롤러 링크(9)의 제조 방법의 일례에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 크롤러 링크(9)의 제조 방법에서는, 먼저 단계 S10에서 성형 단계가 실시된다. 이 단계 S10에서는, 상기 성분 조성을 가지는 강재(鋼材)가 준비되고, 상기 강재에 대하여 열간(熱間) 단조(鍛造), 핫 트리밍(hot trimming), 디버링(deburring) 등의 가공이 실시되는 것에 의해, 원하는 크롤러 링크(9)의 형상으로 성형된 성형체가 제작된다.
다음에, 단계 S20에서, 전체 담금질 단계가 실시된다. 이 단계 S20에서는, 상기 단계 S10에서 제작된 성형체의 전체가, 성형체를 구성하는 스틸의 A1 변태점(變態点; transformation point) 이상의 온도로 가열된 후, MS점 이하의 온도로 냉각됨으로써, 담금질 처리된다. 성형체의 가열은, 예를 들면, 분위기 노(atmospheric furnace)에 의해 실시할 수 있다.
다음에, 단계 S30에서, 제1 템퍼링 단계가 실시된다. 이 단계 S30에서는, 상기 단계 S20에서 담금질 처리된 성형체의 전체가, 성형체를 구성하는 스틸의 A1 변태점 미만의 온도로 가열된 후, 냉각되는 것에 의해 템퍼링 처리된다. 보다 구체적으로는, 성형체가, 예를 들면, 노 내에 있어서 500℃ 이상 650℃ 이하의 온도로 가열되고, 30분간 이상 300분간 이하의 시간 유지된 후, 냉각된다. 이로써, 성형체의 전체가, 예를 들면, 30 HRC 이상 45 HRC 이하의 경도로 조정된다. 그 결과, 성형체 전체가, 우수한 인성을 가지는 상태로 된다.
다음에, 답면(77, 87) 및 크롤러판 고정면의 가공이 행해진 후, 단계 S40에서 부분 담금질 단계가 실시된다. 이 단계 S40에서는, 단계 S30에 있어서 템퍼링 처리된 성형체의 일부, 구체적으로는 답면(77, 87)에 대응하는 영역을 포함하는 부분[경화 영역(7A, 8A)]이 A1 변태점 이상의 온도로 가열된 후, MS점 이하의 온도로 냉각됨으로써, 담금질 처리된다. 이 부분적인 담금질 처리는, 예를 들면, 고주파 담금질에 의해 실시할 수 있다.
다음에, 단계 S50에서 제2 템퍼링 단계가 실시된다. 이 단계 S50에서는, 단계 S40에서 부분적으로 담금질 처리된 성형체가, 성형체를 구성하는 스틸의 A1 변태점 미만의 온도로서, 또한 상기 단계 S30에서의 가열 온도보다 낮은 온도로 가열된 후, 냉각되는 것에 의해 템퍼링 처리된다. 보다 구체적으로는, 성형체가, 예를 들면, 노 내에 있어서 100℃ 이상 300℃ 이하의 온도로 가열되고, 1분간 이상 300분간 이하의 시간 유지된 후, 냉각된다. 이로써, 단계 S40에서 담금질 처리된 영역, 즉 답면(77, 87)에 대응하는 영역을 포함하는 부분인 경화 영역(7A, 8A)이, 57 HRC 이상 60 HRC 이하의 경도로 조정된다. 그 결과, 경화 영역(7A, 8A)의 경도를 57 HRC 이상, 또한 단면 수축의 값을 40% 이상으로 할 수 있다.
