JP5268225B2 - 建設機械下部走行体のローラーシェルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、建設機械下部走行体のローラーシェルの鍛造直接焼入れ焼もどし方法に関する。
従来、建設機械下部走行体のローラーシェル（特開２００４−２３０９０７号公報）は、図１の破線に示すように、以下の工程にしたがって製造されていた。
（ｉ）粗材を加熱後、熱間鍛造を行い、ローラーシェル形状の素材とする。
（ii）前記ローラーシェル形状の素材に、耐摩耗性および靭性を付与すべく、下記のいずれかの仕様の熱処理を施す。
（ii−１）(a) 全体加熱焼入れ→(b) 全体加熱高温焼もどし→(c) 外周部の高周波誘 導加熱焼入れ→(d) 全体加熱低温焼もどし
ここで、(a) と(b) をあわせて、素地調質という。
（ii−２）全体加熱焼入れ→全体加熱低温焼もどし
（ｉ）粗材を加熱後、熱間鍛造を行い、ローラーシェル形状の素材とする。
（ii）前記ローラーシェル形状の素材に、耐摩耗性および靭性を付与すべく、下記のいずれかの仕様の熱処理を施す。
（ii−１）(a) 全体加熱焼入れ→(b) 全体加熱高温焼もどし→(c) 外周部の高周波誘 導加熱焼入れ→(d) 全体加熱低温焼もどし
ここで、(a) と(b) をあわせて、素地調質という。
（ii−２）全体加熱焼入れ→全体加熱低温焼もどし
上記製造工程において必要とされる加熱炉の数はつぎの通りである。
（ｉ）鍛造−−−炉×１（炉×ｎは加熱炉がｎ個必要であることを示す、以下、同じ）
（ii）熱処理
（ii−１）の仕様の熱処理の場合
全体加熱焼入れ・全体加熱高温焼もどしに炉×２
高周波加熱のための電源×１、および全体加熱低温焼もどしに炉×１
（ii−２）の仕様の熱処理の場合
全体加熱焼入れ・全体加熱低温焼もどしに炉×２
特開２００４−２３０９０７号公報
（ｉ）鍛造−−−炉×１（炉×ｎは加熱炉がｎ個必要であることを示す、以下、同じ）
（ii）熱処理
（ii−１）の仕様の熱処理の場合
全体加熱焼入れ・全体加熱高温焼もどしに炉×２
高周波加熱のための電源×１、および全体加熱低温焼もどしに炉×１
（ii−２）の仕様の熱処理の場合
全体加熱焼入れ・全体加熱低温焼もどしに炉×２
従来の方法では、粗材を加熱し鍛造してローラーシェル形状の素材にした後、放冷し、常温になっているローラーシェル形状の素材を再加熱して焼入れし、焼入れ冷却後常温になっているローラーシェル形状の素材を再々加熱して焼もどしを行っているので、鍛造用の加熱炉、焼入れ加熱炉、焼もどし加熱炉が、それぞれ、必要になる。素地調質を行う場合は、素地調質のための焼入れ、焼もどしに、それぞれ、さらに炉が必要となる。その結果、設備が膨大になり、設備費が大となる。
本発明の目的は、従来に比べて、炉の数を低減できるローラーシェルの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（イ）重量％で、０．２８〜０．５０％Ｃ、０．１〜１．８％Ｓｉ、０．３〜１．８％Ｍｎ、０〜０．０３５％Ｐ、０〜０．０３５％Ｓ、０〜０．２５％Ｎｉ、０〜１．０％Ｃｒ、０〜１．０％Ｍｏ、０〜０．３５％Ｃｕ、０．０００５〜０．００４０％Ｂ、０．０１０〜０．０８０％Ａｌ、０．０１０〜０．０６０％Ｔｉを含む中炭素合金鋼からなり、かつ、焼入れおよび焼もどしの熱処理を施して実用に供される、軸方向に２分割して２ピースに作製したローラーシェルの粗材を、
（ロ）軸方向に２分割されたまま熱間鍛造してローラーシェルの素材とし、
（ハ）軸方向に２分割されたまま前記熱間鍛造の熱を利用して前記素材に焼入れを施して前記素材の表面部の金属組織を中炭素マルテンサイトとし、
（ニ）軸方向に２分割されたまま前記焼入れの冷却を途中で停止して前記素材の芯部の、前記熱間鍛造の高温の熱を前記素材の表面部に熱伝導させその熱を利用することにより前記素材の表面部に低温焼もどしを施して前記素材の表面部の金属組織を中炭素マルテンサイトから低炭素マルテンサイトと炭化物の混合組織とし、
（ホ）熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、前記素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとする、
（ヘ）建設機械下部走行体のローラーシェルの製造方法。
（イ）重量％で、０．２８〜０．５０％Ｃ、０．１〜１．８％Ｓｉ、０．３〜１．８％Ｍｎ、０〜０．０３５％Ｐ、０〜０．０３５％Ｓ、０〜０．２５％Ｎｉ、０〜１．０％Ｃｒ、０〜１．０％Ｍｏ、０〜０．３５％Ｃｕ、０．０００５〜０．００４０％Ｂ、０．０１０〜０．０８０％Ａｌ、０．０１０〜０．０６０％Ｔｉを含む中炭素合金鋼からなり、かつ、焼入れおよび焼もどしの熱処理を施して実用に供される、軸方向に２分割して２ピースに作製したローラーシェルの粗材を、
