JPH0364590B2 - - Google Patents
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- JPH0364590B2 JPH0364590B2 JP59180050A JP18005084A JPH0364590B2 JP H0364590 B2 JPH0364590 B2 JP H0364590B2 JP 59180050 A JP59180050 A JP 59180050A JP 18005084 A JP18005084 A JP 18005084A JP H0364590 B2 JPH0364590 B2 JP H0364590B2
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- tungsten carbide
- molten metal
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は圧延ロール等として有用な耐摩耗鋳物
の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
圧延用ロールの胴部は、耐久性の向上・被圧延
材の表面品質の改善等の観点から、耐摩耗性にす
ぐれたものであることが要求される。耐摩耗性に
乏しいと、ロール表面の摩損・肌荒れ等による凸
凹が生じ易く、その凸凹が被圧延材の表面にロー
ルマークとして転写され、表面欠陥となるからで
あり、またこれを防止するためには、ロールを頻
繁に取り替えることが必要となり、それに伴つて
圧延ラインの操業中断頻度が増し、生産性が著し
く低下するうえ、ロールの補修(表面改削加工)
に要する費用が増大するからである。
従来より、圧延用ロールの胴部構成材料とし
て、チルド鋳物やニツケルグレン鋳鉄等の鋳鉄材
料が主として使用され、その耐摩耗性の改良策と
して高合金化、センタイトや複炭化物の晶出等に
よる高硬度化が図られてきた。
また、特に耐摩耗性が要求される場合は、上記
鋳鉄材料に代え、超硬合金(WC−Co焼結材)を
以てロール表面を形成することも行われている。
〔発明が解決しようとする課題〕
チルド鋳物やニツケルグレン鋳鉄を胴部材料と
するロールは、比較的安価であるが、耐摩耗性が
十分でない。その高合金化等による耐摩耗性改善
効果にも限度がある。他方、超硬合金は極めて硬
質で、鋳鉄ロールを凌ぐ高度の耐摩耗性を有する
が、その製造には高価なCoやWC等を多量に必要
とし、またその焼結処理に熱間静水圧プレス
(HIP)装置や特殊な技術を必要とするため製造
コストが著しく高くつくのが難点である。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、圧
延用ロール等として望まれる高度の耐摩耗性を備
えた鉄系合金鋳物の製造方法を提供する。
〔課題を解決するための手段および作用〕
本発明の耐摩耗鋳物の製造方法は、C:1.5〜
5.0%、Si:3.5%以下、W:25.0〜80.0%、Ni/
Fe:5.5/94.5〜35/65、残部実質的にFe、また
はFeの一部が種ないし2種以上の元素で置換さ
れた鉄系合金の鋳造において、その溶湯に粒径10
〜250μmのタングステン炭化物粒子もしくはタ
ングステンチタン複炭化物粒子を接種剤とし溶湯
量の0.05〜2.0%を添加して初晶タングステン炭
化物を晶出させることにより、マトリツクス中に
塊状晶出タングステン炭化物が均一に分散した二
相組織を形成することを特徴としている。
以下、本発明について詳しく説明する。
Wを多量に含有させた鉄系合金は、鋳造時の降
温凝固過程で、溶湯中にタングステン炭化物が晶
出する。本発明における鉄系合金溶湯組成を第3
図のC−W−Fe三元状態図にあてはめると、そ
の液相面はボトムライン(1700℃→1200℃)の上
側(高炭素側)にあり、初晶としてタングステン
炭化物(WC)を晶出することがわかる。その晶
出タングステン炭化物は硬度(Hv)約2400と著
しく硬質であり、これをマトリツクス中に分散混
在させることにより鋳物の耐摩耗性を大きく高め
ることができる。
上記鉄系合金鋳物の鋳造においては、鉄、タン
グステン複炭化物〔(Fe、W)6C〕の晶出を防止
することが望まれる。(Fe、W)6C複炭化物の硬
度はHv約1350程度であるので、タングステン炭
化物(Hv:約2400)比べて耐摩耗性向上効果が
少なく、その晶出に伴うWおよびCの消耗により
