KR20170125976A

KR20170125976A - 치즐용 강 및 치즐

Info

Publication number: KR20170125976A
Application number: KR1020177029670A
Authority: KR
Inventors: 에이지 아마다; 아키히로 오치아이; 노리마사 쓰네카게; 유코 나가키
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2017-11-15
Also published as: WO2016170866A1; JP6055577B1; US20180087137A1; JPWO2016170866A1; DE112016001868T5; CN107532256A; US11186901B2; KR102054293B1

Abstract

치즐(10)을 구성하는 강은, 0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하의 규소와, 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하의 망간과, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하의 크롬과, 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 식(1)에 의해 정의되는 이상 임계 직경 DI의 값이 600 이상이다.
DI=7·(%C)^1/2·(1＋0.64·%Si)·(1＋4.1·%Mn)·(1＋2.83·%P)·(1-0.62·%S)·(1＋2.33·%Cr)·(1＋3.14·%Mo) … (1)

Description

치즐용 강 및 치즐

본 발명은 치즐용 강(steel for chisels) 및 치즐(chisel)에 관한 것이다.

유압(油壓) 브레이커는, 작업 기계(work machine)의 암(arm)의 선단에 장착되고, 암반, 콘크리트, 노벽(furnace wall), 제철(製鐵) 슬래그(slag) 등의 파쇄(破碎)에 사용된다. 유압 브레이커에 있어서는, 피스톤에 의해 축 방향으로 구동되는 치즐이 암반 등을 파쇄한다. 경도(硬度)가 높은 암반 등과의 접촉에 의한 마모를 억제하기 위해, 치즐을 구성하는 재료(강)로는 높은 내마모성이 요구된다. 또한, 봉형(棒形)의 부재인 치즐은, 암반 등을 파쇄할 때의 충격에 의해 절손(折損; broken)되는 경우가 있다. 절손을 억제하는 관점에서, 치즐을 구성하는 강에는, 높은 인성(靭性)도 요구된다. 내마모성과 인성을 양립하는 것을 의도하여 성분 조성(組成)이 조정된 치즐용 강이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 공개특허 평5-214485호 공보(특허문헌 1), 일본 공개특허 평8-199287호 공보(특허문헌 2) 및 일본 공개특허 평11-131193호 공보(특허문헌 3) 참조].

일본 공개특허 평5-214485호 공보 일본 공개특허 평8-199287호 공보 일본 공개특허 평11-131193호 공보

유압 브레이커의 사용 조건은 보다 혹독하게 되어 있어, 치즐의 내구성(耐久性) 향상의 요구가 있다. 그러므로, 치즐의 내구성을 한층 향상시키는 치즐용 강이 필요하다.

본 발명은 이와 같은 요구에 대응하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은, 내구성의 향상을 달성할 수 있는 치즐용 강 및 치즐을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 치즐용 강은, 치즐을 구성하는 재료로서 사용되어야 할 강이다. 이 치즐용 강은, 0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하의 규소와, 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하의 망간과, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하의 크롬과, 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부(殘部)가 철 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 하기 식(1)에 의해 정의되는 이상(理想) 임계 직경 DI의 값이 600 이상이다.

DI=7·(%C)^1/2·(1＋0.64·%Si)·(1＋4.1·%Mn)·(1＋2.83·%P)·(1-0.62·%S)·(1＋2.33·%Cr)·(1＋3.14·%Mo) … (1)

본 발명자들은, 치즐의 내구성을 향상시키기 위한 방책에 대하여 검토를 행하였다. 그리고, 혹독한 환경(severe environments) 하에서 사용되는 치즐에 있어서는, 암반 등과의 접촉에 의한 마모나 절손 이외에, 할손(割損; cracking)에 의한 치즐의 손상이 발생하는 점에 본 발명자들은 착안했다. 할손은, 치즐이 충격에 의해 파단(破斷)되는 절손과는 달리, 치즐의 선단 부근이 결손되는 손상이다. 할손은, 절손과 같이 치즐이 즉시 사용 불가능해지는 손상은 아니지만, 실질적으로 치즐의 선단이 급격하게 마모되는 상태와 동일한 손상을 받게 된다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 혹독한 환경 하에서 사용되는 치즐에 있어서는, 이 할손과 마모가 치즐의 손상에 있어서 중요한 요인이 된다.

