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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024055225
(43)【公開日】2024-04-18
(54)【発明の名称】建設機械用部品
(51)【国際特許分類】
E02F 9/02 20060101AFI20240411BHJP
C22C 38/24 20060101ALI20240411BHJP
C22C 38/50 20060101ALI20240411BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240411BHJP
E02F 9/28 20060101ALI20240411BHJP
C21D 9/00 20060101ALN20240411BHJP
【ＦＩ】
E02F9/02 A
C22C38/24
C22C38/50
C22C38/00 301H
E02F9/28 A
C21D9/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022161985
(22)【出願日】2022-10-06
(71)【出願人】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】能島 雅史
(72)【発明者】
【氏名】品川 一矢
(72)【発明者】
【氏名】長谷部 達也
【テーマコード（参考）】
2D015
4K042
【Ｆターム（参考）】
2D015JA06
2D015KA01
4K042AA25
4K042BA02
4K042BA03
4K042CA06
4K042CA08
4K042CA09
4K042CA10
4K042CA12
4K042CA13
4K042DA01
4K042DA04
4K042DC02
4K042DC03
4K042DC04
4K042DD02
4K042DE02
4K042DE04
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性と靱性とを高次に兼ね備える建設機械用部品を提供する。
【解決手段】
Ｆｅを含む鋳鋼からなる建設機械用部品であって、質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有し、かつマルテンサイトを主体とする組織を有する建設機械用部品を提供する。建設機械用部品は、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒを合計で０．５％以下含有していても良い。
【選択図】図６
【解決手段】
Ｆｅを含む鋳鋼からなる建設機械用部品であって、質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有し、かつマルテンサイトを主体とする組織を有する建設機械用部品を提供する。建設機械用部品は、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒを合計で０．５％以下含有していても良い。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｆｅを含む鋳鋼からなる建設機械用部品であって、
質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有し、かつ
マルテンサイトを主体とする組織を有することを特徴とする建設機械用部品。
質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有し、かつ
マルテンサイトを主体とする組織を有することを特徴とする建設機械用部品。
【請求項2】
請求項１に記載の建設機械用部品において、
Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒを合計０．５％以下で含有することを特徴とする建設機械用部品。
Ｎｉ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒを合計０．５％以下で含有することを特徴とする建設機械用部品。
【請求項3】
請求項１に記載の建設機械用部品において、
表面硬さ４５０Ｈｖ以上、シャルピー衝撃値２５Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする建設機械用部品。
表面硬さ４５０Ｈｖ以上、シャルピー衝撃値２５Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする建設機械用部品。
【請求項4】
請求項１に記載の建設機械用部品において、
前記建設機械用部品は、バケットのツース材、クローラのシュー、アイドラ又はドライブタンブラであることを特徴とする建設機械用部品。
前記建設機械用部品は、バケットのツース材、クローラのシュー、アイドラ又はドライブタンブラであることを特徴とする建設機械用部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シュー等の足回り材やツース材等の建設機械に用いられる鋳鋼部品に関する。