タングステン炭化物の晶出がそれだけ少なくなる
からである。更に、(Fe、W)6Cの晶出防止のほ
か、晶出タングステン炭化物の成長粗大化を抑制
することが必要である。晶出タングステン炭化物
の成長粗大化が進みマトリツクス中の分散性が悪
くなり、晶出タングステン炭化物同士が互いに連
なつた形態になると、鋳物の靭性が低くなり、ま
た鋳物の切削加工時や圧延ロール等としての実機
使用時に表面の晶出タングステン炭化物の欠損・
脱落等(表面粗化を伴う)を生じ易くなるからで
ある。すなわち、晶出タングステン炭化物による
分散硬化作用を効果的に発現させるには、(Fe、
W)6C複炭化物の晶出を防止し、晶出タングステ
ン炭化物のみが均一に分散混在した二相組織を形
成することが必要である。
本発明方法によれば、上記鉄系合金鋳物を、そ
のマトリツクス中に塊状晶出タングステン炭化物
が均一に分散混在した二層組織をもつ鋳物として
得ることができる。その晶出タングステン炭化物
の粒径および面積率は、鋳造時の接種量等により
異なるが、粒径(円形換算値)は約5〜100μm
であり、面積率(1mm方眼交点計測法による)
は、概ね15〜75%である。第1図はその鋳物の組
織を示している。Mはマトリツクス金属(マルテ
ンサイト相)、Pは晶出タングステン炭化物であ
る。晶出タングステン炭化物Pは、幾何学的晶癖
を有する比較的微細な塊状物としてマトリツクス
中に分散している。
本発明における鉄系合金溶湯の化学組成限定理
由は次のとおりである。
C:Cは晶出タングステン炭化物(WC)の形成
に不可欠の元素である。含有量が1.5%に満た
ないと、塊状のタングステン炭化物は晶出せ
ず、連続した共晶状の(Fe、W)6C複炭化物が
晶出してしまう。一方、5.0%をこえると、マ
トリツクス中に黒鉛が晶出し、脆化する。よつ
て、1.5〜5.0%とする。
Si:Siは合金溶湯の脱酸作用および鋳造時の湯流
れ性改善効果を有するほか、凝固過程での針状
タングステン炭化物の晶出(その晶出は鋳物の
脆化を招く)を防止する効果を有する。しか
し、3.5%をこえると、マトリツクスの脆化が
著しくなるので、3.5%を上限とする。
W:Wは晶出タングステン炭化物(WC)の形成
に欠くことのできない元素である。十分な量の
初晶WC炭化物を晶出させるには、少なくとも
25.0%の含有を必要とする。しかし、80.0%を
こえると、合金が高融点化し、溶製−鋳造が困
難となる。よつて、25.0〜80.0%とする。
Ni:Niはセメンタイト(Fe3C)等の鉄炭化物の
晶出抑制元素であり、FeとのCの結合を阻止
する。その適量添加により、共晶状の(Fe、
W)6複炭化物の晶出を伴わず、塊状のタングス
テン炭化物のみを晶出させることができる。こ
の効果を得るには、Feの5.5%〔Ni/(Ni+
Fe)×100(%)〕以上をNiで置換する(Ni/Fe
=5.5/94.5以上)ことを要する。Niの増量に
伴つてその効果を増す。好ましくは、Ni/Fe
比を22/78以上とする。しかし、Niの増量は、
反面において残留オーステナイトの増量による
マトリツクスの軟質化を招く。Ni/Fe比が
35/65をこえると、サブゼロ処理を施してもマ
トリツクスのマルテンサイト化が困難となる。
このためNi/Feの比35/65を上限とする。
上記鉄系合金は、C、Si、W、Niの必須元素
のほかに、マトリツクスの材質改善を目的とし
て、Mn、Mo、Cr、Nb、V、Co、その他の元素
の1種ないし2種以上を含有する成分構成とする
ことができる。各元素の含有量は、それぞれの性
質、添加目的により決められるが、一般的にFe
の10%以下(合計量)をこれらの元素で置換する
ことができ、その具体例として、溶湯の清浄化お
よび鋳物の切削加工性の向上等を目的として5.0
%以下のMn、マトリツクスの強化のために1.0%
以下のMo、1.0%以下のCr、1.0%以下のNb、1.0
%以下のV、高温強度改善のために1.0%以下の
Co等の添加が挙げられる。これらの元素を含有
する鉄系合金はその残部をなすFeの5.5〜35%が
Ni(Ni/Fe=5.5/94.5〜35/65)である。
本発明は上記所定の化学組成に溶製した鉄系合
金の鋳造において、タングステン炭化物(WC、
W2C)またはタングステンチタン複炭化物
((W、Ti)C)の微粉末を接種剤として溶湯に
接種を施す。接種剤として溶湯に添加されたこれ
らの微粉末は溶湯中で崩壊・分散して均一に分布