혹독한 환경 하에서 사용되는 치즐에 있어서는, 암반 등을 파쇄할 때, 그 선단부의 온도가 600℃ 정도로까지 상승한다. 여기서, 내마모성은, 경도를 상승시킴으로써 향상시킬 수 있다. 강의 경도는 온도의 상승에 수반하여 저하된다. 그러므로, 치즐의 마모는, 600℃ 정도의 고온에서의 경도를 상승시킴으로써 억제할 수 있다. 일반적으로 강의 고온에서의 경도는, 상기 온도에 의해 템퍼링(tempering)된 강의 상온(常溫)에서의 경도와 1 대 1의 관계를 가진다. 따라서, 혹독한 환경 하에서 사용되는 치즐의 재료의 내마모성은, 고온 600℃에서의 템퍼링 후의 상온에서의 경도에 의해 평가할 수 있다.

한편, 할손은, 치즐의 충격값이 저하되는 비교적 저온에 있어서 발생한다. 혹독한 환경 하에 있어서 사용되는 치즐의 할손은, 사용 시에 선단부가 고온 600℃ 정도의 온도)로 된 후, 일단 냉각되고, 그 후 재차 사용될 때 비교적 온도가 낮은 상태에서 발생한다. 따라서, 혹독한 환경 하에서 사용되는 치즐의 재료의 내크랙성(cracking resistance)은, 고온 600℃에서의 템퍼링 후의 상온에서의 충격값에 의해 평가할 수 있다.

또한, 혹독한 환경 하에서 사용되는 치즐에 있어서는, 직경 방향에서의 경도 분포도 중요하다. 특히, 대형의 치즐(예를 들면, 직경 150㎜를 초과하는 치즐)에 있어서는, 표층부로부터 심부(芯部)(직경 방향 중앙부)까지 충분히 담금질(quenching) 경화시키는 것은, 치즐을 구성하는 강의 담금질성(hardenability)과의 관계로 어려운 경우가 있다. 충분히 담금질 경화된 영역이 표층부로 한정되는 경우, 표층부의 마모 등에 의해 충분히 담금질 경화되어 있지 않은 영역이 노출된다. 그러면, 마모가 급격하게 진행하게 된다. 그러므로, 혹독한 환경 하에서 사용되는 치즐을 구성하는 치즐용 강에 있어서는, 충분한 담금질성을 확보하는 것도 중요하다.

즉, 본 발명자들의 검토에 의하면, 고온 600℃에서의 템퍼링 후의 상온에 있어서 높은 경도를 유지하면서 충격값을 향상시키는 동시에, 충분한 담금질성을 확보함으로써, 혹독한 환경 하에 있어서 사용되는 재료로서 바람직한 치즐용 강을 얻을 수 있다.

이 지견(知見)에 기초하여, 본 발명자들은, 실제의 사용 환경에 있어서 치즐에 요구되는 내마모성, 내크랙성 및 심부에서의 경도를 고려하여, 600℃에서 템퍼링 후의 상온에서의 경도 32 HRC 이상, 또한 충격값 80 J/㎠ 이상을 달성하는 동시에, 210℃에서 템퍼링 후의 심부에서의 경도를 45 HRC로 하는 것을 목표값으로서 설정하였다. 그리고, 상기 목표값을 달성 가능한 강의 성분 조성을 검토했다. 그 결과, 상기 성분 조성을 가지는 강에 의해 이 목표값을 달성 가능한 것이 명백해져, 본 발명에 이르렀다. 즉, 탄소, 규소, 망간, 유황, 크롬 및 몰리브덴, 및 불순물로서 포함되는 인을 상기 조성에 조정한 강에 대하여 담금질 템퍼링 처리를 실시함으로써 45 HRC 이상의 심부 경도를 달성할 수 있다. 또한, 사용 환경을 상정하여 또한 600℃에서 템퍼링 처리한 상태에 있어서, 상온에서의 경도를 32 HRC 이상, 또한 충격값을 80 J/㎠ 이상으로 할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 치즐용 강에 의하면, 내구성의 향상을 달성할 수 있다.