【背景技術】
【0002】
建設機械の耐摩耗部材には、耐摩耗性と靭性を合わせ持つ鋳鋼が多く使用される。特にシュー等の足回り材やツース材等の耐摩耗性が要求される部品には、耐摩耗性鋳鋼として高Ｍｎ鋼が採用される場合が多い。高Ｍｎ鋼は、マトリクスがオーステナイトで靭性が高く、また塑性変形すると加工硬化して表面部が硬くなる特性を持つ。
【0003】
高Ｍｎ鋳鋼の靭性を向上させる方法としては、例えば、Ｃ含有量を高めたりＴｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｂ等の炭化物形成元素を添加したりして、結晶粒を微細化したり球状炭化物を結晶粒内に分散させたりすることが知られている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１－１４２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、建設機械は、処理能力向上の要求に応じて大型化及び高寿命化が進められており、シュー等の足回り材やツース材等の耐摩耗性鋳鋼部品が晒される環境は過酷化してきている。そのため、こうした建設機械の耐摩耗性鋳鋼部品には、より過酷な使用条件に耐えつつ、耐摩耗性と靱性とを高次に兼ね備えることが要求される。しかし、特許文献１に開示された方法では、鋳鋼の靱性についてはある程度の改善効果が認められるものの、靭性と両立する形で耐摩耗性を十分に改善することができない。
【0006】
本発明の目的は、耐摩耗性と靱性とを高次に兼ね備える建設機械用部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明は、Ｆｅを含む鋳鋼からなる建設機械用部品であって、質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有し、かつマルテンサイトを主体とする組織を有する建設機械用部品を提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、耐摩耗性と靱性とを高次に兼ね備える建設機械用部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品を適用する建設機械の一例として油圧ショベルの外観を表す斜視図
【図1B】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の一例であるアイドラの斜視図
【図1C】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の一例であるドライブタンブラの斜視図
【図1D】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の一例であるシューの斜視図
【図1E】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の一例であるツース材の斜視図
【図2】試験片を作製した発明材の成分組成を表す表
【図3】試験片を作製した比較材の成分組成を表す表
【図4】試験片の評価結果を表す表
【図5】土砂摩耗試験の試験装置の模式図
【図6】発明材の金属組織の一例を表す図
【図7】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の適用対象の例である破砕機の模式図
【図8】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の適用対象の例であるフォークグラップルの模式図
【図9】本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の適用対象の例であるブレーカの模式図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【0011】
－建設機械－
図１Ａは本発明の一実施形態に係る建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品を適用する建設機械の一例として油圧ショベルの外観を表す斜視図である。以下の実施形態において、運転室１８の前方（図１Ａ中の左側）を油圧ショベル１の旋回体１２の前方とする。また、図１Ｂ～図１Ｅは、図１Ａに示した油圧ショベルから、本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の例を何種か抜き出して表す図である。具体的には、図１Ｂはアイドラ１３の斜視図、図１Ｃはドライブタンブラ１４の斜視図、図１Ｄはシュー１７の斜視図、図１Ｅはツース材２７の斜視図である。