し、また均一に分布した粒子が溶解はするが拡散
はしない状態にあつて残留核または晶出核として
作用し、初晶タングステン炭化物の均一な分散晶
出を促す。この接種により晶出タングステン炭化
物の粗大化とその塊状物同士の連続化が回避さ
れ、マトリツクス中に塊状晶出タングステン炭化
物が均一に分散混在した組織が形成される。
接種剤粉末の粒径を10〜250μmとしたのは、
10μmに満たない微粒子では、溶湯中に完全に溶
解・拡散してしまい、他方250μmをこえる粗大
粒子で溶湯中にそのまゝ残留し、いずれの場合も
十分な接種効果を得ることができなくなるからで
ある。
また、接種量は溶湯量の少なくとも0.05%(重
量)であることを要する。それより少ない接種量
では、造核作用は認められても、晶出タングステ
ン炭化物の分散晶出促進効果が不足するからであ
る。接種量を増すに伴つて効果は増加するが、約
2.0%までの添加で十分に接種効果を得ることが
でき、またそれ以上に増量しても効果はそれほど
変わらない。なお、接種量をあまり多くすると、
投与した粉末の吸熱により溶湯の急速な降温・粘
稠化が生じ、鋳造欠陥を発生する原因となり、ま
たその微粉末が未溶解のまゝ残留したのでは初期
の二相組織が得られなくなる。従つて接種量は溶
湯量の2.0%を上限とする。
溶湯に対する上記接種剤の添加は、溶解炉から
出湯する直前の炉中、もしくは出湯中、あるいは
出湯後の取鍋内において実施することができる。
また、鋳型への溶湯の鋳込み中に添加し、あるい
は鋳型内に予め散布しておく方法を採用すること
も可能である。
上記鉄系合金の鋳造の実施には、特別の条件や
制限が付加されることはなく、目的とする鋳物
は、静置鋳造により例えば中実柱状体として得る
ことができ、あるいは中空筒体として得ることも
できる。ロール類を目的とする場合、耐摩耗性は
表面の問題であるから、中空円筒体を鋳造し、そ
の中空孔に他種金属を用いてコアー材を鋳造し、
もしくは別途製作したコアー材を焼嵌め等で嵌装
固定することにより、第4図に示すように、外層
1と軸芯部2とからなる同心円状2層構造を形成
してもよい。こうすれば、溶湯の成分元素および
接種剤としての高価なタングステン炭化物の使用
量を節約しながら所要の材料特性を満たすことが
できる。また、中空筒状鋳物の鋳造に遠心力鋳造
法を利用した場合は、晶出タングステン炭化物を
溶湯との比重差により遠心移行させて表層部にお
ける晶出タングステン炭化物の分布密度を高める
ことができる。
なお、鋳造時の溶湯の急速な冷却による鋳造欠
陥、あるいは晶出タングステン炭化物の晶出不足
等の不都合をきたすような場合には、その降温緩
和手段として、例えばセラミツク鋳型などの保温
鋳型を使用し、適当な温度、例えば400〜900℃に
予熱して鋳込みを行うことも効果的である。
〔実施例〕
〔〕 供試鋳物の製造
高周波溶解炉で鉄系合金溶湯を溶製し、接種
を施しもしくは省略してセラミツク鋳型(内径
30mm、高さ100mm)に鋳込み(鋳込み温度:
1550℃)、中実円柱形状の供試鋳物a〜eを得
た。
供試鋳物a〜cは発明例であり、供試鋳物d
およびeは比較例(供試鋳物d:Ni量不足、
供試鋳物e:Ni量不足、および接種なし)で
ある。
各鉄系合金溶湯組成および接種条件は次のと
おりである。なお、接種剤はW2C粉末(粒径
10〜63μm)であり、また鋳型は800℃に予熱
して使用した。
供試鋳物a(発明例)
(1) 溶湯組成(wt%)
C:4.0、Si:0.58、Mn:0.7、W:40.0、
Cr:0.5、Ni:8.0、Fe:46.22。(Ni量はFe
の14.8%の置換に相当)。
(2) 接種
接種量:溶湯量の1.0%
接種時期:出湯直前炉中添加
供試鋳物b(発明例)
(1) 溶湯組成 供試鋳物aと同じ
(2) 接種
接種量:溶湯量の0.15%
接種時期:取鍋中添加
供試鋳物c(発明例)
(1) 溶湯組成 供試鋳物aと同じ
(2) 接種
接種量:溶湯量の0.05%
接種時期:取鍋中添加
供試鋳物d(比較例)
(1) 溶湯組成(wt%)
C:4.1、Si:0.54、Mn:0.8、W:82.0、
Ni:2.1、Cr:0.88、Fe:49.58。(Ni量はFe
の4%の置換に相当)。
(2) 接種
接種量:溶湯量の1.0%(供試鋳物aと同じ)
接種時期:出湯直前炉中添加(供試鋳物aと
同じ)
供試鋳物e(比較例)
(1) 溶湯組成 供試鋳物dと同じ
(2) 接種 なし
〔〕 供試鋳物の組織
各供試鋳物a〜eを金属組織を観察し下記の
