JPH01122668A - 耐焼付性及び耐摩耗性に優れた摩擦摺接工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、摺接面の潤滑特性に優れ、過酷な高温摩擦
条件下での使用においても十分に満足できる耐焼付性並
びに耐摩耗性を発揮する摩擦摺接工具に関するものであ
る。

く背景技術〉 近年、各種産業用機器部材に対する性能向上要求や、そ
の製造コスト低減化要求は止まるところを知らず、その
ため新しく開発された新規素材の積極的採用が行われた
り製造条件が一段と過酷になったりするなど、それらを
製造するための工具類の使用環境も益々厳しいものとな
ってきた。

例えば、熱間仕上継目無鋼管の製造に使用されるガイド
シューや、連続鋳造機の鋳型直下で鋳片を支持するため
に使用される摺接パッド等の摩擦摺接工具等は、高温の
相手材と厳しい摩擦接触がなされるものである。このた
め、普通製品の製造においてすら摺接面の耐焼付性や耐
摩耗性改善対策に追われていたにも係わらず、近年の製
品高付加価値化傾向の高まりの中で、耐焼付性や耐摩耗
性の点からみて歓迎できないＮｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏ等を
含有した高級鋼製品の多量生産に対応せざるを得ない状
況に至っている。ここで、Ｎｉ、　Ｃｒ、　Ｍｏ等を含
有した高級鋼が被加工素材として歓迎されない理由は、
熱間加工中に潤滑性を有するＦｅ酸化膜の形成が生じに
くく工具摺接面との潤滑性が悪くて焼付発生が顕著であ
り、この焼付が製品の表面疵として残存し品質の低下に
つながる傾向を示すからであった。

第１１図は、摩擦摺接工具の１例として挙げられるとこ
ろの“傾斜圧延方式で継目無鋼管を製造する際に適用さ
れるガイドシュー”の概略斜視図である。

第１２図に示したように、このガイドシュー１１は左右
対向配置の圧延ロール１２．１２’とプラグ１３とによ
って拡管減肉圧延される被圧延材１４の上下位置に配置
され、圧延中の被圧延材１４が上下方向に飛び出したり
該被圧延材の外径が膨出したりするのを抑えるストッパ
ー的役割を担うものであるが、従来、このようなガイド
シューには、製造される鋼管の材質に応じて成分設計さ
れた耐熱・耐摩耗性鋳鋼（例えばＩ　Ｃ−３Ｎｉ−２５
Ｃｒ鋼）の一体鋳造品が適用されていた。ところが、近
年、Ｃｒ、　Ｎｉ。

Ｍｏ等の合金元素を多量に含有した高品質継目無鋼管の
需要増大に伴いガイドシューの被圧延材との摺接面の摩
耗、熱亀裂及びその進展、或いはガイドシュー摺接面と
被圧延材との焼付発生等の現象が著しく増加し、これに
よる製管作業の困難化や表面疵発生による製品品質の低
下が強く認識されるようになった。

そこで、前述したように、上記原因が製品素材中にＣｒ
、　Ｎｉ、　Ｍｏ等の耐酸化性元素が含まれたため熱間
加工中のＦｅ酸化物の生成が少なくなって表面の潤滑性
が低下したためであるとの認識の下に、ガイドシューと
被圧延材間に砂等の粉体研磨材を散布・供給して製品鋼
管の表面疵発生を予防しようとの試みもなされたが、こ
のような手段によっても製品鋼管の表面疵を完全に抑え
ることが出来なかったばかりでなく、摩耗の改善にもそ
れほどの効果が得られず、例えばｒＣｒ成分を１重量％
程度含有する鋼を製管する際にＩ　Ｃ−３Ｎｉ−２５Ｃ
ｒ鋳鋼製一体鋳造ガイドシューを使用したときの製管可
能本数」は上記手段を講じても精々１００本程度にしか
ならないで、普通鋼の製管可能本数である１０００〜２
０００本に比べて約１／１ｏ程度の域を抜は出せないで
いた。

また、カイトシューの被圧延材摺接面に耐熱・＝３− 耐摩耗性肉盛金属の溶射を施して焼付防止や寿命延長を
図る試みもなされたが、それでも耐摩耗性や耐熱亀裂性
が十分であるとは言えず、しかも従来から指摘されてい
るように、肉盛溶射層は母材との接着性にやや問題があ
り、負荷がかかると肉盛溶射層と母材との境界は剪断し
易いので、高負荷のかかるガイドシュー摺接面には不適
当なものであった。

