CN113166833B - 耐冲击磨损零件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

作为耐冲击磨损零件的松土器柄部(10)由硬度53HRC以上且57HRC以下的特定的成分组成的钢构成。该钢包含：母相，其包含马氏体相和残余奥氏体相；第一非金属粒，其分散于母相中，且包含从由MnS、TiCN及NbCN构成的组中选择的至少一种；该钢不包含M23C6碳化物。

Description

耐冲击磨损零件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种建筑机械及矿山机械中所使用的掘地工具(Ground EngagingTool)(以下记为GET)零件等接受反复冲击且与砂土接触而磨损的零件(耐冲击磨损零件)及其制造方法。
本申请基于2018年12月27日申请的日本申请第2018－243881号主张优先权，并引用该日本申请所记载的所有的记载内容。
背景技术
松土装置是推土机等作业车辆的后方附件，用于翻起砂土或岩盘。通过使作业机械在使装配于松土器柄部的前端的松土器铲尖贯入地面的状态下前进，能够进行松土作业。松土器柄部是松土装置的强度构件，同时是产生磨损及变形的耐冲击磨损零件。作为构成该松土器柄部的钢材，目前使用SCrB钢、JIS SNCM431H钢等，但需要耐久性更优异的材料。
为了提高耐冲击磨损零件的耐久性，需要对构成零件的材料赋予较高的耐磨损性和较高的耐力(强度)。但是，在仅使零件的强度上升的情况下，构成零件的材料的韧性降低，因此产生零件表面破裂、或零件折损而需要更换零件这一问题。即，为了提高耐冲击磨损零件的耐久性，需要实现材料的较高的耐力(强度)，且将延展性(韧性)维持在较高的水平。
作为构成建筑机械零件的钢材，提出了一种具有优异的耐久性的高韧性耐磨损性钢(例如，参照日本特开昭61－166954号公报(专利文献1))。另外，作为履带式行走零件用钢，提出了一种具有0.4质量％左右的碳含量且添加了各种合金元素的钢(例如，参照国际公开第2014/185337号(专利文献2))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61－166954号公报
专利文献2：国际公开第2014/185337号
发明内容
发明所要解决的技术问题
通过使用专利文献1及专利文献2中公开的钢制造耐冲击磨损零件，特别是制造GET零件，能够得到具有较高的强度的零件。另外，如果钢的0.2％耐力提高，则能够抑制例如松土器柄部上的与松土器铲尖接触的接触面的永久残余应变(塑性流动)。但是，在使用专利文献1所公开的钢材，制造例如壁厚为100mm、质量为1吨左右的大型松土器柄部的情况下，壁厚中心部的强度降低(淬火性不足)成为问题。另外，当使用专利文献2中公开的钢通过普通的制造工艺制造零件时，拉伸试验中的断面收缩率的值趋于较低。根据本发明人的研究，在拉伸试验中的断面收缩率的值较低的情况下，耐折损性降低。即，在使用专利文献2中公开的钢通过普通的制造工艺制造的耐冲击磨损零件中，要求进一步提高耐久性。
本发明的目的之一是提供耐久性优异的耐冲击磨损零件及其制造方法。
用于解决技术问题的手段
根据本发明的耐冲击磨损零件由硬度53HRC以上且57HRC以下的钢构成，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成。上述钢包含：母相，其包含马氏体相和残余奥氏体相；第一非金属粒，其分散于母相中，且包含从由MnS、TiCN及NbCN构成的组中选择的至少一种；上述钢不包含用M23C6(M为构成上述钢的金属元素)表示的碳化物。
