JP5725416B2 - 低炭素系鋳鋼ショット - Google Patents
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Description
鋳鋼ショットは、高炭素鋳鋼ショットと低炭素鋳鋼ショットに大別され、その化学組成および品質が規格化されており、例えば日本においてはJIS Z0311(2004年)に定められている。
高炭素鋳鋼ショットは、Cを0.80〜1.2%含有しており、焼入れ硬さを高くすることができるため、機械的に粉砕してグリットを製造することが可能である。グリットは大理石などの石材を切断するための大型ガングソーなどに大量に用いられるため、高炭素鋳鋼ショットはグリットの需要に対応できるメリットがある。よって、高炭素鋳鋼ショットは世界的に最も普及している。
JIS Z0311(2004年)では、化学組成は質量%で以下の範囲である。
C:0.08〜0.20、Si:0.10〜2.0、Mn:0.35〜1.5、P:0.05以下、S:0.05以下。
また、中国のGB/T 18838.4(2008年)では、JIS Z0311と同じ化学組成の範囲が規格化されている。
C:0.15〜0.30、Si:0.30〜0.80、Mn:0.40〜1.0、Ni:0.80〜1.20。
特許文献1による化学組成は、酸化し易い元素である、Si及びMnの添加量を減らすと共に、Niを新たに添加することで、焼入れ性を確保したものと推定される。
本発明の低炭素系鋳鋼ショットは、
鉄系金属素材の研掃を行うための低炭素系鋳鋼ショットであって、
質量%で、C:0.1〜0.25%、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.4〜1.0%、Cr:0.3〜1.0%、P:0.05%以下、S:0.05%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる化学組成を有したベイナイトが主体である金属組織であり、当該低炭素系鋳鋼ショットは略球形であることを特徴とする(請求項1)。
鉄系金属素材の研掃を行うための低炭素系鋳鋼ショットであって、
より好ましくは、質量%で、C:0.13〜0.22%、Si:0.15〜0.25%、Mn:0.5〜0.9%、Cr:0.4〜0.8%、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる化学組成を有したベイナイトが主体である金属組織であり、当該低炭素系鋳鋼ショットは略球形であることを特徴とする(請求項2)。
また、本発明の低炭素系鋳鋼ショットは、請求項1〜3の化学組成に加えて、質量%で、Moを0.10〜0.30%含有することを特徴とする(請求項4)。
鉄系金属素材の研掃を行うための低炭素系鋳鋼ショットであって、
質量%で、C:0.1〜0.25%、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.4〜1.0%、Cr:0.3〜1.0%、P:0.05%以下、S:0.05%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる化学組成を有したベイナイトが主体である金属組織であり、当該低炭素系鋳鋼ショットは略球形であることにより、含有量が多いとショットの形状を悪化させる傾向のあるSi、Mnの含有量を低目に設定すると同時に、焼入れ性を向上する効果の高いCrを適量添加し、C、Si、Mn、Cr含有量の最適化を図ることによって、ショットの形状が均一で、金属組織、硬さのバラツキが小さく、研掃能力が安定した低炭素系鋳鋼ショットを提供可能となった。
また、Siの含有量が0.1%未満では溶湯の脱酸効果が不十分で内部欠陥(空孔)が増加し、0.3%を超えるとショットの形状が徐々に悪化するため0.1〜0.3%の範囲とした。
さらに、Mnの含有量が0.4%未満では焼入れ性が十分でなく、一部に軟らかいパーライト組織を含むため硬さがHv400未満となり、1.0%を超えるとショットの形状が急激に悪化するため0.4〜1.0%の範囲とした。
加えて、Crに関しては、SiとMnの含有量をやや低目に設定したことによって低下する焼入れ性を補うことを目的として含有量を調査した結果、0.3%未満では焼入れ性の向上効果が不十分のため硬さがHv400未満のショットが混在し、1.0%を超えると金属組織中にCrの炭化物が形成されて靭性が低下するため0.3〜1.0%の範囲とした。
なお、PとSはいずれも鋼の靭性を低下させる有害元素であり、0.05%以下に抑制する必要がある。
鉄系金属素材の研掃を行うための低炭素系鋳鋼ショットであって、
質量%で、C:0.13〜0.22%、Si:0.15〜0.25%、Mn:0.5〜0.9%、Cr:0.4〜0.8%、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる化学組成を有したベイナイトが主体である金属組織であり、当該低炭素系鋳鋼ショットは略球形であることが好ましい。
<試験例1>
溶解温度は1650〜1680℃として、水アトマイズ法によってショットを製作した。得られたショットを乾燥した後、篩い分けしてφ1mm(1.18mmの篩を通過し、1.00mmの篩に残ったもの)のサイズを取り出し、品質等を評価した。その結果を表1に示す。
非球状粒子率については、ショット粒子をガラス平板に広げて拡大鏡によって観察した時に、ショット粒子の長径が短径の2倍以上の粒子の割合を求めた。観察したショット粒子の数は100とした。
硬さについては、ショット粒子を樹脂中に埋め込んで研磨し、粒子断面のビッカース硬さを測定した。試験荷重は9.8N、荷重負荷時間は12秒とし、有効な20個の測定値の平均値を求めた。なお、表1にはカッコ内に測定値の最小値〜最大値を示すと供に、図1に硬さのバラツキをグラフ化して示す。
