(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．５〜０．７重量％，Ｓｉ：０．５重量％以下，Ｍｎ：０．１〜０．６重量％，Ｃｒ：０．８重量％以下，Ｍｏ：０．５重量％以下，Ｖ：０．５重量％以下，Ｃｕ：０．５重量％以下，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：０．１０重量％以下を含み残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもち、式（１）で定義されるＸ値が１．０〜２．０の範囲に調整された鋼板で作られている草刈刃用基板。
Ｘ＝Ｃ％＋０．１×Ｓｉ％＋０．６×Ｍｎ％＋Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋Ｖ％ ・・・・（１）
【請求項２】
更にＮｉ：０．１０〜２．００重量％，Ｔｉ：０．０１〜０．１０重量％，Ｎｂ：０．０１〜０．２０重量％，Ｂ：０．０００５〜０．０１重量％の１種又は２種以上を含む請求項１記載の草刈刃用基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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４３〜４８ＨＲＣ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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高速回転している使用中の草刈刃が石等の障害物に当たると、草刈刃の基板自体が折損し、破片が飛散する虞れがある。基板の折損や破片の飛散は作業者にとって極めて危険なことから、基板の硬さを犠牲にして延性及び靭性を向上させることで安全性を確保している。しかし、草刈刃本来の機能である切れ味を向上させるためには、より高い硬さに調質して耐摩耗性を改善する必要がある。しかも、良好な切れ味を維持し、且つ高い回転数での使用が草刈刃の性能向上から要求されている。高硬度及び高回転数の使用条件下ではより高い安全性が求められ、高い硬さ水準での延性及び靭性を備えている材質の草刈刃基板が必要とされる。
【０００４】
従来の草刈刃では熱処理後の平坦度を確保するため、焼戻しの際に４００℃程度でプレステンパーが施されている。しかし、延性及び靭性を高めるために成分調整した鋼材にあって必要硬さを得るための焼戻し温度が低くなると、プレステンパーの効果が得られなくなる。また、焼戻し脆性が起こる３００℃付近で焼戻しを施すと、鋼材の靭性が大きく劣化することもある。そのため、成分調整した鋼材にあっても、ある程度の焼戻し温度を確保することが必要になる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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４００℃程度の焼戻し温度を確保して、平坦度，延性及び靭性に優れた草刈刃用基板を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の草刈刃用基板は、その目的を達成するため、Ｃ：０．５〜０．７重量％，Ｓｉ：０．５重量％以下，Ｍｎ：０．１〜０．６重量％，Ｃｒ：０．８重量％以下，Ｍｏ：０．５重量％以下，Ｖ：０．５重量％以下，Ｃｕ：０．５重量％以下，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：０．１０重量％以下を含み残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成をもち、式（１）で定義されるＸ値が１．０〜２．０の範囲に調整された鋼板で作られていることを特徴とする。
Ｘ＝Ｃ％＋０．１×Ｓｉ％＋０．６×Ｍｎ％＋Ｃｒ％＋０．５×Ｍｏ％＋Ｖ％ ・・・・（１）
この鋼板は、更にＮｉ：０．１０〜２．００重量％，Ｔｉ：０．０１〜０．１０重量％，Ｎｂ：０．０１〜０．２０重量％，Ｂ：０．０００５〜０．０１重量％の１種又は２種以上を含むことができる。
【０００７】
【作用】
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、一方でＣは、鋼中で炭化物を形成したい摩耗性を向上させる作用を呈する。また、Ｃ量が高い鋼種を熱処理で目標硬さにするには焼戻し温度を高くする必要があり、その結果として焼戻し温度を高める作用もあり、低温焼戻し脆性の温度域を避けることに加え、プレステンパーの硬化を高めることにも有効である。そのため、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、４３〜４８ＨＲＣ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、延性や靭性に悪影響を及ぼすＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等を過剰添加することなく、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｂの添加によって焼入れ性を確保するため、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖの含有量を因子として前掲の式（１）で特定されるＸ値を１．０〜２．０の範囲に調整し、プレステンパーの効果を保証している。更に、結晶粒微細化作用をもつＡｌ，Ｔｉ，Ｎｂ等の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。
【０００８】
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：０．５〜０．７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作用を呈する。また、焼戻し温度を高め、プレステンパーによる熱処理後の平坦度を確保するためには、少なくとも０．５重量％以上の添加が必要である。しかし、０．７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：０．５％重量以下
溶鋼の脱酸剤として添加され、焼戻し軟化抵抗を向上させる上でも有効な合金成分である。しかし、０．５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。
【０００９】
Ｍｎ：０．１〜０．６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及び焼戻し温度を高めるのに有効な合金成分である。これらの効果は、０．１重量％以上のＭｎ含有で顕著になる。しかし、０．６重量％を超える多量のＭｎを含有させると、延性及び靭性が著しく低下する。
Ｃｒ：０．８重量％以下
Ｍｎと同様に、焼入れ性の向上及び焼戻し温度の上昇に有効な合金成分である。しかし、０．８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。
