JPS6112852A - 高靭性耐摩耗鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の技術分野〕 本発明は、ティース、サイドカッター等の油圧シャベル
部材やリンパポイント、カッティングエツジ等のモータ
グレーダ及びブルドーザ部材に好適な建設機械用高靭性
耐摩耗鋼に関し、特に焼戻軟化抵抗が大きい高靭性耐摩
耗鋼に関する。

〔背景技術〕

モータグレーダのカッティングエツジは耐摩耗性が要求
されるだけではなく運転中の衝撃の観点より高い靭性−
（一般には、シャルピー値で３　ｋｇ−ｍ　／　ｃｍ２
以上必要と考えられている）が要求され高硬度と靭性の
両者金偏えた材料が必要とされている。また、カッティ
ングエツジ材は使用中にアスファルト、コンクリート及
び土砂と摩擦することによシ発生する熱によって焼戻さ
れ硬度が低下し、耐摩耗性が著しく低下することが明ら
かになった。特に積雪地でアスファルト道路の除雪作業
に使用されるカッティングエツジは氷やアスファルトと
の摩擦による発熱が大でカッティングエツジ先端が５０
０〜６００Ｃ’ｆｒ超える高温にさらさｉＬるためこの
傾向が大きく一般には、消耗品として考えられているが
、耐久性向上の要求が大きい。

通常、モーフグレーダ−のカッティングエツジ材として
使用されている材料としては、ＪＩＳ規格のＳＣｒ　４
４５あるいは、Ｓｉ　含有量を高めて鋼の耐焼戻性能を
改良した高Ｓｌ系鋼（特公昭４７−９９０１等）があシ
、比較的温度上昇が小さい整地作業や小型のものでは優
れた耐摩耗性を有するが、大型機種や除雪作業のように
カッティングエツジ先端温度が６００Ｃを超える温度と
なる条件下で使用される場合、耐摩耗性が著しく小さい
という欠点を有している。また、耐摩耗性の点では、工
具鋼の中に比較的高温に曝されても耐摩耗性が優れるも
のがあるが、高価な合金元素を多量に含むため耐摩耗性
が向上する割合にカッティングエツジの価格が上昇する
とともに、靭性、加工性が劣るためモータグレーダ材と
しては適していない。

モータグレーダのカッティングエツジの温度上昇（除雪
作業時に於ける氷やアスファルトの摩擦によって発生す
る熱による）を把握するために、除雪作業時についてカ
ッティングエツジ先端の最高温度を測定した。第１図に
その結果の一例を示すように除雪作業に於いては先端の
最高温度が５６０〜５８０Ｃを超える高温に曝れること
か明らかになった。また、炭化物をＦｅ、Ｏｒ、Ｍｏ、
　Ｗの複炭化物として微細に析出させることにより焼戻
軟化抵抗全向上させ、アスファルト等との摩擦によって
発熱しても硬さ低下が小さいとともに粗大なセメントタ
イトに比べ常温の硬さが低くても耐摩耗性が優れる知見
が得られた。

以上の結果よシ高い硬さを得るために３５０〜４５０Ｃ
で焼戻を実施している従来のカッティングエツジ材は初
期の硬さが高くても、一度運転されれば軟化し耐摩耗性
を著しく低下することが明らかである。

〔本発明の目的〕

このような事情及び従来のものの欠点をふまえ、以下に
記す条件を満足する耐摩耗性の優れた鋼を開発すること
が本発明の目的である。

（１）　　焼戻軟化抵抗が大で少くても６００Ｃの焼戻
温度によっても高硬度を維持し耐摩耗性が優れること。

（２）　　靭性が優れること。

（３）　　安価であること。

〔本発明の構成〕

すなわち、本発明は、 （＋１　０　Ｊ４５〜０．６５％（重量％、以下同じ）
、Ｓｉ　１．８〜２．５％、Ｍｎ　０．６〜１．２％、
ＯｒＯ、８〜１．５％、Ｍｏ　０．２〜０−５％、　ｗ
　ｏ−ｉ　〜ｏ、ｓ％、Ｎｂ　Ｏ１１〜０．５％、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする焼戻
軟化抵抗が大きい高靭性耐摩耗鋼。

