JP3983644B2

JP3983644B2 - Ｎｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金

Info

Publication number: JP3983644B2
Application number: JP2002304246A
Authority: JP
Inventors: 俊之澤田; 則之馬野
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP2004137570A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性、耐摩耗性、抗折力に優れ、かつ合金鋼とのクラッド性に優れたＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｉ基にホウ化物などの硬質粒子を分散させた耐食耐摩耗合金が各種提案されている。例えば特許文献１には重量％で、Ｍｏ：２５〜４０％、Ｂ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２０％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｆｅ：１２％以下、残部がＮｉからなる表面硬化用塩酸耐食合金が開示さてている。また、特許文献２には、硼化物よりなる硬質相３５〜９５重量％と、該硬質相を結合するＮｉ基の結合相からなる硬質焼結合金において、全硬質相量のうち正方晶系のＭ₃Ｂ₂型（Ｍ：Ｍｏ、Ｎｉの他はＣｒおよび／またはＶ）複硼化物を６０％以上含み、残部が斜方晶系のＭ₃Ｂ₂型複硼化物あるいは他の硼化物よりなる耐食性に優れた高強度硬質焼結合金が開示されている。
【０００３】
さらに、特許文献３には、炭化物および硼化物を主体とする硬質相がＮｉ基のマトリックスで結合された複合材料であって、前記硬質相およびマトリックスは、総量で、Ｂ：１．５〜５重量％、Ｃｒ：５〜１５重量％、Ｍｏ：２５〜５０重量％、Ｗ：１０〜２５重量％、Ｆｅ：２〜４重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物とからなる耐摩耗耐食性複合材料が開示されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平８−１５７９９１号公報）
（２）特許文献２（特許第２６３１７９１号公報）
（３）特許文献３（特開平５−１３２７３４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した合金は、例えば溶射、肉盛り、焼結などの方法により合金鋼と複合化され使用されることが多い。ところが、Ｍｏを主体としたホウ化物などはＮｉ基金属マトリックス相と比較し熱膨張係数が小さい。従って、このようなＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金は複合化される合金鋼より熱膨張係数が小さくなってしまうことが多い。このような熱膨張係数の差異により、溶射、肉盛り、焼結などの複合化処理の時や、使用環境における昇温、降温サイクルにより複合界面に亀裂を生じてしまうという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために鋭意開発を進めた結果、特に熱膨張係数に影響するマトリックスのＭｏ含有量、およびホウ化物の量を決定するＢ含有量を一定範囲とすることで合金鋼の熱膨張係数（１２〜１５×１０^-6）とほぼ同等の熱膨張係数を有し、同時に高耐食性、高耐摩耗性、高抗折力を有するＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金を提供するものである。その発明の要旨とするところは、質量％で、Ｃｒ：５〜３０％、Ｍｏ：１０〜４０％、Ｂ：０．５〜４．０％を含み、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ、１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４０、１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）、（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５の条件を満たすマトリックスであることを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についての成分組成の限定理由について述べる。
Ｃｒ：５〜３０％
Ｃｒを含むＮｉ基マトリックス相は各種酸に対し高耐食性を有する。しかし、５％未満ではその効果が十分えられないことから５％以上とした。また、３０％を超えると、その効果は飽和し、コストが高くなることから、その上限を３０％とした。
【０００８】
Ｍｏ：１０〜４０％
Ｍｏを含むＮｉ基マトリックス相は非酸化性の酸に対し高耐食性を有する。しかし、１０％未満ではその効果が十分えられないことからその下限を１０％とした。また、４０％を超えると、その効果は飽和し、コストが高くなることから、その上限を４０％とした。
【０００９】
Ｂ：０．５〜４．０％
Ｂは、本発明合金における硬質粒子であるホウ化物を析出させるための元素であり、０．５％未満では硬さが不十分であり、４．０％を超えると熱膨張係数が小さくなるため、その範囲を０．５〜４．０％とした。
１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４０
