JP4367992B2 - 耐塊鉱物摩耗材料 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの耐摩耗性を著しく高めた耐塊鉱物摩耗材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、耐塊鉱物摩耗材料としては、[C]2.5〜5.5重量%、[Cr]15.0〜35.0重量%を主成分とし、これに若干の合金元素(Mo、V、Nbなど)を添加した高炭素・高クロム鋳鉄が広く使われている。本出願人が提案した特開平5−214483号公報において、[C]3.0〜7.0重量%、[Si]0.3〜3.0重量%、[Mn]0.3〜1.5重量%、[Cr]15.0〜35.0重量%、[Mo]3.0〜10.0重量%、[V]0.5〜2.0重量%、[W]3〜10.0重量%を含有した耐塊鉱物摩耗材料は前記高炭素・高クロム鋳鉄に比べて、約2倍の耐久性を有している。
なお、前記耐塊鉱物摩耗材料は、鋳造によるもの、溶接ワイヤー肉盛によるもの、溶湯を用いた鋳掛け肉盛によるものなど各種の製造法で製作されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどは、大量の硬質塊鉱物が衝突し通過していくため、耐摩耗性が非常に重要である。前記ライナー、プレートなどの材質の耐摩耗性を向上すると、これらの部品の取り替え頻度が少なくなり作業効率が上がる。
前記高炭素・高クロム鋳鉄においては、益々高くなってきた要求レベルを満足するものではなく、前記特開平5−214483号公報においても、更に耐摩耗性を向上する必要がある。即ち、該耐摩耗材においては、Mo、Wの添加によって生成した炭化物により耐摩耗性は向上するが、粗大なクロム炭化物も存在しているため、前記炭化物の割れ、剥離によって摩耗が進行する場合があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性を高位の水準に高め、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの耐久性を著しく高めた耐塊鉱物摩耗材料を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第1の発明に係る耐塊鉱物摩耗材料は、[C]2〜6重量%、[Si]0.3〜3重量%、[Mn]0.3〜3重量%、[Cr]15〜35重量%、[Mo]2〜10重量%、[V]2.5〜10重量%、[W]4.23〜10重量%、[Ni]2.03〜10重量%、残部Fe及び不可避的不純物元素からなると共に、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}≦2の式を満足する。
また、第2の発明の耐塊鉱物摩耗材料は、[C]2〜6重量%、[Si]0.3〜3重量%、[Mn]0.3〜3重量%、[Cr]15〜35重量%、[Mo]2〜10重量%、[V]2.5〜10重量%、[W]4.23〜10重量%、[Ni]2.03〜10重量%の8種類と、[Nb]0.5〜5重量%、[Ti]0.5〜5重量%、[Zr]0.5〜5重量%の3種類の中から選んだ1種又は2種以上、残部Fe及び不可避的不純物元素からなると共に、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}≦2の式を満足する。
耐塊鉱物摩耗材料は、炭化物の量、形状、サイズと炭化物を保持する基地の硬さ、強度、靱性などによって、耐摩耗性が決まる。本発明者らは、各種合金元素の効果を試験し、炭化物の量、形状、サイズと基地の硬さ、強度、靱性を改善するために、V、Nb、Ti、Zr及びNi等を適量に添加すること、及び{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}又は{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}の値を適正な範囲に限定することが極めて有効であることを見出した。
これにより、Cr炭化物(M7C3)及びMo、W炭化物(M2C)の粗大化を抑制し、MC炭化物を多量に晶出させ、炭化物の量、形状、サイズを大幅に改善することができる。また、Niを適量に添加することによって、基地の硬さ、強度、靱性を改善し、炭化物を強く保持し、炭化物の割れ、剥離を防止することができる。そして、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性は顕著に向上し、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの寿命を著しく向上させる。
【0005】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第1の実施の形態に係る耐塊鉱物摩耗材料は、化学成分が、[C]2〜6重量%、[Si]0.3〜3重量%、[Mn]0.3〜3重量%、[Cr]15〜35重量%、[Mo]2〜10重量%、[V]2.5〜10重量%、[W]4.23〜10重量%、[Ni]2.03〜10重量%、残部Fe及び不可避的不純物元素からなり、{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}の値の範囲を−2以上、2以下に限定した。これにより、Cr炭化物(M7C3)及びMo、W炭化物(M2C)の粗大化を抑制し、MC炭化物を多量に晶出させて、炭化物の量、形状、サイズを大幅に改善することができた。
