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技術 草刈刃用鋼板

出願人 日新製鋼株式会社
発明者 平松昭史藤原勝飯原勝之
出願日 2000年8月24日 (19年10ヶ月経過) 出願番号 2000-253263
公開日 2002年2月28日 (18年4ヶ月経過) 公開番号 2002-060901
状態 未査定
技術分野
  • -
主要キーワード 焼きなまし材 総面積率 チップソ ポンチ先端 JIS規格 サブサイズ試験片 断面硬さ 草刈刃
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この項目の情報は公開日時点(2002年2月28日)のものです。
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課題

草刈機に用いられる草刈刃用鋼について、鋼成分と板厚表層部の炭化物量を規定することにより、草刈刃として必要な耐摩耗性硬度を持ち、かつ高い延性靭性を得る。

解決手段

重量%でC:0.50〜0.70%、Si:0.50%以下、Mn:0.10〜0.60%、Cr:0.80%以下、Mo:0.50%以下、V:0.50%以下、Cu:0.50%以下、N:0.0005〜0.02%、O:0.0005〜0.01%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、酸可溶Al:0.10%以下を含有し、さらに選択成分としてNi:0.10〜2.00%、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%、B:0.0005〜0.01%のうち1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼板で、表層100μm以内と板厚中心部における平均炭化物量の比(表層100μm以内/板厚中心部)が0.8以上であり、かつ最大炭化物粒径が5μm以下であることを特徴とする草刈刃用鋼板。

概要

背景

草刈機に用いられる草刈刃には、ソリッドソーと呼ばれる、基板刃先が同一の鋼板で作られているものと、刃先に超硬等を接合したチップソ−があり、いずれの場合も、基板材にはJIS規格SK5等の炭素工具鋼、SKS5等の合金工具鋼が用いられている。草刈刃は数1000rpmの高速回転で使用されるため、使用環境によっては、砂利、石等に対する耐摩耗性が要求される。したがって、草刈刃は切れ味および耐摩耗性を確保するため、通常、焼入れ焼戻しにより43〜48HRC程度の高い硬さ水準調質されている。

草刈刃は前述のように、使用中には高速で回転しており、これが、石等の障害物に当たることがあり、草刈刃の基板自体が折損して、破片飛散することは安全上、避けなければならない。安全性を確保するためには、基板の硬さを下げ延性靭性を増加させることが有効であることから、これまで、草刈刃を低めの硬さに調質することで、上記の問題を回避してきた。しかしながら、耐摩耗性の観点からは、より高い硬さが求められる。また、さらに切れ味が良好で、高い回転数で使用できる草刈刃の要求もある。このような高硬度および高回転数での使用においては、基板の材質についても、より高い安全性が求められるようになる。材質として要求されるものは、高い硬さ水準での延性、靭性の確保である。このため、本発明者らは、特願平10−30747号において、草刈刃に必要な強度及び耐摩耗性を維持し、且つ従来の基板を超える延性,靭性を示す草刈刃用基板を提供することを目的として、製品としての草刈刃や草刈刃基板に好適な合金成分を提示した。しかしながら、草刈刃等の製品として好適な鋼成分系であっても、素材としての鋼板の板厚方向の炭化物量によっては、熱処理後の所望の製品特性が得にくい場合もある。このため、本発明はかかる観点から、草刈刃基板素材として鋼板等の適正な成分系とその炭化物分散状態を明らかにしたものである。

概要

草刈機に用いられる草刈刃用鋼について、鋼成分と板厚表層部の炭化物量を規定することにより、草刈刃として必要な耐摩耗性と硬度を持ち、かつ高い延性、靭性を得る。

重量%でC:0.50〜0.70%、Si:0.50%以下、Mn:0.10〜0.60%、Cr:0.80%以下、Mo:0.50%以下、V:0.50%以下、Cu:0.50%以下、N:0.0005〜0.02%、O:0.0005〜0.01%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、酸可溶Al:0.10%以下を含有し、さらに選択成分としてNi:0.10〜2.00%、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%、B:0.0005〜0.01%のうち1種または2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼板で、表層100μm以内と板厚中心部における平均炭化物量の比(表層100μm以内/板厚中心部)が0.8以上であり、かつ最大炭化物粒径が5μm以下であることを特徴とする草刈刃用鋼板。

目的

効果

実績

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請求項1

重量比で、C:0.50〜0.70%Si:0.50%以下Mn:0.10〜0.60%Cr:0.80%以下Mo:0.50%以下V:0.50%以下Cu:0.50%以下N:0.0005〜0.02%O:0.0005〜0.01%P:0.02%以下S:0.01%以下酸可溶Al:0.10%以下残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼板で、表層100μm以内と板厚中心部における平均炭化物量の比が0.8以上であり、かつ最大炭化物粒径が5μm以下であることを特徴とする草刈刃用鋼板。

