JPS6160858A - 耐摩耗鋳物 - Google Patents

耐摩耗鋳物

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JPS6160858A
JPS6160858A JP18005184A JP18005184A JPS6160858A JP S6160858 A JPS6160858 A JP S6160858A JP 18005184 A JP18005184 A JP 18005184A JP 18005184 A JP18005184 A JP 18005184A JP S6160858 A JPS6160858 A JP S6160858A
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wear
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谷 登志夫
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淳 船越
Hitoshi Nishimura
仁志 西村
Masami Aoki
雅美 青木
Toshiaki Morichika
森近 俊明
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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、基地に硬質の塊状タングステン炭化物が晶出
せる金属組織を有する、圧延用ロール等として有用な耐
摩耗性にすぐれたタングステン含有鉄系合金鋳物に関す
る。
〔従来技術と問題点〕
圧延用ロールの耐用寿命を高め、しかも被圧延材の表面
品質を確保するためには、ロールの耐摩耗性を改善する
ことが必要である。
従来より、圧延用ロールとしてはチルドロールに代表さ
れる鋳造系ロールが汎用されている。鋳造系ロールは、
比較的安価であるが、耐摩耗性の改善に限度がある。耐
摩耗性が特に要求される場合には、粉末冶金手法により
製造される超硬合金からなるロール(WC−Co焼結材
)が使用されている。超硬ロールは、上記鋳造系ロール
を大きく凌ぐ摩耗抵抗を有するが、原材料として高価な
タングステン炭化物(WC)粒子とコバルト(CO)と
を多量に必要とするうえに、その焼成工程における熱間
静水圧プレス(HIP)を行うための特殊な技術と設備
とが必要であり、極めて高価につくのが難点である。
〔発明の課題〕
本発明は、超硬合金にほぼ匹敵する高耐摩耗性を有する
、圧延用ロール等として好適な鋳物を提供しようとする
ものである。
〔技術的手段および作用〕
本発明の鋳物は、C: 1.5〜5.0%、Si:3゜
5%以下、W : 25.0〜80.0%を含有する鉄
系合金であって、鉄系合金基地と、該基地中に分布せる
粒径30μm (円形換算値)以下の塊状晶出タングス
テン炭化物とからなる二相組織を有する。
本発明鋳物の組織における初晶タングステン炭化物は基
本的にはWCである。第1図にC−W−F8三元状態図
を示す0本発明鋳物の基本成分構成(1,5〜5.0%
C−25,0〜80.0%W−Fe)%この状態図に当
てはめてみると、相当組成の液相面はボトム線く約17
00−1200’c )の上側(高炭素側)にあり、初
晶としてWCが晶出することを示している。この晶出タ
ングステン炭化物は、l(v約2000〜2400と、
極めて硬質であり、基地中に緻密に分布することにより
その鋳物に高耐摩耗性をもたらす。
本発明鋳物の組成の例を第2図(倍率×40)に示す、
(M)は鉄合金基地、(P)は晶出タングステン炭化物
である。該基地(M)はマルテンサイト相である。晶出
タングステン炭化物はWCであり、幾何学的晶癖を有す
る微細塊状物として基地(M)中に、緻密かつ均一に分
布している。
その粒径は30μm以下(円形換算値)である。
本発明鋳物の二相組織における晶出タングステン炭化物
を粒径30 p o+以下に限定したのは、耐摩耗性お
よび耐肌荒れ性を確保するためである。すなわち、初晶
タングステン炭化物が粗大な塊状物として晶出したU織
を有する鋳物では、摩耗用途での実使用において、ある
いは切削加工中において、基地中に分散する晶出タング
ステン炭化物の粒子に欠けが生じ易(、該粒子の欠けは
耐摩耗性の低下や、肌荒れ(表面の平滑さの喪失)を引
起す。晶出タングステン炭化物が、粒径30μm以下で
あれば、上1己の欠けは実質的に防止される。