【００１０】
Ｍｏ：０．５重量％以下
Ｍｏも、焼入れ性の向上及び焼戻し軟化抵抗の改善に有効な合金成分であり、焼戻し温度を上昇させる作用を呈する。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、過剰添加は高価な元素であるＭｏを多量に添加するばかりか、曲げ特性や靭性にも悪影響を及ぼすので、Ｍｏ含有量の上限を０．５重量％に設定した。
Ｖ：０．５重量％以下
Ｃｒ，Ｍｏと同様に焼入れ性及び焼戻し軟化抵抗の改善に有効な合金成分であり、焼戻し温度を高める作用を呈する。しかし、０．５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：０．５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。
【００１１】
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。
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：０．１０重量％以下
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０．０１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、０．１０重量％を超える過剰なＴｉ含有は、靭性劣化の原因となる。
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。
【００１３】
Ｘ値：１．０〜２．０
式（１）で定義されるＸ値は、本発明者等による実験結果から得られた指標であり、鋼板の延性，靭性及びプレステンパー効果を表わす。硬さが４０〜５０ＨＲＣの範囲に調質されることを想定している用途では、従来から使用されているＳＫ５，ＳＫＳ５等にあっては焼戻し温度が４００℃以上の温度域になる。合金成分の含有量が個々に本発明で規定した範囲にあってもＸ値が１．０未満になると、焼戻し温度を上昇させる効果を呈する合金成分の総量が少なくなるため、低温焼戻し脆性と称されている現象が生じる３００℃前後の温度域まで焼戻し温度が低下する。この温度域では、焼戻し過程における旧オーステナイト粒界やマルテンサイトのラス境界へのセメンタイト析出に起因した脆化が生じ、衝撃抵抗が低下する傾向が示される。また、焼戻し温度が３００℃前後まで低下すると、プレステンパー効果も小さくなり、草刈刃用基板としての形状不良が発生し易くなる。また、本発明者等による調査・研究の結果から、プレステンパー温度に相当する温度における材料の降伏点でプレステンパー効果を評価でき、プレステンパー温度における降伏点が８００Ｎ／ｍｍ2を超えるとプレステンパー効果が極めて小さくなり、草刈刃に必要な平坦度が得られなくなることが判った。逆に２．０を超えるＸ値では、合金成分の含有量が個々に本発明で規定した範囲にあっても、曲げ特性や靭性を劣化させる合金成分の効果が重畳され、曲げ特性や靭性の劣化が著しくなる。このようなことから、焼戻し脆化を避けてプレステンパー効果を確保すると共に、優れた曲げ特性及び衝撃靭性を付与するためには、Ｘ値が１．０〜２．０の範囲となるように合金成分を調整することが有効である。
【００１４】
【実施例】
組成を表１に示した鋼を溶製し、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、２８０〜５５０℃の範囲で３０分加熱保持した後、空冷の焼戻しを施し、目標硬さに調質した。
【００１５】
0004159010.tif 000002
【００１６】
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，衝撃試験及び高温引張試験に供した。
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。
更に、高温引張試験でプレステンパーによる形状修正の難易度を判定した。この試験では、板厚２．５ｍｍのＪＩＳ  Ｉ型試験片を大気雰囲気中でプレステンパー相当温度に加熱し、ＪＩＳ  Ｇ０５６７に準拠して０．２％耐力までは試験速度を０．５ｍｍ／分，以降は３．５ｍｍ／分として降伏点を測定した。
【００１７】
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、延性及び靭性が良好であるものの、焼戻し温度が低くなるために降伏点が高く、プレステンパーによる形状修正効果が期待できない。
比較鋼Ｂは、Ｍｎ含有量が少ないため焼入れ不良となり、十分な硬さが得られず、不充分な焼入れ組織のために延性及び靭性も低い値を示した。
比較鋼Ｃは、Ｐ，Ｓ，Ｏ等の不純物元素を多量に含むため、延性及び靭性が不足していた。
比較鋼Ｄは、過剰量のＣ，Ｃｒを含むためＸ値が２．０を超えており、低い延性及び靭性を示した。
【００１８】
比較鋼Ｅは、合金成分の含有量が個々に本発明で規定した範囲にあるが、Ｘ値が２．０を超えているために延性及び靭性が低い値を示した。
比較鋼Ｆは、合金成分の含有量が個々に本発明で規定した範囲にあるが、Ｘ値が２．０を下回り、４４ＨＲＣに調質するため焼戻し温度が３５０℃となり、焼戻し脆化によって延性及び靭性が大幅に劣化した。また、降伏点が高いことから、プレステンパーによる形状修正の効果が不充分であった。
表２では、従来から使用されているＳＫ５，ＳＫＳ５を４２〜５０ＨＲＣに調質した草刈刃用基板の限界曲げ半径及び衝撃値を併せ示したが、何れも衝撃値が低く、高速回転用途としての信頼性に不足していた。
【００１９】
これに対し、本発明で規定した条件を満足する鋼Ｇ〜Ｋは、何れも限界曲げ半径が７．０ｍｍ以下と小さく、衝撃値も３０Ｊ／ｃｍ2以上の高い値を示しいる。しかも、降伏点が８００Ｎ／ｍｍ2以下に維持されていることから、十分なプレステンパー効果が発現された。
この対比から明らかなように、本発明に従った鋼板は、草刈刃用基板に要求される強度，延性，靭性及びプレステンパー性に優れ、高速回転の使用中に破損，欠け等のトラブル発生がなく良好な切れ味を呈する高性能の草刈刃と使用できることが判った。
【００２０】
0004159010.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の草刈刃用基板は、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖの含有量で特定されるＸ値を１．０〜２．０の範囲に調整してプレステンパーの効果を保証すると共に、延性や靭性に悪影響を及ぼすＭｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等を過剰添加することなく、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｂの添加によって焼入れ性を確保すしている。そのため、草刈刃として必要な耐摩耗性及び強度が得られ、焼戻し温度が４００℃程度に維持されるため、平坦度，延性及び靭性に優れた高性能の草刈刃用基板として使用される。