この試験により得た衝突回数と残留ショット重量割合の関係を示す曲線を積分して求められる数値を寿命値とした。また、表1に示す寿命比とは、実施例1の寿命値を100とした場合の比率で表しており、寿命比の値が大きいほど耐久性が良好で靭性が高いことを示している。
化学組成については、発光分光分析法によって、試作したショットそのものの成分分析を行った。
実施例1〜2の金属組織(ベイナイト状組織)は、比較例1〜2と比べて全体に微細かつ均一になっており、Crを含有することによって焼入れ性および金属組織が改善されていることが確認された。また、比較例1のようにMnが1%を超えると非球状粒子率が増加し、比較例2のようにSiが0.5%を超えるとMnと同様に非球状粒子率が増加する傾向が確認された。
また、Mnの含有量が下限値の0.4%未満である比較例4では、実施例1〜2と比較して空孔率が増加すると供に、硬さが低下した。これはMnの含有量が過少であるために脱酸効果、焼入れ性が低下したためと考えられる。
Mnの含有量が上限値の1.0%を超えた比較例5では、比較例1と同様に非球状粒子率が増加し、寿命比が低下した。
また、Crの含有量が下限値の0.3%未満である比較例6では、SiとMnの含有量が適切な範囲に設定されたことにより、実施例1〜2と比較して空隙率および非球状粒子率は同等レベルであったが、硬さが低下すると供に硬さのバラツキが大きくなり寿命比が低下した。また、Crの含有量が上限値の1.0%を超えた比較例7では、硬さがやや高くなり寿命比が低下した。Crの含有量が過少であると焼入れ性が不足し、過多であると炭化物を形成して靭性が低下するものと思われる。
一方、NiとCu合計の含有量が0.4%に満たない比較例8では、実施例1〜3と比較して寿命比が向上する効果が認められず、合計の含有量が1.0%を超えた比較例9も同様であった。
比較例9において寿命比が向上しなかった原因は確認できていないが、NiとCuはCrと比較して高価な元素であり、1.0%までの含有量で十分効果を得ることができる。
MoはMnに次いで鋼の焼入れ性を向上する効果が高い元素であり、金属組織がさらに微細かつ均一になった。一方、Moの含有量が0.10%に満たない比較例10では、硬さや寿命比の変化が認められず、含有量が0.30%を超えた比較例11では硬さがさらに高くなった反面、寿命比が低下した。
本試験例では、Al、B、VとNbおよびTiの影響を調査するため、スチールスクラップ、Fe−Si、Fe−Mn、Fe−Cr、Fe−Mo、Fe−B、Fe−V、Fe−Nb、Fe−Ti、電解Ni、純銅スクラップ(電線)、加炭材、純Al等を原材料として所望の成分になるように原料配合を調整し、鉄換算溶解量100kgの実験用高周波溶解炉を使用して溶解した。
溶解温度は1650〜1680℃として、水アトマイズ法によってショットを製作した。得られたショットを乾燥した後、篩い分けしてφ1mm(1.18mmの篩を通過し、1.00mmの篩に残ったもの)のサイズを取り出し、品質等を評価した。その結果を表2に示すと供に、硬さのバラツキを図1にグラフ化して示す。
Claims (9)
- 鉄系金属素材の研掃を行うための低炭素系鋳鋼ショットであって、
質量%で、C:0.1〜0.25%、Si:0.1〜0.3%、Mn:0.4〜1.0%、Cr:0.3〜1.0%、P:0.05%以下、S:0.05%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる化学組成を有したベイナイトが主体である金属組織であり、
当該低炭素系鋳鋼ショットは略球形であることを特徴とする低炭素系鋳鋼ショット。 - 鉄系金属素材の研掃を行うための低炭素系鋳鋼ショットであって、
質量%で、C:0.13〜0.22%、Si:0.15〜0.25%、Mn:0.5〜0.9%、Cr:0.4〜0.8%、P:0.03%以下、S:0.03%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる化学組成を有したベイナイトが主体である金属組織であり、
当該低炭素系鋳鋼ショットは略球形であることを特徴とする低炭素系鋳鋼ショット。 - 質量%で、NiとCuを単独又は合計で0.4〜1.0%含有する請求項1又は2に記載の低炭素系鋳鋼ショット。
- 質量%で、Moを0.10〜0.30%含有する請求項1〜3のいずれか1つに記載の低炭素系鋳鋼ショット。
- 質量%で、Al:0.04〜0.12%を含有する請求項1〜4のいずれか1つに記載の低炭素系鋳鋼ショット。
- 質量%で、B:0.001〜0.05%を含有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の低炭素系鋳鋼ショット。
- 質量%で、V、NbおよびTiの1種以上を合計で0.05〜0.5%含有する請求項1〜6のいずれか1つに記載の低炭素系鋳鋼ショット。
- 前記ベイナイトを主体とする金属組織は、溶湯を水ジェットあるいは遠心力で粉砕してショット粒を製造する段階で形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の低炭素系鋳鋼ショット。
- 前記低炭素系鋳鋼ショットは、ショット粒子の長径が短径の2倍以上である粒子の割合で規定される非球状粒子率が1.6〜4.0%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の低炭素系鋳鋼ショット。
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