（２１ｃ　０．４５〜０，６５％（重量％、以下同じ）
、Ｓｉ　１．８〜２．５％、Ｍｎ　０．６〜？−２％、
Ｇｒ０．８〜１．５％、Ｍｏ　０．２〜’０．５％、ｗ
ｏ、１〜０．５％。

Ｎｂ　Ｏｌｌ　〜０−５％、Ｂ　０．００１％以下、残
部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする焼
戻軟化抵抗が大きい高靭性耐摩耗鋼である。

本発明は、炭化物の微細析出によシ、６００Ｃ以上の焼
戻温度によって高硬度で耐摩耗性を有し、従来のものめ
欠点である６００Ｃに近い発熱条件下で使用された場合
の耐摩耗性低下を改善した建設機械用高靭性耐摩耗鋼で
ある。

本発明における化学組成の限定理由を以下に詳記する。

なお、以下の％はすべて重量％である。

［ＣＪ４５〜０．６５％とした限定理由］Ｃは、耐摩耗
性を維持するための硬さおよび靭性に大きな影響を与え
る１蚤な成分であシ、耐摩耗性の目安になるＨＲｃ　４
５以上の硬さを得るためには０ｏ４５％以上を含有する
ことが必要である。しかし、０．６５％Ｃを越えると本
発明の特徴であるＭｏ、Ｗ及びＮｂとの相互作用にも関
連するが、組織中の炭化物が粗大化し硬さは増加するが
靭性値を低下させると共に塊状の炭化物の脱落によって
摩耗が進むようになシ逆に耐摩耗性を低下させる。

［Ｓｉ１．８〜２．５％とした限定理由〕Ｓｉ　　は、
Ｃと同様、基地の硬さを高めるとともに、焼戻時に当っ
て炭化物を微細に析出し、靭性、耐摩耗性向上に有効で
ある。しかし、一方では焼入性を阻害するのでカッティ
ングエツジ材の焼入性を確保するには他のＯｒ、Ｍｏ量
を高める必要が出て来ると共に、靭性の低下及び焼割れ
感受性が高くなるので、本発明組成の範囲内で効果が顕
著である１、８〜２．５％に限定した。

［Ｍｎ　　０．６〜１．２％とした限定理由〕Ｍｎ　は
、Ｃ，Ｏｒ及びＭＯと共に本発明合金の焼入性を維持す
るに重要な元素でＭｎ　量が０．６％未満の場合、他合
素とのかねあいによシ焼入後の硬さが低下し、６００Ｃ
以上の焼戻によって充分な硬さが得られない。また、Ｍ
ｎ　　が増加すると結晶粒が粗大化し靭性の低下が起る
と共に、焼入性に対する寄与も飽和するので上限ヲ１．
２％とする。

［Ｏｒ　　０．８〜１．５％とした限定理由］Ｏｒ　は
焼入性を向上し焼入後の硬さを高めると共に、効果はＭ
Ｏに比べると小さいが炭化物を形成し焼戻軟化抵抗を高
める作用を有するが、このような効果を得るためには０
．８％以上の含有を必要とする。Ｏｒ　量が多くなると
マルテンサイト中の微細炭化物の粗大化傾向によシ靭性
が低下すると共に１．５％を越えても焼入性にり　　　
。

いては飽和するので上限は１．５％とした。

［Ｍｏ　　０．２〜０−５％とした限定理由〕ＭＯは本
発明合金のＣ，Ｍｎ、Ｏｒ　　との関係に於いて焼入性
を高めると共に焼戻脆性を抑え靭性を保持させる。さら
に、ＭｏはＷ、Ｎｂと共に基地マルテンサイト中に微細
な炭化物を析出きせることにより高温での硬さを与える
元素で６９、本発明の特徴である焼戻軟化抵抗を著しく
高める。

このような効果を顕著に認めるためには、０．２％以上
が必要であるが、加剰に添加すると靭性が低下する傾向
にあり０．５％を越えてもＭＯの効果は飽和するので上
限を０，５％とする。