다음에, 단계 S60에서, 마무리 단계가 필요에 따라 실시된다. 이 단계 S60에서는, 상기 단계 S20∼S50의 열처리가 행해진 성형체에 대하여, 필요한 마무리 가공(fine―processing) 등이 실시된다. 이상의 프로세스에 의해, 본 실시형태에 있어서의 크롤러 링크(9)를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 상기 성분 조성을 가지는 크롤러식 현가 부품용 스틸로 이루어지는 강재를 가공하여 성형체를 제작하고, 상기 단계 S20∼S50의 열처리를 행함으로써, 답면(77, 87)을 포함하는 영역[경화 영역(7A, 8A)]에 있어서, 경도 57 HRC 이상, 및 단면 수축 40% 이상을 달성하고, 상기 영역에 있어서 내마모성 및 내박리성을 향상시킬 수 있다. 한편, 단계 S40에서 담금질 처리되지 않은 영역[비경화 영역(7B, 8B)]은, 단계 S30에서의 템퍼링 처리 후 상태를 유지하고 있다. 그러므로, 비경화 영역(7B, 8B)은 인성이 우수하다. 이와 같이, 상기 제조 프로세스에 의하면, 내구성이 우수한 크롤러 링크(9)를 제조할 수 있다.
그리고, 상기 실시형태에 있어서는, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸을 크롤러 링크에 적용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸의 용도는 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 예를 들면, 부싱, 하측 전륜, 스프로켓 투스 등, 높은 내마모성과 높은 내박리성을 양립하는 것이 요구되는 크롤러식 현가 부품을 구성하는 재료로서, 바람직하다.
실시예
(실시예 1)
크롤러식 현가 부품의 내마모성을 향상시키면서 내박리성을 높은 레벨로 유지하는 방책에 대하여, 검토하는 실험을 행하였다. 실험의 수순은 다음과 같다.
먼저, 이하의 표 1에 나타낸 성분 조성을 가지는 강재를 준비하였다. 표 1의 재료 A∼F 및 O∼Q가 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸(실시예)이며, 재료 G∼N은, 본 발명의 범위 밖의 스틸(비교예)이다.
[표 1]
Figure 112015095133359-pct00001
그리고, 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 I를 사용하여, 내박리성의 지표로 해야 할 재료 특성의 검토를 행하였다. 구체적으로는, 동일 조건 하에서 고주파 담금질 처리한 후, 템퍼링 온도를 조정함으로써, 경도가 상이한 인장 시험편 및 샤르피 충격 시험편을 준비하고, 시험을 실시하였다. 인장 시험편 및 샤르피 충격 시험편에는, 각각 JIS(Z) 2201(일본공업규격) 14A호 시험편(직경 φ6㎜) 및 JIS(Z) 2202(2㎜U 노치) 시험편을 채용하였다. 그리고, 시험의 결과 얻어진 경도와 충격값과의 관계, 경도와 신장과의 관계 및 경도와 단면 수축과의 관계를 조사하였다.
도 6을 참조하여, 충격값은 경도 54 HRC 부근에 있어서 극대(極大)로 되어 있고, 예를 들면, 경도 51 HRC의 경우보다 경도 56 HRC의 경우의 편이, 충격값이 높아져 있다. 한편, 크롤러 링크가 실제로 사용된 경우, 재료 I로 이루어지는 크롤러 링크에서는, 답면의 경도가 55 HRC 이상으로 되면, 답면에 박리가 발생하는 경우가 많다. 즉, 샤르피 충격값의 상승은, 내박리성의 향상에 직결되지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 샤르피 충격값을 내박리성의 지표로 하는 것은 적절하다고 할 수 없다
또한, 도 7을 참조하여, 인장 시험의 신장값은, 경도 50 HRC 이상의 범위에 있어서는 크게 변화하지 않는다. 그리고, 크롤러 링크의 답면에서의 박리 발생이 현저해지는 임계값인 경도 55 HRC 부근에 있어서도, 신장값은 크게 변화하고 있지 않다. 따라서, 인장 시험의 신장값도, 내박리성의 지표로서는 적절하다고 할 수는 없다.
