JPH0230730A

JPH0230730A - 耐摩耗合金鋳鉄

Info

Publication number: JPH0230730A
Application number: JP18001188A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hattori; 敏幸服部; Takumi Ohata; 拓己大畑
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1988-07-19
Publication date: 1990-02-01
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2542681B2

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〕本発明は耐摩耗性のほかに耐肌あれ性或いは耐焼付性な
どが要求され、熱間或いは冷間にて使用される圧延用ロ
ールなどの工具用鋳鉄に関するものである。

〔従来の技術〕

鋳鉄の耐摩耗性を向上させるためには、硬質の炭化物を
晶出あるいは析出させることが有効である。とりわけ、
Ｍｏ、　Ｖ等の炭化物は硬さが大きく、その効果は大き
い。

一方、鋳鉄の主要組織である黒鉛は熱伝導性が良好であ
るため工具表面の摩擦による加熱昇温を抑制し耐摩耗性
、耐肌あれ性を向上させる作用を有するとともに、固体
潤滑剤としての作用を持つため耐焼付性、耐摩耗性に有
効である。ところが、上記硬質の炭化物を形成するＭＯ
ｌＶなどの元素は同時に強い白銑化元素であり、これら
硬質炭化物と黒鉛が共存する鋳鉄は従来得られていなか
った。

黒鉛と炭化物を有する耐摩耗合金鋳鉄として、従来から
ニハード系の合金鋳鉄が一般的に知られている。この鋳
鉄の炭化物はＭ２Ｃ系が主体であり、硬さも小さい。一
方、特公昭６１−１６４１５号公報にはＣｒ炭化物つま
りＭ２Ｃ，系或いはＭ２３Ｇ、系主体の炭化物を有する
圧延ロール用の合金鋳鉄が開示されているが、更に硬質
のＭＣ，Ｍ４Ｃ，、Ｍ６Ｃ，Ｍ２Ｃなどの炭化物は殆ん
ど存在せず、高耐摩耗性は期待できない、また、黒鉛と
硬質炭化物が共存した材料として、従来から粉末焼結合
金があるが、鋳造合金に比べて製造プロセスが複雑であ
るのでコストが高くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

強力な白銑化元素を含有する鋳鉄材に黒鉛を存在させる
のは不可能とするのが従来の技術通念であった。このよ
うな状況のもとに、本発明の目的は黒鉛と強力な白銑化
元素にて構成した硬質炭化物とを共存させた新規な耐摩
耗合金鋳鉄を伜供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は上記問題を解決するため鋭意研究を行ない、
次の新しい事実を発見するに至った。

（１）　黒鉛と強力な白銑化元素の炭化物とが共存した
金属組織を有する合金鋳鉄があり、これらの炭化物の形
態はＭＣ系、Ｍ２Ｏ３系、Ｍ２Ｃ系、Ｍ２Ｃ系などの硬
質炭化物であって、全炭化物中に面積率で２０％以上を
占めていること。

（２）　本発明合金鋳鉄の好適な化学成分例として、重
量比でＣ２，５〜４．０％、ＳＬ２．０〜５．０％、Ｍ
ｎ０゜１〜１．５％、Ｎｉ３〜８％、　Ｃｒ７％以下、
Ｍ０４〜１２％、７２〜８％、残部不純物元素及び実質
的にＦｅからなる成分系があり、更にＣｏ２〜８％を含
有することができること。

〔作　用〕

まず、本発明により黒鉛と全炭化物の２０％以上を占め
る硬質炭化物とが共存する合金鋳鉄が得られ、黒鉛と硬
質炭化物の両者が発揮する作用効果を兼備した新規な工
具材料を安価に得ることができる。つまり、硬質炭化物
により高耐摩耗性を有し、黒鉛により高熱伝導性、自己
潤滑作用を有するのである。この結果、耐摩耗性はもち
ろん耐焼付性、耐肌あれ性に優れた合金鋳鉄を得ること
ができる。

次に、本発明合金鋳鉄の化学成分の特定理由は次の通り
である。

Ｃは黒鉛を晶出させるとともに硬質炭化物形成のために
必要な元素である。その量が２．５％未満の場合、黒鉛
の晶出が困難になるとともに炭化物量が少なく、耐摩耗
性、耐焼付性、耐肌あれ性の点で十分でない。また、４
．０％を越える炭化物が過剰となり、靭性が低下するの
で好ましくない。