（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）が１１未満では熱膨張係数が大きくなり、また、（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）が４０を超えると熱膨張係数が小さくなることから、その範囲を１１〜４０とした。好ましくは１６〜３５とする。
【００１０】
１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）
（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）が１５未満では良好な耐食性が得られない。従って、下限値を１５とした。好ましくは２０とする。
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）が５５を超えると良好な抗折力が得られない。これはマトリックス中に脆い金属間化合物が析出するためと推定される。従って、その上限値を５５とした。
【００１１】
本発明に係るＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金の熱膨張係数はホウ化物析出量およびマトリックス中のＭｏ量が主に効いており、これを上述した範囲とすることで、複合化相手材として主に用いられる合金鋼とほぼ同等の値（１１〜１６×１０^-6）となることが判った。また、耐食性は主にマトリックス中のＣｒ、Ｍｏ含有量が効いており、非酸化性の酸である弗酸についてはマトリックス中のＣｒ、Ｍｏ含有量（質量比）が同程度の割合で効果があることが判った。つまり、（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）の係数を同じ１とした。その結果、本発明に係るＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金は、２５〜５００℃における平均熱膨張係数が１１〜１６×１０^-6であり、４０℃、１０％弗酸浸漬試験における腐食度が０．５ｇ／ｍ²／ｈ以下で、ロックウエル硬さがＨＲＣ４０以上、抗折力が１．５ＧＰａ以上の性能を示す。
【００１２】
以上、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｂ−Ｎｉ系の４元素について主に説明してきたが、本発明は、Ｎｉ基合金であればこの４元素に限定されることはない。この４元素の成分系に添加する代表的な元素を挙げると、例えば、硬さ向上のために、Ｚｒ，Ｖ，Ｗ，Ｃを０．２〜１０％の範囲内で添加、また、耐食性を向上させるために、Ｃｕ，Ｃｏを０．１〜１０％の範囲内で添加、また、原料費低減のためにＦｅを１０％以下添加、さらには、溶接性改善のために、Ｓｉ，Ｍｎを０．２〜５％の範囲内で添加しても良い。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
アルゴンガス雰囲気中で表１に示す組成に配合した原料１５０ｇを誘導溶解炉にて溶解し、急冷銅鋳型にて遠心鋳造した。得られた小鋼塊から採取した試験片より熱膨張係数、耐食性、硬さおよび抗折力について評価した。熱膨張係数は２５〜５００℃における平均熱膨張係数を測定し、平均熱膨張係数が１１×１０^-6〜１６×１０^-6；○、１１×１０^-6未満または１６×１０^-6を超える；×とした。また、耐食性については、１０×１０×１０ｍｍの試験片を採取し、４０℃、１０％の弗酸に１０時間浸漬した。腐食度が０．５ｇ／ｍ²／ｈ以下；○、０．５ｇ／ｍ²／ｈを超える；×とした。また、硬さについては、小鋼塊から採取した試験片を湿式研磨しロックウエル硬さを測定し、ＨＲＣ４０以上；○、４０未満；×とした。さらに、抗折力については、小鋼塊から１．７×１．７×２．０の試験片を採取し測定した。抗折力が１．５ＧＰａ以上；○、１．５ＧＰａ未満；×とした。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜６は本発明例であり、Ｎｏ．７〜１２は比較例である。比較例Ｎｏ．７はＢの含有量が低いために、硬さは劣る。比較例Ｎｏ．８は（マトリックスＭｏ）＋１０Ｂが低く、また、Ｎｏ．９、１２は（マトリックスＭｏ）＋１０Ｂが高い場合であり、いずれも熱膨張係数が範囲外となるＮｏ．１０は（マトリックスＣｒ）＋（マトリックスＭｏ）が低いため耐食性が劣る。Ｎｏ．１１は（マトリックスＣｒ）＋１．５（マトリックスＭｏ）が高いために抗折力が劣ることが判る。これに対し、本発明であるＮｏ．１〜６のいずれも優れているが判る。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により耐食性、耐摩耗性、抗折力およびクラック性に優れたＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金を得ることが出来た。

Claims

質量％で、
Ｃｒ：５〜３０％、
Ｍｏ：１０〜４０％、
Ｂ：０．５〜４．０％
を含み、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ、１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４０、１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）、（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５の条件を満たすマトリックスであることを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金。