JPH036982B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

鉱業、摩砕及び製造工業におけるような種々の
適用のために、高し耐摩耗性と良好は耐蝕性の組
合せにより特性づけられる合金が要求されてい
る。このタイプの合金で作られた製品の例は、ス
ラリーポンプ部品、バルブ部品、採鉱及び鉱炭装
置、摩耗板、摩砕機ライナー及びパルプ粉砕機を
含んでいる。又このタイプの合金は研摩ガラス強
化プラスチツクの押出しに使用されるバーレル
（barrels）及びスクリユヒード機構（Screw−
feedmechanism）にも使用されている。 このタイプの合金で、炭化物相のような耐摩耗
性の相の高含量をもつことが望まれている。種々
の炭化物相が要求される耐摩耗性を与えると知ら
れているが、それらは、このタイプの操作に関
し、特に機械加工に関し、乏しい形成能或は製作
能の不利点を与えている。一般に、炭化物含量が
高いと、炭化物サイズが大きくなり、合金の製作
容量が乏しくなるであろう。この目的のため鋼マ
トリツクス（matrix）における元素の不在の結
果として、このタイプの合金の耐蝕性は、一般的
に乏しい。 従つて、本発明の主なる目的は高耐摩耗性と良
好な耐蝕性の組合せをもつ合金を提供することで
ある。 発明の更に特定の目的は、耐摩耗性の目的のた
め、バナジウム炭化物及び他の炭化物の微細、均
質な分布を有し、そして耐蝕性を有する合金マト
リツクスをもつ合金を提供することである。 発明の付加的目的は、60ロツクウエルＣスケー
ル硬度の熱処理後最少硬さに達しオーステナイト
化、冷却及び焼戻しでマルテンサイト系構造をも
つているこのタイプの合金を提供することであ
る。 発明により、それらの合金は、高耐摩耗性及び
良好な耐蝕性により特性づけられ、オーステナイ
ト化、冷却及び焼戻しでマルテンサイト系構造を
もつている。好ましくは、60ロツクウエルスＣス
ケール硬度の熱処理後、最小硬さに達する。加え
て、発明の合金は、炭化物を作るためバナジウ
ム、モリブデン及びクロムとバランスする量の炭
素と、マルテンサイト系構造を作るため充分な炭
素を残している。 本発明の合金は、本質的に重量％で、炭素2.5
％〜５％；マンガン0.2〜１％；シリコン１％ま
で、；クロム15％〜30％；モリブデン２％〜10
％；バナジウム６％から11％；残り付随的不純物
を含む鉄よりなり、硫黄、リン及び窒素は意図的
に添加されず、付随不純物として存在する量であ
るが、その量がリン0.1％以上、硫黄0.1％以上及
び窒素0.15％以上存在するときは合金の性質に悪
影響を及ぼすのでそれら付随的不純物の量は上記
以下であることが好ましい。好ましい組成は、本
質的に重量％で、炭素３％−４％、マンガン0.3
％−0.7％、シリコン0.4％−0.7％、クロム22％−
27％、モリブデン2.75％−3.25％、バナジウム7.5
％−10％、及び残り鉄及び好ましくは硫黄0.02％
まで、よりなつている。 以下に本発明鋼の成分限定理由について説明す
る。 炭素は加工硬化性をたかめ、炭化物相を形成し
耐摩耗性を与えるが、炭化物含量が高いと炭化物
サイズが大きくなり、合金の製作容量が乏しくな
る。バナジウム、モリブデン、クロムなどと炭化
物を作り、かつマルテンサイト系構造を作るに充
分な炭素量として2.5％から５％とした。 マンガンは脱酸剤として用いられ、Ｓと結合し
てMnSを生成する、多量の含有は熱間加工性を
低下させるので0.2％から1.0％とした。 リンは付随的不純物として存在する量であり、
特に意図的に添加されることはない。然しながら
付随的不純物として0.10％以上の存在は、合金の
性質に悪影響を及ぼすので0.10％以下の存在が好
ましい。 硫黄は付随的不純物として存在する量であり、
特に意図的に添加されない、然しながら付随的不
純物として0.1％以上の存在は合金の性質に悪影
響を及ぼすので、01％以下の存在、好ましくは
0.02％以下である。 シリコンは製鋼時の脱酸に必要であるが、多量
の含有は熱間加工性を低下させるので、1.0％以
下とした。 クロムは耐蝕性、耐摩耗性の重要な元素であ
り、少くとも15％を含有させる必要がある。然し
ながら含量が増加すると熱間加工性が大幅に低下
するので上限を30％とした。 モリブデンは耐蝕耐摩耗性の重要な元素である
が、高価であるので２％から10％とした。 バナジウムは炭素の存在で炭化物相を生成し均
一に合金に分散し、耐摩耗性を向上させるが、炭
素含量とのバランスで６％から11％とした。 窒素は炭素の仝様加工硬化性を高めるが、意図
的に添加されることはない。然しながら0.15％以
上の存在は合金の性質に悪影響を及ぼすので、
0.15％までの存在が好ましい。 本合金に作られる合金物体は、高耐摩耗性及び
良好な耐蝕性の組合わせを与えている。この目的
のため、合金物体は粉末冶金技術で作られる。合
金物体の望まれた組成の合金化された粒子が、実
質的に十分な密度になるよう成形される。この目
的のための成形技術は、熱均衡（hot isostatic）
成形又は押出しを含むであろう。特に、物体の改
良された耐摩耗性は、炭化物を多く含むクロム生
成と共に、バナジウム炭化物タイプ炭化物を含む
微細に、均一に、分散された炭化物生成から生じ
る。よく知られているように、バナジウム炭化物
タイプ炭化物は、組成におけるバナジウムと炭素
の結合により作られている。合金粒子の成形を使
うことにより、炭化物、特にバナジウム炭化物タ
イプ炭化物を微細、均等分散に保持させることが
可能であり、それらが耐摩耗性を増加する。これ
に関し、及びこの目的のため、発明の合金で物体
の製造に使用される合金粒子は、ガス噴霧及び急
速溶融合金冷却により作られるであろう。この方
法で、炭化物が成長し集塊するための高温で十分
な時間なしに、固化するよう急速に冷却され、実
質的に微細な球状粒子がえられる。したがつて、
合金粒子は、望まれた微細な、均一な、炭化物分
散により特性づけられている。一般的な粉末冶金
成形法の使用により、合金粒子のこの望まれた微
細な均一の炭化物分散は、耐蝕性及び耐摩耗性の
望まれる結合をえるため、実質的に最終の成形合
金物体に保持されるであろう。 耐蝕性は合金の比較的高いクロム及びモリブデ
ン含量で達成され、クロムがこれについて最も重
要な要素である。加えて、硫黄は比較的低い水準
に保持されており、又耐蝕性を促進している。 上に述べたように、化学量論的に炭素は、炭化
物を作るため、炭化物を形成するもの、即ちバナ
ジウム、モリブデン及びクロムとバランスされ、
そして適切な付加的炭素が、オーステナイト化、
冷却及び焼戻しのあと完全に焼戻されたマルテン
サイト系構造を保証するため存在する。熱処理の
あと、少くとも60ロツクウエルＣスケール硬度硬
さが達成される。 バナジウムは、炭素と共に重要な要素である。
バナジウムはバナジウム炭化物タイプ炭化物を作
り、耐摩耗性に関し最も重大である。又耐摩耗性
は鋼のマルテンサイト構造により幾分増加され
る。クロムは耐蝕性のため必須の要素であり、モ
リブデンもこの目的のため存在し、炭化物生成物
のように耐摩耗性にも貢献する。 合金物体について記したが、合金物体が、熱均
衡成形及び押出しを含む種々の方法により、基質
に使用される張り合せのような使用を含むことが
理解される。然しながら、耐摩耗性に達するため
張り合わせのあと、張り合わせ工程が、要求され
る炭化物分散を保持することと両立する必要があ
る。合金物体は、熱処理状態で最大の効果をもつ
が、多分熱処理なしでの使用を発見するであろ
う。 以下に実施例を示して本発明を具体的に説明す
る。 発明を論証するために、発明による合金及び一
般の合金が、テストするため提供された。これら
合金の組成は表Ｉに示されている。

