JP2001262203A - 高硬度ガス噴霧ショット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ガス噴霧したままでもダミーの
吹付加工（ブラスチング）または焼戻をしたガス噴霧の
粉末高速度工具鋼用粉末と同程度の平均硬度およびばら
つき、すなわち平均硬度が８５０ＨｍＶ以上であり、更
に硬度のばらつきが標準偏差で５０ＨｍＶ以下であるシ
ョットピーニングなどの吹付加工に用いる高硬度ガス噴
霧ショットを提供すること。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．９〜３．５％、Ｓ
ｉ：０．０２〜１．００％、Ｍｎ：０．４０％以下、Ｃ
ｒ：２．０〜６．０％、Ｍｏ：８．０％以下、Ｗ：５．
０〜３０．０％、Ｖ：４．０〜８．０％およびＣｏ：
５．０〜１５．０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的
不純物からなる成分組成を有し、ガス噴霧のままの平均
硬度が８５０ＨｍＶ以上であり、更に硬度のばらつきが
標準偏差で５０ＨｍＶ以下であることを特徴とする高硬
度ガス噴霧ショット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高硬度ガス噴霧シ
ョット、詳細にはショットピーニング、ショットブラス
チングなどの吹付加工（ブラスチング）に用いる高硬度
ガス噴霧ショットに関する。

【０００２】

【従来の技術】ショットピーニング、ショットブラスチ
ングなどの吹付加工には、角がとがっていなくて丸い形
状をしたショットと不規則な形状をし、鋭い角をもった
グリットが用いられている。これらのうちのショット
は、通常３２〜５００メッシュ（４５〜５００μｍ）の
粉末粒径を有し、衝突される金属と同等または同等以上
の硬度を有すものが用いられている。

【０００３】従来、吹付加工に用いられる高硬度のショ
ットとしては、一般に熱処理によって高硬度が得られや
すい市販の粉末高速度工具鋼用粉末（Ｃ：２％、Ｓｉ：
０．３％、Ｍｎ：０．３％、Ｃｒ：４％、Ｍｏ：８％、
Ｗ：９％、Ｖ：５．５％、Ｃｏ：１２％、残Ｆｅ）また
はこの粉末高速度工具鋼粉末（以下「高速度工具鋼粉
末」という。）の成分をベースに高強度化および高硬度
化するために成分変更を行ったものが用いられていた。
この成分変更は、ガス噴霧ショットを製造するために塑
性加工をしないことから、高Ｃ化、高Ｗ化、高Ｍｏ化な
どの高合金化することであった。

【０００４】上記高速度工具鋼粉末および成分変更を行
った粉末は、通常溶融状態のものをＡｒ、空気などのガ
スで噴霧して製造されているため、急冷された状態にな
っているので、その硬度が５００〜７５０ＨｍＶ（１０
ｇｆ）程度でそれ程高くなく、また粉末の粒径によって
強度および硬度が大きく異なっていた。これは、急冷さ
れた状態であるため、粉末中に硬度が低いγ相の量が多
くなり、また粉末の粒径が小さいほど冷却速度が速く、
粉末中に硬度が低いγ相の量が多くなるからである。

