JPH0351776B2 - - Google Patents
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- JPH0351776B2 JPH0351776B2 JP2037527A JP3752790A JPH0351776B2 JP H0351776 B2 JPH0351776 B2 JP H0351776B2 JP 2037527 A JP2037527 A JP 2037527A JP 3752790 A JP3752790 A JP 3752790A JP H0351776 B2 JPH0351776 B2 JP H0351776B2
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- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
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- C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
-
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- C22C19/053—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 30% but less than 40%
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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Description
本発明は耐摩耗性及び耐食性ニツケルベース合
金及びこの合金によつて作られた製造品、例え
ば、溶接用材料及び弁座のように、金属基板上に
高硬度の表面要素を生成するための粉末冶金半製
品及び耐摩耗、耐食性鋳造物に関するものであ
る。 従来、高硬度表面を有する基板、弁座、及び耐
摩耗性鋳型を作るための耐摩耗及び耐食性合金が
知られている。 公知の耐摩耗性組成物には、重量で約0.9〜1.6
％のＣ、最大0.5％のMn、0.8〜1.5％のSi、26〜
29％のCr、４〜６％のＷ、最大２％のFeを含み、
残部がコバルトであるコバルトベースの合金があ
る。この合金は室温及び高温における摩耗及び金
属と金属との接触による摩損、機械的及び熱的な
衝撃又はストレス荷重による摩損を防止するのに
適している。この合金はロツクウエルＣスケール
の硬度で約40〜49の範囲にある。 もう一つの組成物として、重量で、0.25〜0.75
％のＣ、３〜５％のSi、10〜15％のCr、３〜５
％のFe、1.5〜４％のＢ、最大0.2％のCoを含み、
残部の少なくとも77％がニツケルであるニツケル
ベース合金がある。鋳型を遠心的に製作するのに
特に適しているこの合金はロツクウエルＣスケー
ルで42〜52の硬度を示し、約1065℃（1950〓）の
融点を有している。原子核応用装置のように、放
射能によつて汚染される危険がある場所で使用さ
れる場合には、その合金はコバルトを含有しない
（例えば重量で0.2％を超えない）ことが好まし
い。この合金は船舶、スラストシユーズ、ブツシ
ング、原子核装置の弁要素等に適している。 他の公知の耐摩耗性コバルトベース合金には、
重量で、1.8〜2.2％Ｃ、0.5〜１％Mn、0.8〜1.5％
Si、30〜33％Cr、最大３％のNi、11〜13％Ｗ、
最大２％のFeを含み、残部がコバルトである組
成物が提案されている。この合金の硬度はロツク
ウエルＣスケールで約54〜58の範囲にある。 高硬度の表面を有する鋳造物及び鋳型を作る場
合、高クロム、高炭素ニツケルベース合金のよう
な複合耐摩耗及び耐食性合金を使用している。こ
れらは凝固が生じる液相−固相温度が比較的大き
いため、凝固の際に、溶融状態の合金に偏析が生
じるという欠点を有している。これはブツシン
グ、スリーブ等のように、表面硬度が重要である
耐摩耗性鋳造物を製造する場合に特に重要であ
る。 本発明は合金の固相−液相温度範囲が狭く、液
