JPH0953146A - 破砕機用鋼および破砕機用直棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓｉ：０．
２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７０〜１．０５％、Ｃ
ｒ：０．２０〜０．４５％、Ｍｏ：０．２０〜０．４５
％、Ｖ：０．０５〜０．１５％、Ａｌ：０．０１０〜
０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避不純物
からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓは０．
０２５％以下、Ｎは０．００７０％以下である破砕機用
鋼。 素材がの鋼であって、焼入れ焼戻し後、引張強度Ｔ
Ｓ、ブリネル硬度ＨＢおよびシャルピー衝撃値ＩＶが、
ＴＳ≧９８０ＭＰａ、ＨＢ≧３１０、ＩＶ≧１０Ｊ／ｃ
ｍ² 、且つ、ＴＳ（ＭＰａ）＋１７．５ＩＶ（Ｊ／ｃｍ
² ）≧１５００の条件を満たす破砕機用直棒。 【効果】耐摩耗性の優れた破砕機用鋼および強度−靭性
バランスが良好で耐摩耗性と耐曲がり性の優れた破砕機
用直棒が低コストで得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、破砕機用鋼および
破砕機用直棒（「グラインディングロッド」と通称され
る。以下単に「直棒」ともいう）に関し、より詳しく
は、耐摩耗性の優れた破砕機用鋼およびその鋼に焼入れ
焼戻しの所謂「調質処理」を施すことにより鋼材組織を
緻密な焼戻しマルテンサイト組織となした、強度−靭性
バランスが良好で耐摩耗性と耐曲がり性の優れた破砕機
用直棒に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭あるいは鉄鉱石や銅鉱石といった各
種の鉱石（以下、石炭も含めて鉱石という）を砕くため
に鉱山などでは、円筒型の破砕機である所謂「ロッドミ
ル」が使用されている。すなわち、直棒（グラインディ
ングロッド）を装入したロッドミル内に鉱石を投入し、
ロッドミル本体を回転することによりロッドミル内で直
棒と鉱石を衝突させて鉱石を破砕することが行われてい
る。

【０００３】従来、この鉱石破砕用の直棒にはＳＡＥ１
０７０鋼、ＳＡＥ１０８０鋼やＳＡＥ１０９０鋼などの
高炭素鋼を素材として、直径７０〜１０５ｍｍに圧延さ
れた丸棒が圧延ままの組織で用いられることが多かっ
た。しかし、この圧延ままの組織は初析セメンタイトと
パーライトの混合組織あるいは粗大パーライト組織であ
るため操業中に短時間で摩耗してしまい、鉱石破砕の操
業度が大きく低下してしまうという問題があった。

【０００４】上記の問題を解決するため、例えば特公昭
６３−３０９７２号公報には特定の化学組成を有する鋼
を仕上げ温度８００℃以上で熱間圧延した後、鋼材表面
を強制冷却し、次いで復熱させる「耐摩耗性の優れた熱
間圧延丸鋼の製造方法」が開示されている。しかし、こ
の公報に提案された方法で製造された丸鋼は表面が焼戻
しマルテンサイト組織で内径側は通常のフェライトパー
ライト組織であるため、「耐摩耗性」という点では充分
であっても強度−靭性バランスに対しては配慮がなされ
おらず、そのため「耐曲がり性」という点では必ずしも
満足できるものではなかった。すなわち、ロッドミル内
に装入された直棒は鉱石との衝突によって適度に摩耗
し、ある時期がくると径が細くなりそのために曲がりを
生じることが多い。直棒にこうした「曲がり」、特に長
さ１ｍ当たり３ｍｍを超える「曲がり」が生じるとロッ
ドミル本体を回転させても充分な鉱石破砕効果が得られ
ないため、一旦操業を中断して曲がった「直棒」を取り
出し、新たに直棒を装入することが必要となる。しか
し、鉱石破砕の操業面からは直棒に上記の「曲がり」が
生じることでロッドミルの稼働を中断するよりも、径が
細くなった時点で直棒が適度に折損する方が長時間稼働
できるため好ましいのである。

