JPH05263129A - 耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法 - Google Patents
耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法Info
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- JPH05263129A JPH05263129A JP9360592A JP9360592A JPH05263129A JP H05263129 A JPH05263129 A JP H05263129A JP 9360592 A JP9360592 A JP 9360592A JP 9360592 A JP9360592 A JP 9360592A JP H05263129 A JPH05263129 A JP H05263129A
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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】 耐摩耗鋼製部材に焼入れを施した後、２００
〜７００℃の温度で焼戻して一旦鋼材硬さを低下させ、
その後更に高周波焼入れを実施して所要の表層部硬さを
確保することによって、図１に示すような断面硬度分布
を生じさせる。
れた耐折損性を有する耐摩耗鋼材を提供する。 【構成】 耐摩耗鋼製部材に焼入れを施した後、２００
〜７００℃の温度で焼戻して一旦鋼材硬さを低下させ、
その後更に高周波焼入れを実施して所要の表層部硬さを
確保することによって、図１に示すような断面硬度分布
を生じさせる。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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，
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) また、折損品と非折損品とを対比する
と、両者は共に生成した加工層の部分にミクロクラック
が生じてはいたが、非折損品の場合には表層部に圧縮残
留応力の存在が認められ、この圧縮残留応力がミクロク
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，
と、両者は共に生成した加工層の部分にミクロクラック
が生じてはいたが、非折損品の場合には表層部に圧縮残
留応力の存在が認められ、この圧縮残留応力がミクロク
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，
【０００９】c) 鋼材表層部の圧縮残留応力は芯部との
硬さの差を与える（芯部よりも表層部の硬さを高くす
る）ことによって発生させることができ、耐摩耗鋼性部
材の場合には、通常の焼入れ処理を施して材料特性の改
善を図った後、焼戻処理を比較的高い温度で実施して一
旦鋼材の硬さを多少低下させ、その後高周波焼入れによ
って鋼材表層部の硬さのみを再度所要の値にまで高める
手法によれば、必要な圧縮残留応力の確保が容易になさ
れ、折損を生じにくい耐摩耗鋼材が安定して得られるこ
と。
硬さの差を与える（芯部よりも表層部の硬さを高くす
る）ことによって発生させることができ、耐摩耗鋼性部
材の場合には、通常の焼入れ処理を施して材料特性の改
善を図った後、焼戻処理を比較的高い温度で実施して一
旦鋼材の硬さを多少低下させ、その後高周波焼入れによ
って鋼材表層部の硬さのみを再度所要の値にまで高める
手法によれば、必要な圧縮残留応力の確保が容易になさ
れ、折損を生じにくい耐摩耗鋼材が安定して得られるこ
と。
【００１０】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、「耐摩耗鋼製
部材に焼入れを施した後、 ２００〜７００℃の温度で焼
戻して一旦鋼材硬さを低下させ、 その後更に高周波焼入
れを実施して所要の表層部硬さを確保することにより、
耐折損性に優れた耐摩耗鋼材を簡易かつ安定に製造し得
るようにした点」に大きな特徴を有している。
研究を重ねた結果完成されたものであり、「耐摩耗鋼製
部材に焼入れを施した後、 ２００〜７００℃の温度で焼
戻して一旦鋼材硬さを低下させ、 その後更に高周波焼入
れを実施して所要の表層部硬さを確保することにより、
耐折損性に優れた耐摩耗鋼材を簡易かつ安定に製造し得
るようにした点」に大きな特徴を有している。
【００１１】
【作用】即ち、本発明は、耐摩耗鋼で作成され、焼入れ
によって特性改善がなされた部材を比較的高い温度で焼
戻して材料硬さを多少低下させ、これに高周波焼入れを
施して表層部硬さを本来の焼入れ後の硬さに戻すことを
骨子としているが、このような耐摩耗鋼材では断面の硬
さ分布が図１で示すようにＵカ−ブとなり、そのため表
層部に圧縮残留応力が生じている。従って、鋼材の使用
によってこの部位に生じる加工層に例えミクロクラック
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、著しく優れた耐折損性を示すこととな
る。また、この鋼材では比較的高い温度で焼戻しが行わ
れているので母材の靱性が向上しており、この点も耐折
損性の向上に大きく寄与している。
によって特性改善がなされた部材を比較的高い温度で焼