相から固相へ凝固中、合金の偏析量を最小限に留
めることができるニツケルベース合金を開示す
る。 本発明の目的は耐摩耗及び耐食性で且つ高硬度
の高クロム含有、高炭素含有ニツケルベース合金
を提供することである。 本発明の他の目的は高クロム含有、高炭素含有
ニツケルベース合金によつて形成された溶接用材
料を提供し、これによつて、耐食性及び耐摩耗性
を有する溶着物を提供することである。 本発明の更に他の目的は製造品として、高クロ
ム含有及び高炭素含有ニツケルベース合金から作
られた耐摩耗及び耐食性被覆を提供することであ
る。 本発明のより他の目的は高クロム含有、高炭素
含有ニツケルベース合金の粉末組成物を提供する
ことである。 本発明の一実施例は重量で、約20％〜35％の
Cr、約１〜８％のSi、約1.7％〜3.5％のＣ、０〜
15％のＷを含み、さらに、５％までのCu及び５
％までのMoのうち少なくとも一種を含み、少な
くとも50％がニツケルであるニツケルベース耐摩
耗及び耐食性合金を開示している。組成中の炭素
の量は式M7C3（ここで、Ｍは必須的にクロムを含
んでいる）であらわされる炭化物を生成するため
に、クロムと化学量的に関連付けられている。ま
た、M7C3炭化物中のクロムは組成物中の全クロ
ムの約65％から100％未満の範囲にあり、且つ、
組成物の融点は約1350℃より低い。 組成物から生成された合金はロツクウエルＣス
ケール硬度で約35〜55の範囲にある。この合金は
約５％までのCu（好ましくは約１〜４％）及び約
５％までのMo（好ましくは約１〜４％）からな
る群から選ばれた少くとも１つの付加金属がさら
に含まれ、残部として少くとも約50％のNiの存
在のもので、耐酸性を示す。 組成物中のクロムは大部分M7C3の形で結合さ
れている。このため、合金組成物は比較的に狭い
溶融範囲を有している。したがつて、凝固中、合
金の偏析を最小限にすることができ、鋳造物、溶
接付着物、あるいは、金属基板上の被覆として
も、役立つ。 M7C3化合物は必須的には全クロムの約65から
100％より少ないクロム炭化物を含んでいるが、
その化合物中に少量の他の金属が他の化合物、例
えば、（CrW）7C3、（Crni）7C3又は（CrWNi）7C3
の形で存在していてもよい。即ち、M7C3はクロ
ムを必須成分とする炭化物の他の形式をも含んで
いることを意味している。炭化物中のクロムの量
は合金組成物中の全クロム量の少なくとも65％か
ら約100％より少ない範囲にある。好ましい炭化
物中のクロム量は全クロム量の77％〜100％の間
である。 上述したことからも明らかな通り、質量作用の
法則にしたがつて、クロムのある部分はニツケル
マトリツクス中に入り、固溶体を形成し、最終的
な合金に耐食性を与える。クロムの残部（少くと
も65％）はM7C3化合物を形成する。 前述した合金は溶接用材料、高硬度表面被覆を
作るための合金粉末、耐摩耗性弁座用粉末冶金半
製品、耐摩耗スリーブ、プツシング、及び耐摩耗
性リング、等の耐食性鋳型に特に有効である。 前に述べたように、この組成物に約５％までの
Cu及び約５％までのMoから選ばれた少くとも一
つの金属を加えることによつて、耐酸性を向上さ
せることができる。Moの量は等量のタングステ
ンに置換できる。Cu及びMoの量はともに約１〜
４％の範囲にあることが好ましい。 好ましい合金は約30％Cr、約〜５％Si、約2.4
％Ｃ、約５％Ｗ及び残部ニツケル（例えば約58％
〜61％）を含んでおり、Cu及びMoの添加は耐食
性を改善するのに役立つ。Cu及びMoの一方又は
双方の量が１％の何分の１かでも加えられると、
耐食性を向上させることができる。また、５％を
越えても何等の効果も得られない。更に、合金に
タングステンを添加することは耐摩耗性を改善す
るのに役立つが、この成分は必ずしも必須ではな
い。M7C3化合物を作る際の化学量論的な関係は
合金の共晶融点又はその近傍になることが重要で
ある。２％Si及び２％Ｃによつて1220℃から1300
℃、５％Si及び２％Ｃによつて1230℃から1280℃
のように狭い液相−固相温度範囲が得られる。液
相−固相温度範囲が狭いため、合金から製作され
た鋳造物及び高硬度表面鋳造物における偏析を最