【０００５】そこで、上記ガスで噴霧して製造されたガ
ス噴霧高速度工具鋼粉末およびそれらの成分変更を行っ
た粉末においては、硬度および強度を高くするととも
に、ショットの粒径の相違による硬度および強度のばら
つきを解消するため、一度ダミーの吹付加工をして衝突
時の加工誘起マルテンサイト化によって高硬度化および
高強度化するか、５００〜６００℃にて焼戻して残留γ
を分解させて高硬度化および高強度化して最高硬度が８
５０ＨｍＶ以上で、ばらつきの少ないものにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のガ
ス噴霧高速度工具鋼粉末およびこれらの成分変更を行っ
た粉末は、ガス噴霧した後一度ダミーの吹付加工または
焼戻しをする必要があるため、手間がかかり、コストが
高くなっていた。本発明は、ガス噴霧したままでも前記
一度ダミーの吹付加工または焼戻をしたガス噴霧高速度
工具鋼粉末と同程度の平均硬度およびばらつき、すなわ
ち平均硬度が８５０ＨｍＶ以上であり、更に硬度のばら
つきが２０点測定時の標準偏差で５０ＨｍＶ以下である
吹付加工に用いる高硬度ガス噴霧ショットを提供するこ
とを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者らは、ガス噴霧高速度工具鋼粉末などの強
度および硬度を低下する多量の残留γの生成原因、残留
γを少なくする方法などについて種々研究していたとこ
ろ、粉末の中心部にγ量が多いこと、粉末の中心部にγ
量が多くなるのは、中心部が後から凝固されるため、中
心部の溶鋼中に偏析によりＣ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗなどが濃
化されること、Ｃ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗなどの濃度の上昇
は、下記式（３）で予想されるようにＭｓ点の大幅低下
が残量γ量に繋がること、Ｖを多量に添加すると、溶鋼
中のＣと結合して高温より安定であり、かつ硬度が高い
多量のＶＣ炭化物が生成し、その結果としてＶＣ炭化物
により硬度が高くなるとともに、マトリックス中のＣが
低くなることによりＭｓ点が高くなり、硬度が低いγ量
が少なくなることにより硬度が高くなることなどの知見
を得た。 Ｍｓ( ℃, wt%)＝ 545− 330×C ＋ 2×Al＋ 7×Co−14×Cr−13×Cu−23×Mn − 5×Mo− 4×Nb−13×Ni− 7×Si＋ 3×Ti＋ 4×V ＋0 ×W （式３） 本発明は、これらの知見に基づいて発明をされたもので
ある。

【０００８】すなわち、本発明の高硬度ガス噴霧ショッ
トおいては、成分組成をＣ：０．９〜３．５％、Ｓｉ：
０．０２〜１．００％、Ｍｎ：０．４０％以下、Ｃｒ：
２．０〜６．０％、Ｍｏ：８．０％以下、Ｗ：５．０〜
３０．０％、Ｖ：４．０〜８．０％およびＣｏ：５．０
〜１５．０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなるものとし、ガス噴霧のままの平均硬度を８５０
ＨｍＶ（１０ｇｆでのＨｍＶ、本発明においては同
じ。）以上であり、更に硬度のばらつきを２０点測定時
の標準偏差で５０ＨｍＶ以下にすることである。

【０００９】さらに、本発明の高硬度ガス噴霧ショット
おいては、成分組成をＣ：０．９〜３．５％、Ｓｉ：
０．０２〜１．００％、Ｍｎ：０．４０％以下、Ｃｒ：
２．０〜６．０％、Ｍｏ：８．０％以下、Ｗ：５．０〜
３０．０％、Ｖ：４．０〜８．０％およびＣｏ：５．０
〜１５．０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物
からなるものとするとともに、Ｗｅｑ．およびΔＣを下
記式（１）および（２）で表す時、Ｖ／Ｗｅｑ．≧０．
３０および０≧ΔＣ≧−０．２の条件を満たし、ガス噴
霧のままの平均硬度を８５０ＨｍＶ以上にし、更に硬度
のばらつきを２０点測定時の標準偏差で５０ＨｍＶ以下
にすることである。 式：Ｗｅｑ．＝２×Ｍｏ＋Ｗ （式１） ΔＣ＝Ｃ−（0.06×Ｃｒ＋ 0.063×Ｍｏ＋ 0.033×Ｗ＋ 0.2×Ｖ）（式２）

【００１０】また、本発明の高硬度ガス噴霧ショットお
いては、上記Ｖ含有量を６．０〜８．０％とすることで
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の高硬度ガス噴霧シ
ョットの成分組成および硬度を上記のように限定した理
由を説明する。 Ｃ：０．９〜３．５％ Ｃは、特にＶと結合してＶＣ炭化物を形成し、これによ
り高硬度化に寄与するとともに、溶解ー凝固時の急冷時
にマトリックス中に残留し、マトリックスのマルテンサ
イト化による高硬度化に寄与するので、そのために含有
させる元素である。これらの効果を得るには０．９％、
好ましくは１．５％以上含有させる必要があるが、３．
５％、好ましくは２．５％を超えるとＭｓ点が低下し、
残留γの増加によって硬度の上昇は期待できないので、
その含有範囲を０．９〜３．５％とする。好ましい範囲
は１．５〜２．５％である。