結果を得た。
供試鋳物a(発明例)
第1図に金属組織(倍率400)を示す(腐食
液:村上試薬)。村上試薬でエツチングすると、
(Fe、W)6C複炭化物は褐色に腐食されるので、
タングステン炭化物と区別することができる。
そのマトリツクスM中に(Fe、W)6C複炭化物
はなく、塊状晶出タングステン炭化物のみ(X
線回析によればすべてWCと同定される)が分
散した二相組織が形成されている。その塊状晶
出炭化物は均一な分散状態を有しており、平均
粒径は約50μm、面積率は約40%である。
供試鋳物b(発明例)
(Fe、W)6C複炭化物を付随しない二相組織
を有し、塊状晶出タングステン炭化物の平均粒
径は約55μm、面積率は約40%であり、その分
散性は良好である。
供試鋳物c(発明例)
(Fe、W)6C複炭化物を付随しない二相組織
を有し、塊状晶出タングステン炭化物の平均粒
径は約70μm、面積率は約35%であり、その分
散性は良好である。
供試鋳物d(比較例−Ni含有量不足)
第2図に金属組織(倍率400)を示す(腐食
液:村上試薬)。マトリツクスM中に、塊状晶
出タングステン炭化物Pのほか、(Fe、W)6C
複炭化物D)が混在した三相組織が形成されて
いる。(Fe、W)6C複炭化物はX線回析により、
Fe3W3C−Fe4W2Cと同定される。その複炭化
物の粒径は約40〜200μmで、面積率は約10%
である。塊状晶出タングステン炭化物Pの粒径
は約50μmで、面積率は約35%である。
供試鋳物e(比較例−Ni含有量不足、接種な
し)
供試鋳物dと同様に(Fe、W)6C複炭化物が
混在した三相組織であり、その粒径および面積
率は供試鋳物dとほゞ同じである。塊状晶出タ
ングステン炭化物の粒系は約125μmと粗大で、
面接率は約30%である。
〔〕 摩耗試験
各供試鋳物a〜eから試験片を採取し、大越
式迅速摩耗試験機による摩耗試験を下記条件で
行つた。また、これとは別に供試鋳物fおよび
gとして、圧延用ロールの代表的従来材である
チルド鋳物(C:3.99%、Si:0.29%、Mn:
0.23%、Ni:3.38%、Cr:0.98%、Mo:0.22
%、残部Fe)およびNiグレン鋳鉄鋳物(C:
3.22%、Si:0.75%、Mn:0.68%、Ni:4.38
%、Cr:1.64%、Mo:0.35%、残部Fe)につ
いて同じ摩耗試験を行つた。第1表に、上記摩
耗試験による比摩耗量Ws(mm2/Kgf)および試
験後の試験片の表面粗さ(Rmax)を示す。
() 回転輪:SUJ2、硬度(HRC)62、回転輪
幅3.0mm。
() 摩耗速度:3.4m/sec
() 摩耗距離:200m
() 最終荷重:16.8Kg・f
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for manufacturing a wear-resistant casting useful as a rolling roll or the like. [Prior Art] The body of a rolling roll is required to have excellent wear resistance from the viewpoint of improving durability and improving the surface quality of the rolled material. This is because if the wear resistance is poor, unevenness is likely to occur on the roll surface due to wear and roughness, and the unevenness will be transferred to the surface of the rolled material as roll marks, resulting in surface defects. In this case, it is necessary to frequently replace the rolls, which increases the frequency of rolling line operation interruptions, significantly reduces productivity, and requires roll repair (surface modification).