根据本发明的耐冲击磨损零件的制造方法具备：准备由钢构成的钢材的工序，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成；对钢材进行热锻或热轧而得到成形体的工序；通过将成形体从945℃以上且1000℃以下的温度冷却至与上述钢的MS点对应的温度以下的温度，对整个成形体实施正火处理的工序；对实施了正火处理的成形体进行淬火硬化处理，之后将该成形体加热至150℃以上且250℃以下的温度，由此将成形体的硬度调整至53HRC以上且57HRC以下的工序。
发明效果
根据上述耐冲击磨损零件及其制造方法，能够提供耐久性优异的耐冲击磨损零件及其制造方法。
附图说明
图1是表示包含松土器柄部及松土器铲尖的松土装置的构造的概要图。
图2是表示松土器柄部与松土器铲尖的连接状态的概要立体图。
图3是表示松土器柄部的构造的概要剖视图。
图4是表示松土器柄部的制造工序的概要的流程图。
图5是表示钢的微观组织的光学显微镜照片。
图6是表示非金属粒的SEM照片。
图7是表示光学显微镜及SEM的观察结果和元素映射结果的图。
图8是表示存在于晶界的生成物的同定结果的图。
图9是表示加热温度和断面收缩率的关系的图。
具体实施方式
[实施方式的概要]
本申请的耐冲击磨损零件由硬度53HRC以上且57HRC以下的钢构成，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成。上述钢包含：母相，其包含马氏体相和残余奥氏体相；第一非金属粒，其分散于母相中，且包含从由MnS、TiCN及NbCN构成的组中选择的至少一种；上述钢不包含用M23C6(M为构成上述钢的金属元素)表示的碳化物。
上述耐冲击磨损零件中，上述钢还可以含有从由0.05质量％以上且0.20质量％以下的V、0.01质量％以上且0.15质量％以下的Zr及0.1质量％以上且2.0质量％以下的Co构成的组中选择的至少一种。
首先，对将构成本申请的耐冲击磨损零件的钢的成分组成限定于上述范围的理由进行说明。
碳(C)：0.41质量％以上且0.44质量％以下
碳是对钢的硬度有较大影响的元素。若碳含量低于0.41质量％，则通过淬火回火，难以使例如壁厚为100mm左右的部分的硬度为53HRC以上。另一方面，若碳含量超过0.44质量％，则断面收缩率的值降低，耐折损性降低。因此，碳含量需要设为上述范围。另外，从容易确保充分的硬度的观点来看，碳含量优选设为0.42质量％以上。
硅(Si)：0.2质量％以上且0.5质量％以下
硅是除了提高钢的淬火性、加强钢的母相、提高回火软化阻力性等效果之外，在制钢工艺中还具有脱氧效果的元素。若硅含量为0.2质量％以下，则无法充分得到上述效果。另一方面，若硅含量超过0.5质量％，则断面收缩率的值趋于降低。因此，硅含量需要设为上述范围。
锰(Mn)：0.2质量％以上且1.5质量％以下
锰是对提高钢的淬火性有效、并且在制钢工艺中具有脱氧效果的元素。若锰含量为0.2质量％以下，则无法充分得到上述效果。另一方面，若锰含量超过1.5质量％，则淬火硬化前的硬度上升，加工性趋于降低。另外，从确保钢的充分的淬火性的观点来看，锰含量优选设为0.4质量％以上。另外，在重视加工性的情况下，锰含量优选为0.9质量％以下，更优选设为0.8质量％以下。
硫(S)：0.0005质量％以上且0.0050质量％以下
硫是提高钢的被切削性的元素。另外，硫也是在制钢工艺中即使非有意地添加也会混入的元素。若将硫含量设为低于0.0005质量％，则被切削性降低，并且钢的制造成本上升。另一方面，根据本发明人的研究，在本申请的上述钢的成分组成中，硫含量大幅度影响断面收缩率的值。并且，若硫含量超过0.0050质量％，则断面收缩率的值降低，难以得到充分的耐折损性。因此，硫含量需要设为上述范围。另外，通过将硫含量设为0.0040质量％以下，能够进一步提高耐折损性。
镍(Ni)：0.6质量％以上且2.0质量％以下
