(57)【要約】【課題】  高靱性と高耐摩耗性および経年変化特性を要求される廃棄物破砕機の破砕刃用鋼およびそれを使用した破砕刃を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．３〜０．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜６．０％、ＭｏおよびＷの内の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗ：０．８〜２．５％、ＶおよびＮｂの内の１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ：０．３〜１．０％、を基本成分として含有し、残部をＦｅと不可避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性に優れ、かつ経年変化を抑制した破砕用刃物用鋼。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．３〜０．５％、
Ｓｉ：０．２〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．０％、
Ｃｒ：４．０〜６．０％、
ＭｏおよびＷの内の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗ：０．８〜２．５％、
ＶおよびＮｂの内の１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ：０．３〜１．０％、
を基本成分として含有し、残部をＦｅと不可避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性に優れ、かつ経年変化を抑制した破砕用刃物用鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼を使用して、刃物形状に切削加工し、焼入れ後、５５０〜６００℃の高温焼戻しを２回以上行うことにより残留オーステナイト量を１．０％以下としたことを特徴とする経年変化を抑制した破砕刃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高靱性と高耐摩耗性および経年変化特性を要求される廃棄物破砕機の破砕刃用鋼およびそれを使用した破砕刃に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種用途の刃物材料として、特殊鋼第４８巻第１１号第４７〜４８頁（非特許文献１）や、リサイクルカッタ用鋼について、型技術第１１巻第８号第１頁（非特許文献２）に開示されている。また、山陽特殊製鋼技報Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．１．第６９頁（非特許文献３）には、資源の有効利用・環境保護に貢献する破砕刃用材料が開示されている。上記非特許文献では、廃棄物破砕刃への適用例として、冷間ダイス鋼ＪＩＳ  ＳＫＤ１１、熱間ダイス鋼ＪＩＳ  ＳＫＤ６１、高速度工具鋼ＪＩＳ  ＳＫＨ５１や各社開発鋼など破棄物の種類や使用目的によって、選定鋼種が多岐に渡って紹介されており、硬さや衝撃特性に関して述べられている。しかしながら、いずれも経年変化に着目した記述は全くない。
【０００３】
一方、特開２００５−２４４７号公報（特許文献１）「浸炭用材料と破砕機用刃体の製造方法」には、浸炭処理およびサブゼロ処理を実施することで硬さと靱性を有する刃体の製造方法が開示されているが、浸炭による硬化層は０．５〜１．５ｍｍ程度であり、耐摩耗性は不十分である上、表面部のみ硬化しても内部が軟らかい場合、硬化層の剥離による欠けが発生し、長寿命は期待できない。
【０００４】
また、特開平１１−５７５１７号公報（特許文献２）「破砕用の回転刃」には、合金鋼で作製した回転刃に穿設した取付け穴で耐摩耗性に優れた超硬質工具材料を装着することで、廃棄物の異物混入による刃具の欠損に対する安定性とメンテナンス性が改善しているが、取付け穴の加工費用や超硬質工具材料が大幅なコストアップとなる。
【０００５】
また、特開平１１−１６５０９０号公報（特許文献３）「切断破砕用カッターの表面硬層材および切断破砕用カッター」には、構造用鋼、工具鋼で作製した円盤型カッター刃先に、より硬質な表面硬層材を肉盛溶着して耐摩耗性を向上しているが、肉盛と研磨によるコストアップ、肉盛層は靱性が低く割れ、欠けが発生するなどの問題がある。さらに、特開２００５−３１９５４５号公報（特許文献４）には、低合金鋼で作製した刃本体の刃先部０．５〜７ｍｍに６０ＨＲＣ以上の溶接材料を肉盛溶接し、耐摩耗性を向上させているが、上記同様に、靱性が低く割れ、欠けが発生するなどの問題がある。
