JP2008111156A - 耐熱耐摩耗性高Cr鋳鉄 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の高Cr鋳鉄鋳物は、化学組成がmass%で、C:2.5〜3.5%、Si:0.2〜1.0%、Mn:0.6〜2.0%、Cr:13〜22%、Mo:0.5〜3.0%及びW:0.5〜3.0%の一種又は二種、Al:1.0〜5.0%、Ni:1.0〜8.0%、Ni量/Al量:0.8〜1.8、N:0.005〜0.15%を含み、残部Fe及び不純物からなる。さらに、Nb、Ti、V、Zr、Hf、Taの元素の内、1種以上を合計で0.5%以下及び/又はCe、La、Pr、Nd、Yの元素の内、1種以上を合計で1.0%以下を含有することができる。
【選択図】なし
Description
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、Crを13〜22%含有する高Cr鋳鉄において、550℃以下で優れた耐熱耐摩耗性を有する高Cr鋳鉄及びその製造方法を提供することを目的とする。
(1) Nb、Ti、V、Zr、Hf、Taの内、一種以上を合計で0.5%以下
(2) Ce、La、Pr、Nd、Yの内、一種以上を合計で1.0%以下
前記高Cr鋳鉄の成分設計上の要点は以下のとおりである。Alを1.0〜5.0%添加することにより安定なAl系酸化皮膜を生成させ、これにより酸化摩耗を抑制する。一方、Alはフェライト生成元素であり、フェライトを生成する傾向が生じる。フェライトが生成すると硬さひいては耐摩耗性が低下するので、フェライトの生成を抑制するためにオーステナイト安定化元素であるNiを同時添加し、フェライトの生成を抑制する。しかし、Ni添加に際し、Ni量がAl量に比して過剰であると、オーステナイトが過剰に安定化するため残留オーステナイトが増大し、13〜22%のCr量の下ではその増大が無視できず、硬さひいては耐摩耗性が低下する。このため、Al量に対してNi量が過剰にならないようにNi添加量を規制することが重要となる。
C:2.5〜3.5%
Cは炭化物の形成、マトリックスの高硬度化のために必要な元素であり、2.5%未満では炭化物生成量が過少となり、またマトリックスのマルテンサイトの硬さが低下するため、耐摩耗性が低下する。一方、3.5%を超えると炭化物量が過多となり、靭性が低下するため、摩耗時に微細チッピングが発生しやすくなり、耐摩耗性が低下する。このため、C量の下限を2.5%、上限を3.5%とする。
Siは溶解、精錬時の脱酸に有効であり、鋳造時の湯流れ性を向上させる。0.2%未満ではかかる効果が過少であり、鋳造欠陥を生じて硬さ、耐摩耗性が低下する。一方1%を超えると前記効果が飽和する。このため、Si量の下限を0.2%、上限を1.0%とする。
Mnは焼入れ性を向上させる元素であり、特にベイナイト組織の生成を抑制する効果がある。0.6%未満ではベイナイト生成の抑制効果が過少であり、ベイナイトが生成して硬さが低下し、耐摩耗性も低下する。一方2.0%を超えると残留オーステナイトが増加して硬さ、耐摩耗性が低下するようになる。このため、Mn量の下限を0.6%、上限を2.0%とする。
Crは炭化物生成元素であり、13%未満では炭化物が過少であり、耐摩耗性が低下する。一方、22%超では炭化物が過多となり、摩耗時に微細チッピングが発生しやすくなり、却って耐摩耗性が低下するようになる。このため、Cr量の下限を13%、上限を22%とする。
Mo、Wは共に焼入れ性を向上させる元素であり、特にパーライトの生成を抑制する効果がある。それぞれ0.5%未満ではこれらの効果が過少となり、硬さが低下する。一方、それぞれ3.0%超添加しても効果が飽和し、経済的でない。このため、Mo、Wの下限をそれぞれ0.5%とし、それらの上限を3.0%とする。
