JPH0348259B2

JPH0348259B2 -

Info

Publication number: JPH0348259B2
Application number: JP59036158A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Toda; Yoshiro Sakumoto; Isao Hirata; Shuji Ono; Kozo Namise
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-02-29
Filing date: 1984-02-29
Publication date: 1991-07-23
Also published as: JPS60184666A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高い靭性と焼戻軟化抵抗が大きいカ
ツテイングエツジ材に関する。モータグレーダのカツテイングエツジは、耐摩
耗性が要求されるだけでなく、局部的に衝撃（曲
げ）荷重を受けるので、高い靭性（一般には、室
温２mmＵシヤルピー値で３Kg・ｍ／cm²以上必要と
考えられている）が要求される。また、カツテイ
ングエツジ材は、土砂との摩擦熱によつて焼戻さ
れ、硬さが低下して耐摩耗性が著しく低下する。
特に積雪地でのアスフアルト道路の除雪作業で
は、氷やアスフアルトとの摩擦によりカツテイン
グエツジ先端部は500〜600℃の高温に加熱される
ため、軟化の傾向が大きく、一般には消耗品と考
えられているが、耐久性の向上が強く望まれてい
る。通常、モータグレーダのカツテイングエツジ材
として使用されている材料としては、JIG規格の
SCr445或いはSi含有量を高めて鋼の耐焼戻性能
を改良した高Si系鋼（特公昭47−9901号公報等）
がある。しかし、比較的温度上昇が小さい整地作
業や小型機用のものでは、優れた耐摩耗性を有す
るが、大型機種や寒冷時の除雪作業では頻繁に
600℃を超える使用条件となり、損耗が極めて速
いという欠点がある。なお、耐摩耗性の点では、比較的高温に曝され
ても耐摩耗性が優れているものに工具鋼等がある
が、これ等は靭性、加工性が劣り、又高価な合金
元素を多量に含有するために、耐摩耗性の向上以
上に価格が上り、安価であることを旨とするモー
タグレーダ材としては適さない。除雪作業時のカツテイングエツジ先端部におけ
る摩擦による最高温度を測定した。その結果、第
１図に示すように高速走行では、刃先面近傍（５
mm以内）は620℃前後の高温に達することが明ら
かになつた。一方、材質的には、Cr、MO、Ｖ及
びNbによる複合炭化物を析出させることにより、
焼戻軟化抵抗が高められると共に、セメンタイト
の析出に比べ、室温の硬さが低くても耐摩耗性が
優れるという知見が得られた。これらの結果より、高い硬さを得るために350
〜450℃の低い温度で焼戻しを実施している従来
のカツテイングエツジ材は、初期の硬さが高くて
も摩擦面に接近するにつれて軟化し、実際には初
期硬さよりかなり低い硬さで使用されることにな
り、耐摩耗性を著しく低下するものであることが
判つた。以上の事実及び従来のものの欠点を踏まえ、以
下に記す条件を満足する耐摩耗性の優れた鋼を提
供することが本発明の目的である。 (1) 焼戻軟化抵抗が大で、少なくとも640℃の焼
戻温度に上つ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) 先端（切刃）形状の保ちがよいこと。すなわち本発明は、 (1) 重量基準で、C0.50−0.60％、Si1.4−1.8％、
Mn0.4−0.8％、Cr0.8−1.2％、Mo0.2−0.5％、
V0.10−0.25％、Ni1.0−2.0％、Nb0.08−0.16
％と残部がFe及び不純物からなり、高い靭性
と焼戻軟化抵抗が大きいことを特徴とするカツ