상기 치즐용 강에 있어서, 하기 식(1)에 의해 정의되는 DI 값을 600 이상으로 한다. 직경 150㎜를 초과하는 강재(鋼材)[봉강(棒鋼)]의 심부에서의 마르텐사이트 조직(martensitic structure)의 비율을 90% 이상으로 하는 것을 오일 담금질에 의해 달성 가능하게 함으로써, 대형의 치즐에서도 충분한 심부의 경도를 얻을 수 있다. 이것을 달성하는 관점에서, DI값은 600 이상으로 할 필요가 있다.

상기 치즐용 강에 있어서, 하기 식(2)에 의해 정의되는 α의 값이 2.0 이상 2.4 이하라도 된다. 이로써, 고온 템퍼링 후의 경도와 충격값을 높은 레벨로 양립시키는 것이 가능해져, 치즐의 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.

α=5·%C＋3·%Si＋%Mo-2·%Mn-10·%S … (2)

그리고, 식(1) 및 식(2)에 있어서, %C, %Si, %Mn, %P, %S, %Cr 및 %Mo는, 각각 강 중에서의 탄소, 규소, 망간, 인, 유황, 크롬 및 몰리브덴의 비율을 질량%로 나타낸 경우의 수치를 의미한다. 인은 불순물로서 강 중에 포함된다.

본 발명에 따른 치즐은, 0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하의 규소와, 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하의 망간과, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하의 크롬과, 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 상기 식(1)에 의해 정의되는 이상(理想) 임계 직경 DI의 값이 600 이상인 강으로 구성된다.

상기 치즐에 있어서, 상기 강은, 식(2)에 의해 정의되는 α의 값이 2.0 이상 2.4 이하라도 된다.

치즐을 구성하는 재료로서 상기 본 발명의 치즐용 강을 채용함으로써, 높은 내마모성과 높은 내크랙성과의 양립을 달성할 수 있다. 그 결과, 내구성이 우수한 치즐을 제공할 수 있다.

상기 치즐에 있어서, 600℃로 가열된 후에서의 실온에서의 표면의 경도가 32 HRC 이상이며, 상기 표면을 포함하는 영역의 충격값이 80 J/㎠ 이상이라도 된다. 이로써, 내구성이 우수한 치즐을 제공할 수 있다.

상기 치즐은, 심부에서의 경도가 45 HRC 이상이라도 된다. 이로써, 한층 내구성이 우수한 치즐을 제공할 수 있다.

여기서, 강의 성분 조성을 상기 범위로 한정한 이유에 대하여 설명한다.

탄소: 0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하

탄소는, 강의 경도에 큰 영향을 미치는 원소이다. 탄소 함유량이 0.40 질량% 미만에서는, 충분한 내마모성의 확보에 필요한 고온에서의 경도를 얻는 것이 어려워진다. 한편, 탄소 함유량이 0.45 질량%를 넘으면 인성이 저하되어, 충분한 내크랙성의 확보에 필요한 고온에서의 충격값을 얻는 것이 어려워진다. 그러므로, 탄소 함유량은 상기 범위로 하는 것이 필요하다.

규소: 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하

규소는, 강의 담금질성의 향상, 강의 매트릭스의 강화, 템퍼링 연화(軟化) 저항성의 향상 등의 효과에 더하여, 제강(製鋼) 프로세스에 있어서는 탈산 효과를 가지는 원소이다. 규소 함유량이 0.50 질량% 미만에서는, 상기 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 규소 함유량이 0.80 질량%를 넘으면, 고온 템퍼링 후의 충격값이 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 규소 함유량은 상기 범위로 하는 것이 필요하다. 규소 함유량은, 0.60 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

