JPH05263180A - 耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な耐摩耗性を示すことは勿論、同時に優
れた耐折損性を有する耐摩耗鋼材を提供する。 【構成】 耐摩耗鋼材を製造するに際して、Ｃ含有量を
0.30〜0.50重量％の範囲に調整した耐摩耗鋼を用い、か
つ式 Ｆ＝ Ｓ／Ｄ_I [但し、 鋼材製品サイズ〔径〕（mm）]で算出されるＦの
値（鋼材表面と中心との硬度差パラメ−タ−）が 0.7〜
1.1を満足するように理想臨界直径Ｄ_I (mm)を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば土木建設機械の
構成部材たる油圧ショベル用チゼルやリッパ−等として
好適な、折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】従来、土砂や岩石等との摩耗が
問題となる土木建設機械のチゼルやリッパ−ポイント等
には、Ｃその他の元素によって耐摩耗性が強化された耐
摩耗鋼が適用されている。

【０００３】なお、耐摩耗鋼を代表するものとしては、
ＪＩＳに規格されたＳMn４４３鋼，ＳMnＣ４４３鋼，Ｓ
ＣＭ４４０鋼，ＳＮＣＭ４３９鋼等が知られているが、
上記土木建設機械等では、特に Ｃ：0.38〜0.43％（以降、 成分割合を表す％は重量％と
する）， Si：0.15〜0.35％， Mn：0.60〜0.85％， Cr：0.
90〜1.20％， Mo：0.15〜0.30％ を含む化学組成のＳＣＭ４４０鋼が多用されてきた。

【０００４】ところが、近年、これら機械類に対しても
一層の性能向上が求められるようになったこともあっ
て、上述した耐摩耗鋼では焼入れ性や耐摩耗性に満足で
きないとの声が聞かれるようになり、そのため幾つかの
新しい耐摩耗鋼も開発されている。本発明者等も、先
に、 Ｃ：0.35〜0.45％， Si：0.60〜1.50％， Mn：
1.80％以下， Cr：2.50〜4.50％， Mo：0.20〜1.00％ を含有し、更に必要に応じて Ｖ：0.01〜0.50％， Nb：0.01〜0.10％， Ｗ：
0.01〜0.50％， Ti：0.01〜0.10％， Ｂ：0.0005〜0.0030％ の１種又は２種以上を含むところの、焼入れ性・耐摩耗
性を一段と向上させた耐摩耗鋼を提案し（特開昭６０−
２１５７４３号）、前記要望に応えてきた。

【０００５】しかし、従来鋼をも含め、これら耐摩耗鋼
は何れも焼入れ・焼戻し処理を施されて使用されるもの
であるが、何れの耐摩耗鋼も耐摩耗性を重視して成分設
計されていることもあって、基準に従い焼入れ・焼戻し
処理を施した場合でも靱性が劣り、使用中に折損しやす
いという問題があった。

【０００６】このようなことから、本発明が目的とした
のは、良好な耐摩耗性を示すことは勿論、同時に優れた
耐折損性を有する耐摩耗鋼材を提供することであった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を行ったところ、次の如き
貴重な知見を得ることができた。 a) 前述した耐摩耗鋼製部材の折損は、例えば土木建設
機械におけるチゼルのブッシュとの摺動部等の如き“他
部材と摺動して加工層が生じる部位”に集中する傾向が
あり、折損部の破面を観察すると、破面の起点は前記摺
動によって生じた加工層（マルテンサイト組織）のミク
ロクラックとなっていること，

【０００８】b) そして、上記加工層におけるミクロク
ラックの発生はＣ（炭素）量と関係しており、Ｃ量が高
いとミクロクラックの発生率が高くなるが、逆にＣ量を
低減するとミクロクラックの発生率は低くなること，

【０００９】c) また、折損品と非折損品とを対比する
と、非折損品には表層部に圧縮残留応力の存在が認めら
れ、この圧縮残存応力がミクロクラックを起点とした鋼
材の折損を抑制していると考えられること，

