(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．７０〜０．９４％、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．１０〜２．０％、
Ｃｒ：６．０〜１２．０％、
Ｍｏ：０．５〜３．０％、
Ｖ：０．２〜２．０％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１０２０〜１０８０℃で焼入れし、１５０〜４５０℃の低温で焼戻しを行い、マルテンサイト組織に一部残留オーステナイト組織を残存させることにより、ＨＲＣ５５以上の硬度と高靱性を持つことを特徴とする土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削用のディスカカッター、チゼル、リッパーポイント等の掘削工具用の合金工具鋼に関し、特に低温での焼戻処理を施すことにより高硬度（耐摩耗性）と高靱性が得られ、耐土砂摩耗性に優れた冷間工具鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削用の工具には、▲１▼構造用鋼または工具鋼を母材とし、その母材に刃材として超硬合金を溶射または超硬合金チップを取付けることにより製造されている。また、▲２▼刃材に超硬合金を用いずに、一体物として合金鋼あるいはＪＩＳ規格ＳＫＤ１１、またはその改良鋼といった工具鋼により製造されているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記製造方法のうち▲１▼は工程数が多く、また超硬合金を使用しているため経済性も悪い。また、上記製造方法により得られたカッタービットは、超硬合金部分は靱性が低いため欠け易いという欠点がある。また、▲２▼では、例えば構造用鋼のような合金鋼の場合では耐摩耗性に劣り、特に巨大な礫を含有した地層や岩盤地帯といった土質の場合、耐摩耗性の不足が顕著であり摩耗による早期廃却の問題がある。また、ＳＫＤ１１、またはその改良鋼といった工具鋼の場合では硬度を上げるなど耐摩耗性を向上させることは可能であるが、反面靱性が低いため割れ・欠けによる早期破損を生じる問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高硬度と高靱性を兼備えた冷間工具鋼により、超硬合金を用いないため安価で製造工程の少なく、割れ・欠けによる破損を抑制し、耐土砂摩耗性に優れた掘削工具用の冷間工具鋼を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、日々の鋭意研究の結果、発明者等は耐土砂摩耗性には高い硬さと適度な炭化物量および適度な靱性が必要であることを見出した。すなわち、掘削工具の破損メカニズムは摩耗のみではなく、工具に土砂が噛み込むことにより微小亀裂が生じ、礫、岩盤等との衝突により、微小亀裂を起点として割れ・欠けを起こすことにある。従って、掘削工具用の工具鋼には、耐摩耗性を寄与する硬い炭化物を含有させるとともに、マトリックスに十分な靱性を持たせる必要がある。本発明である冷間工具鋼は、耐土砂摩耗性に優れた掘削工具用の冷間工具鋼である。
【０００６】
その要旨とするところは、重量％で、Ｃ：０．７０〜０．９４％、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．１０〜２．０％、Ｃｒ：６．０〜１２．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｖ：０．２〜２．０％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を１０２０〜１０８０℃で焼入れし、１５０〜４５０℃の低温で焼戻しを行い、マルテンサイト組織に一部残留オーステナイト組織を残存させることにより、ＨＲＣ５５以上の硬度と高靱性を持つことを特徴とする土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における各種成分の限定理由について説明する。
Ｃ：０．７０〜０．９４％