This is because the costs required will increase. Traditionally, cast iron materials such as chilled castings and nickel grain cast iron have been mainly used as materials for the bodies of rolling rolls, and measures to improve their wear resistance include high alloying, crystallization of centite and double carbides, etc. Efforts have been made to make it harder. Furthermore, when wear resistance is particularly required, the roll surface is formed of cemented carbide (WC-Co sintered material) instead of the above-mentioned cast iron material. [Problems to be Solved by the Invention] Rolls whose bodies are made of chilled castings or nickel grain cast iron are relatively inexpensive, but do not have sufficient wear resistance. There is a limit to the effect of improving wear resistance due to high alloying, etc. On the other hand, cemented carbide is extremely hard and has a high degree of wear resistance that surpasses that of cast iron rolls, but its production requires large amounts of expensive Co and WC, and its sintering process requires hot isostatic pressing. The drawback is that the manufacturing cost is extremely high because it requires (HIP) equipment and special technology. The present invention has been made in view of the above, and provides a method for producing iron-based alloy castings having a high degree of wear resistance desired as rolling rolls and the like. [Means and effects for solving the problem] The method for manufacturing a wear-resistant casting of the present invention has C: 1.5 to
5.0%, Si: 3.5% or less, W: 25.0-80.0%, Ni/
Fe: 5.5/94.5 to 35/65, the remainder being substantially Fe, or in the casting of iron-based alloys in which a part of the Fe is replaced with a seed or two or more elements, the molten metal has a grain size of 10
By using ~250μm tungsten carbide particles or tungsten titanium double carbide particles as an inoculant and adding 0.05 to 2.0% of the molten metal amount to crystallize primary tungsten carbide, the bulk crystallized tungsten carbide is uniformly dispersed in the matrix. It is characterized by the formation of a two-phase structure. The present invention will be explained in detail below. In iron-based alloys containing a large amount of W, tungsten carbide crystallizes in the molten metal during the cooling and solidification process during casting. The composition of the iron-based alloy molten metal in the present invention is
When applied to the C-W-Fe ternary phase diagram shown in the figure, the liquid phase surface is above the bottom line (1700℃→1200℃) (high carbon side), and tungsten carbide (WC) is crystallized as the primary crystal. I understand that. The crystallized tungsten carbide is extremely hard with a hardness (Hv) of about 2400, and by dispersing and mixing it in the matrix, the wear resistance of the casting can be greatly improved. In casting the above-mentioned iron-based alloy castings, it is desirable to prevent crystallization of iron and tungsten double carbide [(Fe, W) 6 C]. (Fe, W) 6 C double carbide has a hardness of approximately 1350 Hv, so it has less effect on improving wear resistance than tungsten carbide (Hv: approximately 2400), and due to the consumption of W and C due to its crystallization, tungsten This is because carbide crystallization is reduced accordingly. Furthermore, in addition to preventing the crystallization of (Fe, W) 6 C, it is necessary to suppress the growth and coarsening of crystallized tungsten carbide. As the crystallized tungsten carbide grows and coarsens, its dispersibility in the matrix deteriorates, and when the crystallized tungsten carbide becomes connected to each other, the toughness of the casting decreases, and it also becomes difficult to use when cutting the casting, rolling roll, etc. During actual use as a machine, defects and
This is because falling off (accompanied by surface roughening) is likely to occur. In other words, in order to effectively exhibit the dispersion hardening effect of crystallized tungsten carbide, (Fe,
W) It is necessary to prevent crystallization of 6C double carbide and form a two-phase structure in which only crystallized tungsten carbide is uniformly dispersed. According to the method of the present invention, the above-mentioned iron-based alloy casting can be obtained as a casting having a two-layer structure in which massive crystallized tungsten carbide is uniformly dispersed in the matrix. The grain size and area ratio of the crystallized tungsten carbide vary depending on the amount of inoculation during casting, etc., but the grain size (circular conversion value) is approximately 5 to 100 μm.
and the area ratio (according to the 1mm grid intersection measurement method)
is approximately 15-75%. Figure 1 shows the structure of the casting. M is a matrix metal (martensitic phase), and P is a crystallized tungsten carbide. The crystallized tungsten carbide P is dispersed in the matrix as relatively fine lumps having a geometric crystal habit. The reason for limiting the chemical composition of the molten iron-based alloy in the present invention is as follows. C: C is an essential element for the formation of crystallized tungsten carbide (WC). If the content is less than 1.5%, bulk tungsten carbide will not crystallize, but continuous eutectic (Fe, W) 6 C double carbide will crystallize. On the other hand, if it exceeds 5.0%, graphite crystallizes in the matrix and it becomes brittle. Therefore, it is set at 1.5 to 5.0%. Si: Si has the effect of deoxidizing the molten alloy and improving the flowability during casting, and also has the effect of preventing the crystallization of acicular tungsten carbides during the solidification process (crystallization leads to embrittlement of the casting) has. However, if it exceeds 3.5%, the matrix becomes extremely brittle, so the upper limit is set at 3.5%. W: W is an essential element for the formation of crystallized tungsten carbide (WC). To crystallize a sufficient amount of primary WC carbide, at least
Requires 25.0% content. However, when it exceeds 80.0%, the melting point of the alloy increases, making melting and casting difficult. Therefore, it should be 25.0 to 80.0%. Ni: Ni is an element that suppresses the crystallization of iron carbides such as cementite (Fe 3 C), and prevents the bonding of C with Fe. By adding an appropriate amount, eutectic (Fe,
W) It is possible to crystallize only massive tungsten carbide without crystallizing 6 double carbide. To obtain this effect, 5.5% of Fe [Ni/(Ni+
Fe) × 100 (%)] or more is replaced with Ni (Ni/Fe
= 5.5/94.5 or higher) is required. The effect increases as the amount of Ni increases. Preferably Ni/Fe
The ratio should be 22/78 or higher. However, increasing the amount of Ni
On the other hand, the increased amount of retained austenite leads to softening of the matrix. Ni/Fe ratio
If it exceeds 35/65, it becomes difficult to convert the matrix into martensite even if sub-zero treatment is performed.