Nは焼入れ性を向上させる作用を有し、0.005%未満では焼き入れ性が不足して硬さ、耐摩耗性が低下する。一方、0.15%超では残留オーステナイトが増加して硬さ低下し、耐摩耗性が低下する。このため、N量の下限を0.005%、上限を0.15%とする。
Alは高温の酸化雰囲気下で化学的に安定なAl酸化物を材料表面に形成し、酸化摩耗を大幅に抑制する。1.0%未満では酸化摩耗の抑制効果が小さく、一方5.0%超では、硬さの低いフェライトを生成して硬さ、耐摩耗性が低下するようになる。このため、Al量の下限を1.0%、好ましくは2.0%とし、上限を5.0%、好ましくは4.0%とする。
Niは焼入れ性の向上効果がある。本発明ではAlの酸化皮膜を活用するため、ある程度のAl量が必要であるが、Niが1.0%未満では、フェライト生成元素であるAlの添加量も少量に制限される。Niを1.0%以上添加することにより、フェライトの生成を抑制しながらAlを1.0%以上添加することができるようになる。一方、Niを過剰に添加すると、オーステナイトの安定化が過大となって、硬さの低い残留オーステナイトの生成量が増大し、硬さの低下、耐摩耗性の低下を生じる。このため、Ni量の下限を1.0%、好ましくは3.0%、その上限を8.0%、好ましくは6.0%とする。
Niは上記のとおり、フェライト生成元素であるAlの添加による軟化を抑制するために添加する必要があるが、過剰な添加は残留オーステナイトの生成量を増大し、却って硬さを低下させる。このため、Al添加によるフェライト生成作用を抑制しつつ、過剰にオーステナイトを安定化させて残留オーステナイトの生成量が増大することを防ぐため、本発明ではAl量に応じてNi量を制限する。Ni量/Al量の比が0.8未満ではNiによるフェライト生成の抑制作用が不十分で硬さが低下し、一方1.8超ではオーステナイト安定化が過大となり残留オーステナイトの生成量が増大し、却って硬さ、耐摩耗性が低下するようになる。このため、Ni量/Al量の比の下限を0.8、好ましくは1.0とし、その上限を1.8、好ましくは1.5とする。
これらの元素は、微細な炭化物を形成し、マトリックスの硬さを向上させて耐摩耗性を向上させる。かかる作用を効果的に発揮させるためには、これらの元素の合計量を0.1%以上とすることが好ましい。多過ぎるとマトリックス中の炭素を固定してしまうために、マトリックスのマルテンサイトの硬さが低下して耐摩耗性が低下する。このため、合計量の上限を0.5%とする。
これらの元素は、材料表面でのAlの酸化皮膜と下地の密着性を向上させ、酸化摩耗の低減に寄与する。かかる作用を効果的に発揮させるためには、これらの元素の合計量を0.1%以上とすることが好ましい。過剰な添加は、酸化物や硫化物などの介在物の増加により耐摩耗性が低下する。このため、合計量の上限を1.0%とする。
Claims (4)
- 化学組成がmass%で、
C:2.5〜3.5%、
Si:0.2〜1.0%、
Mn:0.6〜2.0%、
Cr:13〜22%、
Mo:0.5〜3.0%及びW:0.5〜3.0%の一種又は二種、
Al:1.0〜5.0%、
Ni:1.0〜8.0%、
Ni量/Al量:0.8〜1.8、
N:0.005〜0.15%
を含み、残部Fe及び不純物からなる、耐熱耐摩耗性高Cr鋳鉄。 - さらに、Nb、Ti、V、Zr、Hf、Taの内、一種以上を合計で0.5%以下を含む、請求項1に記載した耐熱耐摩耗性高Cr鋳鉄。
- さらに、Ce、La、Pr、Nd、Yの内、一種以上を合計で1.0%以下を含む、請求項1又は2に記載した耐熱耐摩耗性高Cr鋳鉄。
- 550℃以下の高温下で用いられる耐熱耐摩耗性部材であって、請求項1から3のいずれか1項に記載した高Cr鋳鉄によって形成された、耐熱耐摩耗性部材。
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