【表】 表Ｉの実験合金は誘導溶融及びガス噴霧によ
り、合金粉末を、生成することにより調製され
た。粉末は−10メツシユサイズにスクリーンさ
れ、5.08cm（２インチ）又は7.62cm（３インチ）
の内径、10.16cm（４インチ）の高さをもつ軟鋼
容器におかれた。粉末を満した容器は通常の方法
で脱ガスされ、1121.1℃（2050〓）から1196.1℃
（2185〓）の範囲の温度に熱せられ、そして一方
粉末を完全に強化するため15KSiの均衡圧力下高
温で加熱された。その後、成形粉末及び容器は周
囲温度に冷却された。そのように生成された合金
成形体は、それから1149℃（2100〓）に加熱さ
れ、3.175cm（１ 1/4インチ）平方断面積に熱鍛
造され、その後焼鈍された。評価のため、成形体
は鍛造され、焼鈍された生成物から切断され、粗
機械加工、熱処理、最終加工された。機械切削に
先立ち、成形標本は、１時間982.2℃（1800〓）
でソーキング（soaking）すること、３時間871.1
℃（1600〓）で炉で加熱することよりなる等温焼
鈍により、それから空気或は炉冷却により焼なま
された。加えて、一般的な高速度鋼焼鈍サイクル
が使用され、それは２時間、試料を871.1℃
（1600〓）で加熱すること、16℃（25〓）／hrの
割合で、537.8℃（1000〓）に炉を冷却すること、
それから周囲温度に空気冷却或は炉冷却すること
を含んでいる。 上に記した焼鈍処理への硬化熱処理の間、試料
は815.6℃（1500〓）で予熱され、10分間1176.7
℃（2150〓）で塩浴にうつされ、それから油冷却
が行はれた。２＋２時間、537.8℃（1000〓）で
の焼戻が摩耗、腐蝕標本のための表標方法として
選択された。それは硬化調査の結果にもとずき表
に示されている。