【０００５】前記の事柄をも踏まえて、特公平６−１０
４８５０号公報および特公平７−６０５１号公報にはそ
れぞれ「粉砕ロッドの製法」と「破砕機用耐摩耗部品」
が提案されている。しかし、特公平６−１０４８５０号
公報で提案された方法では高炭素クロム鋼を素材とする
ため依然として強度−靭性バランスの面で問題があっ
て、径が細くなった時点で折損しないで長さ１ｍ当たり
３ｍｍを超える「曲がり」を生ずることがあり、また特
公平７−６０５１号公報で提案された耐摩耗部品は高ク
ロム鋼に特定の熱サイクルで繰り返しの浸炭処理を施さ
ねばならないのでコストが極めて高くなるという問題が
あった。

【０００６】そのため本出願人は、特開平７−６２４３
０号公報で、特定の化学組成を有する丸鋼をオ−ステナ
イト域まで加熱後、スパイラル状に回転させながら一端
から順次軸方向に連続的に焼入れし、次いで焼戻しする
「耐摩耗性棒鋼の製造方法」を提案した。しかし前記提
案の方法によって製造しても、丸鋼のサイズによっては
所謂「焼きムラ」が生じる場合があって、必ずしも所望
の特性が得られるというものでもなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、耐摩耗性の優れた破砕機用鋼およ
びその鋼に焼入れ焼戻し処理を施すことにより鋼材組織
を緻密な焼戻しマルテンサイト組織となした、強度−靭
性バランスが良好で耐摩耗性と耐曲がり性の優れた破砕
機用直棒、なかでも直径１０５ｍｍ以下の破砕機用直棒
を廉価に提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため種々検討を重ねた結果、先ず下記〜
の知見を得た。

【０００９】高炭素鋼を焼入れすれば、表層の硬度が
著しく向上するため耐摩耗性を高めることができる。

【００１０】高炭素鋼においてＮを重量％で０．００
７０％以下に規制し、更にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ
およびＡｌ量を適正範囲に規制すれば焼入れ性が顕著に
向上するため、直径１０５ｍｍ以下の丸鋼材にあっては
表層部に加えて中心部近傍までマルテンサイト組織とな
って内部硬度が著しく高くなる。更に、鋼の軟化抵抗も
著しく高まるので高温で焼戻しすることが可能となり、
強度−靭性バランスが極めて良くなる。

【００１１】Ｃｒ、ＭｏおよびＶの複合添加により鋼
が著しく細粒化し、それに伴って粒界が強化されて靭性
が向上する。

【００１２】そこで次に、Ｎを重量％で０．００７０％
以下に規制してＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＶおよびＡｌ
量を種々変化させた鋼を通常の方法によって溶製、分塊
圧延した。次いで、直径７０〜１０５ｍｍの棒鋼に圧延
後、８６０℃から焼入れし、４５０〜６００℃の種々の
温度で焼戻しした。これらの直棒をロッドミルに装入し
て鉱石破砕テストを行うとともに、焼戻し後の棒鋼の中
心からＤ／４部位置（Ｄ：棒鋼の直径）から硬度試験
片、ＪＩＳ３号シャルピー衝撃試験片およびＪＩＳ４号
引張試験片を採取し、常温での機械的性質を調査した。
この結果、次の重要な新知見を得た。

【００１３】中心からＤ／４部位置における強度−靭
性バランスとして、引張強度ＴＳ、ブリネル硬度ＨＢお
よびシャルピー衝撃値ＩＶが下記の条件を満たす棒鋼
は、破砕機用の直棒として使用した時、径が細くなった
時点でも長さ１ｍ当たり３ｍｍを超えるような大きな
「曲がり」を生じることがなく長寿命が得られる。ある
いは、長さ１ｍ当たり３ｍｍを超える「曲がり」を生ず
る前に折損するため、一旦操業を中断して曲がった「直
棒」を取り出し、新たに直棒を装入することが必要でな
く、ロッドミルを長時間稼働できる。