망간: 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하

망간은, 강의 담금질성의 향상에 유효한 동시에, 제강 프로세스에 있어서는 탈산 효과를 가지는 원소이다. 담금질 처리에 있어서 치즐의 표면으로부터 심부까지 경화 가능하게 하는 관점에서, 망간 함유량은 1.00 질량% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 망간 함유량이 1.30 질량%를 넘으면, 망간의 입계(粒界) 편석(偏析)이 현저해질 우려가 있으므로, 망간 함유량은 1.30 질량% 이하로 할 필요가 있다. 망간 함유량은, 1.20 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

유황: 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하

유황은, 강의 피삭성(被削性; machinability)를 향상시키는 원소이다. 또한, 유황은, 제강 프로세스에 있어서 의도적으로 첨가하지 않아도 혼입되는 원소이기도 하다. 유황 함유량을 0.001 질량% 미만으로 하면, 강의 제조 비용이 상승한다. 한편, 본 발명자들의 검토에 의하면, 본 발명의 치즐용 강의 성분 조성에 있어서, 유황 함유량은 고온 템퍼링 후의 충격값, 즉 내크랙성에 크게 영향을 준다. 유황 함유량이 0.005 질량%를 넘으면, 고온 템퍼링 후의 충격값을 80 J/㎠ 이상으로 하는 것이 곤란해진다. 그러므로, 피삭성이 있는 정도의 저하를 허용하여, 유황 함유량을 0.005 질량% 이하로 할 필요가 있다. 유황 함유량을 0.004 질량% 이하로 함으로써, 고온 템퍼링 후의 충격값을 한층 향상시킬 수 있다.

크롬: 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하

크롬은, 강의 담금질성을 향상시킨다. 담금질 처리에 있어서 치즐의 표면으로부터 심부까지 경화 가능하게 하는 관점에서, 크롬 함유량은 2.90 질량% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 크롬을 과잉으로 첨가하면 담금질 균열이 생길 우려가 있다. 담금질 균열의 발생을 회피하는 관점에서, 크롬 함유량은 3.80 질량% 이하로 할 필요가 있다. 크롬 함유량은, 3.60 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

몰리브덴: 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하

몰리브덴은, 담금질성을 향상시키고, 템퍼링 연화 저항성을 높인다. 또한, 몰리브덴은, 고온 템퍼링 취성(脆性; brittleness)를 개선시키는 기능도 가지고 있다. 몰리브덴 함유량이 0.20 질량% 미만에서는, 이들 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 한편, 몰리브덴 함유량이 0.40 질량%를 넘으면, 상기 효과가 포화한다. 그러므로, 몰리브덴 함유량은 상기 범위로 할 필요가 있다. 몰리브덴 함유량을 0.35 질량% 이하로 함으로써, 강의 제조 비용을 저감할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 치즐용 강 및 치즐에 의하면, 내구성의 향상을 달성할 수 있는 치즐용 강 및 치즐을 제공할 수 있다.

도 1은 유압 브레이커의 구조를 나타낸 개략 단면도(斷面圖)이다.
도 2는 치즐의 제조 공정의 개략을 나타낸 플로우차트이다.
도 3은 샘플의 경도와 충격값과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 샘플의 직경 방향에서의 경도의 분포를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 그리고, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 반복하지 않는다.

본 실시형태의 치즐용 강은, 예를 들면, 다음과 같이, 유압 브레이커에 포함되는 치즐을 구성하는 재료로서 사용할 수 있다. 도 1은, 유압 브레이커의 구조를 나타낸 개략 단면도이다. 도 1을 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 유압 브레이커(1)는, 치즐(10)과, 피스톤(20)과, 프레임(30)을 구비한다.