請求項2

さらに、Ni:0.10〜2.00%Ti:0.01〜0.20%Nb:0.01〜0.20%B:0.0005〜0.01%のうち、1種または2種以上を含む請求項1に記載の草刈刃用鋼板。

技術分野

0001

本発明は、草刈刃等として好適な延性靭性硬度耐摩耗性を発揮することとなる素材鋼板に関する。

背景技術

0002

草刈機に用いられる草刈刃には、ソリッドソーと呼ばれる、基板刃先が同一の鋼板で作られているものと、刃先に超硬等を接合したチップソ−があり、いずれの場合も、基板材にはJIS規格SK5等の炭素工具鋼、SKS5等の合金工具鋼が用いられている。草刈刃は数1000rpmの高速回転で使用されるため、使用環境によっては、砂利、石等に対する耐摩耗性が要求される。したがって、草刈刃は切れ味および耐摩耗性を確保するため、通常、焼入れ焼戻しにより43〜48HRC程度の高い硬さ水準調質されている。

0003

草刈刃は前述のように、使用中には高速で回転しており、これが、石等の障害物に当たることがあり、草刈刃の基板自体が折損して、破片飛散することは安全上、避けなければならない。安全性を確保するためには、基板の硬さを下げて延性、靭性を増加させることが有効であることから、これまで、草刈刃を低めの硬さに調質することで、上記の問題を回避してきた。しかしながら、耐摩耗性の観点からは、より高い硬さが求められる。また、さらに切れ味が良好で、高い回転数で使用できる草刈刃の要求もある。このような高硬度および高回転数での使用においては、基板の材質についても、より高い安全性が求められるようになる。材質として要求されるものは、高い硬さ水準での延性、靭性の確保である。このため、本発明者らは、特願平10−30747号において、草刈刃に必要な強度及び耐摩耗性を維持し、且つ従来の基板を超える延性,靭性を示す草刈刃用基板を提供することを目的として、製品としての草刈刃や草刈刃基板に好適な合金成分を提示した。しかしながら、草刈刃等の製品として好適な鋼成分系であっても、素材としての鋼板の板厚方向の炭化物量によっては、熱処理後の所望の製品特性が得にくい場合もある。このため、本発明はかかる観点から、草刈刃基板素材として鋼板等の適正な成分系とその炭化物分散状態を明らかにしたものである。

課題を解決するための手段

0004

上記の課題解決には、基板の特性として、以下の要件充足することが必要となる。すなわち、重量比でC:0.50〜0.70%、Si:0.50%以下、Mn:0.10〜0.60%、Cr:0.80%以下、Mo:0.50%以下、V:0.50%以下、Cu:0.50%以下、N:0.0005〜0.02%、O:0.0005〜0.01%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、酸可溶Al:0.10%以下を含有し、さらに選択成分としてNi:0.10〜2.00%、Ti:0.01〜0.20%、Nb:0.01〜0.20%、B:0.0005〜0.01%のうち1種または2種以上を含有し、、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼板で、表層100μm以内と板厚中心部における平均炭化物量の比(表層100μm以内/板厚中心部)が0.8以上であり、かつ最大炭化物粒径が5μm以下であることを特徴とする草刈刃用鋼板である。

発明を実施するための最良の形態

0005

以下に本発明で規定する化学成分値と限定理由について個別に説明する。

0006

C:Cは草刈刃用鋼板に必要とされる硬度および耐摩耗性を確保し、草刈刃の切れ味を高める作用を有する。また、焼戻し温度を高め、フ゜レステンハ゜ーによる熱処理後の平坦度を確保するため、少なくとも0.50%以上の添加が必要である。しかし、C含有量が多すぎると、熱処理後の炭化物量が増加し、粗大なものは破壊の起点として作用するため、延性および靭性が劣化する。そのため、添加量の上限を0.70%とした。

0007

Si:Siは溶鋼脱酸元素および焼戻し軟化を抑制する元素として有効である。しかし、Siを多量に添加すると脱酸による生成物であるSiO2が鋼中に残存し、鋼の清浄度を害し靭性を低下させる。そのため、Si含有量を0.50%以下とした。

0008

Mn:Mnは鋼の脱酸元素として有効である。また、鋼の焼入れ性の向上ならびに焼戻し温度を高めるのに有効な元素である。これらの効果を得るには0.10%以上のMnを含有させる必要がある。しかし、0.60%を超えて含有させると延性および靭性が大きく劣化するという問題がある。そのため、添加量の上限を0.60%とした。