【００１４】ＴＳ≧９８０ＭＰａ、ＨＢ≧３１０、ＩＶ
≧１０Ｊ／ｃｍ² 、且つ、ＴＳ（ＭＰａ）＋１７．５Ｉ
Ｖ（Ｊ／ｃｍ² ）≧１５００。

【００１５】上記知見に基づく本発明は、下記（１）の
破砕機用鋼と（２）の破砕機用直棒を要旨とする。

【００１６】（１）重量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５
％、Ｓｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７０〜
１．０５％、Ｃｒ：０．２０〜０．４５％、Ｍｏ：０．
２０〜０．４５％、Ｖ：０．０５〜０．１５％、Ａｌ：
０．０１０〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび
不可避不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以
下、Ｓは０．０２５％以下およびＮは０．００７０％以
下であることを特徴とする破砕機用鋼。

【００１７】（２）素材が、上記（１）に記載の鋼であ
って、焼入れ焼戻し後、中心からＤ／４部位置における
引張強度ＴＳ、ブリネル硬度ＨＢおよびシャルピー衝撃
値ＩＶが下記の条件を満たすことを特徴とする破砕機用
直棒。

【００１８】ＴＳ≧９８０ＭＰａ、ＨＢ≧３１０、ＩＶ
≧１０Ｊ／ｃｍ² 、且つ、ＴＳ（ＭＰａ）＋１７．５Ｉ
Ｖ（Ｊ／ｃｍ² ）≧１５００ ここで、Ｄは破砕機用直棒の直径である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。なお、成分含有量の「％」は「重量％」を意味す
る。

【００２０】（Ａ）鋼の化学組成 Ｃ：Ｃは鋼の焼入れ性を高め強度を確保するだけでな
く、結晶粒を微細化しまた耐摩耗性を高める効果を有す
る。しかし、その含有量が０．６５％未満では所望の効
果が得られず、一方、０．８５％を超えると焼入れ時の
焼割れ感受性が大きくなるばかりか、複合添加した他の
合金成分と関連して靭性の劣化を招くこととなるので、
Ｃの含有量を０．６５〜０．８５％とした。なお、Ｃは
０．８０％未満の含有量とすることが好ましい。

【００２１】Ｓｉ：Ｓｉは鋼の脱酸および強度の確保に
有効な元素である。しかし、その含有量が０．２０％未
満では添加効果に乏しく、０．５０％を超えると靭性が
著しく劣化して所望の強度−靭性バランスが得られな
い。従って、Ｓｉの含有量を０．２０〜０．５０％とし
た。

【００２２】Ｍｎ：Ｍｎは鋼の脱酸に加えて焼入れ性を
向上させる作用を有するが、その含有量が０．７０％未
満では所望の効果が得難く、１．０５％を超えて含有す
ると粒界脆化現象が生じ靭性の劣化をきたして所望の強
度−靭性バランスが得られない。このためＭｎの含有量
を０．７０〜１．０５％とした。

【００２３】Ｃｒ：Ｃｒは鋼の焼入れ性を向上させると
ともに鋼に焼戻し軟化抵抗を付与する作用がある。前記
効果は、特にＭｏおよびＶとの複合添加で大きくなる。
しかし、その含有量が０．２０％未満では添加効果に乏
しく、一方、０．４５％を超えて含有させると却って強
度−靭性バランスが悪くなるばかりか、コストも嵩む。
従って、Ｃｒの含有量をを０．２０〜０．４５％とし
た。

【００２４】Ｍｏ：Ｍｏは鋼の焼入性を向上させるとと
もに、鋼に焼戻し軟化抵抗を付与して靭性を高める作用
がある。前記効果は、特にＣｒおよびＶとの複合添加で
大きくなる。しかし、その含有量が０．２０％未満では
所望の効果が得られない。一方、Ｍｏは高価な元素であ
りコストの上昇を招くため、Ｍｏの含有量を０．２０〜
０．４５％とした。