（Ｗ　０．ｔ〜０，５％とした限定理由〕ｗＩｆｉＦｅ
を主体とする炭化物（Ｆｅ３ｃ）に固溶し、安定化する
ことによｐ耐摩耗性に非常に有効な微細炭化物を生成す
る元素であシ、その効果を得るには、０．１％以上は必
要である。しかし過剰な添加は靭性低下が著しいと共に
高価な元素で経済性が失われる。従ってＷはｏ、ｉ〜０
．５％に限定する。

〔Ｎｂ００１〜０．５％とした限定理由〕Ｎｂは、Ｍ０
．Ｗとの共存に於いてマルテンサイト中に微細な（ｒｅ
、ｃｒ、Ｍｏ、ｗ）　ｃ３炭化物を析出させ二次硬化を
促進すると共に著しく焼戻軟化抵抗全人にし、耐摩耗性
を向上させる。しかし、過剰な添加は炭化物を凝集粗大
化し、耐摩耗性の低下、靭性の低下をもたらす。本発明
において、靭性、にすぐれ、かつ耐摩耗性の向上に、Ｎ
ｂ　　の影響が顕著に認められた範囲であるｏ、ｉ〜Ｊ
５％とする。

［：　Ｂ　０．００１％以下とした限定理由〕本発明の
第２発明に含有されるＢは微量の添加で著しく焼入硬さ
を高める。従って同−硬さを得るための焼戻温度を高め
ることができるので靭性向上と耐摩耗性向上が図れる。

しかし、′Ｊ００１％を越える過剰添加は粒界にボロン
化合物を析出させ、靭性を低下させる。尚、微量の添加
であるため溶湯中に於ける酸化、窒化によって有効ボロ
ン量が減少するので著しい効果を得るためには、０．０
００５％以上の添加が好ましい。

以上本発明における化学組成の限定理由を説明したが、
さらに本発明の実施例を従来合金及び実験材と対比して
あげ、本発明の詳細な説明する。

〔実施例〕

本発明のカッティングエツジ材は所定の組成に溶解、精
錬し造塊した後、１５　（ｌａ＋巾×１５■厚さの断面
形状に熱間圧延した。熱処理は？０２５Ｕで拡散焼鈍後
、８７５Ｃで焼ならしした後９２５Ｃで油焼入し各種の
温度で焼戻しした。第１表に示す組成の２１ｔｊｉの鋼
について、従来合金は所定の温度で、実験材及び本発明
材は６４０Ｃで焼戻したものの常温硬さくＨＲｃ）、衝
撃値（２ｍ　ｕノツチ常温）及び摩耗試験を実施し比較
した。その結果全第２表に示す。

また、摩耗試験は１５０■巾×１５簡厚の試験片全土木
用コンクリート（圧縮強度４５０ｋｙ／ｃｍ’、粗骨材
最大２０１１１Ｉ１１１スラング値８０簡）に１５に２
／ｃｒＩＴ２の荷重で押し付け、走行速度６，４１ｓ　
／　Ｈｒ　　で３４＆ｎ走行後の摩耗量を求めて比較し
た。尚、本試験の試験片先端温度は最高５８５Ｃに達し
た。

第１表 第２表 第２表から明らかなように、従来合金１〜２に比べ本発
明材は焼戻温度が高いにもかかわらず、硬さが大で、靭
性、耐摩耗性に著しく優れている。

実験材１〜２は本発明材１〜２との比較に於いてＣ量の
影響を示すものでｃ　ｉｔが低い場合は、靭性には優れ
るが、硬さが低いため耐摩耗性に劣る。また％Ｃｉが多
い場合は硬さは高くなるが、靭性に劣シ炭化物が粗大化
する傾向にあるため耐摩耗性の改善が少ない。

実験材５〜４は本発明材１〜２との比較に於いてＳｌ　
　の影響を示すものでＳｉ　量が低い場合は、Ｓｌ　　
による硬化作用と炭化物の微細析出作用が充分でないた
め硬さ及び耐摩耗性共に改善が少ない。また、Ｓｉ　量
が多い場合には靭性が低化し脆化傾向にある。

実験材５〜６は本発明杓１〜２との比較においてＭｎ量
の影響全庁すものでＭｎｆｉが多い場合硬式は増加する
が結晶粒が粗大化し靭性が低下する。また、λ、ｊｎ　
　が低い場合には不完全焼入になるため、硬さ、靭性が
低く、耐摩耗性も低下する。