図１Ａは本発明の一実施形態に係る建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品を適用する建設機械の一例として油圧ショベルの外観を表す斜視図である。以下の実施形態において、運転室１８の前方（図１Ａ中の左側）を油圧ショベル１の旋回体１２の前方とする。また、図１Ｂ～図１Ｅは、図１Ａに示した油圧ショベルから、本発明の一実施形態に係る建設機械用部品の例を何種か抜き出して表す図である。具体的には、図１Ｂはアイドラ１３の斜視図、図１Ｃはドライブタンブラ１４の斜視図、図１Ｄはシュー１７の斜視図、図１Ｅはツース材２７の斜視図である。
【0012】
図１Ａに示した油圧ショベル１は、車体１０及びフロント作業機２０を含んで構成されている。車体１０は、走行体１１及び旋回体１２を含んで構成されている。
【0013】
走行体１１には、本実施形態においては、遊動輪であるアイドラ１３（図１Ｂ）と駆動輪であるドライブタンブラ１４（図１Ｃ）とに掛け回された無限軌道履帯１５を有する左右のクローラ（走行装置）１６が備わっている。左右の走行モータ（不図示）によりドライブタンブラ１４が駆動され、アイドラ１３とドライブアンブラ１４とに掛け回された無限軌道履帯１５が回転し循環することにより、油圧ショベル１が走行する。走行モータには、例えば油圧モータが用いられる。無限軌道履帯１５は、複数のシュー１７（図１Ｄ）を連結して輪状に形成されている。
【0014】
旋回体１２は、走行体１１の上部に旋回装置（不図示）を介して左右に旋回可能に設けられている。旋回体１２を走行体１１に対して連結する旋回装置には、旋回モータ（不図示）が含まれており、旋回モータを駆動することによって走行体１１に対して旋回体１２が左回り又は右回りに旋回する。旋回モータには例えば油圧モータが用いられる。旋回体１２の前部（本実施形態では前部左側）には、オペレータが搭乗する運転室１８が設けられている。また、旋回体１２には、原動機や油圧システム等が搭載される。
【0015】
フロント作業機２０は、土砂の掘削等の作業を行うための多関節のアーム型作業装置であり、旋回体１２の前部（本実施形態では運転室１８の右側）に取り付けられている。このフロント作業機２０は、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３を含んで構成されている。
【0016】
ブーム２１は、旋回フレームと呼ばれる旋回体１２のベースフレームにピンで連結されており、ブームシリンダ２４によって駆動されて旋回体１２に対して上下に回動する。ブームシリンダ２４の両端は、ブーム２１及び旋回体１２にピンで回動自在に連結されている。アーム２２は、ブーム２１の先端にピンで連結されており、アームシリンダ２５によって駆動されてブーム２１に対して前後に回動する。アームシリンダ２５の両端は、アーム２２及びブーム２１にピンで回動自在に連結されている。バケット２３は、アーム２２の先端にピンで連結されており、バケットシリンダ２６によって駆動されてアーム２２に対して上下に回動する。バケットシリンダ２６の両端は、ブーム２１及びバケット２３にピンで連結されている。バケット２３の先端には、バケット２３の歯に相当する複数のツース材２７（図１Ｅ）が設けられている。
【0017】
－建設機械用部品－
図１Ａの油圧ショベル１のツース材２７やシュー１７、アイドラ１３、ドライブタンブラ１４は、本願発明者等により開発された新規な建設機械用の耐摩耗性鋳鋼（以下、発明材と記載する）で形成される建設機械用部品の代表例である。ツース材２７やシュー１７は、掘削時や走行時に土砂等と高負荷で激しく接触し著しく土砂摩耗が発生し易い部品である。また、アイドラ１３やドライブタンブラ１４も、シュー１７（無限軌道履帯１５）との接触、シュー１７との間に噛み込む土砂との接触が激しく、同じく摩耗し易い部品である。こうした部品に発明材は好適に適用される。
図１Ａの油圧ショベル１のツース材２７やシュー１７、アイドラ１３、ドライブタンブラ１４は、本願発明者等により開発された新規な建設機械用の耐摩耗性鋳鋼（以下、発明材と記載する）で形成される建設機械用部品の代表例である。ツース材２７やシュー１７は、掘削時や走行時に土砂等と高負荷で激しく接触し著しく土砂摩耗が発生し易い部品である。また、アイドラ１３やドライブタンブラ１４も、シュー１７（無限軌道履帯１５）との接触、シュー１７との間に噛み込む土砂との接触が激しく、同じく摩耗し易い部品である。こうした部品に発明材は好適に適用される。
【0018】
発明材は、本願発明者等が、高Ｍｎ鋳鋼に拘らず広く鋳鋼を対象として鋳鋼の耐摩耗性と靱性の双方を併せて改善すべく鋭意検討することにより得られた。検討段階では、特に重要なパラメータとして、土砂に対する土砂摩耗性及び耐衝撃性に注目した。
【0019】
また、発明材は、マルテンサイト変態を活用して摩耗面の硬さを向上させることにより、従来の鋳鋼よりも優れた耐摩耗性を有する。具体的には、従来の鋳鋼に比べてＣ含有量及びＳｉ含有量が非常に低くなるように成分組成を調整することにより高靭性を獲得し、低炭素でマルテンサイトを主体とする組織とすることで高抗耐摩耗を獲得した。低炭素でマルテンサイトを主体とする組織は、所定の熱処理を施すことにより形成されるに至った。
【0020】
－成分組成－