한편, 도 8을 참조하여, 인장 시험의 단면 수축의 값은, 경도가 55 HRC를 넘으면 급격하게 저하되어 있다. 이로부터, 인장 시험의 단면 수축의 값은, 내박리성의 지표로서 적절하다고 할 수 있다. 그리고, 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 I로 이루어지는 크롤러 링크에서는, 경도 55 HRC 미만에 있어서 박리가 억제되어 있는 것을 고려하면, 단면 수축 40% 이상인 것을, 내박리성의 확보의 지표로 하여 설정할 수 있다. 이상의 검토 결과에 따라, 본 발명자들은, 내마모성을 향상시키면서 내박리성을 유지하는 관점에서, 경도 57 HRC 이상, 또한 단면 수축 40% 이상을, 목표값으로서 설정하였다. 그리고, 제조 프로세스의 조건 등의 불균일을 고려하면, 경도에 대해서는 58 HRC 이상을 확보하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기 재료 I에 대하여 인성 향상 효과를 가지는 Ni(니켈)의 첨가, 경도 상승 효과를 가지는 C(탄소)의 증량 외에, Mo(몰리브덴)나 Nb(니오브)의 함유량을 변화시킨 재료 J∼N에 대하여, 고주파 담금질 처리한 후, 템퍼링 온도를 조정함으로써 경도를 변화시킨 인장 시험편을 준비하고, 인장 시험을 행하였다. 시험편의 형상은, 상기와 같은 형상이다. 그리고, 경도와 단면 수축과의 관계를 조사하였다. 시험 결과를 도 9에 나타낸다.
도 9를 참조하여, 재료 I에 대하여 행한 상기 성분 조정에서는, 템퍼링 온도를 조정하여 경도를 변화시켜도, 경도 57 HRC 이상, 또한 단면 수축 40% 이상이라는 목표값을 달성하는 것은 곤란하다는 것이 확인되었다.
다음에, 상기 재료 I에 대하여 Ni의 첨가, 및 C(탄소)의 증량을 행하는 동시에, Co(코발트)를 첨가한 재료 G 및 H에 대해서도 동일한 조사를 행하였다. 시험 결과를 도 10에 나타낸다.
도 10을 참조하여, 재료 I에 대하여 행한 상기 성분 조정에 의해, 매우 좁은 범위에 있어서 상기 목표값이 달성되어 있다. 그러나, 실제의 크롤러식 현가 부품의 생산 프로세스에서의 스틸의 성분의 불균일이나 열처리 조건 등의 불균일을 고려하면, 상기 성분 조정만으로는, 원하는 특성을 크롤러식 현가 부품에 확실하게 부여하는 것은 용이하지 않다.
다음에, 상기 재료 I에 대하여 Ni의 첨가, 및 S(유황)의 저감을 행하는 동시에, C, B(붕소), V(바나듐), Zr(지르코늄) 및 Nb 등의 함유량을 조정한 재료 A∼F 및 O∼Q에 대해서도 동일한 조사를 행하였다. 시험 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11을 참조하여, 단면 수축값의 저감에는 S의 저감이 극히 유효한 것으로 하는 것을 알 수 있다. 그리고, 실시예인 재료 A∼F 및 O∼Q를 사용함으로써, 상기 목표값이 달성 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 도 11로부터, B, Nb, Ti, V, Zr, Co의 첨가가, 상기 목표값의 달성에 대하여 유효한 것으로 하는 것을 알 수 있다. 이상과 같이, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 의하면, 인장 시험의 단면 수축값을 높은 레벨로 유지하면서, 종래의 재료 I에 비해 경도를 상승시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 크롤러식 현가 부품의 내박리성을 높은 레벨로 유지하면서, 내마모성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 더욱 바람직한 경도인 경도 58 HRC 이상을 확보하면서, 단면 수축 40% 이상을 달성하기 위한 성분 조성에 대하여 검토했다. 구체적으로는, 표 1의 재료 A∼Q 중, 템퍼링 온도를 조정해도 경도 58 HRC 이상을 달성할 수 없었던 것을 제외하고 각 재료에 대하여, 탄소의 함유량의 1/2과, 유황의 함유량의 4배와, 불가피적 불순물로서의 인의 함유량과의 합인 Ra를 산출하였다. 즉, Ra는 이하의 식(1)에 의해 정의된다.