（ロ）軸方向に２分割されたまま熱間鍛造してローラーシェルの素材とし、
（ハ）軸方向に２分割されたまま前記熱間鍛造の熱を利用して前記素材に焼入れを施して前記素材の表面部の金属組織を中炭素マルテンサイトとし、
（ニ）軸方向に２分割されたまま前記焼入れの冷却を途中で停止して前記素材の芯部の、前記熱間鍛造の高温の熱を前記素材の表面部に熱伝導させその熱を利用することにより前記素材の表面部に低温焼もどしを施して前記素材の表面部の金属組織を中炭素マルテンサイトから低炭素マルテンサイトと炭化物の混合組織とし、
（ホ）熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、前記素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとする、
（ヘ）建設機械下部走行体のローラーシェルの製造方法。
本発明のローラーシェルの製造方法によれば、重量％で、０．２８〜０．５０％Ｃ、０．１〜１．８％Ｓｉ、０．３〜１．８％Ｍｎ、０〜０．０３５％Ｐ、０〜０．０３５％Ｓ、０〜０．２５％Ｎｉ、０〜１．０％Ｃｒ、０〜１．０％Ｍｏ、０〜０．３５％Ｃｕ、０．０００５〜０．００４０％Ｂ、０．０１０〜０．０８０％Ａｌ、０．０１０〜０．０６０％Ｔｉを含む中炭素合金鋼からなり、かつ、焼入れおよび焼もどしの熱処理を施して実用に供される粗材を用いたので、その後の熱間鍛造工程および熱処理工程によって、硬さ、強度、および靱性にすぐれたローラーシェルが得られる。
また、熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、２ピースの素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとするので、「熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし」が可能になる。
すなわち、熱間鍛造の熱を利用して、その直後に焼入れを行う（これを「鍛造直接焼入れ」という）ので、焼入れの炉が不要である。さらに、焼入れの冷却を途中で停止して、前記熱間鍛造の熱を利用して、低温焼もどしと同じ効果を得るようにする（これを「自己焼もどし」という）ので、低温焼もどしの炉が不要である。したがって、炉としては鍛造の加熱炉が１つあれば足りることになる。その結果、従来の（ii−１）の熱処理方法で必要であった素地調質のための焼入れ、焼もどし炉×２、全体加熱低温焼もどしのための焼もどし炉×１が不要となり、一方、従来の（ii−２）の熱処理方法で必要であった全体加熱焼入れ・全体加熱低温焼もどしのための炉×２が不要となり、従来に比べて、炉の数が低減し、かつ、設備費用が大幅に削減される。
また、熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、２ピースの素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとするので、「熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし」が可能になる。
すなわち、熱間鍛造の熱を利用して、その直後に焼入れを行う（これを「鍛造直接焼入れ」という）ので、焼入れの炉が不要である。さらに、焼入れの冷却を途中で停止して、前記熱間鍛造の熱を利用して、低温焼もどしと同じ効果を得るようにする（これを「自己焼もどし」という）ので、低温焼もどしの炉が不要である。したがって、炉としては鍛造の加熱炉が１つあれば足りることになる。その結果、従来の（ii−１）の熱処理方法で必要であった素地調質のための焼入れ、焼もどし炉×２、全体加熱低温焼もどしのための焼もどし炉×１が不要となり、一方、従来の（ii−２）の熱処理方法で必要であった全体加熱焼入れ・全体加熱低温焼もどしのための炉×２が不要となり、従来に比べて、炉の数が低減し、かつ、設備費用が大幅に削減される。
以下に、本発明のローラーシェルの製造方法を図１〜図４を参照して説明する。
建設機械の足回りは、図３、図４に示すように、履帯１上をローラー２（ローラーは、別名、ローラーシェル、ローラともいう、トラックローラー２ａ、キャリアローラー２ｂを含む）が転動し、ローラーシェル２はトラックフレーム３にブラケット４、シャフト５を介して回転可能に支持されており、履帯１はトラックフレーム３に支持されたスプロケット６によって駆動される構造を有している。履帯１は、シュー７を固定したリンク８がピン・ブッシュ９によって帯状に連結されたものからなり、ローラーシェル２はブラケット４に固定されたシャフト５に軸受け１０を介して回転可能に支持されている。ローラーシェル２はリンク８上を転動する。ローラーシェル２の外周面はリンク８に荷重をもって転動するため、表面部は強度と硬さが必要であり、芯部は靱性が必要である。