発明材は、Ｆｅを主成分として含む鋳鋼からなり、より詳細な成分組成としては、質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有すると共に、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。この低炭素の成分組成の鋳鋼を、後述する熱処理を施すことによりマルテンサイト変態させ、組織をマルテンサイト化させたものが、発明材である。
発明材は、Ｆｅを主成分として含む鋳鋼からなり、より詳細な成分組成としては、質量％で、Ｃ：０．１～０．３５％、Ｓｉ：０．２～０．４％、Ｍｎ：０．８～１．４％、Ｃｒ：０．７～１．８％、Ｍｏ：０．２～０．５％、及びＶ：０．０～０．１％を含有すると共に、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。この低炭素の成分組成の鋳鋼を、後述する熱処理を施すことによりマルテンサイト変態させ、組織をマルテンサイト化させたものが、発明材である。
【0021】
また、発明材は、耐摩耗性又は靭性の更なる向上に寄与する元素を、上記成分組成の残部として必要に応じて含有することを許容する。具体的には、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒの少なくとも１種を選択し、選択した少なくとも１種の元素を合計で０．０～０．５％含有させることができる。
【0022】
以下、発明材を組成する各成分の好ましい構成について述べる。
【0023】
［Ｃ］
Ｃ（炭素）の含有量は、質量％で０．１～０．３５％であることが好ましい。Ｃは、鋳鋼を熱処理する際に、マルテンサイト組織（残留オーステナイト相を含む）を得るための焼き入れ性を確保するために添加される。また、Ｃは耐摩耗性を改善する元素でもある。Ｃ含有量は、所望の耐摩耗性を確保するために０．１％以上が必要である。他方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると割れ易くなり、目的とする高靱性を得るために０．３５％以下に制限する。
Ｃ（炭素）の含有量は、質量％で０．１～０．３５％であることが好ましい。Ｃは、鋳鋼を熱処理する際に、マルテンサイト組織（残留オーステナイト相を含む）を得るための焼き入れ性を確保するために添加される。また、Ｃは耐摩耗性を改善する元素でもある。Ｃ含有量は、所望の耐摩耗性を確保するために０．１％以上が必要である。他方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると割れ易くなり、目的とする高靱性を得るために０．３５％以下に制限する。
【0024】
［Ｓｉ］
Ｓｉ（ケイ素）の含有量は、質量％で０．２～０．４％であることが好ましい。鋳造時の溶湯の流動性を確保すると共に、溶解及び精錬の際の脱酸のために、０．２％以上、好ましくは０．３％以上のＳｉを添加する必要がある。他方、０．３％を超えてＳｉを添加すると、結晶粒界への炭化物の析出が促進されて靭性の低下を招くため、Ｓｉ含有量は０．３％以下に制限する。
Ｓｉ（ケイ素）の含有量は、質量％で０．２～０．４％であることが好ましい。鋳造時の溶湯の流動性を確保すると共に、溶解及び精錬の際の脱酸のために、０．２％以上、好ましくは０．３％以上のＳｉを添加する必要がある。他方、０．３％を超えてＳｉを添加すると、結晶粒界への炭化物の析出が促進されて靭性の低下を招くため、Ｓｉ含有量は０．３％以下に制限する。
【0025】
［Ｍｎ］
Ｍｎ（マンガン）の含有量は、質量％で０．８～１．４％であることが好ましい。Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であり、オーステナイト化処理後、水冷の際に靱性を低下させるマルテンサイトの過度な生成を、Ｃと共に抑制する。発明材として所望の耐摩耗性を確保するために、Ｍｎ含有量は０．８％以上が必要である。しかし、Ｍｎ含有量が１．４％を超えると耐摩耗性が低下に転じる。所望の耐摩耗性を確保するために、Ｍｎ含有量は１．４％以下に制限する。
Ｍｎ（マンガン）の含有量は、質量％で０．８～１．４％であることが好ましい。Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であり、オーステナイト化処理後、水冷の際に靱性を低下させるマルテンサイトの過度な生成を、Ｃと共に抑制する。発明材として所望の耐摩耗性を確保するために、Ｍｎ含有量は０．８％以上が必要である。しかし、Ｍｎ含有量が１．４％を超えると耐摩耗性が低下に転じる。所望の耐摩耗性を確保するために、Ｍｎ含有量は１．４％以下に制限する。
【0026】
［Ｃｒ］
Ｃｒ（クロム）の含有量は、質量％で０．７～１．８％であることが好ましい。Ｃｒは、鋳鋼の加工硬化特性を向上させて耐摩耗性を高める。発明材として所望の耐摩耗性を得る上で、Ｃｒ含有量は０．７％以上必要である。一方、Ｃｒ含有量が１．８％を超えると粒界炭化物の析出を促進させ靱性の低下に繋がる。Ｃｒ含有量は１．８％以下に制限する。
Ｃｒ（クロム）の含有量は、質量％で０．７～１．８％であることが好ましい。Ｃｒは、鋳鋼の加工硬化特性を向上させて耐摩耗性を高める。発明材として所望の耐摩耗性を得る上で、Ｃｒ含有量は０．７％以上必要である。一方、Ｃｒ含有量が１．８％を超えると粒界炭化物の析出を促進させ靱性の低下に繋がる。Ｃｒ含有量は１．８％以下に制限する。