このため、肉盛層と母材との接合性を改善すべくカイト
シューの被圧延材摺接面に耐熱・耐摩耗性金属を肉盛溶
接する提案もなされたが、このようにして得られる肉盛
溶接工具には「肉盛溶接時に形成される肉盛層が母材の
Ｆｅによって希釈され良好な耐焼付性及び耐摩耗性を示
す溶着金属本来の成分組成が得られにくい」との問題が
あり、耐焼付性や耐摩耗性等の面で十分に満足できるも
のとは言えなかった。

勿論、これらの問題は継目無鋼管製造用ガイドシューに
限られるものではなく、連続鋳造機の鋳片支持パッドそ
の他の摩擦摺接工具全体に共通するものであった。

〈問題点を解決する手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、相手材の種類に
大きく左右されることなく優れた耐焼付性及び耐摩耗性
を発揮して表面性状の良好な製品の製造を可能にすると
共に、使用寿命の十分に長い摩擦摺接工具を提供すべく
、特に肉盛溶接工具に見られる良好な肉盛層の密着性と
有利なコスト面に着目し、その耐焼付・耐摩耗特性の改
善を目指して研究を重ねた結果、次に示すような知見を
得るに至ったのである。即ち、 （ａｌ　　高温下で摩擦接触する部材同士の潤滑材とし
てＭｏ酸化物が優れた特性を発揮することは良く知られ
ている。一方、Ｍｏは常温では安定であるが約５００℃
で酸化が始まり、７７０℃以上になると激しく酸化して
多量の酸化物を発生する金属である。そこで、肉盛溶接
により摩擦摺接工具を製造するに際して形成する肉盛溶
接層に金属Ｍｏ又はＭｏ合金の小片を埋め込んでおくと
、表面に一部露出した前記小片は、相手部材の保有熱や
相手部材−６＝ との摺接により発生する摩擦熱によって徐々に酸化し高
温潤滑性能に優れたＭｏ酸化物を生成して摺接面に供給
することとなるので、肉盛溶接層の耐焼付性や耐摩耗性
の改善に大きな効果が得られること。

（ｂ）　　また、耐摩耗材料を得るために母材表面に肉
盛溶接を行う場合には、母材との接合性の面からすれば
肉盛溶接層は体積変化の少ないオーステナイト系溶接金
属であることが好ましいが、オーステナイト系溶接金属
では高温潤滑性が悪く、摺接相手材との焼付を生じてそ
の表面性状を悪化し易いとの問題点がある。しかし、肉
盛溶接層をオーステナイト系溶接金属にしたとしても、
前記の如く、この肉盛溶接層に金属Ｍｏ又はＭｏ合金の
小片を埋め込んでおくと、摩擦熱等によって自製・供給
されるＭｏ酸化物のためにオーステナイト系肉盛溶接層
の高温潤滑性能は著しく向上し、肉盛溶接時に母材から
のＦｅによる希釈のため多少の成分組成変動があったと
しても肉盛層の密着安定性並びに高温潤滑性が共に十分
に優れた摩擦摺接工具が得られること。

（Ｃ）シかも、肉盛溶接層に金属Ｍｏ又はＭｏ合金の小
片を埋め込んで得られる高温潤滑性向上効果は、摺接相
手材（製品素材）の高品質化に伴う生成Ｆｅ酸化物の減
少を十分に補う程に顕著なものであること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 「普通鋼又は低合金鋼製工具本体表面に耐熱・耐摩耗性
金属の肉盛溶接層を有する摩擦摺接工具において、前記
肉盛溶接層にＭｏ又はＭｏ合金の埋め込み小片を保持せ
しめることにより優れた潤滑性能を付与した」点 に特徴を有するものである。

第１図は、この発明に係る摩擦摺接工具の１例を示す概
略模式図であり（第１図（ａｌは一部破断した平面図で
、第１図中）は第１図（ａｌのＡ−Ａ断面図である）、
普通鋼又は低合金鋼製工具本体１の表面に、Ｍｏ又はＭ
ｏ合金の埋め込み小片２を保持した耐熱・耐摩耗性金属
の肉盛溶接層３が設けられて成るものを示している。