戻して材料硬さを多少低下させ、これに高周波焼入れを
施して表層部硬さを本来の焼入れ後の硬さに戻すことを
骨子としているが、このような耐摩耗鋼材では断面の硬
さ分布が図１で示すようにＵカ−ブとなり、そのため表
層部に圧縮残留応力が生じている。従って、鋼材の使用
によってこの部位に生じる加工層に例えミクロクラック
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、著しく優れた耐折損性を示すこととな
る。また、この鋼材では比較的高い温度で焼戻しが行わ
れているので母材の靱性が向上しており、この点も耐折
損性の向上に大きく寄与している。
【００１２】ここで、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ＳMn
４４３鋼，ＳMnＣ４４３鋼，ＳＣＭ４４０鋼，ＳＮＣＭ
４３９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用いても良い。
に限定されるものではなく、前述したＪＩＳ規格のＳMn
４４３鋼，ＳMnＣ４４３鋼，ＳＣＭ４４０鋼，ＳＮＣＭ
４３９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用いても良い。
【００１３】そして、耐摩耗鋼材に対してまず所要の特
性（強度等）を付与するための焼入れは通常通りの条件
で実施すれば良い。ただ、その後に焼戻しを施して鋼材
を一旦軟化させるが、この焼戻し温度を特に２００〜７
００℃と限定したのは次の理由による。
性（強度等）を付与するための焼入れは通常通りの条件
で実施すれば良い。ただ、その後に焼戻しを施して鋼材
を一旦軟化させるが、この焼戻し温度を特に２００〜７
００℃と限定したのは次の理由による。
【００１４】焼戻し温度が２００℃未満であると、鋼材
の軟化が認められずに“焼入れまま材”とほぼ同等の硬
さが維持され、その後に高周波焼入れを実施しても表層
部と芯部とに硬度差が生じず、表層部に圧縮残留応力を
発生させることはできない。つまり、焼入れ後に母材硬
さを一旦低下させ、その後の高周波焼入れにより断面の
硬さ分布をＵカ−ブとすることで、表層部に圧縮残留応
力を発生させて耐折損性を向上させるためには２００℃
以上の焼戻温度が必要である。一方、焼戻し温度が高い
ほど上記圧縮残留応力は高くなるが、該温度が７００℃
を超えると、鋼材のＡ1 変態点を超える加熱となるため
組織が“フェライト＋パ−ライト”或いは“ベイナイ
ト”となり、靱性，強度が低下して耐折損性は逆に悪化
する。従って、焼戻し温度を２００〜７００℃と定めた
訳である。
の軟化が認められずに“焼入れまま材”とほぼ同等の硬
さが維持され、その後に高周波焼入れを実施しても表層
部と芯部とに硬度差が生じず、表層部に圧縮残留応力を
発生させることはできない。つまり、焼入れ後に母材硬
さを一旦低下させ、その後の高周波焼入れにより断面の
硬さ分布をＵカ−ブとすることで、表層部に圧縮残留応
力を発生させて耐折損性を向上させるためには２００℃
以上の焼戻温度が必要である。一方、焼戻し温度が高い
ほど上記圧縮残留応力は高くなるが、該温度が７００℃
を超えると、鋼材のＡ1 変態点を超える加熱となるため
組織が“フェライト＋パ−ライト”或いは“ベイナイ
ト”となり、靱性，強度が低下して耐折損性は逆に悪化
する。従って、焼戻し温度を２００〜７００℃と定めた
訳である。
【００１５】なお、焼戻し後に鋼材表層部の硬さを耐摩
耗鋼本来のレベル（焼入れ後のレベル）に戻すための第
２次焼入れには高周波加熱を適用するが、高周波加熱で
あれば迅速に表層部のみの加熱が実施できて圧縮残留応
力の発生が容易であるため、実際作業として他に代替で
きない加熱手段であると考えられる。
耗鋼本来のレベル（焼入れ後のレベル）に戻すための第
２次焼入れには高周波加熱を適用するが、高周波加熱で
あれば迅速に表層部のみの加熱が実施できて圧縮残留応
力の発生が容易であるため、実際作業として他に代替で
きない加熱手段であると考えられる。
【００１６】また、この高周波焼入れを施す際、通常、
加熱時間は数秒程度で所望する効果が得られるが、例え
ば土木建設機械用チゼル等を対象とする場合には耐摩耗
性が特に必要な先端部分が細くなっており、このため本
体部分と同一条件で高周波焼入れを実施しても硬化深さ
が十分となって所望の耐摩耗性を確保することができる
が、焼きの入りにくい太さ部分や一層の耐摩耗性が要求
される部分では、加熱時間を他部分（本体部分等）より
も若干長くすることが望ましい。
加熱時間は数秒程度で所望する効果が得られるが、例え
ば土木建設機械用チゼル等を対象とする場合には耐摩耗
性が特に必要な先端部分が細くなっており、このため本
体部分と同一条件で高周波焼入れを実施しても硬化深さ
が十分となって所望の耐摩耗性を確保することができる
が、焼きの入りにくい太さ部分や一層の耐摩耗性が要求
される部分では、加熱時間を他部分（本体部分等）より
も若干長くすることが望ましい。
【００１７】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。
に具体的に説明する。
【実施例】耐摩耗鋼として一般的に多く用いられるＪＩ
Ｓ規格のＳＣＭ４４０鋼を選び、これを圧延して図２に
示したような外径１２５φの土木建設機械用チゼルの実
部品を複数個製作した。
Ｓ規格のＳＣＭ４４０鋼を選び、これを圧延して図２に
示したような外径１２５φの土木建設機械用チゼルの実