치즐(10)은, 봉형의 형상을 가진다. 치즐(10)은 원통 형상을 가지는 베이스부(12)와, 베이스부(12)에 접속되고, 선단(11A)에 가까워짐에 따라 축 방향에 수직인 단면(斷面)에서의 단면적(斷面績)이 작아지게 되는 축경부(縮徑部)(11)를 포함한다. 축 방향에 있어서 선단(11A)과는 반대측의 기단측(基端側)에, 축 방향에 교차하는 평면부인 기단측 평면부(12A)가 형성되어 있다. 축 방향에 있어서, 치즐(10)의 기단측 평면부(12A)에 가까운 측이 프레임(30)에 에워싸여 있고, 선단(11A)에 가까운 측이 프레임(30)으로부터 돌출되어 있다. 프레임(30)에 에워싸이는 치즐(10)의 영역에는, 오목부(12B)가 형성된다. 오목부(12B)에 대응하는 프레임(30)의 내주면(內周面)의 영역에는, 스토퍼 핀(50)이 배치된다.

피스톤(20)은, 봉형의 형상을 가진다. 피스톤(20)은, 프레임(30)에 에워싸이는 영역에 배치된다. 피스톤(20)은, 치즐(10)과 동축(同軸)에 배치된다. 피스톤(20)의 선단측에는, 축 방향에 교차하는 평면부인 선단측 평면부(21)가 형성되어 있다. 피스톤(20)의 선단측 평면부(21)와 치즐의 기단측 평면부(12A)가 대향하도록 치즐(10) 및 피스톤(20)은 배치된다. 피스톤(20)은 프레임(30)에 대하여 축 방향으로 상대적으로 이동 가능하게 유지되어 있다.

피스톤(20)이 축 방향으로 이동하여 치즐(10)을 두드림으로써(strike), 치즐(10)에 타격력이 전달된다. 프레임(30)의 내주측에 형성된 타격실(31) 내에 있어서, 피스톤(20)의 선단측 평면부(21)가 치즐(10)의 기단측 평면부(12A)에 접촉함으로써, 피스톤(20)으로부터 치즐(10)에 타격력이 전달된다. 치즐(10)은 전달된 타격력에 의해 암반 등을 파쇄한다.

피스톤(20)과 프레임(30)과의 사이에는, 피스톤(20)을 구동시키기 위한 작동유가 진입하기 위한 오일실(32)이 형성되어 있다. 프레임(30)의 측면에, 컨트롤 밸브 기구(機構)(40)가 설치된다. 컨트롤 밸브 기구(40)로부터 작동유가 오일실(32)에 공급되는 것에 의해 피스톤(20)이 축 방향으로 구동되고, 피스톤(20)이 치즐(10)을 타격한다. 치즐(10)은 피스톤(20)으로부터 전달된 타격력에 의해 암반 등을 파쇄한다.

이와 같은 치즐(10)이 혹독한 환경 하에서 사용되는 경우, 그 선단(11A) 부근의 온도가 600℃로 정도로까지 상승한다. 이와 같은 환경에서 사용되는 치즐(10)에 있어서는, 전술한 바와 같이, 고온 600℃에서의 템퍼링 후의 경도 및 충격값을 상승시키는 동시에, 담금질 후의 변형(strain) 제거를 목적으로 한 템퍼링 후의 (210℃에서의 템퍼링 후의) 심부에서의 경도를 상승시킴으로써 내마모성 및 내크랙성이 향상되어, 우수한 내구성을 얻을 수 있다. 본 실시형태에 있어서의 치즐(10)은, 0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하의 규소와, 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하의 망간과, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하의 크롬과, 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 식(1)에 의해 정의되는 이상(理想) 임계 직경 DI의 값이 600 이상인 치즐용 강으로 구성되어 있다.

이와 같은 강으로 구성되는 것에 의해, 본 실시형태에 있어서의 치즐(10)은, 600℃로 가열된 후에서의 실온에서의 표면의 경도가 32 HRC 이상이며, 상기 표면을 포함하는 영역의 충격값이 80 J/㎠ 이상으로 되어 있다. 또한, 치즐(10)은, 심부에서의 경도(담금질 후의 변형 제거를 목적으로 한 템퍼링 후의 경도)가 45 HRC 이상으로 되어 있다. 그러므로, 본 실시형태에 있어서의 치즐(10)은, 혹독한 환경 하에서의 내구성이 우수하다.