镍是在提高钢的母相的韧性方面有效的元素。若镍含量低于0.6质量％，则无法充分发挥该效果。另一方面，若镍含量超过2.0质量％，则镍在钢中偏析的倾向变强。其结果，可能产生钢的机械性质不均匀这一问题。因此，镍含量需要设为上述范围。另外，若镍含量超过1.5质量％，则韧性的提高变缓，另一方面，钢的制造成本变高。从这种观点来看，镍含量优选设为1.5质量％以下。另一方面，在具有53HRC以上的硬度的钢中，为了充分发挥提高钢的母相的韧性这一效果，镍含量优选设为1.0质量％以上。
铬(Cr)：0.7质量％以上且1.5质量％以下
铬提高钢的淬火性，并且提高回火软化阻力性。特别是，通过与钼、铌、钒等的复合添加，钢的回火软化阻力性显著提高。若铬含量低于0.7质量％，则无法充分发挥这种效果。另外，若铬含量超过1.5质量％，则回火软化阻力性的提高变缓，另一方面，钢的制造成本变高。因此，铬含量需要设为上述范围。
钼(Mo)：0.1质量％以上且0.6质量％以下
钼提高钢的淬火性，且提高回火软化阻力性。另外，钼还具有改善高温回火脆性的功能。若钼含量低于0.1质量％，则无法充分发挥这些效果。另一方面，若钼含量超过0.6质量％，则上述效果饱和。因此，钼含量需要设为上述范围。
铌(Nb)：0.02质量％以上且0.03质量％以下
铌对钢的强度及韧性的提高有效。特别是，铌通过与铬、钼的复合添加而将钢的晶粒显著细粒化，因此其是对韧性改善极其有效的元素。为了确保这种效果，铌含量需要为0.02质量％以上。另一方面，若铌含量超过0.03质量％，则粗大的共晶NbC的析晶或大量的NbC形成会导致母相中的碳量降低，因此会产生强度降低及韧性降低这一问题。另外，若铌含量超过0.03质量％，则钢的制造成本也变高。因此，铌含量需要设为上述范围。
钛(Ti)：0.01质量％以上且0.04质量％以下
钛对钢的韧性的改善有效。另外，通过添加Ti，能够形成Ti(C，N)而使钢的晶粒微细化。若钛含量低于0.01质量％，则这种效果较小。另一方面，若钛含量超过0.04质量％，则钢的韧性反而可能劣化。因此，钛含量需要设为上述范围。
硼(B)：0.0005质量％以上且0.0030质量％以下
硼是显著提高钢的淬火性的元素。通过添加硼，能够降低以提高淬火性为目的而添加的其它元素的添加量，降低钢的制造成本。另外，硼在旧奥氏体晶界偏析的倾向比磷(P)及硫强，特别是会从粒界排出硫而改善粒界强度。若硼含量为0.0005质量％以下，则无法充分发挥这种效果。另一方面，若硼含量超过0.0030质量％，则钢的韧性可能降低。因此，硼含量需要设为上述范围。
氮(N)：20质量ppm以上且60质量ppm以下
氮除了与碳一起形成与Ti或Nb的碳氮化物而使晶粒微细化的情况之外，还可能使钢的韧性变差。因此，氮含量需要设为60质量ppm以下。另一方面，若将氮含量设为低于20质量ppm，则钢的制造成本上升。因此，氮含量需要设为上述范围。
钒(V)：0.05质量％以上且0.20质量％以下
钒不是必须的元素。但是，钒形成微细的碳化物，有助于晶粒的微细化。若钒含量低于0.05质量％，则无法充分得到这种效果。另一方面，若钒含量超过0.20质量％，则上述效果饱和。另外，钒是价格较高的元素，因此优选添加量设为必要最低限。因此，在添加钒的情况下，添加量设为上述范围是适当的。
锆(Zr)：0.01质量％以上且0.15质量％以下
锆不是必须的元素，但具有在钢中使碳化物进行球状细粒化而分散来进一步改善钢的韧性的效果。若锆含量低于0.01质量％，则无法充分得到该效果。另一方面，若锆含量超过0.15质量％，则钢的韧性反而可能劣化。因此，在添加锆的情况下，添加量设为上述范围是适当的。
钴(Co)：0.1质量％以上且2.0质量％以下
钴不是必须的元素，但它使铬、钼等碳化物形成元素向母相的固溶度上升，并且使钢的回火软化阻力性提高。因此，通过钴的添加而能够实现碳化物的微细化和回火温度的高温化，由此，能够提高钢的强度及韧性。若钴含量低于0.1质量％，则无法充分得到这种效果。另一方面，钴是价格较高的元素，因此大量添加会使钢的制造成本上升。若钴含量超过2.0质量％，则这种问题变得显著。因此，在添加钴的情况下，添加量设为上述范围是适当的。