【００１０】d) 更に、表層部に圧縮残留応力の存在が
認められた上記非折損品の断面硬さ分布は“表面部が高
くて芯部が低いＵカ−ブ状”となっており、この硬さ分
布が表層部に圧縮応力を残留させる原因となっているこ
と，

【００１１】e) この“表面部が高くて芯部が低いＵカ
−ブ状”の硬さ分布は、耐摩耗鋼材の焼入れ性調整によ
り得ることが可能であって、特に、式 で算出されるＦの値が特定の範囲となるように理想臨界
直径Ｄ_I を制御することで極めて再現性良く安定して実
現できること，

【００１２】f) 従って、耐摩耗鋼材のＣ含有量調整と
上記焼入れ性の制御により、耐摩耗性，耐折損性が共に
優れる耐摩耗鋼部材が安定して得られること。

【００１３】本発明は、上記知見事項等に基づいて更に
研究を重ねた結果完成されたものであり、「耐摩耗鋼材
を製造するに際し、 Ｃ含有量を0.30〜0.50重量％の範囲
に調整した耐摩耗鋼を用い、 かつ式 Ｆ＝ Ｓ／Ｄ_I [但し、 鋼材製品サイズ〔径〕（mm）]で算出されるＦの
値（鋼材表面と中心との硬度差パラメ−タ−）が 0.7〜
1.1を満足するように理想臨界直径Ｄ_I (mm)を制御する
ことによって、 耐折損性に優れた耐摩耗鋼材を安定して
製造し得るようにした点」に大きな特徴を有している。

【００１４】なお、前記理想臨界直径Ｄ_I (mm)は次式で
算出されることが知られている。 Ｄ_I ＝Ｄ_I ^* ×Ｆ_Si×Ｆ_Mn×Ｆ_P ×Ｆ_S ×Ｆ_Cr×Ｆ_Ni×
Ｆ_Mo×Ｆ_Cu×Ｆ_B ここで、「Ｄ_I ^* 」は鋼材のＣ含有量（重量％）と粒度
とから表１に示す計算方法で算出することができ、また
「Ｆ_Si」等の各元素の焼入れ性倍数は表２に示す計算方
法で算出することができる。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【作用】即ち、本発明では、耐摩耗鋼材のＣ含有量を前
記の範囲に調整することによって、“他部材と摺動する
ことにより生じる加工層”に生じがちなミクロクラック
を極力抑制する。このため、ミクロクラックを起点とし
て進行する破壊の機械が顕著に減少する。

【００１８】その上、この耐摩耗鋼材の焼入れ性を“Ｆ
の値を 0.7〜 1.1に規制した前記の式”に従い制御する
ので、焼入れ・焼戻し後の鋼材断面の硬さ分布が安定し
て図１に示したようなＵカ−ブ状となり、このため鋼材
の表層部に圧縮残留応力が発生する。それ故、鋼材の使
用によりその表層部にミクロクラックを伴った加工層が
発生したとしても圧縮応力が存在するが故に亀裂の伝播
が抑えられ、折損が防止される。

【００１９】このように、主として上記２つの作用によ
り、Ｃ含有量及び焼入れ性を特定条件に制御して製造さ
れた本発明に係る耐摩耗鋼材は著しく優れた耐折損性を
示すこととなる。

【００２０】本発明法に適用される耐摩耗鋼の種類は格
別に限定されるものではなく、前述したＪＩＳ規格のＳ
Mn４４３鋼，ＳMnＣ４４３鋼，ＳＣＭ４４０鋼，ＳＮＣ
Ｍ４３９鋼、或いは特開昭６０−２１５７４３号として
提案されたような耐摩耗鋼等の何れをベ−スとしたもの
でも良い。また、理想臨界直径Ｄ_I の制御は、前記表１
及び表２等からも明らかな如く、鋼材の成分やオ−ステ
ナイト結晶粒度の調整によって行われることは言うまで
もない。