小限とすることができる。合金の融点は1350℃よ
り低く、一般には1300℃を越えない。 原子核装置に適用する場合、合金は鉄、コバル
ト、及びボロンを含まないことが必要である。即
ち、鉄及びコバルトは重量で約0.2％を越えては
ならず、またボロンは0.1％以下に保たれなけれ
ばならない。 本発明の合金組成の例は次の通りである。
金及びこの合金によつて作られた製造品、例え
ば、溶接用材料及び弁座のように、金属基板上に
高硬度の表面要素を生成するための粉末冶金半製
品及び耐摩耗、耐食性鋳造物に関するものであ
る。 従来、高硬度表面を有する基板、弁座、及び耐
摩耗性鋳型を作るための耐摩耗及び耐食性合金が
知られている。 公知の耐摩耗性組成物には、重量で約0.9〜1.6
％のＣ、最大0.5％のMn、0.8〜1.5％のSi、26〜
29％のCr、４〜６％のＷ、最大２％のFeを含み、
残部がコバルトであるコバルトベースの合金があ
る。この合金は室温及び高温における摩耗及び金
属と金属との接触による摩損、機械的及び熱的な
衝撃又はストレス荷重による摩損を防止するのに
適している。この合金はロツクウエルＣスケール
の硬度で約40〜49の範囲にある。 もう一つの組成物として、重量で、0.25〜0.75
％のＣ、３〜５％のSi、10〜15％のCr、３〜５
％のFe、1.5〜４％のＢ、最大0.2％のCoを含み、
残部の少なくとも77％がニツケルであるニツケル
ベース合金がある。鋳型を遠心的に製作するのに
特に適しているこの合金はロツクウエルＣスケー
ルで42〜52の硬度を示し、約1065℃（1950〓）の
融点を有している。原子核応用装置のように、放
射能によつて汚染される危険がある場所で使用さ
れる場合には、その合金はコバルトを含有しない
（例えば重量で0.2％を超えない）ことが好まし
い。この合金は船舶、スラストシユーズ、ブツシ
ング、原子核装置の弁要素等に適している。 他の公知の耐摩耗性コバルトベース合金には、
重量で、1.8〜2.2％Ｃ、0.5〜１％Mn、0.8〜1.5％
Si、30〜33％Cr、最大３％のNi、11〜13％Ｗ、
最大２％のFeを含み、残部がコバルトである組
成物が提案されている。この合金の硬度はロツク
ウエルＣスケールで約54〜58の範囲にある。 高硬度の表面を有する鋳造物及び鋳型を作る場
合、高クロム、高炭素ニツケルベース合金のよう
な複合耐摩耗及び耐食性合金を使用している。こ
れらは凝固が生じる液相−固相温度が比較的大き
いため、凝固の際に、溶融状態の合金に偏析が生
じるという欠点を有している。これはブツシン
グ、スリーブ等のように、表面硬度が重要である
耐摩耗性鋳造物を製造する場合に特に重要であ
る。 本発明は合金の固相−液相温度範囲が狭く、液
相から固相へ凝固中、合金の偏析量を最小限に留
めることができるニツケルベース合金を開示す
る。 本発明の目的は耐摩耗及び耐食性で且つ高硬度
の高クロム含有、高炭素含有ニツケルベース合金
を提供することである。 本発明の他の目的は高クロム含有、高炭素含有
ニツケルベース合金によつて形成された溶接用材
料を提供し、これによつて、耐食性及び耐摩耗性
を有する溶着物を提供することである。 本発明の更に他の目的は製造品として、高クロ
ム含有及び高炭素含有ニツケルベース合金から作
られた耐摩耗及び耐食性被覆を提供することであ
る。 本発明のより他の目的は高クロム含有、高炭素
含有ニツケルベース合金の粉末組成物を提供する
ことである。 本発明の一実施例は重量で、約20％〜35％の
Cr、約１〜８％のSi、約1.7％〜3.5％のＣ、０〜
15％のＷを含み、さらに、５％までのCu及び５
％までのMoのうち少なくとも一種を含み、少な
くとも50％がニツケルであるニツケルベース耐摩
耗及び耐食性合金を開示している。組成中の炭素
の量は式M7C3（ここで、Ｍは必須的にクロムを含
んでいる）であらわされる炭化物を生成するため
に、クロムと化学量的に関連付けられている。ま
た、M7C3炭化物中のクロムは組成物中の全クロ
ムの約65％から100％未満の範囲にあり、且つ、
組成物の融点は約1350℃より低い。 組成物から生成された合金はロツクウエルＣス
ケール硬度で約35〜55の範囲にある。この合金は