0009

Cr:CrはMnと同様に鋼の焼入れ性の向上ならびに焼戻し温度を高めるのに有効な元素である。しかし、0.80%を超えると未溶解炭化物の多量生成により該炭化物を起点とする亀裂の進展を助長し、曲げ特性や靭性に悪影響を与えるため、0.80%以下に抑えた。

0010

Mo:Moも鋼の焼入れ性の向上ならびに焼戻し軟化を抑制し、焼戻し温度を高めるのに有効な元素であり、Mn、Crの過剰な添加による靭性の劣化を抑えるために、補助的に添加するものである。しかしながら、0.50%を越えて含有させると曲げ特性や靭性を劣化する。また、高価な元素であり多量に添加すると経済的に不利になることから、上限を0.50%以下とした。

0011

V:VはCr、Moと同様に焼入れ性の向上ならびに焼戻し軟化を抑制し、焼戻し温度を高めるのに有効な元素である。しかし、0.50%を超えると、かえって靭性を害するので0.50%以下とした。

0012

Cu:Cuは良好な焼入れ性を確保すると共に靭性の向上に有効に作用する元素である。しかし、多量に添加すると熱間加工性を損なうため、添加量の上限を0.50%以下とした。

0013

N:Nは鋼中で窒化物となり、組織微細化および鋼の強化に有効であり、この硬化を得るために0.0005%以上添加する。しかし、過剰なNを含有すると、粗大な窒化物を形成し、靭性を低下させる。したがって上限を0.02%とした。

0014

O:OはSと同様、鋼中で非金属介在物を形成し、鋼の靭性を低下させるため、上限を0.01%とした。Oは極力低減するのが望ましいが、Oを低減する工程が、生産性の低下ならびに製造コストの上昇につながるため、下限を0.0005%とした。

0015

P:Pは焼入れ時のオーステナイト粒界偏析して延性、靭性を阻害する。したがって、その含有量は極力低下させるべきであり、上限は実質的な悪影響を及ぼさない範囲として0.02%に規定した。

0016

S:Sは鋼中でMnSを形成し亀裂の起点となりやすく、強度、靭性の低下を招くため、極力低減することが望ましい。そのため、実質的な悪影響を及ぼさない範囲として0.01%以下に規定した。

0017

酸可溶Al:Alは強力な脱酸元素であり、鋼中のO低減のために必要である。このためには、酸可溶Alとして0.01%以上の含有量が必要であるが、0.10%を超えると鋼中に存在するの非金属系介在物が増加し、衝撃特性等に悪影響を及ぼすようになる。

0018

Ni:必要に応じて添加する元素であり、Niの添加により焼入れ性が向上するだけでなく、靭性の向上に有効である。Ni含有量が0.10%未満ではこの効果が不十分である。しかし、過剰に含有すると、上記の効果が飽和し、経済的にも不利になるため、上限を2.00%とした。

0019

Ti:Tiは必要に応じて添加する元素であり、Nと結合して窒化物を形成し、高温加熱時のオーステナイト粒の粗大化を抑制したり、焼入れ性向上に有効な固溶Bを確保するのに必要である。そのためには、0.01%以上のTi含有量が必要である。一方、過剰に添加すると靭性を阻害するため、上限は0.20%とした。

0020

Nb:Nbは必要に応じて添加する元素であり、炭窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑えて靭性を向上させるはたらきがある。しかし、過剰に添加すると粗大な析出物を形成し、靭性を阻害するため上限は0.20%とした。

0021

B:Bは必要に応じて添加する元素であり、焼入れ性を高めると共に、粒界破壊を抑制するために有効な元素であり、その効果を得るには0.0005%以上のB含有量が必要である。しかし、その含有量が0.01%を超えると、かえって靭性の劣化をきたすようになるので、上限を0.01%とする。

0022

草刈刃には切れ味を維持するために、耐摩耗性が要求される。耐摩耗性を確保するためには硬さを高めることが有効である。草刈刃の硬さは通常、表面硬さ(HRC)で管理されているが、基板の表層部に脱炭が生じていると表面硬さが低下し、所定の硬さが得られなくなる。表層部の硬さが低い状態で草刈刃を使用すると、刃先が摩耗し、刃先の形状が丸みを帯びてくる。その結果、切れ味が低下して、刃の手入れ交換頻度増し、作業性が低下する原因になる。表層部に脱炭がある状態でも、熱処理条件を変えることによって所定の表面硬さを得ることが可能であるが、そのためには、中心部の硬さを必要以上に高く調質する必要がある。その場合、中心部の靭性が低下するという問題がある。このほか、脱炭の程度が不均一に分布している場合、焼入れ時のマルテンサイト変態による体積膨張が不均一に生じるため、基板の変形が大きくなり、平坦度が劣化することもある。本発明者らは、基板の脱炭の程度と熱処理後の靭性や耐摩耗性、平坦度等の関係について詳細に調査した。その結果、熱処理前の基板の表層100μm以内と板厚中心部における平均炭化物量の比(表層100μm以内/板厚中心部)が0.8以上であれば、上記のような問題を回避できることが明らかになった。ここで、平均炭化物量は板断面における炭化物の総面積率を示す。一方、基板の延性、靭性を確保するためには、破壊の起点となり得る熱処理後の未溶解炭化物を極力低減するとともに、寸法を小さくすることが望ましい。本発明者らは、基板の靭性に悪影響を及ぼす炭化物の大きさについて詳細に検討した。その結果、熱処理前の素材における最大の炭化物粒径を5μm以下にすれば、熱処理後の未溶解炭化物は基板の靭性を実質的に阻害しないことが判った。