テイングエツジ材。 (2) 重量基準で、C0.50−0.60％、Si1.4−1.8％、
Mn0.4−0.8％、Cr0.8−1.2％、Mo0.2−0.5％、
V0.10−0.25％、Ni1.0−2.0％、Nb0.08−0.16
％、B0.0005−0.001％と残部がFe及び不純物か
らなり、高い靭性と焼戻軟化抵抗が大きいこと
を特徴とするカツテイングエツジ材。に関するものである。本発明のカツテイングエツジ材は、金属炭化物
の析出により、600℃以上の高温によつて焼戻し
を施しても高い硬さを維持することができ、従来
のものの欠点である、600℃を超える温度で使用
された場合の耐摩耗性低下を改善することができ
る。このような本発明のカツテイングエツジ材は、
建設機械用掘削部品全般、モータグレーダ用カツ
テイングエツジ、ブルドーザの切刃等に使用でき
る。本発明が技術的に確立される要点（化学組成の
限定理由）は、次の通りである。 (1) C0.50−0.60％Ｃは、耐摩耗性を維持するための硬さ及び靭
性に大きな影響を与える重要な成分であり、耐
摩耗性の目安にあるHRC45以上の硬さを得る
ためには、厚さ15mmのロール材の油焼入れでは
0.40％以上を含有することが必要であるが、本
発明合金のように焼戻温度が高い場合には、そ
れだけ焼戻軟化が大きいので、下限を0.5％と
することが必要である。一方、Ｃが0.60％以上
になると、本発明合金の特徴であるMo、Ｖ及
びNbの相互作用にも関係するが、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つ
て摩耗が進むようになり、かえつて耐摩耗性を
低下させる。 (2) Si1.4−1.8％ Siは、Niとの共存によつて基地の硬さを高
めるとともに、焼戻しで炭化物を微細に析出
し、靭性、耐摩耗性の向上に有効である。しか
し、焼入性を阻害する作用があるので、他の
Cr、Ni量を高める必要が生じる。また、Si量
が高すぎると、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1.4〜1.8％が好ましい。 (3) Mn0.4−0.8％ Mnは、Si量が比較的高いため、その含有量
が多いと著しい脆化を起し、靭性を低下せしめ
るので、少ない方が望ましいが、焼入性の充足
成分であること、又通常の製鋼に於いて必須の
元素であることを配慮した場合、0.4−0.8％が
好ましい。 (4) Cr0.8−1.2％ Crは、焼入性を向上し、焼入後の硬さを高
め、かつ高温焼戻しによつても高硬度を維持さ
せる作用を有する。このような効果を得るため
には、本発明合金ではSi量が比較的高いので、
0.8％以上のCrが必要である。一方、Cr含有量
が1.2％ぐらいから、焼入性については飽和す
ると共に、靭性が低下して来るので、Cr含有
量としては、0.8−1.2％の範囲が好ましい。 (5) Mo0.2−0.5％ Moは、Cr、Niとの関係に於いて、焼入性を
高めると共に、焼戻し脆性を抑え、またセメン
タイトを分散させることにより靭性を高める。
更に、ｖとの共存に於いて、セメンタイトを安
定にし、高温焼戻しによる炭化物の凝集を抑
え、Ｖ炭化物による２次硬化を促進するので、
本発明の特徴である焼戻し軟化抵抗向上に不可
欠な元素である。この効果はＶ、Nbとの共存
に於いて0.2％ぐらいから認められ、0.5％を超
えるとその効果は緩慢になるので、上限は0.5
％とする。 (6) V0.10−0.25％Ｖは、高温の焼戻しによつて微細な炭化物を
生成し、結果的に焼戻軟化抵抗を高める。また
結晶粒を微細化し、靭性を高めるものであり、
単独でも効果はあるが、本発明のように620℃
の使用条件に曝されるカツテイングエツジ材に
関しては、軟化を抑え、耐摩耗性を維持するた
めには、Mo及びNbとの共存による効果が大で
ある。このような効果を得るためには、Nb添
加を考慮して、その下限量は0.10％が適当であ
る。一方、Ｖ＋Nb量の過剰添加は、Ｖ、NbC