【００２１】ここで、素材となる耐摩耗鋼のＣ含有量並
びに前記Ｆの値をそれぞれ前記の如くに限定した理由を
説明する。 (a) Ｃ含有量 耐摩耗鋼材としての耐摩耗性を確保するためには表面部
の硬さをＨv ４００以上にすることが必要であり、その
硬さを確保するためには少なくとも0.30％重量以上のＣ
含有量が必要である。一方、Ｃ含有量が0.50％を超える
と、母材靱性が低下すると共に、使用によって鋼材表層
に生成する加工層（例えば土木建設機械用チゼルの場合
にはブッシュとの摺動部に生じる）のミクロクラック発
生率が高くなり、耐折損性が低下する。従って、Ｃ含有
量は0.30〜0.50重量％に調整することと定めた。

【００２２】(b) Ｆの値 Ｆ＝Ｓ／Ｄ_I ｛但し、 Ｓ：鋼材製品サイズ(mm)，Ｄ_I ：
理想臨界直径(mm)｝なる式で算出されるＦ（鋼材表面と
中心との硬度差パラメ−タ−）の値が 0.7未満である
と、鋼材断面の硬さ分布はほぼ直線状となって表層部に
発生する圧縮残留応力が小さく、耐折損性の向上効果が
顕著でない。しかし、Ｆの値が 1.1を超えると質量効果
によって焼きが入らなくなり、鋼材の耐摩耗性が低下す
る。従って、耐摩耗鋼材としての優れた耐摩耗性を確保
した上で本発明が狙いとする耐折損性を向上させるため
には，前記Ｆの値を 0.7〜 1.1の範囲に制御する必要が
ある。

【００２３】なお、上記のようにＣ含有量やＦの値が制
御された耐摩耗鋼材は、通常条件で焼入れ・焼戻しが施
されて使用に供されることは言うまでもない。

【００２４】続いて、本発明の効果を実施例によって更
に具体的に説明する。

【実施例】通常の方法によって表３に示す化学組成の鋼
材を溶製した後、圧延によって外径が１２５φの土木建
設機械用チゼルの実部品を複数個（各１０個）製作し
た。次いで、これらに焼入れ（８８０℃×２hr→油焼入
れ）と焼戻し（３００℃×４Hr→空冷）を施してチゼル
製品を製造した。

【００２５】

【表３】

【００２６】次に、上記の如く製造された各チゼルを実
機に組み込んでフィ−ルドテストを実施し「耐折損性」
及び「耐摩耗性」を調査したが、その結果を表４に示
す。なお、「耐折損性」の評価は破断が生じるまでの時
間を測定して行ったが、その調査は２００時間までとし
た。また、「耐摩耗性」については、５０時間使用後の
チゼル先端部（図２の斜線部）の摩耗量を測定して評価
した。

【００２７】

【表４】

【００２８】表４に示される結果からも明らかなよう
に、本発明で規定するＣ含有量及びＦの値を満足する如
くに製造された耐摩耗鋼製チゼルは、耐摩耗性及び耐折
損性が共に優れていることが分かる。これに対して、Ｃ
含有量が低目に外れたチゼル（11材，12材）及びＦの値
が高目に外れたチゼル（15材，16材）は耐摩耗性に劣っ
ている。また、Ｃ含有量が高目に外れたチゼル（13材，
14材）及びＦの値が低目に外れたチゼル（17材，18材）
は耐折損性が十分でないことが明らかである。

【００２９】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、優れた耐折損性を示す耐摩耗鋼材を簡単にかつ安定
して製造することが可能となるなど、産業上極めて有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】焼入れ後に比較的高い温度で焼戻し、更に高周
波焼入れを施した耐摩耗鋼製部材に係る“断面の硬さ分
布”の説明図である。

【図２】実施例で製造した土木建設機械用チゼルの耐摩
耗性調査部位を示した概念図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐摩耗鋼材の製造するに際し、Ｃ含有量
   を0.30〜0.50重量％の範囲に調整した耐摩耗鋼を用い、
   かつ下記式で算出されるＦの値が 0.7〜 1.1を満足する
   ように理想臨界直径Ｄ_I を制御することを特徴とする、
   耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法。