【0027】
［Ｍｏ］
Ｍｏ（モリブデン）の含有量は、質量％で０．２～０．５％であることが好ましい。Ｍｏは、熱処理時、特に水焼き入れ時に生成する粒界炭化物及び針状炭化物の抑制に有効であり、０．２％以上添加する必要がある。但し、Ｍｏは高価な元素であり、０．５％を超えて添加すると添加量に比して効果向上の程度が下がる。そのため、Ｍｏ含有量は０．５％以下に制限する。
Ｍｏ（モリブデン）の含有量は、質量％で０．２～０．５％であることが好ましい。Ｍｏは、熱処理時、特に水焼き入れ時に生成する粒界炭化物及び針状炭化物の抑制に有効であり、０．２％以上添加する必要がある。但し、Ｍｏは高価な元素であり、０．５％を超えて添加すると添加量に比して効果向上の程度が下がる。そのため、Ｍｏ含有量は０．５％以下に制限する。
【0028】
［Ｖ］
Ｖ（バナジウム）の含有量は、質量％で０．０～０．１％であることが好ましい。ＶはＭｏと同様、熱処理時、特に水焼き入れ時に生成する粒界炭化物及び針状炭化物の抑制に有効である。但し、Ｖは高価な元素であり、必要以上に添加すると費用対効果が低下する。そのため、他の元素の添加量やコストを考慮して、必要に応じて０．０～０．１％添加する。
Ｖ（バナジウム）の含有量は、質量％で０．０～０．１％であることが好ましい。ＶはＭｏと同様、熱処理時、特に水焼き入れ時に生成する粒界炭化物及び針状炭化物の抑制に有効である。但し、Ｖは高価な元素であり、必要以上に添加すると費用対効果が低下する。そのため、他の元素の添加量やコストを考慮して、必要に応じて０．０～０．１％添加する。
【0029】
［Ｎｉ／Ｔｉ／Ｎｂ／Ｚｒ］
Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）、及びＺｒ（ジルコニウム）の含有量は、質量％で合計０．５％以下であることが好ましい。Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、Ｍｎと同じくマルテンサイトを形成し耐摩耗性向上に寄与する。但し、Ｎｉを０．５％以上添加すると残留オーステナイト量が増え、耐摩耗性が低下する。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒは、炭化物を形成して析出させることにより耐摩耗性を高め、また結晶粒を微細化させて加工硬化特性や靱性を向上させる効果がある。但し、例えば延性を低下させる作用もある。また、これら元素の添加はコストアップとなる。よって、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＺｒの含有量は、合計０．５％以下に制限する。
Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｎｂ（ニオブ）、及びＺｒ（ジルコニウム）の含有量は、質量％で合計０．５％以下であることが好ましい。Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、Ｍｎと同じくマルテンサイトを形成し耐摩耗性向上に寄与する。但し、Ｎｉを０．５％以上添加すると残留オーステナイト量が増え、耐摩耗性が低下する。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒは、炭化物を形成して析出させることにより耐摩耗性を高め、また結晶粒を微細化させて加工硬化特性や靱性を向上させる効果がある。但し、例えば延性を低下させる作用もある。また、これら元素の添加はコストアップとなる。よって、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、及びＺｒの含有量は、合計０．５％以下に制限する。
【0030】
－熱処理－
発明材の製造過程で実施する熱処理の好適例について説明する。
発明材の製造過程で実施する熱処理の好適例について説明する。
【0031】
発明材を製造する場合、まず前述した化学成分組成の鋳鋼を鋳造し、鋳造した鋳鋼を室温まで一旦冷却する。その際、鋳造欠陥が発生し易くなる低温での鋳込みを行う必要はない。
【0032】
その後、鋳鋼を室温から再加熱、好ましくは真空炉を用いて再加熱して、９００～１２００℃の温度範囲で１～５０時間保持して炉冷し、均質化処理を行う。発明材の低炭素マルテンサイト組織は、鋳造時の凝固偏析を利用して形成される。鋳鋼のまま、つまり鋳造したままの鋼塊では割れ易いため、割れを防止するために上記の均質化処理が必要となる。
【0033】
均質化処理の温度は、９００℃以下では十分に均質化が進まず、反対に１２００℃を超えると組織肥大化や均質化が進み過ぎて、発明材に求められる低炭素マルテンサイト複合組織が得られない。均熱化処理の処理時間については、組織の十分な調整に少なくとも１時間が必要である。但し、５０時間を超えると均質化が進み過ぎ、やはり発明材に求められる低炭素マルテンサイト複合組織が得られない。以上の理由から、鋳造時の凝固偏析を利用して発明材の低炭素マルテンサイト組織が形成されるように温度及び時間の条件を設定し、９００～１２００℃の温度範囲で１～５０時間、例えば４．５時間程度保持し炉冷して均質化処理を行うこととした。