不可避免的杂质
除了在制造工艺中有意添加的成分以外，作为不可避免的杂质，有时在钢中包含上述元素以外的元素。作为不可避免的杂质的磷(P)优选设为0.010质量％以下。作为不可避免的杂质的铜(Cu)优选为0.1质量％以下，更优选为0.05质量％以下。作为不可避免的杂质的铝(Al)优选设为0.04质量％以下。
本申请的耐冲击磨损零件由具有上述适当的成分组成的钢构成。而且，在本申请的耐冲击磨损零件中，在构成耐冲击磨损零件的钢中，不包含用M23C6表示的碳化物(M为构成钢的金属元素，主要是Cr及Mo中的至少任一方；下称“M23C6碳化物”)。
根据本发明人的研究，在采用具有上述适当的成分组成的钢作为构成耐冲击磨损零件的钢的情况下，当通过普通的制造工艺制造零件时，会在钢的晶界生成M23C6碳化物。当生成了M23C6碳化物时，在M23C6碳化物的周围的区域，Cr及Mo的含量降低。因此，该区域中的淬火性降低，形成贝氏体组织。由于在钢的组织中不仅包含马氏体组织，还包含脆弱的粒界M23C6碳化物、及其所引起的脆弱的粒界附近贝氏体组织，因此钢在拉伸试验中的断面收缩率的值变小。在钢的断面收缩率的值较低的情况下，由该钢构成的耐冲击磨损零件的耐折损性降低。
本发明人对用于提高耐冲击磨损零件的耐久性的方案进行了研究，结果得到如下见解：通过采用具有上述适当的成分组成的钢，并且从钢的组织排除M23C6碳化物，可得到提高耐折损性且耐久性优异的耐冲击磨损零件。在本申请的耐冲击磨损零件中，作为构成耐冲击磨损零件的钢，采用具有上述适当的成分组成的钢，并且在钢的组织中不包含M23C6碳化物。由此，本申请的耐冲击磨损零件成为耐久性优异的耐冲击磨损零件。
本申请中，所谓钢不包含M23C6碳化物的状态，是指在利用FE－SEM(场发射扫描电子显微镜)观察耐冲击磨损零件的截面，并将包含钢的晶界的80μm2的区域调查了10视场以上的情况下，未发现M23C6碳化物的状态。例如在通过上述方法发现了具有M23C6碳化物的可能性的生成物的情况下，可以通过在STEM(扫描透射电子显微镜)的明场图像中检测到生成物后确认该生成物的SAD(限制场衍射)图案来同定M23C6碳化物。
在上述耐冲击磨损零件中，母相的晶粒度编号可以为5以上且8以下。由此，容易对耐冲击磨损零件赋予优异的韧性。
在上述耐冲击磨损零件中，构成母相的马氏体相也可以是低温回火马氏体相。由此，容易对耐冲击磨损零件赋予优异的韧性。
注意，在本申请中，所谓低温回火马氏体相，是指由通过将经过淬火的钢在150℃以上且250℃以下的温度下进行回火而得到的(通过低温回火而得到的)组织构成的相。是否为低温回火马氏体相，能够通过调整该相的硬度、碳化物的析出状态等进行确认。
本申请的耐冲击磨损零件的制造方法具备：准备由钢构成的钢材的工序，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成；对钢材进行热锻或热轧而得到成形体的工序；通过将成形体从945℃以上且1000℃以下的温度冷却至与上述钢的MS点对应的温度以下的温度，对整个成形体实施正火处理的工序；对实施了正火处理的成形体进行淬火硬化处理，之后将该成形体加热至150℃以上且250℃以下的温度，由此将成形体的硬度调整至53HRC以上且57HRC以下的工序。
在上述耐冲击磨损零件的制造方法中，钢还可以含有从由0.05质量％以上且0.20质量％以下的V、0.01质量％以上且0.15质量％以下的Zr及0.1质量％以上且2.0质量％以下的Co构成的组中选择的至少一种。
在本申请的耐冲击磨损零件的制造方法中，在准备了由上述适当的成分组成的钢构成的钢材之后，对该钢材进行热锻或热轧而得到成形体。在该热锻或热轧后的冷却过程中，在钢的晶界生成M23C6碳化物。然后，在本申请的耐冲击磨损零件的制造方法中，通过将成形体从945℃以上且1000℃以下的温度冷却至与上述钢的MS点对应的温度以下的温度，对整个成形体实施正火处理。通过实施在加热至945℃以上的温度区域之后进行冷却的正火处理，先生成的M23C6碳化物固溶于钢的母相中而消失。然后，在实施了淬火硬化处理后，通过加热至150℃以上且250℃以下的温度，实施将钢的硬度调整成53HRC以上且57HRC以下的工序。由此，能够容易地制造由不包含M23C6碳化物的钢构成的本申请的耐冲击磨损零件。