約５％までのCu（好ましくは約１〜４％）及び約
５％までのMo（好ましくは約１〜４％）からな
る群から選ばれた少くとも１つの付加金属がさら
に含まれ、残部として少くとも約50％のNiの存
在のもので、耐酸性を示す。 組成物中のクロムは大部分M7C3の形で結合さ
れている。このため、合金組成物は比較的に狭い
溶融範囲を有している。したがつて、凝固中、合
金の偏析を最小限にすることができ、鋳造物、溶
接付着物、あるいは、金属基板上の被覆として
も、役立つ。 M7C3化合物は必須的には全クロムの約65から
100％より少ないクロム炭化物を含んでいるが、
その化合物中に少量の他の金属が他の化合物、例
えば、（CrW）7C3、（Crni）7C3又は（CrWNi）7C3
の形で存在していてもよい。即ち、M7C3はクロ
ムを必須成分とする炭化物の他の形式をも含んで
いることを意味している。炭化物中のクロムの量
は合金組成物中の全クロム量の少なくとも65％か
ら約100％より少ない範囲にある。好ましい炭化
物中のクロム量は全クロム量の77％〜100％の間
である。 上述したことからも明らかな通り、質量作用の
法則にしたがつて、クロムのある部分はニツケル
マトリツクス中に入り、固溶体を形成し、最終的
な合金に耐食性を与える。クロムの残部（少くと
も65％）はM7C3化合物を形成する。 前述した合金は溶接用材料、高硬度表面被覆を
作るための合金粉末、耐摩耗性弁座用粉末冶金半
製品、耐摩耗スリーブ、プツシング、及び耐摩耗
性リング、等の耐食性鋳型に特に有効である。 前に述べたように、この組成物に約５％までの
Cu及び約５％までのMoから選ばれた少くとも一
つの金属を加えることによつて、耐酸性を向上さ
せることができる。Moの量は等量のタングステ
ンに置換できる。Cu及びMoの量はともに約１〜
４％の範囲にあることが好ましい。 好ましい合金は約30％Cr、約〜５％Si、約2.4
％Ｃ、約５％Ｗ及び残部ニツケル（例えば約58％
〜61％）を含んでおり、Cu及びMoの添加は耐食
性を改善するのに役立つ。Cu及びMoの一方又は
双方の量が１％の何分の１かでも加えられると、
耐食性を向上させることができる。また、５％を
越えても何等の効果も得られない。更に、合金に
タングステンを添加することは耐摩耗性を改善す
るのに役立つが、この成分は必ずしも必須ではな
い。M7C3化合物を作る際の化学量論的な関係は
合金の共晶融点又はその近傍になることが重要で
ある。２％Si及び２％Ｃによつて1220℃から1300
℃、５％Si及び２％Ｃによつて1230℃から1280℃
のように狭い液相−固相温度範囲が得られる。液
相−固相温度範囲が狭いため、合金から製作され
た鋳造物及び高硬度表面鋳造物における偏析を最
小限とすることができる。合金の融点は1350℃よ
り低く、一般には1300℃を越えない。 原子核装置に適用する場合、合金は鉄、コバル
ト、及びボロンを含まないことが必要である。即
ち、鉄及びコバルトは重量で約0.2％を越えては
ならず、またボロンは0.1％以下に保たれなけれ
ばならない。 本発明の合金組成の例は次の通りである。
【表】
例えば、No.４合金では、クロムの約93％が炭素
と結合可能である。しかし、前述したように、
CrはM7C3の必須成分を形成しているが、このCr
とM7C3の異体を形成するタングステン、モリブ
デンのような成分が少量加えられてもよい。 以下、耐摩耗性並びに耐食性を有する本発明に
係る合金における各成分の限定理由について説明
する。まず、20％未満のCrは、耐摩耗性と共に
耐食性を低下させる。35％を越えるCrは何等の
効果をうることが出来ず、逆に、脆性を高くす
る。 少なくとも１％のSiが存在すれば、合金の溶融
中における流動性が保たれ、且つ、合金の耐食性
を向上させる。８％を越えるSiは脆性を高く、即
ち、脆くする。この点で、Siは６％以下の方が望
ましい。 Crの量と関連づけられた1.7〜3.5％の炭素は
Cr7C3を形成するために重要である。1.7％よりは
少ないCrは上記した組成物の形成を困難にし、
他方、3.5％を越すCrは合金を脆くしてしまう。 Cu及びMoは耐食性を向上させるのに役立つが