またNiを適量に添加することにより、耐塊鉱物摩耗材料の基地の硬さ、強度、靭性を改善し炭化物を強く保持し、炭化物の割れ、剥離を防止することができた。
【0006】
また、本発明の第2の実施の形態に係る耐塊鉱物摩耗材料は、前記第1の実施の形態に係る耐塊鉱物摩耗材料の効果に加えて更に炭化物の量、形状、サイズを改善するために、前記実施の形態の化学成分に、[Nb]0.5〜5重量%、[Ti]0.5〜5重量%、[Zr]0.5〜5重量%の3種類の中から選んだ1種又は2種以上を添加し、{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}値の範囲を−2以上、2以下に限定した。
【0007】
次に耐塊鉱物摩耗材料の化学成分を前記のように限定した理由について説明する。
(1)CはCr、Mo、W、V、Nb、Ti、ZrとM7C3、M2C、MC型の極めて硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。また、Cは、耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、焼入れ性を向上させると共に、耐塊鉱物摩耗材料の基地の強度、硬さを向上させる。下限を2重量%としたのは、炭化物が減少し耐摩耗性が低下するためであり、また、上限を6重量%としたのは、炭化物が多くなり、靭性が低下するためである。
(2)Siは脱酸剤として必要であるが、Siは0.3重量%未満では効果がなく、3重量%を超えると、耐摩耗性が低下することから、下限を0.3重量%、上限を3重量%とした。
(3)Mnは脱酸剤として働くほか、不純物として混入する有害なSをMnSとして固定するが、Mnは0.3重量%未満では効果がなく、3重量%を超えると、MnSが多くなることで、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性が低下することから、下限を0.3重量%、上限を3重量%とした。
【0008】
(4)Crは一部、耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、硬化性を高めると共に、Cと結びついて耐摩耗性に有効なM7C3炭化物を形成するが、Crは15重量%未満ではその効果が小さく、35重量%を超えると靭性を低下させるため、下限、上限をそれぞれ15重量%、35重量%とした。
(5)Moは一部、耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、焼戻し軟化抵抗を高め、またCと結びついて耐摩耗性に有効なM2C炭化物を形成する。Moは2重量%未満ではその効果が小さく、10重量%を超えるとM2C炭化物が顕著に粗大化することから、下限、上限をそれぞれ2重量%、10重量%とした。
(6)Vは最も炭化物の形成傾向が大きく、耐摩耗性に有効なMC炭化物を形成する。Vは2.5重量%未満ではMCの量が少なく、十分な耐摩耗性が得られず、またCr、Mo、WとCとの間で形成されるM7C3、M2C炭化物の粗大化を抑制することができない。さらにVは10重量%を超えるとMC炭化物を粗大化させ、機械的性質を低下せしめることから、下限を2.5重量%、上限を10重量%とした。
【0009】
(7)Wは、Moと同様に、焼戻し軟化抵抗を高めると共に、耐摩耗性に有効なM2C炭化物を形成する。Wは10重量%を超えるとM2C炭化物が粗大化することから、上限を10重量%とした。
(8)Niは、大部分が耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、耐塊鉱物摩耗材料の基地の強度、硬さ及び焼入れ性を向上させるが、10重量%を超えると残留オーステナイトの増加をもたらし、早期摩耗や割れなどの問題を生じることがあるため、上限を10重量%とした。
(9)[Nb]0.5〜5重量%、[Ti]0.5〜5重量%、[Zr]0.5〜5重量%の中の1種又は2種以上のNb、Ti、Zrを添加することが、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性を向上させるのに有効である。Nb、Ti、ZrはVと同様Cと結合しやすく、MC炭化物を形成することにより、耐摩耗性を向上させる。Nb、Ti、Zrの添加量は実用的に認められる下限として0.5重量%とした。Nb、Ti、Zrは5重量%を超えるとMC炭化物が顕著に粗大化することから、上限を5重量%とした。また、Nb、Ti、Zrは共に高価なものであるため、コストとの関連で、実用的にはNb、Ti、Zrの中の1種又は2種以上とした。
【0010】
本発明の実施の形態の特徴は、前記各合金元素の含有量を限定すると共に、第1の実施の形態においては、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}≦2の式を満足すること、及び第2の実施の形態においては、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}≦2の式を満足することにある。前記( )内の数値は、前記合金元素が炭化物として化学量論的にバランスするC量(%)である。Cr、Mo、W、V、Nb、Ti及びZrは、それぞれM7C3、M2C、M2C、MC、MC、MC、MCを形成するので、炭化物の種類及び各合金元素の原子量によって、表1に示すような炭化物係数(前記式の各合金元素の係数)が得られる。
【0011】
【表1】