[实施方式的具体例]
接着，参照附图说明本发明的耐冲击磨损零件的实施方式。在以下的附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记且省略其说明。
首先，参照图1～图3对本实施方式的作为耐冲击磨损零件的松土器柄部进行说明。图1是表示包含松土器柄部及松土器铲尖的松土装置的构造的概要图。图2是松土器柄部及松土器铲尖的分解立体图。图3是表示松土器柄部的构造的概要剖视图。
参照图1，本实施方式的松土装置1是装配于例如推土机的松土装置。松土装置1被装配于推土机的车身的后方(与设置刮板(排土板)的一侧相反的一侧)。松土装置1包含臂31、提升缸32、倾斜缸33、松土器支承部件34、松土器柄部10和松土器铲尖20。
臂31具有棒状的形状。臂31的一端部与设置于推土机的车身的托架(未图示)连接。臂31的另一端部与松土器支承部件34连接。松土器支承部件34可转动地连接于臂31的另一端部。
提升缸32及倾斜缸33的一端部与设置于推土机的车身的托架(未图示)连接。提升缸32及倾斜缸33的另一端部与松土器支承部件34连接。提升缸32及倾斜缸33是可沿长边方向伸缩的液压缸。松土器支承部件34可转动地连接于提升缸32及倾斜缸33的另一端部。在松土器支承部件34中与提升缸32连接的区域位于与臂31连接的区域和与倾斜缸33连接的区域之间。
参照图1及图2，松土器柄部10由钢构成。松土器柄部10包含作为长边方向的一端部的前端15和作为另一端部的基端14。松土器柄部10的包含前端的区域向接近推土机的车身的一侧弯曲。松土器柄部10的前端15和基端14之间的区域被松土器支承部件34支承。在松土器柄部10的前端15安装有松土器铲尖20。松土器支承部件34中与臂31连接的区域被配置于比与倾斜缸33连接的区域及与提升缸32连接的区域接近松土器铲尖20的位置。
在松土装置1中，松土器柄部10通过提升缸32的伸缩而进行升降。松土器柄部10通过倾斜缸33的伸缩而进行倾斜。通过在使松土器柄部10降下的状态下使松土器柄部10倾斜而使松土器铲尖20贯入地面G并使推土机的车身行进，从而翻起砂土或岩盘。
参照图1～图3，在松土器柄部10上形成有作为贯通孔的松土器柄部贯通孔11。在松土器铲尖20上形成有作为贯通孔的松土器铲尖贯通孔25。在向松土器柄部10上安装了松土器铲尖20的状态下，松土器铲尖贯通孔25和松土器柄部贯通孔11构成连续的贯通孔。通过向该连续的贯通孔中插入销51，松土器铲尖20被固定于松土器柄部10。
参照图3，在松土器铲尖20上形成有从基端23侧向前端21侧凹陷的凹部22。松土器柄部10具备：主体部12，其包含基端14；插入部13，其包含作为向凹部22中插入的一侧的端部的前端15。形成于松土器铲尖20的凹部22的底区域22A和松土器柄部10的前端15是不接触的。在凹部22的底区域22A和前端15之间存在空间29。
在本实施方式的松土装置1中，作为耐冲击磨损零件的松土器柄部10由硬度53HRC以上且57HRC以下的钢构成，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成。上述钢包含：母相，其包含马氏体相和残余奥氏体相；第一非金属粒，其分散于母相中，且包含从由MnS、TiCN及NbCN构成的组中选择的至少一种；上述钢不包含用M23C6(M为构成上述钢的金属元素)表示的碳化物。母相中所包含的残余奥氏体量例如为10体积％以下，优选为5体积％以下。
