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JP2000328199A - 耐摩耗材料 - Google Patents

耐摩耗材料

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Publication number
JP2000328199A
JP2000328199A JP11130621A JP13062199A JP2000328199A JP 2000328199 A JP2000328199 A JP 2000328199A JP 11130621 A JP11130621 A JP 11130621A JP 13062199 A JP13062199 A JP 13062199A JP 2000328199 A JP2000328199 A JP 2000328199A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cast iron
carbides
present
wear
wear resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11130621A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuo Hashimoto
光生 橋本
Koji Hirata
光二 平田
Yasuhiro Matsubara
安宏 松原
Shinya Sasakuri
信也 笹栗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP11130621A priority Critical patent/JP2000328199A/ja
Publication of JP2000328199A publication Critical patent/JP2000328199A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温および腐食環境下での耐摩耗材料を提供
する。 【解決手段】 重量%で、C:0.8〜4.0%、S
i:2.0%以下、Mn:2.0%以下、Cr:10〜
30%、CoもしくはNi:15〜50%含有し、残部
がFe及び不可避元素からなる耐摩耗材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄、建設及び砕
石等の設備において、特に高温および腐食環境下で摩耗
損傷を受ける機械部品において用いられる耐摩耗材料に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の耐摩耗材料としては、重
量%でC:1.0〜6.0%,Cr:10.0〜30.
0%を含有し、必要に応じてNi,Mo,V等を添加し
た高クロム鋳鉄材料が広く使用されてきた。例えば建設
機械での土砂摩耗を受ける部品やセメント工場や製鉄所
での耐摩耗部品として特開平5−253665号公報、
鉄鋼設備における圧延用ワークロールとして特公昭50
−37019号公報に開示された材料が使用されてい
る。これらの材料は極めて硬いクロム系炭化物、すなわ
ちM7C3 及びM236 型炭化物とマルテンサイトやベイ
ナイト、もしくはこれらを焼き戻した基地組織を有し優
れた耐摩耗性を発揮している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、耐摩耗
材料として広く使用されている前記特許公報に開示され
た高クロム鋳鉄材料は室温もしくは約500℃未満の低
温環境下においては、前述のとおり優れた耐摩耗性を発
揮するものの、高温環境下においては特に基地組織が軟
化もしくは腐食され十分な耐摩耗性を発揮できなかっ
た。そこで本発明は前記の従来高クロム鋳鉄材料および
高温腐食環境下での耐摩耗材料の課題であった高温腐食
環境下においても、優れた摩耗性を発揮することを目的
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、高クロム鋳鉄材料の有する優れた耐摩耗性を高温
環境下で維持させるため、重量%でC:1.0〜4.0
%、Cr:10〜30%を含有したものに、Coもしく
はNiを15〜50%含有し、さらにNiとともにA
l,V,Nb,Ta,Mo,Tiの少なくとも1種以上
を1%以上、10%以下添加し、残部がFe及び不可避
元素からなることを特徴とする耐摩耗材料にある。
【0005】まず、本発明の金属組織及び化学成分上の