【００２５】Ｖ：Ｖは鋼の焼戻し軟化抵抗を増大する作
用があり、結晶粒柤大化の防止にも有効である。前記効
果は、特にＣｒおよびＭｏとの複合添加で大きくなる。
しかし、その含有量が０．０５％未満では添加効果に乏
しく、一方０．１５％を超えると熱間加工性および靭性
の低下を招くようになるので、Ｖの含有量を０．０５〜
０．１５％とした。

【００２６】Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸を安定化し、結晶組
織の均質化および細粒化を図るのに有効な元素である。
しかし、その含有量が０．０１０％未満では所望の効果
が得られず、０．０６０％を超えると前記効果が飽和す
ることに加えて介在物の増加により却って靭性が劣化す
るようになるので、Ａｌの含有量を０．０１０〜０．０
６０％とした。

【００２７】不純物元素Ｐ、ＳおよびＮはその含有量を
次のとおり制限する。

【００２８】Ｐ：Ｐはいかなる熱処理を施しても粒界偏
析を消滅することはできず、粒界強度を低下させて靭性
を劣化させ、特にその含有量が０．０２５％を超えると
靭性の劣化が著しくなる。従って、不純物元素としての
Ｐの含有量の上限を０．０２５％とした。

【００２９】Ｓ：Ｓは粒界に偏析し脆化を促進して、熱
間加工性を低下させまた靭性を劣化させる。特にＳの含
有量が０．０２５％を超えると靭性劣化および熱間加工
性の低下が著しくなる。従って、不純物元素としてのＳ
の含有量の上限を０．０２５％とした。

【００３０】Ｎ：不純物元素としてのＮの含有量を低減
すれば鋼の焼入れ性が向上する。これは各種合金元素の
母合金である合金鉄中に不純物として通常含有されてい
る極めて微量のＢが有効Ｂとなって作用するためであ
る。特にＮの含有量が０．００７０％以下の場合に前記
効果が大きい。従って、不純物元素としてのＮの含有量
の上限を０．００７０％とした。

【００３１】これまでに述べた化学組成とすることによ
って、本発明の「破砕機用鋼」が得られる。この鋼は通
常の方法によって溶製され、連続鋳造もしくは造塊法に
よって鋼片に加工され、更に徐冷されてから所望のサイ
ズの棒鋼に熱間加工される。

【００３２】その後、例えばバッチ炉を用いて「焼きむ
ら」を生ずることのないように焼入れ焼戻し処理されて
最終製品である「破砕機用直棒」となる。

【００３３】（Ｂ）機械的性質 後の実施例で詳しく述べるように、直径Ｄが１０５ｍｍ
以下の破砕機用直棒は素材が上記（Ａ）に記載の鋼から
なる時、その直棒を長寿命化させ、あるいはロッドミル
を長時間稼働させるためには、焼入れ焼戻し後の中心か
らＤ／４部の位置における強度−靭性バランスとして、
ＴＳ≧９８０ＭＰａ、ＨＢ≧３１０、ＩＶ≧１０Ｊ／ｃ
ｍ² 、且つＴＳ（ＭＰａ）＋１７．５ＩＶ（Ｊ／ｃ
ｍ² ）≧１５００の条件を満たすことが必要である。従
って、破砕機用直棒の常温での機械的性質として前記の
規定を設ける。なお、ＩＶはＪＩＳ３号シャルピー衝撃
試験片による衝撃値である。

【００３４】

【実施例】表１、２に示す化学組成の鋼を通常の方法に
よって溶製した。表１、２において、鋼Ａ〜Ｇは本発明
鋼、鋼Ｈ〜Ｍは成分のいずれかが本発明で規定する含有
量の範囲から外れた比較鋼である。