５％を越えた時には、何等の効果も得られなかつ
た。合金に対するタングステンの添加は耐摩耗性
を向上させるが、15％を越えてタングステンを添
加しても耐摩耗性に対する効果は向上しなかつ
た。 以上、本発明を好ましい実施例について説明し
たが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変
形、及び修正が可能であることは言うまでもな
い。
と結合可能である。しかし、前述したように、
CrはM7C3の必須成分を形成しているが、このCr
とM7C3の異体を形成するタングステン、モリブ
デンのような成分が少量加えられてもよい。 以下、耐摩耗性並びに耐食性を有する本発明に
係る合金における各成分の限定理由について説明
する。まず、20％未満のCrは、耐摩耗性と共に
耐食性を低下させる。35％を越えるCrは何等の
効果をうることが出来ず、逆に、脆性を高くす
る。 少なくとも１％のSiが存在すれば、合金の溶融
中における流動性が保たれ、且つ、合金の耐食性
を向上させる。８％を越えるSiは脆性を高く、即
ち、脆くする。この点で、Siは６％以下の方が望
ましい。 Crの量と関連づけられた1.7〜3.5％の炭素は
Cr7C3を形成するために重要である。1.7％よりは
少ないCrは上記した組成物の形成を困難にし、
他方、3.5％を越すCrは合金を脆くしてしまう。 Cu及びMoは耐食性を向上させるのに役立つが
５％を越えた時には、何等の効果も得られなかつ
た。合金に対するタングステンの添加は耐摩耗性
を向上させるが、15％を越えてタングステンを添
加しても耐摩耗性に対する効果は向上しなかつ
た。 以上、本発明を好ましい実施例について説明し
たが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変
形、及び修正が可能であることは言うまでもな
い。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量で、20〜35％のCr、１〜８％のSi、1.7
〜3.5％のＣ、さらに、５％までのCu及び５％ま
でのMoのうち少なくとも一種と、少なくとも50
％のNiからなる組成物から生成される耐摩耗及
び耐食性ニツケルベース合金において、前記合金
中に含まれる炭素の量は、M7C3の式で与えられ
る炭化物を形成するように、化学量論的にクロム
と関連付けられており、前記Ｍは必須的にクロム
を含有し、且つ、前記M7C3のクロムの量は前記
合金中の全クロムの65から100未満の範囲にあり、
前記組成物の融点は1350℃より低く、且つ、狭い
溶融温度範囲を有すると共に、凝固中における偏
析を最小限にできることを特徴とする耐摩耗及び
耐食性ニツケルベース合金。 ２ 重量で、20〜35％のCr、１〜８％のSi、1.7
〜3.5％のＣ、15％までのＷ、さらに、５％まで
のCu及び５％までのMoのうち少なくとも一種
と、少なくとも50％のNiからなる組成物から生
成される耐摩耗及び耐食性ニツケルベース合金に
おいて、前記合金中に含まれる炭素の量は、
M7C3の式で与えられる炭化物を形成するように、
化学量論的にクロムと関連付けられており、前記
Ｍは必須的にクロムを含有し、且つ、前記M7C3
のクロムの量は前記合金中の全クロムの65から
100未満の範囲にあり、前記組成物の融点は1350
℃より低く、且つ、狭い溶融温度範囲を有すると
共に、凝固中における偏析を最小限にできること
を特徴とする耐摩耗及び耐食性ニツケルベース合
金。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US05/784,376 US4118254A (en) | 1977-04-04 | 1977-04-04 | Wear and corrosion resistant nickel-base alloy |
| US784376 | 1977-04-04 |
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|---|---|
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