(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．３０〜０．６２重量％、Ｓｉ：０．５０重量％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．５０重量％、Ｃｒ：０．１８〜１．３１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０２重量％、Ｏ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｐ：０．０２重量％以下、Ｓ：０．０１重量％以下、酸可溶Ａｌ：０．０１０〜０．１０重量％を含み、且つＭｏ：０．５０重量％以下、Ｖ：０．５０重量％以下、Ｃｕ：０．５０重量％以下、Ｎｉ：０．１０〜２．００重量％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０重量％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０重量％及びＢ：０．０００５〜０．０１重量％の１種又は２種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）で定義されるＸ値が１．０以下の成分組成を有する鋼板で作られている草刈刃用基板。
Ｘ＝Ｃ％＋１８×Ｎ％＋５２×Ｏ％＋１０×Ｐ％＋１７×Ｓ％・・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延性、靭性、強度及び耐摩耗性に優れた鋼板で作られた草刈刃基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
草刈機に用いられる草刈刃には、基板及び刃先が同一の鋼板で作られているソリッドソーや、刃先に超硬等を接合したチップソー等がある。何れの草刈刃でも、ＪＩＳ  ＳＫ５等の炭素工具鋼、ＪＩＳ  ＳＫＳ５等の合金工具鋼を基板材として使用している。草刈刃は、使用時に毎分数千回転で高速回転する。このような高速回転で砂利、石等に接触する環境で使用されることから、切れ味に加えて優れた耐摩耗性が要求される。そこで、草刈刃の基板に使用される従来の鋼板では、焼入れ・焼戻しで４７ＨＲＣ程度の高い硬さ水準に調質することにより、切れ味及び耐摩耗性を確保している。他方、高速回転中の草刈刃に砂利、石、幹等が当ると、草刈刃の基板自体が折損する虞れがある。折損で生じた破片の飛散は、作業者や周辺にいる人にとって非常に危険なことである。破片の飛散による事故を防止し、安全性を確保するためには、基板の延性、靭性を改善することが有効である。しかし、延性、靭性を向上させると基板の硬さが低下し、切れ味や耐摩耗性が不足しがちとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
すなわち、草刈刃用基板としては、草刈本来の機能からすると優れた切れ味及び耐摩耗性を得るために高硬度ほど望ましいが、高速回転という使用形態を考慮すると延性、靭性を高めて安全性を確保することが好ましい。特に草刈刃の回転数が高くなって来ている昨今では、高い硬さ水準で従来以上に延性、靭性をバランスさせた草刈刃用基板に対する要求が強くなってきている。本発明は、このような要求に応えるべく案出されたものであり、各種合金成分を特定された関係で調整した合金設計により、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する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
草刈刃用基板に従来から使用されているＳＫ５、ＳＫＳ５等の鋼材は、強度、耐摩耗性を確保するために０．７５重量％以上のＣを含有させている。この鋼種の成分及び熱処理が靭性、延性に及ぼす影響を調査した結果、熱処理後の硬さが同じであってもＣ含有量が低いほど、靭性、延性が向上することが判った。しかし、鋼中で炭化物を形成し耐摩耗性を向上させるＣの作用を活用していることから、Ｃ含有量を極端に低下することはできない。
また、靭性、延性に及ぼす不純物元素の影響を調査したところ、４０〜５０ＨＲＣに調質した鋼材においては特にＮ、Ｏ、Ｐ、Ｓを低減することにより靭性、延性が向上することが判った。更に、草刈刃としての用途では焼入れ・焼戻しの熱処理が通常施されていることから、焼入れ性の確保が要求される。焼入れ性はＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の添加によって向上するが、これら添加成分は靭性、延性に悪影響を及ぼす。
そこで、本発明においては、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等を過剰添加することなく、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂの添加によってＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の作用を補っている。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂは、焼入れ性の改善にも有効である。更に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ等の結晶粒微細化作用をもつ元素を添加することによっても、靭性及び延性の改善を図っている。