【００３５】次いで、これらの鋼を通常の連続鋳造法あ
るいは造塊−分塊法によって鋼片となした後、１２００
〜１２５０℃に加熱して通常の方法で直径１０５ｍｍの
棒鋼（直棒）に熱間圧延した。更に、これらの直棒に焼
入れ（焼入れ温度：８５０℃）焼戻し（焼戻し温度：５
００〜５８０℃）の処理を施した。

【００３６】こうして得られた調質処理後の１０５ｍｍ
直棒の中心からＤ／４（Ｄ＝１０５ｍｍ）部の位置から
ＪＩＳ４号引張試験片、ＪＩＳ３号シャルピー衝撃試験
片および硬度試験片を採取し常温における機械的性質を
調査した。また、硬度試験片を用いて中心からＤ／４部
の位置における組織を光学顕微鏡で観察した。

【００３７】調査結果を表３、４および図１、２に示
す。これらの表および図から本発明鋼はいずれも規定の
強度−靭性バランスを有することが明らかである。

【００３８】次に、上記のようにして得られた直棒を長
さ５０００ｍｍに切断し、実際のロッドミルに装入して
鉱石破砕テストを行い、耐摩耗性および耐曲がり性の評
価を行った。なお、ロッドミルを７５日稼働した後の折
損率についても調査した。

【００３９】耐摩耗性と耐曲がり性の評価結果をそれぞ
れ図３と図４に示す。

【００４０】図３から本発明の直棒は、比較鋼を用いた
直棒に対して約２倍の耐摩耗性を有することが明らかで
ある。また図４からは、本発明の直棒と比較鋼を用いた
直棒とでは耐曲がり性に顕著な差が認められ、本発明の
直棒は、耐曲がり性に優れていることが分かる。なお、
ロッドミルを７５日稼働させた後も本発明の直棒には全
く折損が見られなかった。一方、比較鋼を用いた直棒は
鋼種によって１０〜１３％の率で折損が見られた。

【００４１】上記の結果から本発明の直棒を使用すれば
ロッドミルを長時間稼働できることが明らかである。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による低コ
スト型の破砕機用鋼は耐摩耗性に優れ、この鋼に焼入れ
焼戻し処理を施すことにより鋼材組織を緻密な焼戻しマ
ルテンサイト組織となした直棒、なかでも直径１０５ｍ
ｍ以下の直棒は、強度−靭性バランスが良好で耐摩耗性
と耐曲がり性に優れるので破砕機用直棒としてロッドミ
ルに装入して長期間使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた直棒の引張強度とシャルピー衝
撃値との関係を示す図である。

【図２】実施例で用いた直棒の引張強度とブリネル硬度
との関係を示す図である。

【図３】ロッドミル操業日数と実施例で用いた直棒の摩
耗量の関係を示す図である。

【図４】ロッドミル操業日数と実施例で用いた直棒の３
ｍｍ／ｍを超える曲がり発生率の関係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｓ
   ｉ：０．２０〜０．５０％、Ｍｎ：０．７０〜１．０５
   ％、Ｃｒ：０．２０〜０．４５％、Ｍｏ：０．２０〜
   ０．４５％、Ｖ：０．０５〜０．１５％、Ａｌ：０．０
   １０〜０．０６０％を含有し、残部はＦｅおよび不可避
   不純物からなり、不純物中のＰは０．０２５％以下、Ｓ
   は０．０２５％以下およびＮは０．００７０％以下であ
   ることを特徴とする破砕機用鋼。
2. 【請求項２】素材が、請求項１に記載の鋼であって、焼
   入れ焼戻し後、中心からＤ／４部位置における引張強度
   ＴＳ、ブリネル硬度ＨＢおよびシャルピー衝撃値ＩＶが
   下記の条件を満たすことを特徴とする破砕機用直棒。 ＴＳ≧９８０ＭＰａ、ＨＢ≧３１０、ＩＶ≧１０Ｊ／ｃ
   ｍ² 、且つ、ＴＳ（ＭＰａ）＋１７．５ＩＶ（Ｊ／ｃｍ
   ² ）≧１５００ ここで、Ｄは破砕機用直棒の直径である。