炭化物を粗大化させ、靭性、耐摩耗性を低下さ
せるので、その上限は0.25％とする。 (7) Nb0.08〜0.16％ Nbは、微量添加によつて熱間加工や熱処理
時の高温加熱後における結晶粒の細粒化に役立
ち、靭性を向上させると共に、MOとの共存に
於いて焼戻軟化抵抗を向上させる効果がある。
その効果は0.08％前後で十分であるが、本発明
合金の場合は、Ｃ量が高いことと、Ｖとの複合
炭化物の析出によつて、耐摩耗性（高温硬さ）
及び靭性の向上は、0.16％ぐらいまで認められ
る。しかしながら、これ以上になるとNb炭化
物が粗大化し、靭性が低下する。なお、Nbに
は通常、不純物としてNb地金中に含まれる量
のTaが含有されうる。 (8) Ni1.0−2.0％ Niは、部品の大型化に伴う質量効果を軽減
するのに有効である。一方、基地の靭性を高め
るので、本発明の特徴である高温まで安定して
微細な炭化物を有する合金では、優れた耐摩耗
性を付与する。また、MO、Ｖ及びNbによる
焼戻軟化抵抗の向上と相乗されて、優れた耐摩
耗性（高温硬さ）を与える。その効果は、その
含有量が1.0％以上で得られるが、2.0％を超え
ると、残留オーステナイトの析出により軟化す
ることと、脆化防止のために、高価なMOを増
加する必要が生じるので、上限は2.0％が適当
である。 (9) Ｂ添加無し、又は0.0005−0.0010％Ｂは添加しなくてもよい。また微量の添加
で、焼入硬さを高め、焼戻温度を高めることが
できるので、靭性向上と、さらに厳しい条件下
の耐摩耗性向上が図れる。しかし、0.0010％以
上の添加は、粒界にボロン化合物を析出させ、
靭性を低下させる。また、微量の添加であるた
めに、溶湯中に於ける酸化、窒化によつて有効
ボロン量が減少するので、添加による効果（固
溶ボロン）を得るためには、0.0005％以上の添
加が必要である。以下、実施例によつて本発明の特徴及び成分範
囲の限定理由を説明する。実施例本発明のカツテイングエツジ材は、所定の組成
に溶解、精錬、造塊した後、150mm幅×12mm厚さ
の断面形状に熱間圧延した。熱処理は、1025℃で
焼なまし後、875℃で焼ならしたものを、925℃で
油焼入し、各種の温度で焼戻しを施した。第１表に示す組成の25種の鋼について、従来材
は所定の温度で、実験材及び本発明材は640℃で
焼戻しを施し、室温硬さ（HRC）、衝撃値（２mm
Ｕノツチシヤルピー値、試験温度20℃）及び摩耗
試験を実施した。その結果を第２表に示す。摩耗試験は、15mm厚
さ×150mm幅の試験片を土木用コンクリート（圧
縮強度350Kg／cm²、粗骨材最大20mm、スランプ量
80mm）に15Kg／cm³の荷重で押し付け、走行速度
3.4Km／ｈで34Km走行し、摩耗量を求めた。走行時の試験片先端温度は、最高585℃であつ
た。

【表】

【表】結果の考察 (1) 従来材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
耗性共に著しく優れている。 (2) 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量が低い
場合は、靭性は優れるが、硬さが低いため耐摩
耗性が劣る。また、Ｃ量が多い場合は、硬さは
高くなるが、靭性が低下すると共に、炭化物が
粗大化する傾向にあるため、耐摩耗性の向上は
少ない。 (3) 実験材３−４は、本発明材１−２との比較に
於いて、Siの影響を示すもので、Si量が低い場
合は、Siによる硬化作用と炭化物の微細析出化
作用が充分でないため、硬さ、靭性及び耐摩耗
性共に改善が少ない。又、実験材４〜６の比較により、Mn0.8％前
後を含有する場合においてはSiが約1.8％を超
えると、靭性が著しく阻害されることが判る。 (4) 実験材５−６は、本発明１−２との比較に於
いて、Mn量の影響を示すもので、Mn量が多
い場合は、Si量を下げないと脆化し、靭性が著