치즐(10)을 구성하는 치즐용 강에 있어서, 식(2)에 의해 정의되는 α의 값이 2.0 이상 2.4 이하라도 된다. 이로써, 고온 템퍼링 후의 경도와 충격값을 높은 레벨로 양립시키는 것이 가능해져, 치즐(10)의 내구성을 한층 향상시킬 수 있다.

치즐(10)을 구성하는 치즐용 강에 있어서, 불순물로서 포함되는 인의 함유량은 0.020 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 인의 인성에 대한 영향을 억제할 수 있다. 인의 함유량은 0.015 질량% 이하로 하는 것이, 더욱 바람직하다. 이로써, 고온에서의 템퍼링 후의 충격값이 향상되어, 치즐용 강의 내크랙성을 한층 향상시킬 수 있다.

다음에, 치즐(10)의 제조 방법의 일례에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 치즐의 제조 공정의 개략을 나타낸 플로우차트이다. 본 실시형태에 있어서의 치즐(10)의 제조 방법에서는, 먼저 공정(S10)에서 강재 준비 공정이 실시된다. 이 공정(S10)에서는, 예를 들면, 상기 치즐용 강의 성분 조성을 가지고, 중실(中實) 원통형의 형상을 가지는 강재가 준비된다.

다음에, 공정(S20)에서 가공 공정이 실시된다. 이 공정(S20)에서는, 공정(S10)에 있어서 준비된 강재에 대하여, 절삭 가공 등의 가공이 행해진다. 이로써, 본 실시형태의 치즐(10)의 개략적인 형상을 가지는 성형체가 얻어진다.

다음에, 공정(S30)에서 담금질 공정이 실시된다. 이 공정(S30)에서는, 공정(S20)에서 얻어진 성형체에 대하여 담금질 처리가 실시된다. 담금질 처리는, 예를 들면, 성형체가 분위기 노(atmospheric furnace)에 있어서 870℃ 정도의 온도로 가열된 후, 오일 냉각 또는 수냉됨으로써 실시된다.

다음에, 공정(S40)에서 템퍼링 공정이 실시된다. 이 공정(S40)에서는, 공정(S30)에서 담금질 처리된 성형체에 대하여 템퍼링 처리가 실시된다. 템퍼링 처리는, 예를 들면, 성형체가 가열로에 있어서 210℃로 가열된 후, 공냉(空冷)됨으로써 실시된다.

다음에, 공정(S50)에서 마무리 공정이 실시된다. 이 공정(S50)에서는, 공정(S40)에서 템퍼링 처리가 실시된 성형체에 대하여, 절삭 가공, 연삭(硏削) 가공, 숏 블라스트(shot blast), 도장 등의 마무리 처리가 필요에 따라 실시된다. 이상의 수순에 따라 본 실시형태의 치즐(10)을 제조할 수 있다.

이상과 같이, 상기 성분 조성을 가지는 치즐용 강으로 이루어지는 강재를 가공하여 성형체를 제작하고, 열처리를 실시한 후, 필요에 따라 마무리 처리를 행함으로써, 본 실시형태에 있어서의 치즐(10)을 얻을 수 있다. 이 치즐(10)은, 선단부의 온도가 600℃ 정도로까지 상승하여 템퍼링되도록 한 혹독한 환경 하에 있어서 사용된 경우라도, 우수한 내마모성 및 내크랙성을 가진다.

[실시예]

혹독한 환경 하에 있어서 사용되는 치즐용 강에 적절한 성분 조성을 확인하는 실험을 행하였다. 실험의 수순은 다음과 같다.

먼저, 이하의 표 1에 나타낸 성분 조성을 가지는 강재를 준비하였다. 그리고, 각각의 강재에 대하여 870℃로부터 급냉함으로써 담금질 처리를 실시한 후, 200℃로 가열하여 템퍼링 처리를 실시한 샘플을 제작하였다. 그리고, 치즐의 사용 환경을 상정하여, 각 샘플을 600℃로 가열하여 템퍼링 처리를 실시하였다. 얻어진 각 샘플에 대하여, 경도 및 충격값을 측정하였다. 경도는 록웰(Rockwell) 경도계(硬度計)에 의해 측정하였다. 충격값은, 2㎜V 노치 샤르피 충격 시험편(2mmV-notch Charpy impact test)(시험편 형상: 길이 55㎜, 한 변 10㎜의 정사각형 단면, 노치 깊이 2㎜, 노치 각도 45°, 노치 바닥 반경 0.25㎜)에 의해 측정하였다.