【0034】
その後、均質化処理した鋳鋼を室温から再加熱、好ましくは真空炉を用いて再加熱して、再び９００～１２００℃の温度範囲で１～５０時間、例えば４．５時間保持し、水焼き入れを行ってマルテンサイト変態させる。この均熱化処理後に行う水冷等による焼入れ処理は、低炭素マルテンサイトを主体とする発明材の組織を得るために重要である。低炭素マルテンサイトを主体とする組織を得るために、また結晶粒界への炭化物の析出を防止又は抑制するためにも、鋳鋼の焼入れ処理時の冷却速度はできるだけ大きいことが望ましい。そのため、本例では均質化処理した鋳鋼を水焼き入れ処理している。
【0035】
最後に、水焼き入れした鋳鋼を再加熱し、５００℃以下の温度範囲（例えば２５０℃）で１～５０時間（例えば４．５時間）保持して焼ならし処理をし、そのまま放置し冷却して発明材を形成する。焼きならし処理は、焼き入れにより十分に硬くなったマルテンサイト鋳鋼について、硬さを減少させて靭性を向上させるため行う。発明材に要求する特性によって、２００～５００℃の範囲で温度を変えることができる。例えば硬さを重視する場合は、例えば２００℃程度で焼きならし処理を行う。例えば靭性を重視する場合には、５００℃程度に処理温度を上げて焼きならし処理を行う。
【0036】
以上の処理により得られた発明材の金属組織、つまり低炭素マルテンサイト組織の一例を図６に示す。同図に示した通り、発明材においては、上記成分組成の低炭素の鋳鉄からマルテンサイト組織１００が形成されている。
【0037】
焼ならし処理後の鋳鋼、つまり発明材は、切削や研削等の機械加工や必要な場合には表面処理等が施され、ツース材２７やシュー１７、アイドラ１３、ドライブタンブラ１４等、過酷な条件で使用される建設機械用部品に仕上げられる。
【0038】
【0039】
発明材の特性を評価するに当たり、まず成分組成を上記範囲に調整した鋳鋼を高周波誘導溶解炉で５０ｋｇ溶製し、溶製した鋳鋼を熱処理して発明材Ａ１～Ａ７（図２）を形成した。発明材Ａ１～Ａ７は、上記範囲内で各成分の添加量を変えたものである。
【0040】
また、発明材Ａ１～Ａ７との比較のために、発明材に定義された範囲から成分組成を外した鋳鋼を同じく高周波誘導溶解炉で５０ｋｇ溶製し、溶製した鋳鋼を熱処理して比較材Ｂ１～Ｂ５（図３）を形成した。比較材Ｂ１～Ｂ５も、各成分の添加量を各々変えたものである。更には、発明材に定義された範囲に成分組成が適合する鋳鋼を同じく高周波誘導溶解炉で５０ｋｇ溶製し、その後の熱処理を施さず鋳鋼のままの比較材Ｂ６（図４）を形成した。
【0041】
そして、これら発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６の中心と表面の中間の部位を切り出し、これらを機械加工して試験片（図５の試験片３０等）を作製した。発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６はそれぞれ５つずつ用意した（標本数Ｎ＝５）。
【0042】
なお、発明材Ａ１～Ａ７と比較材Ｂ１～Ｂ５に施した熱処理は共通である。具体的には、まず室温まで冷却した鋳鋼を真空炉で９４０℃まで加熱して４．５時間保持して均質化処理し、その後再び９２０℃まで加熱して４．５時間保持したあと水冷した。その後、水冷した鋳鋼を２３０℃まで加熱して４．５時間保持し、室温まで冷却した。
【0043】
そして、発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６の試験片について、硬度、引張試験、シャルピー試験、土砂摩耗試験を各々評価した。発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６の各々の評価項目は、それぞれの標本数Ｎの平均値を採った。硬度、耐衝撃性、土砂摩耗性の各項目について行った評価の方法や基準は以下の通りである。
【0044】
［硬度］
硬度については、ビッカース硬度計を用い、荷重を１．０ｋｇｆとして各試験片の表面硬度（Ｈｖ）を７点測定し、試験片毎に最高値と最低値を除外した５点の値の平均値を算出した。そして、従来の建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品の一般水準を硬さ４５０Ｈｖと想定し、この想定を基準値として各試験片の硬度を評価した。つまり、硬さ４５０Ｈｖ以上の試験片は高度について基準を満たしており（ＯＫ）、硬さ４５０Ｈｖ未満の試験片は高度について基準を満たさない（ＮＧ）と評価した。
硬度については、ビッカース硬度計を用い、荷重を１．０ｋｇｆとして各試験片の表面硬度（Ｈｖ）を７点測定し、試験片毎に最高値と最低値を除外した５点の値の平均値を算出した。そして、従来の建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品の一般水準を硬さ４５０Ｈｖと想定し、この想定を基準値として各試験片の硬度を評価した。つまり、硬さ４５０Ｈｖ以上の試験片は高度について基準を満たしており（ＯＫ）、硬さ４５０Ｈｖ未満の試験片は高度について基準を満たさない（ＮＧ）と評価した。