次に、本発明鋳物の成分限定理由を説明する。
CTCは晶出タングステン炭化物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、代りに鉄−タングステン複炭
化物((Fe、W)bc)連続体として晶出してしまう
、一方、含有量が5.0%をこえると、基地中に黒鉛が
晶出し、脆化する。従って、C含有量は1.5〜5.0
%とする。
Si:Siは、合金溶湯の脱酸および鋳造性の改善効果
を有するほか、溶湯の凝固過程における針状タングステ
ン炭化物の晶出(該針状炭化物は鋳物を脆化させる)を
防止する効果を有する。しかし、含有量が多過ぎると、
基地が脆化する。よって、3.5%を上限とする。
’WOWはタングステン炭化物の晶出に不可欠の元素げ
ある。基地中に初晶タングステン炭化物が緻密に分散晶
出した組織を形成するためには少くとも25.0%の含
有量を必要とする。しかし、80.0%を越えると、合
金の融点が高く、溶製−鋳造が困難となる。従って、そ
の含有量は25.0〜80.0%とする。
本発明鋳物は、上記各元素を必須成分元素とする、基本
的にはC−3i−W−Fe系合金鋳物である。更に、本
発明鋳物には、用途および要求性能等に応じるための材
質の改善を目的として、Fllの一部が任意の合金元素
、例えば、Mn、NiN15CrS、Nb、V、B5T
i、Co、AE等の1種もしくは2種以上の元素で置換
されてなる種々の鉄系合金鋳物が包含される。
例えば、Niはセメンタイト(FesC)等の鉄炭化物
の晶出抑制効果を有する元素であって、本発明では、共
晶状(Fe、W)ac?X炭化物の晶出防止のために必
要に応じて添加される。この効果を得るには、残部を成
すFeの5%以上をNiで置換するとよい、しかし、F
eの35%をこえて置換すると、サブゼロ処理によって
も基地のマルテンサイト化が困難となる。従って、Ni
含有量は、残部のFeの5〜35%を置換する量、すな
わち、(Ni/ (Fe+N1)X100  (%))
−5〜35%とする。  ゛ その他の元素は、それぞれの元素の性質・添加目的等に
応じて適量添加すればよいが、その含有量の合計は、F
eの10%以下を置換する量であるのが適当である。
本発明鋳物の組織における塊状晶出タングステン炭化物
を粒径30μm以下の微細粒子として均一に晶出させる
方法として、例えば合金溶湯にタングステン炭化物の微
粉末による接種を施すことが有効である。タングステン
炭化物粒子粉末の接種によって、晶出タングステン炭化
物が微細かつ均一に分布せる組織が形成されるのは、接
種剤として投与されたタングステン炭化物粒子が、溶湯
中で崩壊・分散して均一に分布し、あるいは均一に分布
した粒子が溶解はするが拡散はしない状態にあって残留
核または晶出核としての作用をなすことによると考えら
れる。
接種剤は、WC粉末、W、C粉末、タングステン複炭化
物(例えば、タングステンチタン炭化物)粉末等である
。粒径は10〜250μmが適当である0粒径が10μ
mに満たない微細粒子であると、溶湯中で完全に溶解し
て拡散し易く、一方250μmを越える粗大粒子である
と、十分に溶解せず、いづれの場合も、晶出タングステ
ン炭化物の微細化効果が低下するからである。
接種量は溶湯量の0.05  %(¥i量%)以上であ
ることを要する0、05%未満では、造核作用は認めら
れるが、晶出タングステン炭化物の微細化効果が不足す
るからである。好ましい接種量は0.1%以上である。
接種量を多くした場合は、投与された粒子の吸熱に伴う
溶湯の降温、あるいは崩壊・分散したタングステン炭化
物粒子の多量の混在等により溶湯の流動性の低下をみる
が所要の流動性が保たれる限り、接種量を多くしても特
に問題はない。
接種の時期は、出湯直前の炉中、あるいは出湯中ないし
出湯後の取鍋中で行なわれる。そのほか、鋳型内に散布
しておくか、または鋳込途中に鋳型内で行なってもよい
塊状晶出タングステン炭化物の微細化法として、上記接
種法のほかに、晶出タングステン炭化物の晶出核となり
得る元素を添加することもを効である。例えば、Tiを
含有する場合は、その化合物(T i C等)が晶出核
となってタングステン炭化物の微細、均一な晶出を促す
更に別法として、鋳造における冷却速度の調節(核生成
速度の増大)により、微細で均一な晶出タングステン炭
化物が分布する組織を得ることができる。
本発明鋳物は、粒径30μm以下の微細な塊状晶出タン
グステン炭化物が、組織中に容積率約15〜75%を占