本発明では、建設機械の足回りのローラーシェル２は、つぎの工程にしたがって製造される。図１は、各工程での素材（軸方向に２分割されたローラーシェル（「ローラーシェル」は「ローラーシェル形状」といってもよい。以下、同じ）の素材）の温度を示している。
（ｉ）重量％で、０．２８〜０．５０％Ｃ、０．１〜１．８％Ｓｉ、０．３〜１．８％Ｍｎ、０〜０．０３５％Ｐ、０〜０．０３５％Ｓ、０〜０．２５％Ｎｉ、０〜１．０％Ｃｒ、０〜１．０％Ｍｏ、０〜０．３５％Ｃｕ、０．０００５〜０．００４０％Ｂ、０．０１０〜０．０８０％Ａｌ、０．０１０〜０．０６０％Ｔｉを含む中炭素合金鋼からなり、かつ、焼入れおよび焼もどしの熱処理を施して実用に供される粗材を選定し、造形を目的として、粗材を加熱後、熱間鍛造を行い、軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材とする。
鍛造加熱温度は約１２００℃である。
素材の成分（重量％）は、以下の通りである。
Ｃ：０．２８〜０．５０
Ｓｉ：０．１〜１．８
Ｍｎ：０．３〜１．８
Ｐ：０〜０．０３５
Ｓ：０〜０．０３５
Ｎｉ：０〜０．２５
Ｃｒ：０〜１．０
Ｍｏ：０〜１．０
Ｃｕ：０〜０．３５
Ｂ：０．０００５〜０．００４０
Ａｌ：０．０１０〜０．０８０
Ｔｉ：０．０１０〜０．０６０
（ii）硬さ、強度、および靭性の付与を目的として、熱間鍛造の熱を利用して前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材に焼入れを施し（これを「鍛造直接焼入れ」という）、前記焼入れの冷却を途中で停止して前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の芯部の、前記熱間鍛造の高温の熱を前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の表面部に熱伝導させその熱を利用することにより前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の表面部に低温焼もどしと同じ効果を施す（これを「自己焼もどし」という）。
(iii) 熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェル２とする。
（ｉ）重量％で、０．２８〜０．５０％Ｃ、０．１〜１．８％Ｓｉ、０．３〜１．８％Ｍｎ、０〜０．０３５％Ｐ、０〜０．０３５％Ｓ、０〜０．２５％Ｎｉ、０〜１．０％Ｃｒ、０〜１．０％Ｍｏ、０〜０．３５％Ｃｕ、０．０００５〜０．００４０％Ｂ、０．０１０〜０．０８０％Ａｌ、０．０１０〜０．０６０％Ｔｉを含む中炭素合金鋼からなり、かつ、焼入れおよび焼もどしの熱処理を施して実用に供される粗材を選定し、造形を目的として、粗材を加熱後、熱間鍛造を行い、軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材とする。
鍛造加熱温度は約１２００℃である。
素材の成分（重量％）は、以下の通りである。
Ｃ：０．２８〜０．５０
Ｓｉ：０．１〜１．８
Ｍｎ：０．３〜１．８
Ｐ：０〜０．０３５
Ｓ：０〜０．０３５
Ｎｉ：０〜０．２５
Ｃｒ：０〜１．０
Ｍｏ：０〜１．０
Ｃｕ：０〜０．３５
Ｂ：０．０００５〜０．００４０
Ａｌ：０．０１０〜０．０８０
Ｔｉ：０．０１０〜０．０６０
（ii）硬さ、強度、および靭性の付与を目的として、熱間鍛造の熱を利用して前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材に焼入れを施し（これを「鍛造直接焼入れ」という）、前記焼入れの冷却を途中で停止して前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の芯部の、前記熱間鍛造の高温の熱を前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の表面部に熱伝導させその熱を利用することにより前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の表面部に低温焼もどしと同じ効果を施す（これを「自己焼もどし」という）。
(iii) 熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェル２とする。