ここで、肉盛溶接層としての“耐熱・耐摩耗性金属”に
は格別な制限は無く、この種の材料として普通に知られ
ている金属又は合金の何れを適用しても差し支え無いが
、母材との密着・接合性が良いこと等、得られる性能面
を考慮すればオーステナイト組織鋼、　Ｃｏ基合金或い
はＮｉ基合金等のオーステナイト系材料が好ましい。

また、Ｍｏ又はＭｏ合金の埋め込み小片の形状にも格別
な制限があるわけでは無いが、第１図に示したように横
断面が台形状の細長片としたり、第２図又は第３図に示
すような横断面が三角形状或いは半円形状の細長片とし
、かつ長手方向端面にも傾斜を設けた形状とするのが良
い。なぜなら、Ｍｏ小片は肉盛溶接時にアークが当ると
表面が酸化するので溶接金属とは殆んど接合せず、その
ため肉盛層から抜は落ちる機会が極めて大きいが、Ｍｏ
小片を前記形状とした上でその広い面積の底面部を母材
側へ向けて肉盛層に埋設すれば、投錨効果によって肉盛
層から欠落するのを確実に防止できるからである。

そして、埋め込み小片の材質としてＭｏ合金を採用する
場合には、十分な潤滑性改善効果を確保するため出来れ
ば７０重量％以上（以降、成分割合を表わす％は重量％
とする）のＭＯを含有するものを選ぶのが好ましい。

例えば、第４図及び第５図は後述する実施例での試験結
果の１例を示したものであって、５２５Ｃ相当炭素鋼母
材にＮｉ−１，０χＣ１９ＸＣｒ合金の肉盛溶接層（溶
着金属層）を施した部材について、それぞれ肉盛溶接層
に埋め込んだＦｅ　−Ｍｏ小片（フェロモリブデン小片
：横断面が三角形の細長片）のＭｏ含有量と高温摩擦試
験での摩耗量或いは摩擦係数との関係を比較したグラフ
であるが、この第４図及び第５図からも、「肉盛溶接層
にＭｏ又はＭＯ合合金片を埋め込むことにより潤滑特性
が改善されること」、及び「埋め込んだ小片のＭｏ含有
量が７０％以上になると６５０℃以上での摩耗量が一段
と低くなること」や「８００℃以上での摩擦係数が急減
すること」等が分かる。

なお、この発明に係る摩擦摺接工具を製造するには、先
に説明したようなＭｏ又シ針。合金小片を前述の第１図
で示したように母材（工具本体）表面に並べ、この小片
を頂部が一部露出する如くに溶接金属で埋め込みながら
肉盛溶接ずれば良い。この場合、溶接方式は溶接金属を
コントロールし易いＭＡＧ溶接或いは被覆アーク溶接を
採用するのが好ましい。

この発明に係る摩擦摺接工具は上述のような構成とした
ので、相手材との摩擦により摺接表面温度が上昇してく
ると肉盛溶接層で埋め込まれた門。

又はＭｏ合金小片の露出部が酸化し、高温潤滑性に優れ
たＭｏ酸化物を自製・供給することとなる。この傾向は
８００℃以上の高温域で著しくなり、例えば肉盛溶接層
がオーステナイト組織鋼で形成されている場合には、上
記温度域になるとＣｒ炭化物が析出するので溶接金属自
体の潤滑性及び耐摩耗性がある程度向上するものの、こ
れに加えて更に“優れた潤滑材である前記Ｍｏ酸化物の
作用”が加味され、溶接金属単味では到底満足できない
耐焼付性や耐摩耗性が十分に改善されるのである。

以下、この発明を実施例によって更に具体的に説明する
。

〈実施例〉 まず、第６図に示す如き、横断面が三角形１台形成いは
半楕円形のＭｏ又はＦｅ−Ｍｏ合金（フェロモリブデン
）製細長埋め込み小片を用意し、これを母材たる炭素ｍ
（３２０Ｃ）角柱端面に並べた後、被覆ア〜り溶接或い
はＭＡＧ溶接にて５ＵＳ３０９Ｓ。

ステライ）（ＤＣｏＣｒＡ）又は炭化物析出Ｎ＋基合金
溶接材を肉盛溶接して埋め込み、同じく第６図に示すよ
うな摩擦摺接部材（試験材）を作成した。なお、比較材
として、ＭＯ又はＦｅ−Ｍｏ合金小片を埋め込まずに溶
接金属の肉盛層のみを有した摩擦摺接部材（試験材）、
並びに５ＫＤ−６２（合金工具鋼）を鋳造して得た摩擦
摺接部材（試験材）をも準備した。