実験材７〜８は本発明材１〜２との比較に於いてＣｒ量
の影響を示すもので、Ｃｒ量が多い場合には靭性が低下
し、ｃｒ　量が低い場合には、焼入が不完全で硬さ、靭
性及び耐摩耗性共に低下する。

実験材９〜１０は本発明材１〜２との比較に於いてＭｏ
の影響全庁すものでＭＯが多い場合は靭性が若干低下し
、モータグレーダ用カッティングエツジ材として必要な
靭性値を満たしていない。また、Ｍｏ　　量が低い場合
には、本発明の特徴である焼戻軟化抵抗が充分でないた
め、硬き、耐摩耗性に劣る。

実験材１１〜１２は本発明に於いてＷの影響を示すもの
でＷの添加が少ない場合には炭化物の生成が充分でない
ため、硬さが充分でなく、耐摩耗性も低下する。一方、
Ｗを過剰に添加した場合には炭化物の粗大化Ｖこよシ靭
性が低下し耐摩耗性も低下する。

実験材１５〜１４は本発明に於いて、Ｎｂ　　の影響を
示すもので、Ｎｂ　　の添加が少ない場合には、炭化物
の生成が不充分のため本発明材に比較して硬さが低く耐
摩耗性が低下している。また、Ｎｂ　　が多い場合には
、靭性が著しく低下しモータグレーダに必要な衝撃値を
下廻っている。

実験材１５は本発明材１〜４の比較においてＢを含有す
る第２発明の特徴を示すもので、Ｂ全含有させることに
よって焼入硬さが高まシロ４０Ｃ焼戻でも充分な硬度１
［し優れた耐摩耗性全庁す。尚、Ｂの添加量が少ない場
合には硬さ及び耐摩耗性の向上がなく、多い場合には、
靭性が著しく低下している。

第２図に従来合金及び本発明材の焼戻性能曲線を示す。

この図から明らかなように、従来合金（第１表中の従来
合金１及び２）では、焼戻軟化抵抗が低く、６００Ｃ程
度の温度範囲で使用する場合、著しく硬さが低下するが
、本発明材（第１表中の本発明材１及び６）では焼戻軟
化抵抗が大で、少くても６００Ｃの焼戻温度によっても
高硬度を維持するものである。

また、第３図に従来合金及び本発明材の高温硬さ曲線を
示す。この図からみても、上記第２図の場合と１ｂｉ様
な結果が得られる。

〔本発明の効果〕

本発明は、以上詳記したように、焼戻軟化抵抗が大で、
少くとも６００Ｃの焼戻温度によっても高硬度を維持す
るものであシ、しかも耐摩耗性に優れてお９、さらには
、靭性に優れ、安価なものである効果が住するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、モータグレーダの除雪作業時に於けるカッテ
ィングエツジ先端の最高温度測定例勿示す。第２図は従
来合金と本発明材の焼戻性能曲線、第３図は従来合金と
本発明材の高温硬さ曲線を示す。 復代理人　内　１）　　明 復代理人　萩　原　亮　− 裏 ω 高温層さく）−１ｖ）　　　　　阿 珊 Ｏ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃ０．４５〜０．６５％（重量％、以下同じ）、
   Ｓｉ１．８〜２．５％、Ｍｎ０．６〜１．２％、Ｃｒ０
   ．８〜１．５％、Ｍｏ０．２〜０．５％、Ｗ０．１〜０
   ．５％、Ｎｂ０．１〜０．５％、残部Ｆｅ及び不可避的
   不純物からなることを特徴とする焼戻軟化抵抗が大きい
   高靭性耐摩耗鋼。
2. （２）Ｃ０．４５〜０．６５％（重量％、以下同じ）、
   Ｓｉ１．８〜２．５％、Ｍｎ０．６〜１．２％、ｒ０．
   ８〜１．５％、Ｍｏ０．２〜０．５％、Ｗ０．１〜０．
   ５％、Ｎｂ０．１〜０．５％、Ｂ０．００１％以下、残
   部Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする焼
   戻軟化抵抗が大きい高靭性耐摩耗鋼。