特徴を概略述べる。本発明は耐摩耗性を向上させるた
め、硬質の晶出炭化物を利用することを最大の特徴の一
つとし、その炭化物の形態は高クロム鋳鉄材料と同じく
7 C3,M23 C6 型炭化物とした。一方、基地組織は耐
熱性ならびに耐食性を向上させるため、Co又はNiで
Feを置換させるとともに微細な炭化物を分散晶出させ
る。さらに、Niを添加した本発明材料において耐摩耗
性を向上させるためNiと結合して析出するAl,V,
Nb,Ta,Mo,Tiを添加し、硬くて微小な析出化
合物、例えばNi 3 Al,Ni3 Nbを基地組織中に分
布させるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】ここで外層の成分を限定した理由
を以下に述べる。Cは耐摩耗性の確保に最も重要な硬さ
を得るために不可欠な元素である。C量が0.5%より
少ないと硬い炭化物の晶出が少なく、さらに基地に固溶
するCが不足し、焼き入れによっても十分な基地硬さが
得られなくなる。一方、4.0%を越えると粗大な炭化
物が晶出し、その量も過大となり構造材料として脆弱な
ものとなり、使用中に粗大な炭化物が剥離したり、割損
等による損傷が発生し、かえって性能を低下させるため
これを上限値とした。
【0007】CrはCと結合し、前述のとおりクロム系
の硬いM7 C3,M236 型炭化物を晶出生成し、耐摩耗
性を向上させるためのもので、Cとのバランスで添加さ
れる重要な元素である。しかしながら、添加量が少ない
とその効果が十分発揮できず、一方多すぎるとCと同様
に炭化物が粗大化するとともにその量が過大となり、脆
弱化し本発明の目的を達成出来ない。そこで最適な範囲
として10%以上、30%以下とした。
【0008】Co及びNiは本発明において最も重要な
元素の一つである。両元素は本発明とは用途の全く異な
る耐熱もしくは耐食合金に用いられているが、この場合
本発明材料に比べCを極めて少量含有した材料、すなわ
ち耐摩耗性を全く有しないものに限定されていた。例え
ば特開平8−20848号公報においてはC:0.1%
以下、特開平7−624978号公報においてはC:
0.02%以上0.15%以下の材料が開示されてい
る。Cを多量に含有する本発明材料においては、いずれ
の元素もFeと固溶体を作り、基地組織を構成する。F
eは高温で材料強度が著しく低下するとともに酸化しや
すいため材料としての性能、すなわち耐摩耗性が著しく
低下する。
【0009】一方、CoおよびNiは高温においても強
度の低下が少なく、かつ酸化し難いため腐食環境下とな
る高温で高い耐摩耗性を維持することができる。しかし
ながら、その添加量が15%未満では大量に存在するF
eが優先的に作用し、その添加の効果が顕著に現れな
い。また、50%を超えると材料硬度特に基地組織その
ものが低下し、目的とする十分な耐摩耗性が確保できな
い。
【0010】図1に2.0%C−15%Crの本発明材
における鋳造後の室温での共晶組織のビッカース硬さを
CoおよびNiの添加量との関係で示すが、図から明ら
かなようにCoおよびNiの添加により硬度が上昇し添
加量が15%以上、50%以下の範囲で共晶部の硬度の
上昇が顕著となり、十分な耐摩耗性を発揮する。そこ
で、最適な範囲として15%以上、50%以下とした。
【0011】なお、高クロム鋳鉄材においては一般的に
鋳造後の基地組織は軟らかいオーステナイトであるが、
Coを添加した場合は基地組織の一部が硬いマルテンサ
イトもしくはベイナイトに変態し硬度がさらに上昇して
いる。本発明材においてはこの範囲でのCoまたはNi
の添加により低いC含有量で共晶反応が生じ、その結果
微小な炭化物が分散して晶出した共晶組織が形成され、
耐摩耗性に加え、強靱性をも付加される。また、高C域
の過共晶材においても軟らかい黒鉛の晶出が抑制され、
微細な炭化物が分散した組織を形成することが可能とな
った。
【0012】図2に本発明の代表的金属組織としてC:
2.0%−Cr15%−Ni:45%の化学成分を有す
る材料の顕微鏡写真を倍率200倍にて示す図であり、
黒い部分は炭化物である。前記のとおり共晶組織が増加
し、且つ微細な炭化物が分散し、その作用が顕著である
ことがわかる。つぎに、Niが増加するとともに基地中
のFe元素が減少して硬いマルテンサイト組織となるこ
とが難しくなる。そこでNiと結合して硬い化合物を形
成するAl,Nb,Ti,Taを添加すると、基地組織
中に硬く微小な析出物が生成され、耐摩耗性を向上させ
るのに有効で、これらの元素の1種以上を1%以上10
%以下の範囲で添加することが望ましい。