焼入れは、熱間鍛造直後、軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材全体の温度が鍛造温度（たとえば、約１２００℃、以下、鍛造温度を約１２００℃で表す）から下がっていく時に、まだＡｒ3 点以上の温度（たとえば、約８００℃、以下、Ａｒ 3 点以上の温度を約８００℃で表す）にある時に、急冷（前記軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材外側から水、水溶性焼入れ液等を噴射して強冷却）を開始して軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材表面部に焼入れを施す。焼入れ後の軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材表面部の金属組織は、中炭素マルテンサイトとなり、硬さおよび強度は大であるが靱性が若干低い。
前記焼入れの強冷却を停止する時点Ｔ0 は、強冷却停止時点Ｔ0 での軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材の芯部にある、前記熱間鍛造の残熱が熱伝導により素材表面部に伝わり、強冷却停止時点Ｔ0 では２００℃より下がっていた前記表面部の温度が約２００℃に上昇するような時点である。これによって、前記素材表面部に低温焼もどしと同等な効果を付与することができる（図２参照）。この処理により、前記素材表面部の金属組織は中炭素マルテンサイトから（低炭素マルテンサイト＋炭化物）となって、硬さおよび強度は若干低下するが、靱性が向上し、ローラーシェルとして使用可能になる。
ローラーシェル２は軸方向に２分割して２ピース（軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材）に作製し、溶接または摩擦接合にて１ピースに接合する。この溶接または摩擦接合は、「熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし」後、ショットブラスト、荒加工の後、行われ、接合後、仕上げ加工が施される。本発明では、「熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし」は１回の温度サイクル（常温−約１２００℃−約８００℃−約２００℃−常温）で行われる。これに対して、従来方法では、熱間鍛造（常温−１２００℃−常温）、素地調質の焼入れ（常温−約８００℃−常温）、素地調質の焼もどし（常温−約４００℃−常温）、外周部の高周波誘導加熱焼入れ（常温−約１０００℃−常温）、全体加熱低温焼もどし（常温−約２００℃−常温）の５回の温度サイクル、または、熱間鍛造（常温−約１２００℃−常温）、全体加熱焼入れ（常温−約８００℃−常温）、全体加熱低温焼もどし（常温−約２００℃−常温）の３回の温度サイクルで行われていた。また、本発明では、熱間鍛造および焼入れ・焼もどしの熱処理が１つの炉で行われる。これに対して、従来方法では５つまたは３つの炉で行われていた。
熱間鍛造直接焼入れでは、熱間鍛造加熱温度が約１２００℃となり、オーステナイト結晶粒の粗大化が靭性を悪化させるため、粗大化防止元素の添加が必要となる。上記の中炭素ボロン鋼ではＴｉが添加されており、ＴｉＮが結晶粒粗大化防止に有効である。
Ｂを０．０００５〜０．００４０重量％添加する理由は、焼入れ性の確保と高硬度域における靱性の確保である。
大型のローラーシェルで、Ｂのみでは必要な焼入れ性を確保することが困難な場合は、Ｂに加えて、焼入れ性を向上させる他の元素であるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏなどを添加してもよい。
大型のローラーシェルで、Ｂのみでは必要な焼入れ性を確保することが困難な場合は、Ｂに加えて、焼入れ性を向上させる他の元素であるＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏなどを添加してもよい。
つぎに、本発明の作用・効果を説明する。
本発明のローラーシェルの製造方法によれば、熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、２ピースの素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとするので、「熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし」が可能になる。