【非特許文献１】特殊鋼第４８巻第１１号第４７〜４８頁
【非特許文献２】型技術第１１巻第８号第２頁
【非特許文献３】山陽特殊製鋼技報Ｖｏｌ．１２、Ｎｏ．１．第６９頁
【特許文献１】特開２００５−２４４７号公報
【特許文献２】特開平１１−５７５１７号公報
【特許文献３】特開平１１−１６５０９０号公報
【特許文献４】特開２００５−３１９５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、近年の地球環境問題への関心の高まりから、廃棄物の分別回収やリサイクル活動が急速に広まっている。これら資源有効活用への取り組みにおいて、破砕機は廃棄物を再利用するための、破砕・選別工程で重要な役割を果している。また、廃棄物処理量の増加への対応、埋め立て地や焼却炉の延命化への対応から、破砕機による廃棄物の減容化への取り組みが重要となっている。
【０００７】
従来、このような多種多様な用途で用いられる破砕機の破砕刃には、ＳＣやＳＣＭ系などの材料が用いられていたが、最近の長寿命へのニーズの高まりから耐摩耗性に優れるＳＫＤ（ダイス鋼）やＳＫＨ（ハイス）が汎用材として使用されるようになってきた。
【０００８】
しかし、ＳＫＤやＳＫＨは焼入れ焼戻しにより高硬度が得られるが、ＳＣＭなどに比べると靱性が低下するため、異物混入が避けられない都市ゴミなどの破砕機においては、異物噛込みにより１枚の破砕刃が大割れして、それが周囲にも影響を及ぼし重大な設備トラブルを招くケースが増加している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、破砕機刃物の割れ・欠けの原因となっている靱性と長寿命を実現する耐摩耗性を兼備するために基本成分を見直した。また、早期割れ・欠け原因について多くのケースで調査、検討した結果、使用開始後の経年変化を抑制するための基本成分の見直しと熱処理の実施によって、早期割れ・欠けを回避したものである。
【００１０】
上記解決手段として、靱性改善のために主にＳｉ量の低減などの化学成分の最適化を行う。また、経年変化対策として、Ｃｒ量を増加させて焼入れ時の残留オーステナイトを減少させると共に、焼戻しを５５０〜６００℃の高温で２回以上実施して残留オーステナイト量を１．０％以下とすることで、使用開始後の残留オーステナイトの分解による膨張を伴う経年変化を回避することが可能となった。
【００１１】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．３〜０．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜６．０％、ＭｏおよびＷの内の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗ：０．８〜２．５％、ＶおよびＮｂの内の１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ：０．３〜１．０％を基本成分として含有し、残部をＦｅと不可避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性に優れ、かつ経年変化を抑制した破砕用刃物用鋼。
（２）前記（１）に記載の鋼を使用して、刃物形状に切削加工し、焼入れ後、５５０〜６００℃の高温焼戻しを２回以上行うことにより残留オーステナイト量を１．０％以下としたことを特徴とする経年変化を抑制した破砕刃にある。
【発明の効果】
【００１２】
以上述べたように、本発明による基本成分の見直しと熱処理の実施によって、低コストで早期割れや欠けを抑制した長寿命な破砕用刃物用鋼およびそれを使用した破砕刃を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る成分組成の限定理由について説明する。
Ｃ：０．３〜０．５％
Ｃは、焼入れ焼戻し後の硬度を確保するために、０．３％以上必要である。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｗ，Ｎｂなどの合金元素と結合して炭化物を形成し、耐摩耗性に寄与するが、しかし、添加し過ぎると炭化物が粗大になり靱性を著しく劣化させるため、その上限を０．５％とした。好ましくは０．４〜０．５％とする。