Therefore, the upper limit is set at the Ni/Fe ratio of 35/65. In addition to the essential elements C, Si, W, and Ni, the above iron-based alloy contains one or more of Mn, Mo, Cr, Nb, V, Co, and other elements for the purpose of improving the material quality of the matrix. It can be made into a component composition containing. The content of each element is determined depending on its properties and purpose of addition, but generally Fe
Up to 10% (total amount) of the molten metal can be replaced with these elements, and as a specific example, 5.0
% Mn below 1.0% for matrix reinforcement
Mo less than 1.0%, Cr less than 1.0%, Nb less than 1.0%, 1.0
% V or less, 1.0% or less to improve high temperature strength
An example of this is the addition of Co or the like. In iron-based alloys containing these elements, 5.5 to 35% of the remaining Fe is
Ni (Ni/Fe=5.5/94.5 to 35/65). The present invention uses tungsten carbide (WC,
The molten metal is inoculated with fine powder of W 2 C) or tungsten titanium double carbide ((W,Ti)C) as an inoculant. These fine powders added to the molten metal as an inoculant disintegrate and disperse in the molten metal and are uniformly distributed, and the uniformly distributed particles dissolve but do not diffuse, resulting in residual or crystallized nuclei. It acts as a catalyst and promotes uniformly dispersed crystallization of primary tungsten carbide. This inoculation prevents the crystallized tungsten carbide from becoming coarse and its lumps from becoming continuous, and forms a structure in which the crystallized lumps of tungsten carbide are uniformly dispersed in the matrix. The particle size of the inoculant powder was set to 10 to 250 μm because
Fine particles less than 10 μm will completely dissolve and diffuse into the molten metal, while coarse particles exceeding 250 μm will remain in the molten metal, and in either case, sufficient inoculation effect cannot be obtained. It is. Further, the amount of inoculation must be at least 0.05% (by weight) of the amount of molten metal. This is because if the amount of inoculation is smaller than that, the effect of promoting the dispersion and crystallization of crystallized tungsten carbide will be insufficient even if the nucleation effect is observed. The effectiveness increases as the amount of inoculation increases, but approximately
A sufficient inoculum effect can be obtained by adding up to 2.0%, and the effect does not change much even if the amount is increased beyond that. In addition, if the amount of inoculation is too large,
The heat absorption of the administered powder causes the molten metal to rapidly cool down and become viscous, causing casting defects, and if the fine powder remains undissolved, the initial two-phase structure cannot be obtained. Therefore, the upper limit of the amount of inoculation is 2.0% of the amount of molten metal. The inoculant can be added to the molten metal in the furnace immediately before or during tapping from the melting furnace, or in the ladle after tapping.
Further, it is also possible to adopt a method in which the molten metal is added during pouring of the molten metal into the mold, or a method in which the molten metal is sprinkled in advance into the mold. There are no special conditions or restrictions added to the casting of the above-mentioned iron-based alloys, and the target casting can be obtained, for example, as a solid columnar body by static casting, or as a hollow cylindrical body. You can also get it. When intended for rolls, wear resistance is a surface issue, so a hollow cylindrical body is cast, and a core material is cast in the hollow hole using another type of metal.