표 1에는, 각 강의 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 바나듐(V), 티탄(Ti), 붕소(B)의 값이 질량%의 단위로 기재되어 있다. 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 그리고, 인은 불가피적 불순물이지만, 충격값에 대한 영향이 큰 것 등을 고려하여, 표 중에 표시하였다. 또한, 표 1에는, 상기 실험의 결과 얻어진 경도(HRC) 및 충격값(단위: J/㎠)이 기재되어 있다. 또한, 표 1에는, 상기 식(1)에 의해 정의되는 이상 임계 직경 DI의 값이 기재되어 있다. 또한, 표 1에는, 식(2)에 의해 정의되는 α의 값이 기재되어 있다.

표 1의 재료 A∼E가 본 발명의 치즐용 강(실시예)이며, 재료 F∼N이 본 발명의 범위 밖의 강(비교예)이다. 또한, 도 3에 각 강으로부터 제작된 샘플의 경도와 충격값과의 관계를 나타낸다. 도 3에 있어서, 가로축에는 600℃에서의 템퍼링 처리 실시 후의 상온에서의 경도를 나타내고, 세로축에는 600℃에서의 템퍼링 처리 실시 후의 상온에서의 충격값을 나타낸다. 도 3에 있어서, 실시예의 샘플의 데이터 점은 동그라미로 표시되고, 비교예의 샘플의 데이터 점은 다이아몬드형 표로 나타낸다.

표 1 및 도 3를 참조하여, 본 발명의 치즐용 강인 재료 A∼E는, 600℃에서 템퍼링 후의 목표인 경도 32 HRC 이상 또한 충격값 80 J/㎠ 이상을 달성하고 있다. 또한, α값이 2.0 이상 2.4 이하의 범위 밖인 비교예의 재료는, 재료 F를 제외하고, 경도 또는 충격값에 있어서 목표값을 하회(下回)하고 있다. 이에 대하여, α값이 2.0 이상 2.4 이하의 범위 내인 실시예의 재료는, 경도 및 충격값의 목표값을 모두 달성하고 있다. 재료 F는, DI값에 있어서 목표값인 600을 하회하고 있다. 재료 F는, 담금질성이 불충분하게 되어 있다.

또한, 치즐을 제작한 경우의 심부에서의 경도를 확인하는 실험을 행하였다. 먼저, 이하의 표 2에 나타낸 성분 조성을 가지는 직경 160㎜의 중실 원통 형상의 강재를 준비하였다. 그리고, 각각의 강재에 대하여 담금질 처리를 실시한 후, 210℃로 가열하여 템퍼링 처리를 실시한 샘플을 제작하였다. 실시예 A에 대해서는, 880℃로부터 오일 냉각함으로써 담금질을 실시하였다. 실시예 B에 대해서는, 880℃로부터 수냉함으로써 담금질을 실시하였다. 비교예 A 및 비교예 B에 대해서는, 870℃로부터 수냉함으로써 담금질을 실시하였다. 그리고, 비교예 A 및 비교예 B는, 상기 표 1의 재료 N 및 M과 마찬가지의 성분 조성을 가지고 있다. 재료 N 및 M은, 현재, 치즐용 강으로서 사용되고 있는 강의 성분 조성에 대응한다.