ＳＬは脱酸剤であるとともに有効な黒鉛化促進元素であ
るため２．０％以上必要である。しかし、５．０％を越
えると材質が脆弱になる。そして、黒鉛を晶出させるた
めには、添加Ｓｉ量のうち０．１％以上を接種にて添加
する必要がある。

Ｋｎは脱酸作用とともに不純物であるＳをＭｎＳとして
固定する。その量が０．１％未満では脱酸性に乏しい、
しかし、１．５％を越えると残留オーステナイトが生じ
やすくなり、安定して十分な硬さを維持できない。

Ｎｉは黒鉛の晶出および基地の焼入性向上のため必要で
あり、３．０％以上添加する必要がある。しかし、８％
を越えるとオーステナイトが安定化しすぎ、ベイナイト
或いはマンテンサイドへの変態が生じにくくなる。この
ため十分な硬さが得られず、耐摩耗性、耐肌あれ性が劣
化する。

Ｃｒは基地をベイナイト或いはマルテンサイトにして硬
さを保持するのに有効に作用する元素である。しかし、
過剰になると黒鉛の晶出を阻害するとともにＣｒ系炭化
物即ちＭ、　Ｃ３系やＭ２３Ｃ６系炭化物を形成する。

これらの炭化物はＭＣ系１Ｍ４Ｃ３系、Ｍ２Ｃ系、Ｍ２
Ｃ系に比べて硬さが小さく、耐摩耗性を低下させる。こ
のためＣｒの上限は７％とする。

ＭｏはＣと結合してＭ２Ｃ或いはＭ２Ｃ系炭化物を生成
し、かつ基地中にも固溶して基地を強化するので耐摩耗
性や高温硬さを高めるとともに、焼戻軟化抵抗性向上に
寄与する。しかし、過剰になると黒鉛の晶出を阻害する
とともにＣとＶとのバランスにおいてＭ６Ｃ系炭化物が
増加し、靭性及び耐肌あれ性の点で好ましくない。これ
らによりＭ。

の添加範囲は４〜１２％である。

■は耐摩耗性の向上に効果のあるＭＣ系炭化物を形成す
るための必須元素であるが、過剰になると黒鉛の晶出を
堕害する。このためＶの添加範囲は２〜８％とする。

本発明の合金鋳鉄は上記元素の他にｃｏを含有すること
ができる。Ｃｏは焼戻し軟化抵抗と二次硬化により耐熱
性を付与する点で好ましい元素であるが、過剰になると
靭性を低下させる。このためＣ。

の添加範囲は２〜８％とする。

上記元素以外は不純物を除いて実績的にＦｅからなる。

不純物として主なものはＰ及びＳであるが、Ｐは脆化防
止のため０．１％以下であり、Ｓは同様に０．０８％以
下であるのがよい。

本発明の合金鋳鉄においては、上述の化学成分の特定に
加えて、更に溶湯状態のとき、鋳型へ溶湯を注入する以
前にＳｉ含有の接種剤を用いて接種する必要がある。黒
鉛晶出のために、接種Ｓｉ量は重量比で０．１％以上必
要であるが、０．５％を越えると接種剤が溶湯に均一に
溶けにくくなり、鋳造された合金鋳鉄に組織む°らが生
じやすくなる。

〔実施例〕

叉１Ｊ１− 第１表の試片記号Ａ及びＢにて示す成分の本発明合金鋳
鉄を、高周波誘導溶解炉を用いて１６００℃にて溶解し
、出湯時にＦｅ−Ｓｉ合金によりＳｉ量で０．３％接種
し、１５５０℃にて直径１００ｍｍ、深さ１００＋ｎ＋
ａの砂型に鋳造して試片を製作した。この試片の外周表
面から１５ｍｍ位置にて金属組織を検鏡調査した。いず
れの試片も黒鉛と硬質炭化物が認められた。このうち試
片Ｂの金属組織例を第１図に示す。同図（１）は腐食し
ない状態における組織、（２）は腐食した後の組織であ
る。同図（１）において。