Ｃは、焼入焼戻により十分なマトリックス硬さを与えるとともに、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖなどと結合して炭化物を形成し、高温強度、耐摩耗性を与える元素である。耐摩耗性に寄与する十分な量の炭化物の形成と掘削用工具鋼としての硬さを確保するために０．７０％は必要であり、０．９４％を越えると凝固時に粗大炭化物が過剰に析出し靱性を低下させ、さらに低温焼戻時の残留オーステナイト量が多くなりすぎ、逆に硬さが低下するため、Ｃの範囲は０．７０〜０．９４％とする。
【０００８】
Ｓｉ：２．０％以下
Ｓｉは、主に脱酸剤として添加されるとともに、耐酸化性、焼入性に有効な元素であるとともに、素地中に固溶し素地強度を高めるが、２．０％を超えて添加すると、靱性を低下させるので、その上限を２．０％とする。
Ｍｎ：０．１０〜２．０％
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸剤として添加し鋼の清浄度を高めるとともに焼入性を向上させる元素である。しかし、０．１０％以下ではその効果は僅少であり、また、２．０％を超えて添加すると冷間加工性を阻害する上に靱性を低下させるので、Ｍｎは０．１０〜２．０％とする。
【０００９】
Ｃｒ：６．０〜１２．０％
Ｃｒは、Ｃと結合し硬い炭化物を形成し、耐摩耗性に寄与し、また焼入性の向上に有効である。しかし、６．０％未満であると必要とする耐摩耗性、焼入性に対して不足であり、１２．０％を越えて添加すると粗大な炭化物を形成し靱性が低下する。よって、Ｃｒは６．０〜１２．０％とした。
【００１０】
Ｍｏ：０．５〜３．０％
Ｍｏは、Ｃと結合し硬い炭化物を形成し、耐摩耗性に寄与するが、０．５％未満ではその効果は表れず、３．０％を越えると形成した炭化物が凝集し靱性を劣化させる。よって、Ｍｏは０．５〜３．０％とした。
Ｖ：０．２〜２．０％
Ｖは、Ｍｏと同様にＣと結合し硬い炭化物を形成し、耐摩耗性に寄与するが、０．２％未満ではその効果は表れず、２．０％を越えると形成した炭化物が凝集し靱性を劣化させる。よって、Ｖは０．２〜２．０％とした。
【００１１】
次に、本発明鋼は、焼入温度１０２０〜１０８０℃で焼入れし、且つ１５０〜４５０℃での焼戻しにおいて、靱性に対して有害な巨大炭化物の生成を抑制し、また、ＨＲＣ５５以上の硬度を有しながら十分な靱性を得るために適度な残留オーステナイトを残存させるために、Ｃ、Ｃｒのバランスを考慮し、さらに靱性を劣化させず耐摩耗性を向上させるために、Ｃ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖをうまくバランスさせた鋼である。すなわち、十分な硬さを持ち耐摩耗性に優れ、かつ十分な靱性を兼備えているため、掘削用工具の用途に最適な冷間工具鋼である。
【００１２】
【実施例】
以下に、実施例として実験結果に基づき本発明鋼の特徴を説明する。
表１に供試鋼の化学成分を示す。また、表２には、表１の供試鋼の焼入焼戻硬さ、シャルピー衝撃値、残留オーステナイト量および土砂摩耗試験の実験結果を示す。なお、土砂摩耗試験では、直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍに加工した試験片を固定し、硅砂４号土砂を敷き詰めた容器内に挿入し、容器を回転数６０ｒｐｍにて４時間連続して回転させた後、試験片の摩耗量を測定することにより評価した。
【００１３】
【表１】
0004125423.tif 000002
【００１４】
【表２】
0004125423.tif 000003
【００１５】
表２に示すように、Ｎｏ．１〜４は本発明例であり、Ｎｏ．５〜６は比較例である。すなわち、Ｎｏ．１〜４は本発明に係る焼入・焼戻条件により、ＨＲＣ５５以上の高硬度が得られ、土砂摩耗試験結果である摩耗量も少なく、耐土砂摩耗性に優れていることが明らかである。また、比較鋼（ａ），（ｂ）はともに本発明鋼Ｎｏ．１〜４とほぼ同一の成分の鋼であるが、比較鋼（ａ），（ｂ）ともに残留オーステナイト量が０％となる高い焼戻温度で焼戻されており、本発明鋼Ｎｏ．１〜４と同等の硬さを得る５５０℃焼戻しをした比較鋼（ａ）は靱性が低く、本発明鋼Ｎｏ．１〜４と同等の靱性を得る５９０℃焼戻しをした比較鋼（ｂ）は硬さが低いため、ともに本発明鋼Ｎｏ．１〜４よりも耐土砂摩耗性が劣っていることが分かる。
【００１６】
【発明の効果】
上記に示すように、本発明によりなる鋼を１０２０〜１０８０℃で焼入れし、１５０〜４５０℃の低温で焼戻しを行い、マルテンサイト組織に一部残留オーステナイト組織を残存させることにより、ＨＲＣ５５以上の高硬度と高靱性を持つ土砂摩耗特性に優れた冷間工具鋼を提供することが可能である。