构成松土器柄部10的钢还可以含有从由0.05质量％以上且0.20质量％以下的V、0.01质量％以上且0.15质量％以下的Zr及0.1质量％以上且2.0质量％以下的Co构成的组中选择的至少一种。
本实施方式的作为耐冲击磨损零件的松土器柄部10采用具有上述适当的成分组成的钢作为原材料，并且在钢的组织中不包含M23C6碳化物。由此，本实施方式的作为耐冲击磨损零件的松土器柄部10成为耐久性优异的耐冲击磨损零件。
在松土器柄部10中，构成松土器柄部10的钢的母相的晶粒度编号(ASTM)优选为5以上且8以下。由此，容易对松土器柄部10赋予优异的韧性。
在松土器柄部10中，构成上述钢的母相的马氏体相优选为低温回火马氏体相。由此，容易对松土器柄部10赋予优异的韧性。
接着，参照图4对本实施方式的作为耐冲击磨损零件的松土器柄部10的制造方法的一个例子进行说明。在本实施方式的松土器柄部10的制造方法中，首先，作为工序(S10)，实施钢材准备工序。该工序(S10)中，准备由具有上述适当的成分组成的钢构成的钢材。
接着，作为工序(S20)，实施热加工工序。该工序(S20)中，对在工序(S10)中准备的钢材实施热锻或热轧和成形加工。由此，得到具有松土器柄部10的大致形状的成形体。热锻或热轧通过例如将在工序(S10)中准备的钢材加热至1200℃以上、例如1250℃来进行实施。在热锻或热轧后的冷却过程中，在钢的晶界形成M23C6碳化物。
接着，作为工序(S30)，实施正火工序。该工序(S30)中，对在工序(S20)中得到的成形体实施正火处理。具体而言，首先，在将成形体加热至945℃以上且1000℃以下的温度区域之后，从该温度区域冷却至与钢的MS点对应的温度以下的温度，这样，对整个成形体进行正火处理。通过实施在加热至945℃以上且1000℃以下的温度区域后进行冷却的正火处理，在工序(S20)中生成的M23C6碳化物固溶于钢的母相中而消失。
接着，作为工序(S40)，实施硬化处理工序。该工序(S40)中，首先，将在工序(S30)中进行了正火处理的成形体加热至例如840℃以上且920℃以下的温度区域后，从该温度区域冷却至钢的MS点以下的温度。这样，将整个成形体进行淬火硬化。钢的MS点以下的温度前的冷却都能够通过例如采用水或油作为冷却介质的水冷或油冷来实施。水冷或油冷持续至例如成形体的表面温度成为50℃以上且100℃以下的温度。然后，成形体在被加热至150℃以上且250℃以下的温度区域之后，冷却至室温(低温回火)。由此，将构成成形体的钢的硬度调整成53HRC以上且57HRC以下的范围。
接着，作为工序(S50)，根据需要实施精加工工序。该工序(S50)中，对实施工序(S10)～(S40)而得到的成形体实施必要的精加工等。通过以上的工艺，能够制造本实施方式的松土器柄部10。将得到的松土器柄部10和另行准备的松土器铲尖20组合，得到松土装置1。
根据本实施方式的松土器柄部10的制造方法，通过工序(S30)的正火处理使对由具有上述适当的成分组成的钢构成的钢材进行热锻或热轧而成形时沿钢的晶界生成的M23C6碳化物消失之后，在工序(S40)中实施硬化处理。这样，能够制造耐久性优异的耐冲击磨损零件即松土器柄部10。
实施例
使用包含由具有上述适当的成分组成的钢构成的钢材在内的四种钢材制作了与本申请的耐冲击磨损零件对应的试样，并进行了评价特性的实验。实验的步骤如下。
表1中示出了用于实验的钢的化学成分。表1中，各数值的单位为：质量％。钢材A具有与构成本发明的耐冲击磨损零件的钢对应的成分组成(实施例)。钢材B、钢材C及钢材D具有本发明的范围外的成分组成(比较例)。钢材B与SCrB430H对应，钢材C与JIS标准SNCM431H对应，钢材D与上述专利文献1所公开的钢对应。
【表1】
C Si Mn P S Ni Cr Mo Nb Ti Al B N Fe
A 0.43 0.30 0.40 0.008 0.004 1.29 0.99 0.48 0.03 0.02 0.033 0.0024 0.0035 Bal.