部品を複数個製作した。
【００１８】次いで、これらに焼入れ（８８０℃×２hr
→油焼入れ）を施し、続いて１００〜８００℃の各種温
度に２時間保持した後空冷する“焼戻し処理”を行っ
た。そして、その後、一部を除いて更に表１に示す条件
の高周波焼入れを施してチゼル製品を製造した。
→油焼入れ）を施し、続いて１００〜８００℃の各種温
度に２時間保持した後空冷する“焼戻し処理”を行っ
た。そして、その後、一部を除いて更に表１に示す条件
の高周波焼入れを施してチゼル製品を製造した。
【００１９】
【００２０】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２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３の斜線部）の摩耗量を測定して評価
した。
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２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３の斜線部）の摩耗量を測定して評価
した。
【００２１】
【表２】
【００２２】表２に示される結果からも明らかなよう
に、本発明法に従って製造されたチゼル（２００〜７０
０℃の温度で焼戻した後に高周波焼入れしたもの）につ
いては耐摩耗性を低下させることなく耐折損性が著しく
向上しているのに対して、製造条件が本発明の規定を満
たしていないチゼルでは耐折損性が十分でないことが分
かる。
に、本発明法に従って製造されたチゼル（２００〜７０
０℃の温度で焼戻した後に高周波焼入れしたもの）につ
いては耐摩耗性を低下させることなく耐折損性が著しく
向上しているのに対して、製造条件が本発明の規定を満
たしていないチゼルでは耐折損性が十分でないことが分
かる。
【００２３】
【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。
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。
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形状
に係る説明図である。
に係る説明図である。
【図３】実施例での耐摩耗性の調査部位を示した概念図
である。
である。
Claims (1)
- 【請求項１】 耐摩耗鋼製部材に焼入れを施した後、２
００〜７００℃の温度で焼戻して一旦鋼材硬さを低下さ
せ、その後更に高周波焼入れを実施して所要の表層部硬
さを確保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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9360592A JPH05263129A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9360592A JPH05263129A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05263129A true JPH05263129A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=14086965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9360592A Pending JPH05263129A (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 耐折損性に優れた耐摩耗鋼材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05263129A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998000570A1 (en) * | 1996-07-02 | 1998-01-08 | The Timken Company | Induction hardened microalloy steel having enhanced fatigue strength properties |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP9360592A patent/JPH05263129A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998000570A1 (en) * | 1996-07-02 | 1998-01-08 | The Timken Company | Induction hardened microalloy steel having enhanced fatigue strength properties |
| US5906691A (en) * | 1996-07-02 | 1999-05-25 | The Timken Company | Induction hardened microalloy steel having enhanced fatigue strength properties |
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