しく低下する。 (5) 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量が少
ない場合は、硬さが低く、またCr量が多い場
合は、脆化傾向によつて靭性が低下する。 (6) 実験材９−10は、本発明材との比較に於い
て、Mo量の影響を示すもので、Mo量が低い
場合は、本発明の特徴である焼戻軟化抵抗の向
上が小さく、硬さ、耐摩耗性の向上が小さい。
また、Moが多い場合は、優れた焼戻軟化抵抗
を有するが、靭性が低下する。 (7) 実験材11−12は、本発明材１−２との比較に
於いて、Ｖの影響を示すもので、Ｖが少ない場
合は、靭性の向上は認められるが、焼戻軟化抵
抗の向上が小さく、硬さ、耐摩耗性が劣る。ま
た、Ｖ量が多い場合は、炭化物が粗大化する傾
向にあり、靭性が低下すると共に、硬さが高い
程には、耐摩耗性の向上が認められない。 (8) 実験材13−14は、本発明１−２との比較に於
いて、Ni量の影響を示すもので、Ni量が低い
場合は、靭性が低く、耐摩耗性の改善も少な
い。また、Ni量が多い場合は、残留オーステ
ナイトにより軟化し、靭性、耐摩耗性共に低下
する。 (9) 実験材15−16は、本発明材１−２との比較に
於いて、Ｂの影響を示すもので、Ｂの添加量が
少ない場合は、Ｂの添加効果は認められず、ま
た、多い場合は、靭性低下と耐摩耗性の向上が
認められる。 (10) 実験材17−18は、本発明１−２との比較に於
いて、Nb量の影響を示すもので、Nb量が低い
場合は、靭性は低く、硬さの向上も少ないが、
Nb量が多い場合は、硬さ、靭性ともに高い。
耐摩耗性もかなり改善されるが、炭化物粗大化
のためNb量の多い割には十分でない。 (11) 実験材19は、本発明１−２との比較に於い
て、Nbの添加を省略した場合の影響を示すも
ので、Nb無添加では、硬さ、靭性ともに低く、
耐摩耗性が低下する。本発明では、Nbの添加
は不可欠である。 (12) 本発明材３は、Ｂ添加を省略したものである
が、他の本発明材１及び２の組成範囲（Ｂを除
いたもの）にあれば、これらに次ぐ耐摩耗性と
優れた靭性を維持できることを示す。第２図は、本発明の特徴である焼戻性能曲線を
従来材と比較したものである。本発明材は、焼戻
軟化抵抗が約400℃以上の温度で著しく大きく、
高温焼戻しでも十分な硬さが得られるので、カツ
テイングエツジ材のように刃先温度が640℃に近
い温度に曝されても、硬度低下がなく、優れた耐
摩耗性を維持することができる。第３図は、本発明材と従来材の高温硬さ曲線を
示すものである。本発明材では、焼戻温度が高い
ので、常温及び低温域の硬さは、従来材２に比べ
て低いが、400℃を越える温度領域での硬さ低下
が少ないと共に、高温に於ける硬さが高く、耐摩
耗性に優れるため、耐久性の大きなカツテイング
エツジが得られる。

【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
カツテイングエツジ先端の最高温度測定例を示す
ものであり、第２図は従来材と本発明材の焼戻性
能曲線、第３図は本発明材と従来材の高温硬さ曲
線を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量基準で、C0.50〜0.60％、Si1.4〜1.8％、
Mn0.4〜0.8％、Cr0.8〜1.2％、Mo0.2〜0.5％、
V0.10〜0.25％、Ni1.0〜2.0％、Nb0.08〜0.16％、
残部がFe及び不純物からなり、高い靭性と焼戻
軟化抵抗が大きいことを特徴とするカツテイング
エツジ材。２重量基準で、C0.50〜0.60％、Si1.4〜1.8％、
Mn0.4〜0.8％、Cr0.8〜1.2％、Mo0.2〜0.5％、
V0.10〜0.25％、Ni1.0〜2.0％、Nb0.08〜0.16％、
B0.0005〜0.001％、残部がFe及び不純物からな
り、高い靭性と焼戻軟化抵抗が大きいことを特徴
とするカツテイングエツジ材。