【００１４】
Ｓｉ：０．２〜０．５％
Ｓｉは、製鋼における脱酸剤として添加する。また、焼入れ性にも有効であるため、少なくとも０．２％は必要である。また、添加量の増加に伴って、ミクロ偏析が増加し焼戻脆性が助長されて靱性が低下するだけでなく、焼入れ焼戻し後の残留オーステナイトを増加させ、経年変化を大きくするため、添加する上限を０．５％とした。すなわち、Ｓｉ添加量の増加により、焼戻し時のセメンタイトの析出が遅くなり、残留オーステナイトが分解しにくくなった結果、分解途上の不安定なオーステナイトが多く残存し、これが使用開始後に分解して経年変化を大きくしている。
【００１５】
Ｍｎ：０．１〜１．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加し、焼入性にも有効であるため、０．１％以上添加する必要があるが、しかし、添加し過ぎると靱性を劣化させるため、その上限を１．０％とした。好ましくは０．３〜０．７％とする。
【００１６】
Ｃｒ：４．０〜６．０％
Ｃｒは、焼入性と耐摩耗性を確保するために、４．０％以上必要である。特に破砕用刃物のような大型刃物では焼入時の内部での冷却が遅いため、焼入性が悪い場合には、硬さが低くなりオーステナイトが多く残存してしまい、使用開始後に経年変化により内部で引張り残留応力が高まり、早期破壊の原因となることがある。また、添加し過ぎると一次炭化物の粗大化して著しく靱性が悪化するため、その上限を６．０％とした。好ましくは５．０〜６．０％とする。
【００１７】
Ｍｏ＋１／２Ｗ：０．８〜２．５％
Ｍｏ＋１／２Ｗは、焼入性確保と析出炭化物による耐摩耗性改善のために、０．８％以上必要である。しかし、添加し過ぎると析出炭化物の凝集が顕著になり、靱性が低下するだけでなく、経年変化が大きくなるため、その上限を２．５％とした。好ましくは１．２〜２．０％とする。
【００１８】
Ｖ＋１／２Ｎｂ：０．３〜１．０％                                              Ｖ＋１／２Ｎｂは、微細で硬質な炭化物の分散析出による耐摩耗性改善のために、０．３％以上必要である。しかし、添加し過ぎると炭化物が粗大になり、靱性が低下するだけでなく、高温焼戻し時の熱処理変寸法が大きくなるため、その上限を１．０％とした。好ましくは０．５〜１．０％とする。
【００１９】
残留オーステナイト量：１．０％以下
残留オーステナイト量を規制したのは、残留オーステナイトの分解による経年変化と残留応力の増加を最小限に抑えて、使用前のクリアランスを確保するために必要である。そのためには、０．１％以下とする必要がある。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す成分組成の鋼を、それぞれ１ｔ真空溶解炉にて出鋼し、造塊後、φ１５０に圧延した後、８００〜８８０℃保持から徐冷による焼鈍しを行った。その棒鋼から各種試験片を割り出し後、焼入れ焼戻しを行い、各種試験を実施した。なお、試験片の焼入れは鋼種ＡとＥのみ８５０℃保持から油冷、他は１０３０℃保持から空冷で行い、焼戻しは表２に示した条件で、それぞれ実施した。なお、耐摩耗性は大越式摩耗試験（試験片サイズ：１５×２０×５ｍｍ）により摩擦距離２００ｍ、最終荷重６１．７Ｎ、摩擦速度２．４４ｍ／ｓで摩耗量を測定した。また、靱性はシャルピー衝撃値（試験片はφ２５、再鍛伸材中心部圧延方向より割り出し）により評価した。
【００２１】
【表１】
2007297691.tif 000002
【００２２】
【表２】
2007297691.tif 000003
表１に示すように、Ａ〜Ｆは比較例であり、Ｇ〜Ｐは本発明例である。比較例ＡはＣｒ含有量が低く、かつＭｏ＋１／２Ｗが低いか、Ｖ＋１／２Ｎｂの規制のない場合であり、比較例ＢはＣ、Ｃｒ含有量が高く、かつＶ＋１／２Ｎｂも高い場合であり、比較例ＣはＳｉ含有量が高い場合であり、比較例ＤはＣｒ含有量が低い場合であり、比較例ＥはＣ含有量が高く、Ｃｒ含有量が低く、かつＭｏ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂを添加していないか、添加していてもＭｏ＋１／２ＷおよびＶ＋１／２Ｎｂの規制がない場合であり、さらに、比較例ＦはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの含有量がいずれも高く、かつＶ＋１／２Ｎｂが低い場合である。これに対し、本発明Ｇ〜Ｐはいずれも本発明の条件を満たしているものである。