【００１２】Ｓｉ：０．０２〜１．００％ Ｓｉは、溶製時に脱酸剤とて作用するとともに、凝固時
の炭化物量および種類をコントロールするために有効で
あるので、そのために含有させる元素である。これらの
効果を得るには０．０２％、好ましくは０．１５％以上
含有させる必要があるが、１．００％、好ましくは０．
５０％を超えると安定で粗大なＭ₆ Ｃ炭化物がネット状
の凝固組織を形成し、噴霧時に発生する粉末破壊の起点
となるので、その含有範囲を０．０２〜１．００％とす
る。好ましい範囲は０．１５〜０．５０％である。

【００１３】Ｍｎ：０．４０％以下 Ｍｎは、溶製時に脱酸剤とて作用するので、そのために
含有させる元素であるが、Ｍｓ点を低下させることによ
ってマルテンサイト化による高硬度化を阻害するので．
その含有量を０．４０％、好ましくは０．３％以下にす
る。

【００１４】Ｃｒ：２．０〜６．０％ Ｃｒは、溶融状態より急冷される場合、マトリックス中
へ固溶して強度を向上させるので、そのために含有させ
る元素である。この効果を得るには２．０％、好ましく
は３．０％以上含有させる必要があるが、６．０％、好
ましくは５．０％を超えると他の炭化物（ＭＣ，Ｍ
₆ Ｃ）より硬さが低いＣｒ系炭化物を形成するので、そ
の含有範囲を２．０〜６．０％とする。好ましい範囲は
３．０〜５．０％である。

【００１５】Ｍｏ：８．０％以下 Ｍｏは、安定な高硬度のＭ₆ Ｃ炭化物を形成し、ガス噴
霧ショットの硬度を上昇させるので、そのために含有さ
せる元素である。しかし、その含有量が８．０％、好ま
しくは５．０％を超えると凝固時の炭化物晶出温度を低
下させてマトリックス中のＭｏＣなどの固溶量を増加
し、粉末中の残留γ量の増加をまねいて軟化するため、
その含有量を８．０％以下、好ましくは５．０％とす
る。

【００１６】Ｗ：５．０〜３０．０％ Ｗは、Ｍｏと同様に安定なＭ₆ Ｃ炭化物を形成し、ガス
噴霧ショットの硬度を上昇させるので、そのために含有
させる元素である。必要な量のＭ₆ Ｃ炭化物を形成し、
ガス噴霧ショットの硬度を上昇させる効果を得るために
は５．０％、好ましくは１０％以上含有させる必要があ
るが、３０％、好ましくは２０％以上含有させると、溶
解中に初晶としてＷＣ系の炭化物を形成し、ノズルから
の噴霧を困難とするので、その含有範囲を５．０〜３
０．０％とする。好ましい範囲は１０．０〜２０．０％
である。

【００１７】Ｖ：４．０〜８．０％ Ｖは、高温まで安定であり、かつ他の炭化物に比較して
硬度が高いＶＣ炭化物を形成し、ガス噴霧ショットの硬
度を向上させるとともに、マトリックス中のＣ量をマル
テンサイトの生成に適した量にするので、そのために含
有させる元素である。それらの効果を得るには４．０
％、好ましくは６．０％以上含有させる必要があるが、
８．０％を超えると高温からＶＣ炭化物が晶出し、ガス
噴霧ショットを製造する時に使用するノズルを閉塞する
ので、その含有範囲を４．０〜８．０％とする。好まし
い範囲は６．０〜８．０％である。

【００１８】Ｃｏ：５．０〜１５．０％ Ｃｏは、高Ｃ鋼でも炭化物および金属間化合物を形成せ
ず、マトリックスに固溶してマトリックスの硬度を向上
させるので、そのために含有させる元素である。これら
の効果を得るためには５．０％、好ましくは８．０％以
上含有させる必要があるが、１５．０％、好ましくは１
２．０％を超えると効果が飽和し、コストも高くなるの
で、その含有範囲を５．０〜１５．０％とする。好まし
い範囲は８．０〜１２．０％である。