Alternatively, a concentric two-layer structure consisting of the outer layer 1 and the shaft core 2 may be formed by fitting and fixing a separately manufactured core material by shrink fitting or the like, as shown in FIG. In this way, the required material properties can be met while saving the amount of molten metal component elements and expensive tungsten carbide used as an inoculant. Furthermore, when a centrifugal force casting method is used to cast a hollow cylindrical casting, the crystallized tungsten carbide is centrifugally transferred due to the difference in specific gravity with the molten metal, thereby increasing the distribution density of the crystallized tungsten carbide in the surface layer. In addition, if problems such as casting defects or insufficient crystallization of crystallized tungsten carbide occur due to rapid cooling of the molten metal during casting, use a heat-retaining mold such as a ceramic mold to alleviate the temperature drop. It is also effective to perform casting by preheating to an appropriate temperature, for example, 400 to 900°C. [Example] [] Manufacture of test casting Molten iron-based alloy is melted in a high-frequency melting furnace, and inoculation is applied or omitted to form a ceramic mold (inner diameter
30mm, height 100mm) (casting temperature:
(1550°C), solid cylindrical test castings a to e were obtained. Test castings a to c are invention examples, and test casting d
and e are comparative examples (test casting d: insufficient Ni amount,
Test casting e: Insufficient Ni amount and no inoculation). The molten metal composition and inoculation conditions for each iron-based alloy are as follows. The inoculant is W 2 C powder (particle size
(10 to 63 μm), and the mold was preheated to 800°C before use. Test casting a (invention example) (1) Molten metal composition (wt%) C: 4.0, Si: 0.58, Mn: 0.7, W: 40.0,
Cr: 0.5, Ni: 8.0, Fe: 46.22. (The amount of Ni is Fe
(equivalent to a 14.8% replacement of (2) Amount of inoculation: 1.0% of the amount of molten metal Inoculation timing: Added in the furnace just before tapping Test casting b (invention example) (1) Molten metal composition Same as test casting a (2) Amount of inoculation: 0.15 of the amount of molten metal % Inoculation time: Addition in ladle Test casting c (invention example) (1) Molten metal composition Same as test casting a (2) Inoculation amount: 0.05% of molten metal amount Inoculation time: Addition in ladle Test casting d (Comparative example) (1) Molten metal composition (wt%) C: 4.1, Si: 0.54, Mn: 0.8, W: 82.0,
Ni: 2.1, Cr: 0.88, Fe: 49.58. (The amount of Ni is Fe
(equivalent to a 4% replacement of (2) Inoculation amount: 1.0% of the molten metal amount (same as test casting a) Inoculation time: added in the furnace just before tapping (same as test casting a) Test casting e (comparative example) (1) Molten metal composition Test Same as test casting d (2) Inoculation None [] Structure of test castings The metallographic structure of each test casting a to e was observed and the following results were obtained. Test casting a (invention example) Fig. 1 shows the metal structure (magnification: 400) (corrosive liquid: Murakami reagent). When etched with Murakami reagent,
(Fe, W) 6 C double carbide is corroded brown, so
It can be distinguished from tungsten carbide.
There is no (Fe, W) 6 C double carbide in the matrix M, only massive crystallized tungsten carbide (X
According to line diffraction, a two-phase structure in which WC (all identified as WC) is dispersed is formed. The massive crystallized carbides are uniformly dispersed, with an average particle size of about 50 μm and an area ratio of about 40%. Test casting b (invention example) (Fe, W) It has a two-phase structure with no accompanying 6 C double carbide, and the average grain size of the massive crystallized tungsten carbide is about 55 μm, the area ratio is about 40%, and the The dispersibility is good. Test casting c (invention example) (Fe, W) It has a two-phase structure with no accompanying 6 C double carbide, and the average grain size of the massive crystallized tungsten carbide is about 70 μm, the area ratio is about 35%, and the The dispersibility is good. Test casting d (comparative example - insufficient Ni content) Fig. 2 shows the metal structure (magnification: 400) (corrosive liquid: Murakami reagent). In matrix M, in addition to massive crystallized tungsten carbide P, (Fe, W) 6 C
A three-phase structure in which double carbide D) is mixed is formed. (Fe, W) 6 C double carbide was determined by X-ray diffraction.
It is identified as Fe 3 W 3 C−Fe 4 W 2 C. The particle size of the double carbide is approximately 40 to 200 μm, and the area ratio is approximately 10%.