すなわち、本発明のローラーシェルの製造方法では、熱間鍛造の熱を利用して（熱間鍛造の熱で素材がＡｒ3 点以上の温度にある状態で熱間鍛造の熱を利用して）、その直後に焼入れを行うので、焼入れの炉（焼入れのために軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材を再加熱する炉）が不要である。
また、焼入れの強冷却を途中で停止して（焼入れの熱、すなわち、熱間鍛造の熱を利用して）低温焼もどしと同じ効果を得るようにしたので、焼もどしの炉が不要である。
本発明のローラーシェルの製造方法によれば、熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、２ピースの素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとするので、「熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし」が可能になる。
すなわち、本発明のローラーシェルの製造方法では、熱間鍛造の熱を利用して（熱間鍛造の熱で素材がＡｒ3 点以上の温度にある状態で熱間鍛造の熱を利用して）、その直後に焼入れを行うので、焼入れの炉（焼入れのために軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材を再加熱する炉）が不要である。
また、焼入れの強冷却を途中で停止して（焼入れの熱、すなわち、熱間鍛造の熱を利用して）低温焼もどしと同じ効果を得るようにしたので、焼もどしの炉が不要である。
その結果、炉としては熱間鍛造の加熱炉（素材を約１２００℃に加熱する炉、この炉は従来からもあった炉）が１つあれば足り、従来必要であった素地調質のための焼入れ・焼もどし炉×２、または全体加熱焼入れ・全体加熱低温焼もどしのための焼入れ・焼もどし炉×２が不要となり、従来に比べて、炉の数が削減され、かつ、設備費用が大幅に削減される。
従来は、熱間鍛造と、その後の熱処理が、別々のメーカーで行われていたが、本発明では熱間鍛造と、その後の熱処理を同一メーカーで行うようにし、熱間鍛造のために加熱した後、その熱を利用して、常温まで下がるまでの間に、鍛造（粗材から軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材への成形）のみならず、焼入れ・焼もどし等の熱処理も、行うようにした方法である。
従来は、熱間鍛造と、その後の熱処理が、別々のメーカーで行われていたが、本発明では熱間鍛造と、その後の熱処理を同一メーカーで行うようにし、熱間鍛造のために加熱した後、その熱を利用して、常温まで下がるまでの間に、鍛造（粗材から軸方向に２分割されたローラーシェル形状の素材への成形）のみならず、焼入れ・焼もどし等の熱処理も、行うようにした方法である。
１ 履帯
２ ローラー（ローラーシェル）
２ａ トラックローラー
２ｂ キャリアローラー
３ トラックフレーム
４ ブラケット
５ シャフト
６ スプロケット
７ シュー
８ リンク
９ ブッシュ
１０ 軸受け
２ ローラー（ローラーシェル）
２ａ トラックローラー
２ｂ キャリアローラー
３ トラックフレーム
４ ブラケット
５ シャフト
６ スプロケット
７ シュー
８ リンク
９ ブッシュ
１０ 軸受け
Claims (1)
- （イ）重量％で、０．２８〜０．５０％Ｃ、０．１〜１．８％Ｓｉ、０．３〜１．８％Ｍｎ、０〜０．０３５％Ｐ、０〜０．０３５％Ｓ、０〜０．２５％Ｎｉ、０〜１．０％Ｃｒ、０〜１．０％Ｍｏ、０〜０．３５％Ｃｕ、０．０００５〜０．００４０％Ｂ、０．０１０〜０．０８０％Ａｌ、０．０１０〜０．０６０％Ｔｉを含む中炭素合金鋼からなり、かつ、焼入れおよび焼もどしの熱処理を施して実用に供される、軸方向に２分割して２ピースに作製したローラーシェルの粗材を、
（ロ）軸方向に２分割されたまま熱間鍛造してローラーシェルの素材とし、
（ハ）軸方向に２分割されたまま前記熱間鍛造の熱を利用して前記素材に焼入れを施して前記素材の表面部の金属組織を中炭素マルテンサイトとし、
（ニ）軸方向に２分割されたまま前記焼入れの冷却を途中で停止して前記素材の芯部の、前記熱間鍛造の高温の熱を前記素材の表面部に熱伝導させその熱を利用することにより前記素材の表面部に低温焼もどしを施して前記素材の表面部の金属組織を中炭素マルテンサイトから低炭素マルテンサイトと炭化物の混合組織とし、
（ホ）熱間鍛造直接焼入れ自己焼もどし後、前記素材を溶接または摩擦接合にて軸方向に接合して、１ピースのローラーシェルとする、
（ヘ）建設機械下部走行体のローラーシェルの製造方法。
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