【００１９】また、本発明は、不可避的不純物として
Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｕ：
０．２５％以下、Ｎｉ：０．２５％以下、Ａｌ：０．１
％以下などの含有が許容される。

【００２０】Ｖ／Ｗｅｑ．≧０．３０ Ｖ／Ｗｅｑ．を０．３以上とすることで、急冷凝固時の
組織中に含まれる炭化物の種類が、高硬度のＶＣを中心
とする炭化物となり、全体の硬度の向上に寄与するの
で、Ｖ／Ｗｅｑ．を０．３以上とする。 ０≧ΔＣ≧−０．２ ΔＣで示されるものは、マトリックス中に残留するＣ量
を示す指標であるが、これが０以上になるとマトリック
ス中のＣ量が多く、残留γ量の増加を招くことになり、
また−０．２を下回ると、マトリックス中のＣ量が不足
し、急冷した組織中のマルテンサイトの硬度の確保が困
難となるので、ΔＣの量を−０．２以上、０以下とす
る。

【００２１】ガス噴霧ショットのガス噴霧のままの平均
硬度：８５０ＨｍＶ以上 ショットは、高硬度の被処理物、すなわち大部分の合金
を吹付加工するために平均硬さが８５０ＨｍＶ以上であ
る必要があるので、その平均硬度を８５０ＨｍＶ以上と
する。 ガス噴霧ショットの硬度のばらつきの標準偏差：５０Ｈ
ｍＶ以下 ショットは、硬度のばらつきが大きく、かつ硬度が低い
ものが多く含まれていると、吹付加において所定の効果
が出なくなるので、その標準偏差を５０ＨｍＶ以下とす
る。

【００２２】次に、本発明の吹付加工に用いる高硬度ガ
ス噴霧ショットの製造方法を説明する。本発明の高硬度
ガス噴霧ショットは、従来のガス噴霧の高速度工具鋼粉
末と同様な方法、例えば誘導炉により１５００℃以上で
完全に溶解した溶鋼を炉の底部に設けたノズルから流下
させ、その溶鋼にＡｒガスなどのガスを吹きつけること
によって製造することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。 実施例 下記表１に示した成分組成の鋼を誘導炉で溶製した後、
１５００℃の溶鋼を炉の底部に設けたノズルから流下さ
せ、その溶鋼にＡｒガスを吹きつけることによって５０
ｋｇのガス噴霧ショットを製造した。これを３２メッシ
ュのふるいで分級した。

【００２４】この分級した３２メッシュ以下のガス噴霧
ショットのγ量および硬度を下記方法で測定し、下記表
２にγ量、２０個の平均硬度、標準偏差を示す。 γ量の測定方法 粉末Ｘ線法によりα−２００、α−２１１とγ−２２
０、γ−３１１の積分強度比を用いて測定した。 硬度の測定方法 マイクロビッカース硬さ試験機を用いて荷重１０ｇｆの
条件で測定した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】表２の結果によると、本発明例は、残留γ
量が３６〜７６％、平均硬度が８５０〜９４５ＨｍＶお
よび標準偏差が９〜４０ＨｍＶであった。本発明例のう
ちの本発明例３は、ＣおよびＶ含有量が比較的多いとと
もに、V/Weq.も大きかったため、平均硬度が９４５Ｈｍ
Ｖと最高の硬度を示し、標準偏差も９ＨｍＶと最小であ
った。また、本発明例のうちの本発明例７は、残留γ量
が７６％と多いため、ＣおよびＶ含有量が多かったにも
係わらず平均硬度が８８０ＨｍＶとそれほど高くなく、
また標準偏差が４０ＨｍＶと本発明例のうちでは最大で
あった。