【０００５】
本発明の草刈刃用基板は、その目的を達成するため、Ｃ：０．３０〜０．６２重量％、Ｓｉ：０．５０重量％以下、Ｍｎ：０．１０〜１．５０重量％、Ｃｒ：０．１８〜１．３１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０２重量％、Ｏ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｐ：０．０２重量％以下、Ｓ：０．０１重量％以下、酸可溶Ａｌ：０．０１０〜０．１０重量％を含み、且つＭｏ：０．５０重量％以下、Ｖ：０．５０重量％以下、Ｃｕ：０．５０重量％以下、Ｎｉ：０．１０〜２．００重量％、Ｔｉ：０．０１〜０．１０重量％、Ｎｂ：０．０１〜０．２０重量％及びＢ：０．０００５〜０．０１重量％の１種又は２種以上を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、式（１）で定義されるＸ値が１．０以下の成分組成を有する鋼板で作られていることを特徴とする。
Ｘ＝Ｃ％＋１８×Ｎ％＋５２×Ｏ％＋１０×Ｐ％＋１７×Ｓ％・・・・（１）
【発明の効果】
【０００６】
本発明の草刈刃用基板は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓの含有量を低減した状態で所定量のＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕを添加することにより焼入れ性を改善し、草刈刃用基板に必要な硬さを確保すると共に、延性及び靭性を改善している。そのため、高速回転中に石、砂利等と接触しても折損や摩耗が少なく、長期間にわたって良好な切れ味を示す草刈刃として使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の草刈刃用基板として使用される鋼板に含まれる合金成分、含有量等について説明する。
Ｃ：０．３０〜０．６２重量％
草刈刃用鋼板に必要とされる強度及び耐摩耗性を確保し、草刈刃の切れ味を高めるために必要な合金成分であり、少なくとも０．３０重量％以上の添加が必要である。しかし、０．６２重量％を超えるＣ含有量では、熱処理後の炭化物量が増加し、粗大に成長した炭化物が破壊の起点として働くため、延性及び靭性が劣化する。
Ｓｉ：０．５０重量％以下
溶鋼の脱酸剤として有効な成分である。しかし、０．５０重量％を超える過剰量のＳｉを添加すると、脱酸生成物であるＳｉＯ2が鋼中に残存し、鋼の清浄度を害し、靭性を低下させる。
【０００８】
Ｍｎ：０．１０〜１．５０重量％
溶鋼の脱酸に有効であると共に、強度の向上に必要な鋼の焼入れ性を改善する合金成分である。これらの効果は、０．１０重量％以上のＭｎ含有で顕著になる。しかし、１．５０重量％を超える多量のＭｎを含有させると、靭性が著しく低下する。
Ｃｒ：０．１８〜１．３１重量％
Ｍｎと同様に、鋼の焼入れ性の向上に有効な合金成分である。しかし、１．３１重量％を超えるＣｒ含有量では、亀裂の起点となる未溶解炭化物が多量に生成し易くなる。未溶解炭化物は、亀裂の伝播を助長し、曲げ特性や靭性に悪影響を及ぼす。
【０００９】
Ｍｏ：０．５０重量％以下
Ｍｏも、鋼の焼入れ性向上に有効な合金成分である。また、Ｍｏ添加により、Ｍｎ、Ｃｒの過剰添加に起因した靭性の劣化が抑えられる。しかし、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、Ｍｏ含有量の上限を０．５０重量％に設定した。
Ｖ：０．５０重量％以下
Ｃｒ、Ｍｏと同様に鋼材の強度向上に有効な合金成分である。しかし、０．５０重量％を超える多量のＶを添加すると、却って靭性が劣化する。
Ｃｕ：０．５０重量％以下
良好な焼入れ性を確保すると共に靭性の向上に有効な合金成分である。しかし、０．５０重量％を超える多量のＣｕを添加すると、熱間加工性が損なわれる。
【００１０】
Ｎ：０．０００５〜０．０２重量％
鋼中で窒化物となり、組織を微細化させ鋼を強化する作用を呈する合金成分である。Ｎの添加効果は、０．０００５重量％以上で顕著になる。しかし、０．０２重量％を超える過剰なＮを含ませると、粗大な窒化物が形成され、靭性が劣化する。
Ｏ：０．０００５〜０．０１重量％
Ｓと同様に鋼中で非金属介在物を形成し、鋼の靭性を低下させる有害元素である。Ｏ含有量は低いほど好ましいが、極低酸素レベルまで脱酸することは生産性を低下させ製造コストを上昇させる原因となる。そこで、本発明においては、非金属介在物による悪影響がなく、しかも工業レベルで達成可能な０．０００５〜０．０１重量％の範囲にＯ含有量を設定した。
【００１１】
Ｐ：０．０２重量％以下
焼入時のオーステナイト粒界に偏析し、延性、靭性を劣化させる原因となる成分である。したがって、Ｐ含有量は極力低下させることが必要である。本発明では実質的な悪影響を及ぼさない範囲として、Ｐ含有量の上限を０．０２重量％に規定した。
Ｓ：０．０１重量％以下
鋼中でＭｎＳを形成して亀裂の起点となりやすく、強度、靭性を低下させる有害成分である。そのため、可能な限りＳ含有量を下げることが望ましく、本発明では実質的な悪影響を及ぼさない範囲としてＳ含有量の上限を０．０１重量％に設定した。
酸可溶Ａｌ：０．０１０〜０．１０重量％