【0012】
第1の実施の形態における{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}の値及び第2の実施の形態における{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}の値が2より大きい場合は、炭化物が顕著に粗大化し、炭化物欠落による摩耗が大きく、耐摩耗性を劣化させる。一方前記{ }の値が−2より小さい場合は、炭化物の量が少なく、また焼入れ性の低下によって、耐塊鉱物摩耗材料の基地の強化を十分もたらさず、耐摩耗性を劣化させるため好ましくない。後述の実施例からも明らかなように、、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}≦2の式、又は−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}≦2の式を満足した本発明に係る耐塊鉱物摩耗材料(発明材)は、試験材、従来材に比べて、極めて優れた耐摩耗性を有している。
【0013】
【実施例】
以下に、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性を確認するために行った実施例(発明材)を、比較例(試験材又は従来材)と共に説明する。
表2は鋳造法による発明材、試験材及び従来材(特開平5−214483号公報)の化学成分を示し、Cbal(%)は{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}の値である。これらの発明材(A〜E)、試験材(F〜H)及び従来材(I)は、砂型鋳型により300mm×300mm×30mmのライナーを鋳造し、いずれも所定の焼入れ、焼戻し処理を施した後、該ライナー製品から、それぞれのサンプルを切り出し、摩耗試験を行い、材料の耐摩耗性を評価した。
【0014】
【表2】
【0015】
摩耗試験は、インペラー回転式ショットブラスト試験機(投射速度:63m/s、投射材径:φ1.7mm、投射角度:40度)を用いて、サンプル表面をショットすることによって、サンプル表面を摩耗させ、1時間試験した後に、摩耗減量をサンプル表面積で除した値を求め、耐摩耗性を評価した。図1は摩耗試験結果を示したもので、発明材は、試験材に比べて2倍以上、従来材に比べて2.9倍以上の耐摩耗性を有することがわかった。摩耗試験の結果から、発明材は、試験材、従来材に比較して、極めて優れた耐摩耗性を有していることが明らかで、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの耐久性を向上することができる。
【0016】
【発明の効果】
請求項1記載の耐塊鉱物摩耗材料においては、以上の説明から、[C]2〜6重量%、[Si]0.3〜3重量%、[Mn]0.3〜3重量%、[Cr]15〜35重量%、[Mo]2〜10重量%、[V]2.5〜10重量%、[W]4.23〜10重量%、[Ni]2.03〜10重量%、残部Fe及び不可避的不純物元素からなる化学成分を有し、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}≦2の式を満足することにより、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性が顕著に向上した。その結果、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの寿命を著しく向上させた。
請求項2記載の耐塊鉱物摩耗材料においては、請求項1記載の化学成分に、[Nb]0.5〜5重量%、[Ti]0.5〜5重量%、[Zr]0.5〜5重量%の3種類の中から選んだ1種又は2種以上を加え、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}≦2の式を満足することで、更に、耐摩耗性を向上させた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る耐塊鉱物摩耗材料である発明材、試験材及び従来材の単位面積当たりの摩耗減量に及ぼすCbal(%)の値の影響を示すグラフである。
Claims (2)
- [C]2〜6重量%、[Si]0.3〜3重量%、[Mn]0.3〜3重量%、[Cr]15〜35重量%、[Mo]2〜10重量%、[V]2.5〜10重量%、[W]4.23〜10重量%、[Ni]2.03〜10重量%、残部Fe及び不可避的不純物元素からなると共に、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V)}≦2の式を満足することを特徴とする耐塊鉱物摩耗材料。
- [C]2〜6重量%、[Si]0.3〜3重量%、[Mn]0.3〜3重量%、[Cr]15〜35重量%、[Mo]2〜10重量%、[V]2.5〜10重量%、[W]4.23〜10重量%、[Ni]2.03〜10重量%の8種類と、[Nb]0.5〜5重量%、[Ti]0.5〜5重量%、[Zr]0.5〜5重量%の3種類の中から選んだ1種又は2種以上、残部Fe及び不可避的不純物元素からなると共に、−2≦{C−(0.099Cr+0.063Mo+0.033W+0.236V+0.129Nb+0.251Ti+0.132Zr)}≦2の式を満足することを特徴とする耐塊鉱物摩耗材料。
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