그리고, 각 샘플에 대하여 축 방향에 수직인 단면에서의 경도 분포를 측정하였다. 경도의 측정은 록웰 경도계에 의해 실시하였다. 실험 결과를 도 4에 나타낸다

도 4에 있어서, 가로축은 표면으로부터의 거리, 세로축은 경도에 대응한다. 도 4를 참조하여, 현용 강(currently used steels )이며, DI 값이 600 미만인 비교예의 강에 있어서는, 표층부만이 충분히 담금질 경화되어 있고, 심부에 있어서는 담금질 경화가 불충분하게 되어 있다. 심부에서의 경도는 45 HRC를 하회하고 있다. 이에 대하여, DI 값이 600 이상인 실시예의 강에 있어서는, 표층부로부터 심부까지 충분히 담금질 경화되어 있다. 실시예 A는, 오일 담금질인 것에도 불구하고, 물 담금질인 실시예 B와 손색 없는 경도 분포로 되어 있다. 실시예 A 및 실시예 B의 심부에서의 경도는 45 HRC 이상으로 되어 있다. 단면의 전역(全域)에 있어서, 경도가 49∼54 HRC의 범위 내로 되어 있다. 실시예 A 및 실시예 B에 있어서는 일정한 경도 분포가 얻어져 있다.

이상의 실험 결과로부터, 본 발명의 치즐용 강에 의하면, 혹독한 환경 하에 있어서 사용된 경우라도 높은 내마모성과 높은 내크랙성을 양립하고, 우수한 내구성을 가지는 치즐을 제공할 수 있는 것이 확인된다. 그리고, 상기 치즐용 강은, 도 1을 참조하여, 스토퍼 핀(50)을 구성하는 강으로서도 사용할 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.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명의 치즐 및 치즐용 강은, 혹독한 환경 하에 있어서 사용되는 치즐 및 그 재료로서, 특히 유리하게 적용될 수 있다.

1: 유압 브레이커, 10: 치즐, 11: 축경부, 11A: 선단, 12: 베이스부, 12A: 기단측 평면부, 12B: 오목부, 20: 피스톤, 21: 선단측 평면부, 30: 프레임, 31: 타격실, 32: 오일실, 40: 컨트롤 밸브 기구, 50: 스토퍼 핀.

Claims

치즐(chisel)을 구성하는 재료로서 사용되는 치즐용 강(鋼)으로서,
0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하의 규소와, 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하의 망간과, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하의 크롬과, 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부(殘部)가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
하기 식(1)에 의해 정의되는 이상(理想) 임계 직경 DI의 값이 600 이상인, 치즐용 강.
DI=7·(%C)^1/2·(1＋0.64·%Si)·(1＋4.1·%Mn)·(1＋2.83·%P)·(1-0.62·%S)·(1＋2.33·%Cr)·(1＋3.14·%Mo) … (1)
제1항에 있어서,
하기 식(2)에 의해 정의되는 α의 값이 2.0 이상 2.4 이하인, 치즐용 강.
α=5·%C＋3·%Si＋%Mo-2·%Mn-10·%S … (2)
0.40 질량% 이상 0.45 질량% 이하의 탄소와, 0.50 질량% 이상 0.80 질량% 이하의 규소와, 1.00 질량% 이상 1.30 질량% 이하의 망간과, 0.001 질량% 이상 0.005 질량% 이하의 유황과, 2.90 질량% 이상 3.80 질량% 이하의 크롬과, 0.20 질량% 이상 0.40 질량% 이하의 몰리브덴을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
하기 식(1)에 의해 정의되는 이상 임계 직경 DI의 값이 600 이상인 강으로 구성되는, 치즐.
DI=7·(%C)^1/2·(1＋0.64·%Si)·(1＋4.1·%Mn)·(1＋2.83·%P)·(1-0.62·%S)·(1＋2.33·%Cr)·(1＋3.14·%Mo) … (1)
제3항에 있어서,
하기 식(2)에 의해 정의되는 α의 값이 2.0 이상 2.4 이하인, 치즐.
α=5·%C＋3·%Si＋%Mo-2·%Mn-10·%S … (2)
제3항 또는 제4항에 있어서,
600℃로 가열된 후에서의 실온에서의 표면의 경도(硬度)가 32 HRC 이상이며, 상기 표면을 포함하는 영역의 충격값이 80 J/㎠ 이상인, 치즐.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
심부(芯部)에서의 경도가 45 HRC 이상인, 치즐.