強力な脱酸元素であり、鋼中のＯ含有量を低減する上で必要な合金成分である。Ｏ含有量を０．０１重量％以下にするためには、酸可溶Ａｌとして０．０１０重量％以上のＡｌ含有量が必要である。しかし、０．１０重量％を超える多量のＡｌが含まれると、鋼中に存在する非金属介在物が増加し、衝撃特性等に悪影響を及ぼす。
【００１２】
Ｎｉ：０．１０〜２．００重量％
必要に応じて添加される合金成分、焼入れ性及び靭性の向上に有効である。Ｎｉの添加効果は、０．１０重量％以上で顕著になり、２．００重量％で飽和する。また、２．００重量％を超えるＮｉ含有量は、高価なＮｉを多量に消費することから鋼材コストを上昇させる原因になる。
Ｔｉ：０．０１〜０．１０重量％
必要に応じて添加される合金成分であり、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、また焼入れ性向上に有効な固溶Ｂを確保する作用を呈する。このような効果は、０．０１重量％以上のＴｉ含有量で顕著になる。しかし、０．２０重量％を超える過剰なＴｉを含ませると、靭性が劣化する。
【００１３】
Ｎｂ：０．０１〜０．２０重量％
必要に応じて添加される合金成分であり、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作用を呈し、０．０１重量％以上でＮｂの効果が顕著になる。しかし、０．２０重量％を超える過剰なＮｂを添加すると、靭性劣化の原因となる粗大な析出物が形成される。
Ｂ：０．０００５〜０．０１重量％
必要に応じて添加される合金成分であり、焼入れ性を高めると共に、粒界破壊を抑制する作用を呈する。Ｂの添加効果は、０．０００５重量％以上のＢ含有量で顕著になる。しかし、Ｂ含有量が０．０１重量％を超えると、却って靭性が劣化する。
【００１４】
Ｘ値（＝Ｃ％＋１８×Ｎ％＋５２×Ｏ％＋１０×Ｐ％＋１７×Ｓ％）≦１．０
基板の延性、靭性に対して影響を及ぼすＣ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓについて、各成分の影響を総合的に調査・研究した結果として見出された指標である。鋼中に存在するセメンタイトや、Ｃｒ、Ｍｏ等の合金系炭化物や窒化物、Ａｌ2Ｏ3系の酸化物、ＭｎＳ系の硫化物等からなる非金属介在物は、基板の延性や靭性に悪影響を及ぼす。また、Ｐは、結晶粒界に偏析して鋼の靭性を低下させる。本発明者等は、これら非金属介在物を形成する元素やＰが延性、靭性に及ぼす影響の程度を調査し、上式で定義されるＸ値が１．０以下のとき良好な延性、靭性が得られることを多数の実験結果から見出した。Ｘ値が１．０以下になるように基板の成分を調整すると、実施例でも示したように延性、靭性が一層優れ、且つ必要な強度、硬さをもつ草刈刃基板が得られる。
以上のようにＣ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓ等の含有量を規制すると共にＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｕの含有量を相関的に定めた成分設計により、従来と同等以上の強度が維持され、延性、靭性摩耗が向上した草刈刃用基板となる。
【実施例】
【００１５】
表１に示した組成をもつ鋼を溶製し、鋼スラブを製造した。各鋼スラブを常法に従って熱間圧延し板厚３．０ｍｍの鋼板とした後、冷間圧延、焼鈍を経て板厚１．４ｍｍ及び２．５ｍｍの焼きなまし材とした。得られた鋼板を８３０〜９００℃の範囲で１５分加熱保持した後、６０℃で油焼入れした。次いで、２００〜５５０℃の範囲で３０分加熱保持した後、空冷の焼戻しを行い、目標硬さ４２〜４８ＨＲＣに調質した。なお、鋼Ｉは参考例である。
【００１６】
【表１】
0004448525.tif 000002
【００１７】
調質後の鋼板から、圧延方向に長手方向が直交する試験片を切り出し、曲げ試験及び衝撃試験に供した。
曲げ試験では、板厚１．４ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ２００ｍｍの短冊状の試験片を使用し、Ｖブロックにより９０度突き曲げ試験を行った。そして、ポンチの先端半径によって試験片の曲げ半径を変え、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。この試験では、限界曲げ半径が小さいほど延性が優れているものと評価される。
衝撃試験では、板厚２．５ｍｍのＪＩＳ４号サブサイズ試験片を使用し、シャルピー衝撃試験を行い、吸収エネルギーの大きさで靭性を評価した。
【００１８】
表２の調査結果にみられるように、Ｃ含有量が不足する比較鋼Ａは、４８ＨＲＣに調質するとき焼戻し温度が低いため不十分な焼戻し組織となり、低い延性及び靭性を示した。比較鋼Ｂは、Ｍｎを添加していないため焼入れ不良となり、延性及び靭性は確保しているものの十分な硬さが得られなかった。比較鋼Ｃは、Ｐ、Ｓ、Ｏ等の不純物元素を多量に含むためＸ値が１．０を超えており、延性及び靭性が不足していた。また、従来から草刈刃用基板に使用されているＳＫ５相当の比較鋼Ｄ及びＳＫＳ５相当の比較鋼Ｅは、共にＸ値が１．０を超えており、低い延性及び靭性を示した。
これに対し、本発明で規定した条件を満足する鋼Ｆ〜Ｈは、何れも限界曲げ半径が小さく、衝撃値も２７Ｊ／ｃｍ2以上の高い値を示し、４２〜４８ＨＲＣの硬さレベルにおいても延性及び靭性に優れていることが判る。
【００１９】
【表２】
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