第１表に、このときの供試溶接材料５溶接方式及び埋め
込み小片の組み合わせを整理して示す。

次いで、これら各摩擦摺接部材（試験材）を高温摩擦摩
耗試験に供して耐摩耗性及び耐焼付性を調査したが、高
温摩擦摩耗試験としては、第７図に示す如き“ブロック
摩擦方式（高周波コイル４で加熱されつつ回転する直径
１００寵の５ＵＳ３０４製被摩耗円製材摩耗に、所定加
圧力で試験部材６を押し当てる方式）″を採用した。

摩耗量の測定は、第７図（Ｃ）で示す摩耗痕の長さａを
測り、下記の計算式で摩耗体積Ｖを求める手法で実施し
た。

２ｒ これらの結果を、前述の第４図及び第５図、並びに第８
乃至１０図に示す。なお、第１０図の「比摩耗量」は次
の式で表わされる値である。

■ 上記各図面に示される結果からも摩擦摺接工具をｒＭｏ
又はＭｏ合金の埋め込み小片を保持する肉盛溶接摺接層
を有せしめた構成」とすることによりその潤滑性能が一
段と改善され、耐摩耗性や耐焼付性が著しく向上するこ
とが明らかであり、更に前記第８図は、肉盛溶接層にＭ
ｏ小片を埋め込んだものは時間の経過につれて摩擦係数
が低くなることを示しており、生成されるＭｏ酸化物が
潤滑性の改善に大きく寄与していることを明瞭に物語っ
ている。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、高温の使用条
件下で一段と優れた耐焼付性及び耐摩耗性を示し、しか
も製作性や取り扱い性も十分に容易な摩擦摺接工具を提
供することができ、優れた品質の熱間加工製品や連続鋳
造製品の安定生産等に大きな寄与が期待されるなど、産
業上有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る摩擦摺接工具の１例＝　１４
− を示す概略模式図であり、第１図（ａｌはその一部破断
乎面図で、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ断面図
である。 第２図及び第３図は、それぞれ肉盛層に保持せしめられ
るＭｏ又はＭｏ合金埋め込み小片の形状例を示しており
、第２図ｉａ）及び第３図ｔａ＋はその正面図で、第２
図（ｂ）及び第３図（ｂ）は各々の側面図である。 第４図は、肉盛溶接層に埋め込んだｒｅ　−Ｍｏ小片の
Ｍｏ含有量と高温摩擦試験での摩耗量との関係を比較し
たグラフである。 第５図は、肉盛溶接層に埋め込んだＦｅ　−Ｍｏ小片の
Ｍｏ含有量と高温摩擦試験での摩擦係数との関係を比較
したグラフである。 第６図は、実施例で作成した摩擦摺接試験部材の構成を
示す説明図である。 第７図は、高温摩擦摩耗試験の説明図であり、第７図（
ａ）はその正面図を、第７図（ｂｌは平面図を、そして
第７図（Ｃ）は摩耗量の測定方法をそれぞれ示している
。 第８図は、各摩擦摺接試験部材の試験時間と摩擦係数と
の関係を示したグラフである。 第９図は、各摩擦摺接試験部材の試験時間と摩耗量との
関係を示したグラフである。 第１０図は、各摩擦摺接試験部材の試験時間と比摩耗量
との関係を示したグラフである。 第１１図は、従来の一体鋳造ガイドシューの１例を示す
概略斜視図である。 第１２図は、ガイドシューの配置状態例を示す概略模式
図である。 図面において、 １・・・工具本体（母材）、　２・・・埋め込み小片、
３・・・肉盛溶接層、　　　　４・・・高周波コイル、
５・・・被摩耗材、　　　　６・・・試験部材、１１・
・・ガイドシュー、　１２．１２′・・・圧延ロール、
１３・・・プラグ、　　　　１４・・・被圧延材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 普通鋼又は低合金鋼製工具本体表面に耐熱・耐摩耗性金
   属の肉盛溶接層を有する摩擦摺接工具において、前記肉
   盛溶接層がＭｏ又はＭｏ合金の埋め込み小片を保持して
   成ることを特徴とする摩擦摺接工具。