【0013】MoはCrと同様に硬質の炭化物が得ら
れ、また高温で焼き戻しを行う場合、その二次硬化に寄
与する元素である。従って従来の高クロム鋳鉄と同様に
3%以下の範囲で添加するにおいては、その耐摩耗性を
向上させる効果がある。WはMoと同様に硬い炭化物を
生成するため、これらの元素と置換して添加することも
3%以下の範囲で有効である。また、Vは極めて硬い粒
状のMC系炭化物を優先的に形成するため耐摩耗性を向
上させるために有用な元素である。しかし含有量が増加
すると本発明の特徴に一つであるクロム系のM73
236 型炭化物の晶出が抑制されるため1%以下にと
どめるのが望ましい。
【0014】Si,Mnは本発明においても共に脱酸効
果を有し、同時に溶湯の流動性を良くする観点から、各
々2%以下の一般の白鋳鉄に含まれている量を含有させ
ることが望ましい。なお、本発明では鋳造にて製造を行
ったが、金属組成が炭化物及び基地組織よりなり、これ
らは急速凝固される粉末にても生成されることから粉末
冶金法によっても製造可能であり、同様の作用効果を達
せられることは容易に推定される。
【0015】
【実施例】本発明の実施例として表1に示す化学成分に
て、製鉄設備の溶鉱炉での鉄鉱石やコークス等の原材料
挿入部のライナーを製造し、使用に供した。製品の寸法
および形状は巾900mm,長さ500mm,厚み40
mmの半円弧状である。また、従来は高クロム鋳鉄材料
を使用し、従来例として表に示した。本ライナーは溶鉱
炉内の上部に取り付けられて硬い原材料により衝突・す
べり摩耗をうける。通常200℃程度の雰囲気中で使用
されるが、溶鉱炉の操業が不安定な場合はしばしば60
0℃以上の高温にさらされる。したがって、高温雰囲気
にも耐え、高い耐摩耗性が望まれる。表中の材料は各々
高周波誘導炉にて溶解し、12mm厚みの普通鋼板上に
鋳掛けた。その後、硬化熱処理として焼き入れは900
℃に加熱し衝風にて冷却し、500℃で焼き戻しを実施
した。
【0016】表1には併せて各材料の化学成分、晶出炭
化物、硬度等の材料特性に加えて使用評価結果を示す。
ここで硬度は共晶および初晶組織の総合的な硬さとして
ショア硬度で示した。また、耐摩耗性はライナー表面の
単位摩耗当りの経過時間比で表示した。本発明材は従来
材に比べ常温における硬度においては一部のものが従来
の高クロム鋳鉄材に比べ低いが、本発明材のすべてにお
いて耐摩耗性が飛躍的に向上したことが明らかである。
【0017】
【表1】
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高温及び
腐食環境下で極めて高性能の耐摩耗材料を得ることがで
きた。この結果、部材の取り替え周期が大幅に延長さ
れ、煩雑な取り替え作業が減少するとともに操業性が向
上した。したがって、本発明は工業的に極めて有効なも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】2.0%C−15%Crの本発明材におけるC
oおよびNi添加量と鋳造後共晶組織の硬さの関係を示
す図、
【図2】本発明の代表的金属組織としてC:2.0%−
Cr:5%−Ni:45%材の顕微鏡組織写真を倍率2
00倍にて示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 安宏 福岡県久留米市小森野町1232 久留米工業 高等専門学校内 (72)発明者 笹栗 信也 福岡県久留米市小森野町1232 久留米工業 高等専門学校内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、 C :0.8〜4.0%、 Si:2.0%以下、 Mn:2.0%以下、 Cr:10〜30%、 Co:15〜50% を含有し残部がFe及び不可避元素からなることを特徴
    とする耐摩耗材料。
  2. 【請求項2】重量%で、 C :0.8〜4.0%、 Si:2.0%以下、 Mn:2.0%以下、 Cr:10〜30%、 Ni:15〜50% を含有し残部がFe及び不可避元素からなることを特徴
    とする耐摩耗材料。
  3. 【請求項3】 Al,V,Nb,Ta,Mo,Tiの少
    なくとも1種以上を1重量%以上、10重量%以下を含
    有した、請求項2記載の耐摩耗材料。
JP11130621A 1999-05-11 1999-05-11 耐摩耗材料 Withdrawn JP2000328199A (ja)

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