【0045】
［耐衝撃性］
耐衝撃性については、シャルピー衝撃試験により、２ｍｍのノッチのＪＩＳ３号試験片を用い、ハンマー荷重を２９４．２Ｎ（３０ｋｇｆ）、試験温度を室温に設定して行った。シャルピー衝撃値（Ｊ）としては、吸収エネルギーを試験片の断面積で除した値［Ｊ／ｃｍ２］を算出した。そして、従来の建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品の一般水準をシャルピー衝撃値２５Ｊ／ｃｍ２と想定し、この想定を基準値として各試験片の耐衝撃性を評価した。すなわち、シャルピー衝撃値２５Ｊ／ｃｍ２以上の試験片は耐衝撃性について基準を満たしており（ＯＫ）、２５Ｊ／ｃｍ２未満の試験片は耐衝撃性について基準を満たさない（ＮＧ）と評価した。
耐衝撃性については、シャルピー衝撃試験により、２ｍｍのノッチのＪＩＳ３号試験片を用い、ハンマー荷重を２９４．２Ｎ（３０ｋｇｆ）、試験温度を室温に設定して行った。シャルピー衝撃値（Ｊ）としては、吸収エネルギーを試験片の断面積で除した値［Ｊ／ｃｍ２］を算出した。そして、従来の建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品の一般水準をシャルピー衝撃値２５Ｊ／ｃｍ２と想定し、この想定を基準値として各試験片の耐衝撃性を評価した。すなわち、シャルピー衝撃値２５Ｊ／ｃｍ２以上の試験片は耐衝撃性について基準を満たしており（ＯＫ）、２５Ｊ／ｃｍ２未満の試験片は耐衝撃性について基準を満たさない（ＮＧ）と評価した。
【0046】
［土砂磨耗性］
土砂摩耗性は、ツース材２７の使用環境を模擬して、ＡＳＴＭＧ６５に準拠したラバーホイール試験で評価した。具体的には、発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６からそれぞれ１０×２０×６５ｍｍの板材を切り出し、これら板材を土砂磨耗試験用の試験片とし、これら試験片の耐磨耗性を図５に示す試験装置で評価した。図５の試験装置は、回転するラバーホイール３１の外周面に、レバー３２に固定した試験片３０をウェイト３３の荷重で押し付け、試験片３０とラバーホイール３１との間にノズル３５を介してホッパー３４の内部の砂を供給する仕組みである。
土砂摩耗性は、ツース材２７の使用環境を模擬して、ＡＳＴＭＧ６５に準拠したラバーホイール試験で評価した。具体的には、発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６からそれぞれ１０×２０×６５ｍｍの板材を切り出し、これら板材を土砂磨耗試験用の試験片とし、これら試験片の耐磨耗性を図５に示す試験装置で評価した。図５の試験装置は、回転するラバーホイール３１の外周面に、レバー３２に固定した試験片３０をウェイト３３の荷重で押し付け、試験片３０とラバーホイール３１との間にノズル３５を介してホッパー３４の内部の砂を供給する仕組みである。
【0047】
試験では、図５の試験装置を用い、２００ｒｐｍでラバーホイール３１を１０分間回転させ、回転するラバーホイール３１の外周面に試験片３０を押し当てながらラバーホイール３１と試験片３０との接触面に一定流量（０．３５ｋｇ／分）の砂を流し込んだ。その後、ウェイト３３の重量を変えて同様の試験を繰り返して試験片３０の比摩耗量を見積もった。そして、従来の建設機械用の耐摩耗性鋳鋼部品の一般水準を比摩耗量６．０程度と想定し、この想定を基準値として各試験片の土砂摩耗性を評価した。つまり、比摩耗量が６．０以下の試験片は土砂摩耗性について基準を満たしており（ＯＫ）、６．０を超える試験片は土砂摩耗性について基準を満たさない（ＮＧ）と評価した。
【0048】
－材料評価結果－
以上の試験により、発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６について図４に示す特性値の評価結果が得られた。図４の通り、発明材Ａ１～Ａ７の試験片は、いずれもシャルピー衝撃値が２５Ｊ／ｃｍ２以上で、かつ比摩耗量が６．０以下であり、前述した評価基準を満たす結果が得られた。また、発明材Ａ１～Ａ７は、いずれも硬さ４５０Ｈｖ以上を有していた。
以上の試験により、発明材Ａ１～Ａ７及び比較材Ｂ１～Ｂ６について図４に示す特性値の評価結果が得られた。図４の通り、発明材Ａ１～Ａ７の試験片は、いずれもシャルピー衝撃値が２５Ｊ／ｃｍ２以上で、かつ比摩耗量が６．０以下であり、前述した評価基準を満たす結果が得られた。また、発明材Ａ１～Ａ７は、いずれも硬さ４５０Ｈｖ以上を有していた。
【0049】
このように発明材Ａ１～Ａ７の試験片は、いずれもシャルピー衝撃値が２５Ｊ／ｃｍ２以上であり、建設機械用の従来の耐摩耗性鋳鋼部品以上の高靭性を備えていることが確認された。また、発明材Ａ１～Ａ７の試験片は、いずれも比摩耗量が６．０以下であり、シュー１７等の足回り材やツース材２７といった建設機械用部品として従来以上の耐磨耗性を備えていることも確認された。加えて、硬度の向上も確認された。