片状及び塊状の黒鉛が明瞭にみられる。この場合の黒鉛
面積率は２％であった。同図（２）においても黒鉛がみ
られる。更に、塊状に晶出しているのはＶのＭ２Ｏ３系
、粒状に晶出しているのはＶのＭＣ系、背骨状に晶出し
ているのはＭｏのＭ２Ｃ系炭化物であった。この場合の
これら硬質炭化物の面積は全炭化物の面積の８５％を占
めていた。

尖立盤又実施例１にて製作した試片に１０５０℃からの焼入れと
５５０℃での焼戻しの熱処理を施し、第１表に示す硬さ
に調整した後、外径６０ｍｍ長さ４０ｍｍの小型スリー
ブロール試片を加工した。この試片を第３図に示す圧延
摩耗試験機にとりつけて耐摩耗性の試験を行なった。同
図において５及び５′が試片としてのロールである。比
較用の従来材質として、前記特公昭６１−１６４１５号
公報に記載されている圧延ロール用Ｃｒ炭化物系合金鋳
鉄に類似の合金鋳鉄ロール試片を製作した。このロール
試片については第１表に試片記号Ｃとして示す。

圧延摩耗試験の条件は次の通りである。

圧延材料：ＳＵＳ’３０４圧下率＝２５％圧延速度：　１５０　ｍ／＋ｉｎ圧延材料の温度：９００℃ 圧延距離：３００ｍロール冷却方法：水冷試験後のロール試片表面の圧延材料と接触した部分は摩
耗して凹状になる。また、肌あれや焼付が発生すると摩
耗面には小さな凹凸が発生する。

各試片の摩耗・肌あれプロフィールを表面あらさ計（Ｓ
ＵＲＦＣＯＭ）にて測定したが、その例を第２図に示す
。同図（１）は試片記号Ｂ（本発明）の上ロール、（２
）は試片記号Ｃ（従来）の上ロールの状況を示すもので
ある。第１表には各上ロールの摩耗した部分の平均深さ
についても示す。

この試験結果から、本発明の合金鋳鉄Ａ、Ｂは従来例Ｃ
のＣｒ炭化物系の圧延ロール用合金鋳鉄に比べて、耐摩
耗性が格段に優れ、摩耗面の凹凸は小さいことがわかる
。

以上の実施例により、本発明の合金鋳鉄は工具用鋳鉄と
して実用に供してきわめて優れた性能を発揮することが
期待される。なお、圧延用ロールとして用いる場合は、
スリーブ又はリング式ロールにして用いたり、或いは基
本的には特公昭４４−４９０３号公報ほかに開示されい
ている連続肉盛鋳造法によって複合ロールにして用いる
ことなどができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、黒鉛と硬質炭化物とが共存するという
従来にない金属組織を有する耐摩耗性、耐焼付性、耐肌
あれ性に優れた工具用鋳鉄を、鋳造という簡単な製造プ
ロセスにより製造することが可能となった。そして、各
用途の耐摩耗部材に適用して、きわめて優れた性能の向
上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例合金鋳鉄の金属組織写真を示し、
（１）は腐食しないとき、（２）は腐食後の状態を示す
。第２図は圧延摩耗試験をしたときの試片表面のプロフ
ィールを示し、（１）は本発明実施例、（２）は従来例
合金鋳鉄の状況を示す。第３図圧は延摩耗試験機の概略
説明図である。１：加熱炉　　　　　　　２：圧延材４：圧延機　　　　　　　５：上ロール（試片）５′　
：下ロール（試片）　８：巻取機第　１　図（丁）第２図Ｌ−一」２０袈ル与熊

Claims

【特許請求の範囲】

（１）黒鉛と炭化物組織中に面積率で２０％以上のＭＣ
系、Ｍ＿４Ｃ＿３系、Ｍ＿６Ｃ系、Ｍ＿２Ｃ系などの硬
質炭化物とを有することを特徴とする耐摩耗合金鋳鉄。
（２）化学成分が重量比でＣ２．５〜４．０％、Ｓｉ２
．０〜５．０％、Ｍｎ０．１〜１．５％、Ｎｉ３〜８％
、Ｃｒ７％以下、Ｍｏ４〜１２％、Ｖ２〜８％、残部不
純物元素及び実質的にＦｅからなる請求項１記載の耐摩
耗合金鋳鉄。
（３）重量比で更にＣｏ２〜８％を含有することを特徴
とする請求項２記載の耐摩耗合金鋳鉄。