める均一な基地−晶出タングステン炭化物二相組織を有
する鋳物として得られる。
本発明の鋳物は、例えば中実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0例えば、ロ
ール類を目的とする場合は、耐摩耗性は表面の問題であ
るから、中空円筒体を鋳造し、必要ならばその中空孔に
コアー材として他種金属を鋳造して2層構造を形成して
もよい、こうすれば、高価なタングステンの使用量を節
減しながら所要の材料特性を満たすことができる。
本発明鋳物は、静置鋳造法により製造される。
また、静置鋳造に代え、竪型もしくは横型遠心力鋳造法
を適用することもできる。遠心力鋳造法によれば、溶湯
中に晶出せるタングステン炭化物粒子の遠心移行によっ
て、表層領域における塊状晶出タングステン炭化物の組
織中に占める容積率が増大するとともに表層領域の組織
の緻密性が高められるので、それだけ耐摩耗性が向上し
、かつ耐肌荒れ性も改善される利点がある。
〔実施例〕
高周波溶解炉で溶製した下記成分組成の鉄系合金溶湯を
セラミック鋳型(内径30mX高さ100 u+。
鋳型温度800℃)に鋳込み(静置鋳造)、鋳物(A)
および(B)を得た。但し、塊状晶出タングステン炭化
物の微細化のため、鋳物(A)の鋳造では、出湯直前の
炉中溶湯に、鋳物(B)の鋳造では鋳型内の溶湯にそれ
ぞれタングステン炭化物粉末を接種剤として投与した。
(i)合金溶湯成分組成(wt%) C:4.5、−8 i :0.5L Mn :0.60
. N i ニア。
0 、 Cr :0.80.、Mo :0.60. W
 :45.O,残部Fe。
(ii)鋳込温度: 1600℃ (iii )接種剤:WICとwcの混合粉末(粒径1
゜〜50μm)  。
(iv)接種量 鋳物(A)  二部型内溶湯に1.5%、鋳物(B):
取堝内溶湯に1.5%、 比較例として、接種量が0.4%である点を除いて上記
と同じ条件(但し、取鍋内接種)で、鋳物(C)を得た
(1)組織 本発明例の鋳物(A)および比較例の鋳物(C)の切断
面(底部から3(bmの位置)の組織をそれぞれ第2図
および第3図に示す。本発明のiii物(A)の組織は
、比較例の鋳物(C)に比し、極めて微細であり、かつ
緻密である。ちなみに、鋳物(A)と(C)の各組織に
おける塊状晶出タングステン炭化物の粒径および容積率
を比較すると、鋳物(A)では、粒径約10〜15μm
、容積率約50%、鋳物(C)では、粒径約40〜50
μm、容積率約40%である(容積率は1mmmm方眼
針測法による)。
〔■〕耐摩耗性 各鋳物(A)、(B)および(C)につき大越式迅速摩
耗試験を行い、第1表に示す結果を得た。
(i)回転輪:硬度(HIIC) 60、回転輪幅3.
O1鳳、 (ii)摩耗速度:3.4m/秒、 (iii )摩耗距離:200m (iv)最終荷重: 16.8kg−f 。
なお、従来材のニッケルグレン鋳鉄、チルド鋳物につい
て上記と同じ摩耗試験により得られた結果を第1表に併
記する。
第1表 上記のとおり、本発明の鋳物はすぐれた摩耗抵抗を有し
ている。また、図示はしないが、上記摩耗試験における
本発明例の試片の摩耗面は、耐肌荒れ性にもすぐれてい
ることを示している。
〔発明の効果〕
本発明鋳物は、極めて微細な塊状晶出タングステン炭化
物が緻密に分布せる組織を有するので、耐摩耗性および
耐肌荒れ性等にすぐれており、例えば、鉄鋼関連設備に
おける圧延ロール、搬送ロール等のロール類として、従
来材である鋳造系ロールをはるかに凌ぐ耐久性と安定性
が保証される。
本発明鋳物は、そのほか金型やダイスなど、各種の耐摩
耗材料として有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図はC−W−Fe三元状態図、第2図および第3図
は鋳物の組織を有する図面代用顕微鏡写真である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C:1.5〜5.0%、Si:3.5%以下、W
    :25.0〜80.0%を含有する鉄系合金であって、
    鉄系合金基地と該基地中に晶出せる粒径30μm以下の
    塊状晶出タングステン炭化物とからなる二相組織を有す
    る耐摩耗鋳物。
JP18005184A 1984-08-29 1984-08-29 耐摩耗鋳物 Granted JPS6160858A (ja)

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