【0050】
これに対し、成分組成が発明材の範囲から外れた比較材Ｂ１～Ｂ５に関しては、発明材Ａ１～Ａ７と同様の熱処理を実施したものの、耐衝撃性及び耐磨耗性のいずれかが上記基準を満たさない。また、成分組成が発明材として定義した範囲であるものの熱処理を実施しなかった比較材Ｂ６に関しても、耐衝撃性が上記基準を満たさない。比較材Ｂ６に関しては、マルテンサイト変態していないことが、基準を満たさない理由と考えられる。このように、比較材Ｂ１～Ｂ６のいずれにおいても、耐衝撃性及び耐磨耗性の双方について上記基準を同時に満たす結果は得られなかった。
【0051】
－効果－
以上のように、本実施形態における建設機械用部品は、Ｆｅを含む鋳鋼からなり、例えば上記した成分の添加物を含有し、かつマルテンサイトを主体とする組織を有する。また、その具体的な実施例として、前述した成分組成に調整され、かつ低炭素マルテンサイト組織を持つ発明材Ａ１～Ａ７について、建設機械用の従来の耐摩耗性鋳鋼に比して優れた特性、すなわち、耐摩耗性と靱性とが高次にバランスして備わった特性が実証された。
以上のように、本実施形態における建設機械用部品は、Ｆｅを含む鋳鋼からなり、例えば上記した成分の添加物を含有し、かつマルテンサイトを主体とする組織を有する。また、その具体的な実施例として、前述した成分組成に調整され、かつ低炭素マルテンサイト組織を持つ発明材Ａ１～Ａ７について、建設機械用の従来の耐摩耗性鋳鋼に比して優れた特性、すなわち、耐摩耗性と靱性とが高次にバランスして備わった特性が実証された。
【0052】
また、高価なＶ，Ｎｉ，Ｃｒ等の添加量が抑えられ、材料費が低廉であることも大きなメリットである。また、鋳造欠陥が発生し易くなる低温での鋳込みを行うことなく、従来の高Ｍｎ鋳鋼以上の耐摩耗性と高靱性を得ることができ、製造時又は製造後の建設機械用部品の割れも抑制できる。
【0053】
土砂摩耗が激しいシュー１７やアイドラ１３、ドライブタンブラ１４等の足回り材や、バケット２３のツース材２７に発明材を使用することで、これらシュー１７やツース材２７等の消耗部品が長寿命化し、建設機械の稼働効率の向上にもつながり得る。
【0054】
－変形例－
上記実施形態においては、発明材の適用対象として、ツース材２７、シュー１７、アイドラ１３、ドライブタンブラ１４を例示したが、発明材の適用対象は必ずしもこれら部品に限定されない。耐摩耗性や高靭性が要求されるその他の部品にも発明材は適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
上記実施形態においては、発明材の適用対象として、ツース材２７、シュー１７、アイドラ１３、ドライブタンブラ１４を例示したが、発明材の適用対象は必ずしもこれら部品に限定されない。耐摩耗性や高靭性が要求されるその他の部品にも発明材は適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0055】
また、上記実施形態においては、油圧ショベル１を建設機械の例に挙げて説明したが、例えばホイールローダ、キャリアクローラ等の他の建設機械にも本発明の建設機械用部品は適宜適用され得る。
【0056】
また、油圧ショベルやホイールローダ等は、作業に応じてアタッチメントが交換される場合がある。例えば、図７は解体現場等で用いる小割用の破砕機４０、図８は廃材のスクラップ処理や運搬等に用いるフォークグラップル５０、図９は岩盤やコンクリート等の掘削や破砕等に用いるブレーカ６０を示している。これらの破砕機４０、フォークグラップル５０、ブレーカ６０は、いずれもフロント作業機のアームの先端にバケットに代えて装着して使用するアタッチメントである。
【0057】
バケット２３のツース材２７と同じく、例えば図７の破砕機４０の破砕歯４１も、小割するコンクリートや岩石等と激しく接触し摩耗する。図８のフォークグラップル５０のフォーク５１も同じく、把持するコンクリートガラや解体物等と激しく接触する。また、図９のブレーカ６０のチゼル６１も、破砕する岩盤やコンクリートと激しく接触し摩耗する。図１Ａに示したバケット２３の他にも、油圧ショベルの車格にもよって、このようにコンクリート等との激しい接触により摩耗するアタッチメントは多く存在する。これらアタッチメントにおけるコンクリート等との接触部品、例えば図７～図９の例の破砕歯４１、フォーク５１、チゼル６１等にも発明材料は好適に適用することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0058】
１…油圧ショベル（建設機械）、１３…アイドラ（建設機械用部品）、１４…ドライブタンブラ（建設機械用部品）、１６…クローラ、１７…シュー（建設機械用部品）、２３…バケット、２８…ツース材（建設機械用部品）、４１…破砕歯（建設機械用部品）、５１…フォーク（建設機械用部品）、６１…チゼル（建設機械用部品）、１００…マルテンサイト組織
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】