【００２８】これに対して、本発明よりＣ，ＶおよびＣ
ｏ含有量が少ないとともに、ΔＣおよびV/Weq.が低い比
較例１は、残留γ量が５８％とやや多く、平均硬度が本
発明例の８６％以下の７２７ＨｍＶ、標準偏差が本発明
例の１８５％以上の７４ＨｍＶであった。さらに、本発
明よりＷおよびＶ含有量が少ないとともに、V/Weq.が小
さく、Ｍｏ含有量が多い比較例２は、残留γ量が８０％
と多く、平均硬度が本発明例の７２％以下の６１２Ｈｍ
Ｖ、標準偏差が本発明例の３７８％以上の１５１ＨｍＶ
であった。

【００２９】また、本発明よりV/Weq.のみが小さい比較
例３は、残留γ量が９０％と最も多く、平均硬度が本発
明例の８６％以下の７３１ＨｍＶ、標準偏差が本発明例
の２８８％以上の１１５ＨｍＶであった。また、本発明
よりＷ，ＶおよびＣｏ含有量が少ないとともに、V/Weq.
が小さい比較例４は、残留γ量が５５％と多くなかった
が、Ｃ含有量が少なめであり、かつＶなどの含有量が少
なかったため、平均硬度が本発明例の９０％以下の７６
４ＨｍＶ、標準偏差が本発明例の１５０％以上の６０Ｈ
ｍＶであった。また、本発明よりＣｏ含有量のみが少な
い比較例５は、残留γ量が５２％と多くなく、平均硬度
が本発明例の９９％以下の８４２ＨｍＶ、標準偏差が本
発明例と同等であった。

【００３０】また、本発明よりV/Weq.のみが小さい比較
例６は、残留γ量が７７％と多く、平均硬度が本発明例
の９２％以下の７８４ＨｍＶ、標準偏差が本発明例の１
９５％以上の７８ＨｍＶであった。以上のとおり、比較
例は、平均硬度がいずれも本発明例より低い８４２Ｈｍ
Ｖ以下であり、標準偏差がＣｏ含有量のみが低い比較例
５を除いていずれも本発明例より大きくなっていた。

【００３１】

【発明の効果】本発明の吹付加工に用いる高硬度ガス噴
霧ショットは、上記の構成にしたことにより、ガス噴霧
したままでも平均硬度が８５０ＨｍＶ以上であり、更に
硬度のばらつきが標準偏差で５０ＨｍＶ以下であるとい
う優れた効果を奏する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で（以下同じ）、Ｃ：０．９〜
   ３．５％、Ｓｉ：０．０２〜１．００％、Ｍｎ：０．４
   ０％以下、Ｃｒ：２．０〜６．０％、Ｍｏ：８．０％以
   下、Ｗ：５．０〜３０．０％、Ｖ：４．０〜８．０％お
   よびＣｏ：５．０〜１５．０％を含み、残部がＦｅおよ
   び不可避的不純物からなる成分組成を有し、ガス噴霧の
   ままの平均硬度が８５０ＨｍＶ以上であり、更に硬度の
   ばらつきが標準偏差で５０ＨｍＶ以下であることを特徴
   とする高硬度ガス噴霧ショット。
2. 【請求項２】 Ｃ：０．９〜３．５％、Ｓｉ：０．０２
   〜１．００％、Ｍｎ：０．４０％以下、Ｃｒ：２．０〜
   ６．０％、Ｍｏ：８．０％以下、Ｗ：５．０〜３０．０
   ％、Ｖ：４．０〜８．０％およびＣｏ：５．０〜１５．
   ０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
   成分組成を有するとともに、Ｗｅｑ．およびΔＣを下記
   式（１）および（２）で表す時、Ｖ／Ｗｅｑ．≧０．３
   ０および０≧ΔＣ≧−０．２の条件を満たし、かつガス
   噴霧のままの平均硬度が８５０ＨｍＶ以上であり、更に
   硬度のばらつきが標準偏差で５０ＨｍＶ以下であること
   を特徴とする高硬度ガス噴霧ショット。 式：Ｗｅｑ．＝２×Ｍｏ＋Ｗ （式１） ΔＣ＝Ｃ−（0.06×Ｃｒ＋ 0.063×Ｍｏ＋ 0.033×Ｗ＋ 0.2×Ｖ）（式２）
3. 【請求項３】 上記Ｖの含有量が６．０〜８．０％であ
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高硬度
   ガス噴霧ショット。