【表】 発明による実験合金の耐摩耗性が、お互に、高
合金化、高−クロム白鋳鉄及び一般的な耐摩耗性
鉄及びコバルト系合金に比較された。ミラースラ
リー研摩摩耗及びピン研摩摩耗テスト（Miller
slurry abrasive wear and pin abrasive wear
tests）が使用された。ミラースラリー研摩摩耗
テスト（ASTMG75−82）で、平坦な試料が湿
潤研摩剤のスラリー中荷重下に前後に移動されて
いる。摩耗度は、金属損失の割合により決定され
ている。 耐蝕性は、ミラースラリー研摩摩耗試験サンプ
ルを銹及び腐蝕を肉眼的に検査し、１から５の基
準に並べることにより決定された。耐蝕性の点か
ら１は最良で５は最劣等である。 ピン研摩摩耗テストは、乾燥150メツシユガー
ネツト（garnet）研摩布の表面上荷重下スパイラ
ルパス（spiral path）において合金のピンを動
かすことにより、行われている。このテストで、
耐摩耗性は、与えられたテスト期間に合金ピンに
おいて発生している重量損失の量により評価され
ている。標準合金白鋳鉄（合金68）の摩耗割合
の、発明による実験合金のそれへの比として示さ
れた比耐摩耗性が、表に示されている。表に
報じられたように、１より大きい比を有する標本
は、標準白鋳鉄（合金68）より低い摩耗割合をも
つている。 耐蝕性序列を表に与えられている。これに関
し、合金126は一般の白鋳鉄の約３倍の耐摩耗性
と２番の耐蝕性をもつ性質の最高の組合せをもつ
ている。シーピーエム（CPM）10Vは最高の耐
摩耗性をもつが、テスト標本の最低の耐蝕性をも
つている。高クロム含量のためシーピーエム
（CPM）440Vは改良された耐蝕性をもつが、そ
の耐摩耗性は、硬化状態において、シーピーエム
（CPM）10V或は発明による実験合金のそれと等
しくない。

【表】 改良された耐摩耗性及び耐蝕性両者の見地か
ら、発明による合金に関し、モリブテンは必須要
素である。これは表のデーターで論証されてい
る。表で2.97％モリブデンを含んでいる合金
126のピン研摩摩耗抵抗は、0.05％の残留モリブ
デンのみを含んでいる合金82のそれよりすぐれて
いる。同様に、ミラースラリー研摩摩耗比は、モ
リブデン含有合金126でより高かつた。 モリブデンが8.79％と高いとき（合金83）、耐
蝕性及び摩耗比は優れていることが注目される。
然しながら、この合金の熱均衡的に加圧された成
形物が熱加工の間に砕け、そしてクラツキング
（cracking）がたやすく切断の間に生じた。従つ
て、発明により、この高モリブデン含量をもつ物
体は、熱均衡的に加圧され、熱処理された状態に
おいて、組立てられないバルク（bulk）製品と
して、或は張り合わせ製品として、好ましくは使
用されるであろう。同様に、表に示されたよう
に、成形工程として押出しでの合金効果の評価の
ために、合金82、83、及び126が押出された。
夫々、2.97％及び0.05％のモリブデン含量をもつ
ている合金126及び82は、押出しに困難はなかつ
たが、8.79％モリブデンをもつ合金83は、押出し
の間クラツキングに敏感であつた。 上に記した実験結果から、粉末冶金技術により
完全な密度に成形するため合金化された粉末から
成形加工するとき、発明による合金物体が、耐摩
耗及び耐蝕性のすぐれた組合せを示すことがわか
るであろう。この目的のため、合金組成が、発明
の制限内にクロム、バナジウム及びモリブデンを
もち、炭化物分散が微細で均一で、物体を造るこ
とにおいて成形され、あらかじめ合金化された粉
末の使用を生じることが必要である。

【表】

【表】 押出し
82 (3.27C〓23.00Cr〓 52 −
60
0.05Mo〓8.69V)
押出し
HIPは熱均衡加圧を示す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐摩耗性及び耐蝕性の良好な組合せにより特
   徴づけられるマルテンサイト系構造をもつている
   合金であつて、該合金が、本質的に重量％で、 炭 素 2.5％から５％ マンガン 0.2％から１％ シリコン １％まで クロム 15％から30％ モリブデン ２％から10％ バナジウム ６％から11％ 付随的不純物を含む鉄 残り よりなる組成よりなることを特徴とする耐摩耗及
   び耐蝕性合金。 （こゝで炭素は、炭化物を作るため、バナジウ
   ム、モリブデン及びクロムと平衡し、微細均質に
   分散したバナジウム炭化物相をもつ該マルテンサ
   イト系構造を保証するよう充分量の残留炭素を有
   する量存在している。）