B 0.30 0.23 0.93 0.021 0.015 0.05 1.09 0.03 未测定 未测定 0.030 0.0017 未测定 Bal.
C 0.34 0.17 0.68 0.017 0.007 1.62 0.73 0.18 未测定 未测定 0.028 未测定 来测定 Bal.
D 0.41 0.30 0.47 0.010 0.007 0.03 0.96 0.50 0.03 0.02 0.044 0.0022 0.0051 Bal.
(与机械性质相关的实验)
使用表1的钢材，通过与上述实施方式的工序(S10)～(S40)同样的工艺制作了试样。利用得到的试样制作了拉伸试验片及夏氏冲击试验片(2mmU缺口)，并实施了拉伸试验、冲击试验及洛氏硬度测定。仅对钢材A(实施例)，利用X射线实施了残余奥氏体量的测定。表2中示出了试验结果。
【表2】
Figure BDA0003099631320000131
参照表2，若将实施例和比较例进行比较，则实施例与比较例相比维持了相同程度的断面收缩率的值，同时实现了较高的0.2％耐力、拉伸强度及冲击值。另外，实施例的钢材A与钢材D相比0.2％耐力相等，但拉伸强度大幅度提高。据此确认到，本申请的耐冲击磨损零件的耐久性优异。
(与钢组织相关的实验)
使用表1的钢材A(与本发明的实施例对应的钢材)，通过与上述实施方式同样的步骤制作了松土器柄部的样品。从该样品中选取了试验片。在对选取的试验片的表面进行研磨之后，利用硝酸乙醇溶液腐蚀了其表面，并利用光学显微镜观察了其微观组织。图5是表示钢的微观组织的光学显微镜照片。
参照图5，根据钢的微观组织可知，母相包含低温回火马氏体相。在本申请的耐冲击磨损零件中，允许一些(10体积％以下)残余奥氏体的存在。对于同样选取的试样，使用X射线测定了其残余奥氏体量，结果存在1～3体积％的残余奥氏体。据此确认到，钢的母相包含马氏体相和残余奥氏体相。
图6是表示通过SEM观察钢的组织，且通过EDX(能量色散X射线分析)对所发现的生成物进行分析的结果的照片。如图6所示，确认到在钢的母相中分散了1～20μm左右的大小的非金属粒(包含从由MnS、TiCN及NbCN构成的组中选择的至少一种的第一非金属粒)。
(与形成于晶界的碳化物相关的实验)
使用表1的钢材A(与本发明的实施例对应的钢材)，在实施至上述实施方式的工序(S20)(锻造温度为1250℃)之后，在不实施工序(S30)的情况下在工序(S40)中加热至870℃之后进行淬火处理，制作了试验片(维持淬火；试样A)。另外，同样在实施至工序(S20)之后，在工序(S30)中加热至970℃而实施正火处理，进一步在工序(S40)中加热至870℃后进行淬火处理，制作了试验片(维持淬火：试样B)。对于试样A及B，利用光学显微镜及SEM观察了微观组织，并且对于沿粒界存在的生成物，利用EDX实施了元素映射。图7中示出了实验结果。
参照图7可知，在省略了工序(S30)的试样A中，沿晶界存在Mo及Cr的碳化物。另外，在该碳化物的周边形成有贝氏体组织。该贝氏体组织的形成被认为是因为：上述碳化物的形成导致合金元素量局部降低，淬火性降低。另一方面，对于与本发明的耐冲击磨损零件对应的在工序(S30)中实施了加热温度970℃的正火的试样B，未发现上述那样的碳化物。根据以上的实验结果可知，在热加工时形成的上述碳化物虽然在870℃的淬火温度下有残余，但在970℃的正火温度下固溶而消失。
图8中示出了对于存在于试样A中的碳化物，通过在STEM的明场图像中检测到碳化物之后，确认该碳化物的SAD(限制场衍射)图案来进行同定的例子。如图8所示，可知碳化物为M23C6碳化物。即，确认到：在本申请的耐冲击磨损零件的制造方法中，热加工时形成的M23C6碳化物通过工序(S30)的正火时的加热而消失。
(与加热温度和断面收缩率的关系相关的实验)
使用表1的钢材A，在从各种温度骤冷而进行淬火硬化之后，实施高温退火，制作了试验片，并实施了拉伸试验。此时，使淬火时的加热温度变化，并调查了加热温度对拉伸试验的断面收缩率造成的影响。图9中示出了实验结果。