Ra= (1/2C)＋4 S＋P … (1)
그리고, Ra값과 템퍼링에 의해 경도 58 HRC로 조정한 경우의 단면 수축의 값과의 관계를 조사하였다. Ra값과 상기 단면 수축의 값과의 관계를 도 12에 나타낸다.
도 12를 참조하여, Ra값과 단면 수축의 값과의 사이에는 명확한 상관이 인정된다. 그리고, Ra 값을 0.25 질량% 이하로 함으로써, 경도 58 HRC로 조정한 경우의 단면 수축의 값을 40% 이상으로 하는 것이 가능하게 되어 있다. 이로부터, Ra 값이 0.25 질량% 이하로 되도록 스틸의 성분 조성을 조정하는 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다. 그리고, Ra 값을 0.22 질량% 미만으로 하는 것은, 예를 들면, C(탄소)의 양을 저감함으로써 달성할 수 있다. 그러나, 예를 들면, 0.39 질량% 미만에까지 C량을 저감하면, 충분한 경도를 얻는 것이 어려워진다. 한편, 충분한 경도를 확보 가능한 C량이 유지된 경우, Ra 값을 0.22 질량% 미만으로 하기 위해서는, S(유황) 및 불가피적 불순물인 P(인)의 양을 극히 낮은 수준에까지 저감할 필요가 있다. 이 경우, 스틸의 제조 비용이 높아진다. 이와 같이, 충분한 경도의 확보 및 제조 비용 저감의 관점에서, Ra값은 0.22 질량% 이상인 것이 바람직하다.
(실시예 2)
본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 대하여, 내마모성을 확인하는 실험을 행하였다. 실험의 수순은 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 상기 재료 A 및 B의 강재와 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 I의 강재를 준비하고, 고주파 담금질 처리 및 템퍼링 처리를 실시한 시험편을 준비하였다. 시험편의 형상은, 직경 60㎜, 높이 7㎜의 원반형이다. 이 시험편을 원반형의 형상을 가지는 상대재(경도 52 HRC)의 외주면에 면압 65 kg/㎟로 접촉시키면서, 상대 슬립(relative slip) 1.04, 회전수 320 rpm으로 주위 방향으로 회전시켰다. 이 때, 6호 규사를 45g/min의 비율로 투입함으로써 시험편과 상대재와의 사이에 토사(규사)를 공급하였다. 그리고, 소정 시간 경과 후에 시험편을 인출하고, 마모에 의해 감소한 중량(마모 중량)을 계측하였다. 도 13에 시험 결과를 나타낸다.
도 13에 있어서, 세로축은, 재료 A의 마모 중량을 1로 한 비율로 표현되어 있다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 A 및 B의 마모 중량과 종래의 재료인 재료 I의 마모 중량을 비교하면, 약 38%의 차이가 있다. 이로부터, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 비해 내마모성(내토사 마모성)이 우수한 것을 확인할 수 있다.
(실시예 3)
본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 대하여, 충격 특성을 확인하는 실험을 행하였다. 먼저, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 상기 재료 E, 및 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 I의 강재를 준비하고, 고주파 담금질 처리 및 템퍼링 처리를 실시한 시험편을 준비하였다. 이 때, 템퍼링 온도를 조정함으로써, 각각의 강재에 대하여 경도가 상이한 시험편을 제작하였다. 시험편으로서는, JIS(Z) 2202(2㎜U 노치) 충격 시험편을 채용하였다. 그리고, 제작된 시험편을 사용하여 샤르피 충격 시험을 실시하고, 경도와 충격값과의 관계를 조사하였다. 도 14에 시험 결과를 나타낸다.
도 14를 참조하여, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 E는, 경도가 약 3 HRC 상승하고 있음에도 불구하고, 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸인 재료 I와 동등한 충격값을 가지고 있다. 이로부터, 본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸에 의하면, 종래의 크롤러식 현가 부품용 스틸보다 우수한 충격 특성이 얻어지는 것을 확인할 수 있다.