It is. The grain size of the massive crystallized tungsten carbide P is about 50 μm, and the area ratio is about 35%. Test casting e (comparative example - insufficient Ni content, no inoculation) Similar to test casting d, it has a three-phase structure in which (Fe, W) 6 C double carbides are mixed, and its grain size and area ratio are It is almost the same as casting d. The grain size of the massive crystallized tungsten carbide is approximately 125 μm,
The interview rate is approximately 30%. [] Wear test Test pieces were taken from each of the test castings a to e, and a wear test was conducted using an Okoshi type rapid wear tester under the following conditions. In addition, test castings f and g were chilled castings (C: 3.99%, Si: 0.29%, Mn:
0.23%, Ni: 3.38%, Cr: 0.98%, Mo: 0.22
%, balance Fe) and Ni grain cast iron castings (C:
3.22%, Si: 0.75%, Mn: 0.68%, Ni: 4.38
%, Cr: 1.64%, Mo: 0.35%, balance Fe). Table 1 shows the specific wear amount Ws (mm 2 /Kgf) obtained by the above wear test and the surface roughness (Rmax) of the test piece after the test. () Rotating wheel: SUJ2, hardness (H RC ) 62, rotating wheel width 3.0 mm. () Wear rate: 3.4m/sec () Wear distance: 200m () Final load: 16.8Kg・f
本発明により製造される鉄系合金鋳物は、マト
リツクスに塊状晶出タングステン炭化物が均一に
分散した二相組織を有している。その塊状晶出タ
ングステン炭化物の均一分散効果により良好な耐
摩耗性を発揮し、例えば圧延用ロールとしての使
用において長期に亘り平滑な表面状態を維持し、
ロール寿命の向上、および被圧延材の表面品質の
向上に貢献する。むろん、その用途は圧延ロール
に限定されず、各種用途の耐摩耗材料として有用
である。
The iron-based alloy casting manufactured by the present invention has a two-phase structure in which massive crystallized tungsten carbide is uniformly dispersed in a matrix. Due to the uniform dispersion effect of the bulk crystallized tungsten carbide, it exhibits good wear resistance and maintains a smooth surface condition for a long time when used as a rolling roll, for example.
Contributes to improving roll life and surface quality of rolled materials. Of course, its use is not limited to rolling rolls, but is useful as a wear-resistant material for various uses.
第1図および第2図は、鋳物の金属組織を示す
図面代用顕微鏡写真(倍率:400)、第3図はC−
W−Fe3元状態図、第4図はロールの断面構造の
例を示す軸方向断面図である。
M:マトリツクス、P:晶出WC炭化物、D:
共晶状(Fe、W)6C複炭化物。
Figures 1 and 2 are micrographs (magnification: 400) showing the metal structure of the casting, and Figure 3 is C-
FIG. 4 is an axial cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure of the roll. M: matrix, P: crystallized WC carbide, D:
Eutectic (Fe, W) 6 C double carbide.
Claims (1)
80.0%、Ni/Fe:5.5/94.5〜35/65、残部実質
的にFe、またはFeの一部が1種ないし2種以上
の元素で置換された鉄系合金の鋳造において、そ
の溶湯に粒径10〜250μmのタングステン炭化物
粒子もしくはタングステンチタン複炭化物粒子を
接種剤とし溶湯量の0.05〜2.0%を添加して初晶
タングステン炭化物を晶出させることにより、マ
トリツクス中に塊状晶出タングステン炭化物が均
一に分散した二相組織を形成することを特徴とす
る耐摩耗鋳物の製造方法。1 C: 1.5-5.0%, Si: 3.5% or less, W: 25.0-
80.0%, Ni/Fe: 5.5/94.5 to 35/65, the balance is substantially Fe, or when casting iron-based alloys in which part of the Fe is replaced with one or more elements, grains are added to the molten metal. By using tungsten carbide particles or tungsten titanium double carbide particles with a diameter of 10 to 250 μm as an inoculant and adding 0.05 to 2.0% of the amount of the molten metal to crystallize primary tungsten carbide, the bulk crystallized tungsten carbide is uniformly formed in the matrix. A method for producing wear-resistant castings characterized by forming a two-phase structure dispersed in.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18005084A JPS6160857A (en) | 1984-08-29 | 1984-08-29 | Manufacturing method for wear-resistant castings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18005084A JPS6160857A (en) | 1984-08-29 | 1984-08-29 | Manufacturing method for wear-resistant castings |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6160857A JPS6160857A (en) | 1986-03-28 |
| JPH0364590B2 true JPH0364590B2 (en) | 1991-10-07 |
Family
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| JP18005084A Granted JPS6160857A (en) | 1984-08-29 | 1984-08-29 | Manufacturing method for wear-resistant castings |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS6160857A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018042929A1 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | Jfeスチール株式会社 | Roll outer layer material for rolling, and composite roll for rolling |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3747471A (en) * | 1971-09-07 | 1973-07-24 | Ford Motor Co | Power steering gear mechanism |
-
1984
- 1984-08-29 JP JP18005084A patent/JPS6160857A/en active Granted
Also Published As
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|---|---|
| JPS6160857A (en) | 1986-03-28 |
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