【００２３】
上述したような成分組成を有する鋼の焼戻温度条件、焼入れ焼戻し硬さ、ならびにその場合の比摩耗量およびシャルピー衝撃値を示したものが表２である。Ｎｏ．１〜６に示す比較例はいずれも表１に示す比較鋼であって、しかも焼戻温度が低いか２回目の高温焼戻しを行っていない場合である。いずれの場合も比摩耗量が高いかシャルピー衝撃値が低い値を示していることが分かる。これに対し、本発明であるＮｏ．７〜１８は、いずれも本発明の条件を満たしていることから、比摩耗量も少なく、かつシャルピー衝撃値の高い値を示している。
【００２４】
さらに、経年変化測定試験片（直径１４０ｍｍ、長さ８０ｍｍ）を作製し、焼入れ焼戻しを実施した２４時間後にＸ線回折法による残留オーステナイト測定および径方向と圧延方向における寸法測定を行い、それを２ケ月放置した後に再度寸法測定を行い、経年変化率を算出して、経年変化特性を評価した。表３に示すように、本発明鋼で所定の温度での焼戻を実施することによって、残留オーステナイトを１．０％以下にまで低減し、経年変化を大幅に抑制できることが分かる。
【００２５】
【表３】
2007297691.tif 000004
以上のように、本発明による破砕刃の早期割れ、欠けは素材の大型化や硬さアップによる靱性不足だけでなく、使用開始後の経年変化による残留応力やクリアランスの変化が大きな要因となっているもので、靱性の改善のみでなく、経年変化を抑制することで早期割れ・欠けを低減することで、長寿命な破砕刃が得られる極めて優れた効果を奏するものである。
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社
代理人    弁理士    椎  名    彊
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月9日(2007.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．３〜０．５％、
Ｓｉ：０．２〜０．５％、
Ｍｎ：０．１〜１．０％、
Ｃｒ：４．０〜６．０％、
ＭｏおよびＷの内の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗ：０．８〜２．５％、
ＶおよびＮｂの内の１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ：０．３〜１．０％、
を基本成分として含有し、残部をＦｅと不可避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性に優れ、かつ経年変化を抑制した破砕用刃物用鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼を使用して、刃物形状に切削加工し、焼入れ後、５５０〜６００℃の高温焼戻しを２回以上行うことにより残留オーステナイト量を１．０％以下としたことを特徴とする経年変化を抑制した破砕刃の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、高靱性と高耐摩耗性および経年変化特性を要求される廃棄物破砕機の破砕刃用鋼およびそれを使用した破砕刃の製造方法に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．３〜０．５％、Ｓｉ：０．２〜０．５％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：４．０〜６．０％、ＭｏおよびＷの内の１種または２種をＭｏ＋１／２Ｗ：０．８〜２．５％、ＶおよびＮｂの内の１種または２種をＶ＋１／２Ｎｂ：０．３〜１．０％を基本成分として含有し、残部をＦｅと不可避的不純物からなることを特徴とする耐摩耗性に優れ、かつ経年変化を抑制した破砕用刃物用鋼。
（２）前記（１）に記載の鋼を使用して、刃物形状に切削加工し、焼入れ後、５５０〜６００℃の高温焼戻しを２回以上行うことにより残留オーステナイト量を１．０％以下としたことを特徴とする経年変化を抑制した破砕刃の製造方法にある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以上述べたように、本発明による基本成分の見直しと熱処理の実施によって、低コストで早期割れや欠けを抑制した長寿命な破砕用刃物用鋼およびそれを使用した破砕刃の製造方法を提供することが可能となった。