参照图9可知，通过将加热温度设为945℃以上，断面收缩率的值明确地上升。该945℃以上的温度区域同在与形成于晶界的碳化物有关的实验中看不到M23C6碳化物的温度区域一致。据此可知，可通过加热至945℃以上的温度区域而使在钢的晶界处生成的M23C6碳化物消失，提高断面收缩率的值。
注意，在上述实施方式中，作为本申请的耐冲击磨损零件的一个例子，对松土器柄部进行了说明，但本申请的耐冲击磨损零件能够应用于由硬度53HRC以上且57HRC以下的钢构成的各种耐冲击磨损零件、例如铲斗齿、铲斗转接器、铲斗护罩、松土器铲尖、保护器、切削刃、末端钻头、压碎器具的齿、链轮齿、弹簧、靴形板、靴形螺栓等。
本次公开的实施方式及实施例应理解为在所有方面均为示例，从任何方面来看都不是限制性的。本发明的范围不是由上述说明规定，而是由权利要求书规定，其包含与权利要求书同等的意义及范围内的所有变更。
附图标记说明
1 松土装置
10 松土器柄部
11 松土器柄部贯通孔
12 主体部
13 插入部
14 基端
15 前端
20 松土器铲尖
21 前端
22 凹部
22A 底区域
23 基端
25 松土器铲尖贯通孔
29 空间
31 臂
32 提升缸
33 倾斜缸
34 松土器支承部件
51 销

Claims (7)

1.一种耐冲击磨损零件，其中，该耐冲击磨损零件由硬度53HRC以上且57HRC以下的钢构成，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成，
所述钢包含：
母相，其包含马氏体相和残余奥氏体相；
第一非金属粒，其分散于所述母相中，且包含从由MnS、TiCN及NbCN构成的组中选择的至少一种；
所述钢不包含用M23C6表示的碳化物，所述M为构成所述钢的金属元素。
2.根据权利要求1所述的耐冲击磨损零件，其中，
所述钢还含有从由0.05质量％以上且0.20质量％以下的V、0.01质量％以上且0.15质量％以下的Zr及0.1质量％以上且2.0质量％以下的Co构成的组中选择的至少一种。
3.根据权利要求1所述的耐冲击磨损零件，其中，
所述母相的晶粒度编号为5以上且8以下。
4.根据权利要求2所述的耐冲击磨损零件，其中，
所述母相的晶粒度编号为5以上且8以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的耐冲击磨损零件，其中，
构成所述母相的马氏体相为低温回火马氏体相。
6.一种耐冲击磨损零件的制造方法，其中，具备：
准备由钢构成的钢材的工序，该钢含有0.41质量％以上且0.44质量％以下的C、0.2质量％以上且0.5质量％以下的Si、0.2质量％以上且1.5质量％以下的Mn、0.0005质量％以上且0.0050质量％以下的S、0.6质量％以上且2.0质量％以下的Ni、0.7质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.1质量％以上且0.6质量％以下的Mo、0.02质量％以上且0.03质量％以下的Nb、0.01质量％以上且0.04质量％以下的Ti、0.0005质量％以上且0.0030质量％以下的B和20质量ppm以上且60质量ppm以下的N，且余部由铁及不可避免的杂质构成；
对所述钢材进行热锻或热轧而得到成形体的工序；
通过将所述成形体从945℃以上且1000℃以下的温度冷却至与所述钢的MS点对应的温度以下的温度，对整个所述成形体实施正火处理，由此不包含用M23C6表示的碳化物的工序，所述M为构成所述钢的金属元素；
对实施了正火处理的所述成形体进行淬火硬化处理，之后将该成形体加热至150℃以上且250℃以下的温度，由此将所述成形体的硬度调整至53HRC以上且57HRC以下的工序。
7.根据权利要求6所述的耐冲击磨损零件的制造方法，其中，
所述钢还含有从由0.05质量％以上且0.20质量％以下的V、0.01质量％以上且0.15质量％以下的Zr及0.1质量％以上且2.0质量％以下的Co构成的组中选择的至少一种。
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