이번 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서, 어떠한 면으로부터도 제한적인 것이 아니라고 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니고, 청구의 범위에 의해 규정되고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명의 크롤러식 현가 부품용 스틸은, 높은 내마모성과 높은 내박리성을 양립시키는 것이 요구되는 크롤러식 현가 부품을 구성하는 재료로서, 특히 유리하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 크롤러 링크는, 내구성의 향상이 요구되는 크롤러 링크에, 특히 유리하게 적용될 수 있다.
1; 크롤러식 주행 장치, 2; 크롤러식, 3; 트랙 프레임, 4; 아이들러, 5; 스프로켓, 6; 크롤러판, 7; 외부 링크, 7A; 경화 영역, 7B; 비경화 영역, 8; 내부 링크, 8A; 경화 영역, 8B; 비경화 영역, 9; 크롤러 링크, 10; 하측 전륜, 11; 상측 전륜, 51; 스프로켓 투스, 75; 연결핀공, 76; 보스부, 77; 답면, 85; 부싱공, 87; 답면, 91; 연결핀, 91A; 윤활제 유지공, 91B; 윤활제 공급로, 91C; 플러그, 92; 부싱, 92A; 회전 부싱, 92B; 고정 부싱, 93; 볼트, 94; 너트, 95; 밀봉링.

Claims (12)

  1. 크롤러식(crawler-type) 현가(懸架; suspension) 부품을 구성하는 재료로서 사용되는 크롤러식 현가 부품용 스틸(鋼)로서,
    0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 규소와, 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하의 망간과, 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 니켈과, 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하의 크롬과, 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부(殘部)가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는,
    크롤러식 현가 부품용 스틸.
  2. 제1항에 있어서,
    0.05 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 바나듐, 0.005 질량% 이상 0.05 질량% 이하의 니오브, 0.01 질량% 이상 0.15 질량% 이하의 지르코늄, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄 및 0.1 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는, 크롤러식 현가 부품용 스틸.
  3. 제1항에 있어서,
    0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 붕소를 더 함유하는, 크롤러식 현가 부품용 스틸.
  4. 제1항에 있어서,
    탄소의 함유량의 1/2과, 유황의 함유량의 4배와, 불가피적 불순물로서의 인의 함유량과의 합인 Ra의 값이 0.25 질량% 이하인, 크롤러식 현가 부품용 스틸.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 Ra의 값이 0.22 질량% 이상인, 크롤러식 현가 부품용 스틸.
  6. 제1항에 있어서,
    크롤러 링크를 구성하는 재료로서 사용되는, 크롤러식 현가 부품용 스틸.
  7. 0.39 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.2 질량% 이상 1.0 질량% 이하의 규소와, 0.10 질량% 이상 0.90 질량% 이하의 망간과, 0.002 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 0.1 질량% 이상 3.0 질량% 이하의 니켈과, 0.70 질량% 이상 1.50 질량% 이하의 크롬과, 0.10 질량% 이상 0.60 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 스틸로 이루어지고,
    베이스 영역;
    답면(踏面)을 포함하도록 형성되고, 상기 베이스 영역에 비해 높은 경도(硬度)를 가지는 경화 영역을 포함하고,
    상기 경화 영역의, 경도는 57 HRC 이상, 단면 수축값(reduction of area)은 40% 이상인,
    크롤러 링크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스틸은, 0.05 질량% 이상 0.20 질량% 이하의 바나듐, 0.005 질량% 이상 0.05 질량% 이하의 니오브, 0.01 질량% 이상 0.15 질량% 이하의 지르코늄, 0.01 질량% 이상 0.10 질량% 이하의 티탄 및 0.1 질량% 이상 2.0 질량% 이하의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 더 함유하는, 크롤러 링크.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스틸은, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 붕소를 더 함유하는, 크롤러 링크.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 스틸의, 탄소의 함유량의 1/2과, 유황의 함유량의 4배와, 불가피적 불순물로서의 인의 함유량과의 합인 Ra의 값이 0.25 질량% 이하인, 크롤러 링크.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 Ra의 값이 0.22 질량% 이상인, 크롤러 링크.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 영역의 경도는 30 HRC 이상 45 HRC 이하인, 크롤러 링크.
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