0023

以上述べた鋼成分、板厚表層部と中心部との平均炭化物量の比、未溶解炭化物の最大粒径の規定により、草刈刃用として好適な延性、靭性と硬度、耐摩耗性を有する鋼板が得られる。

0024

本発明の実施例について説明する。表1に供試材化学成分を示す。これらの成分鋼を通常の熱間圧延により板厚3.0mmの鋼板とした後、冷間圧延焼鈍を経て板厚1.4mmおよび2.5mmの焼きなまし材とした。これらの焼きなまし材について、平均炭化物量と最大炭化物粒径を測定した。素材の平均炭化物量は板厚断面表層部100μm以内と中心部でそれぞれ測定した。これらの鋼を830〜900℃の範囲で15min加熱保持後、60℃油中で焼入れ、280〜550℃の範囲で30min加熱保持後、空冷の焼戻しを行なった。調質後の鋼について、表面硬さ、断面での板厚中心部の硬さを測定した。延性の評価としては曲げ特性を調査した。曲げ試験は、板厚1.4mm、幅30mm、長さ200mmの短冊状の試験片を使用し、Vブロックによる90°突き曲げ試験で、ポンチ先端半径を変えることにより、試験片の曲げ半径を変えて、n数5枚で割れなければ、その値を限界曲げ半径として評価した。また、靭性の評価としてシャルピー衝撃試験を実施した。試験片は、板厚2.5mmのJIS4号サブサイズ試験片を使用した。曲げ試験、衝撃試験ともに、試験片は長手方向を素材の圧延方向に対して直角な方向に採取した。表2に各種鋼板の特性を示す。

0025

0026

0027

比較例1〜4のA〜D鋼は、素材の平均炭化物量の比や最大炭化物粒径は本発明範囲内であるが、比較鋼1のA鋼はCの含有量が少ないため、曲げ特性、靭性に優れるものの、硬さが低く、耐摩耗性が劣化する。

0028

比較例2のB鋼はMn量が低いため、焼入れ不良となり、十分な硬さが得られていない。その結果、不十分な焼戻し組織となり、曲げ特性および靭性が低い。

0029

比較例3のC鋼はP、S、O等の不純物元素の含有量が高いため、曲げ特性および靭性が低い。

0030

比較例4のD鋼はC、Crの含有量が過剰であるため、曲げ特性および靭性が低い。

0031

比較例10、11のI鋼の各成分および素材の最大炭化物粒径は本発明範囲内であるが、素材の平均炭化物量の比が低いため、表面硬さは低くなり耐摩耗性が劣化する。一方、断面硬さは高いため、曲げ特性や靭性も劣化している。

0032

比較例12のI鋼についても、各成分および素材の最大炭化物粒径は本発明範囲内である。しかしながら、素材の平均炭化物量の比が低いため、板厚表層部と中心部で硬さの差が著しく、表面硬さを43HRC以上に調質すると、断面硬さは約600HVにも達する。そのため、曲げ特性や靭性が大きく劣化している。

0033

比較例13のI鋼については、素材の平均炭化物量の比は本発明範囲内であるが、素材の最大炭化物粒径が大きいため、曲げ特性や衝撃靭性が劣化している。

0034

これに対して、本発明例5〜9のE〜I鋼は、いずれも限界曲げ半径が7.0mm以下であり、衝撃値も30J/cm2 以上と優れている。

0035

上記の実施例から、本発明による鋼板は、高い硬度と延性、靭性を有しており、草刈刃用鋼として優れた特性を示すことが判る。

発明の効果

0036

以上説明したように、本発明においては鋼成分と板厚表層部の炭化物量を規定することにより、草刈刃として必要な耐摩耗性と硬度を持ち、かつ高い延性、靭性を有する草刈刃用鋼板を得ることができる。

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