JP2001515961A - 耐食性超硬合金 - Google Patents
耐食性超硬合金Info
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、ＷＣおよび６〜１５wt％の結合相を含有し、該結合相が８〜１２wt％のＣｒ＋Ｍｏを含有し、ＷＣ粒子の平均粒径が３〜１０μｍである耐食耐酸化性超硬合金に関する。この超硬合金は、炭素の総含有量を６．１３−（０．０５±０．００７）×結合相含有量（wt％）の範囲内とすることにより得られる。
Description
【０００１】 本発明は、耐食性超硬合金に関する。製造工程を精密に制御することにより、
耐食性のある結合相と粗大炭化物粒子とを備えた超硬合金が得られた。
耐食性のある結合相と粗大炭化物粒子とを備えた超硬合金が得られた。
【０００２】 シールリング、軸受け、ブッシュ、熱延ロールのように耐食性を必要とする用
途に用いる超硬合金は、一般に結合相がＣｏ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏから成り、
Ｃｒおよび／またはＭｏが腐食防止用添加元素として作用する。その一例がヨー
ロッパ特許第２８６２０号に開示されている。Ｃｒおよび／またはＭｏを添加す
ることによる欠点は、これらの元素、特にＣｒが、粒成長を阻害することであり
、その結果、粒径の大きい耐食性の優れた超硬合金が得られないことである。上
記ヨーロッパ特許第２８６２０号にはＷＣ粒径＜２μｍが記載されている。
途に用いる超硬合金は、一般に結合相がＣｏ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏから成り、
Ｃｒおよび／またはＭｏが腐食防止用添加元素として作用する。その一例がヨー
ロッパ特許第２８６２０号に開示されている。Ｃｒおよび／またはＭｏを添加す
ることによる欠点は、これらの元素、特にＣｒが、粒成長を阻害することであり
、その結果、粒径の大きい耐食性の優れた超硬合金が得られないことである。上
記ヨーロッパ特許第２８６２０号にはＷＣ粒径＜２μｍが記載されている。
【０００３】 本発明者は、結合相を炭素飽和状態にすると、Ｃｒおよび／またはＭｏの粒成
長阻害作用が抑制され、焼結中に粒成長が起きる、という意外な事実を見出した
。それにより、粗大なＷＣ粒子を備えた耐食性超硬合金が得られる。ＷＣ粒子の
平均粒径は３〜１０μｍ、望ましくは４〜８μｍ、最も望ましくは約５μｍであ
る。本発明による超硬合金はグラファイトを含まないことが望ましい。ただし、
超硬合金の内部についてはＣＯ２未満のある程度のグラファイトポロシティーは
許容できる。しかし、腐食が生じ得る表層部についてはグラファイトは電気化学
的反応に関与するので、存在すべきでない。したがって、本発明の超硬合金は、
グラファイトを含有しない表層部を備えているべきである。グラファイトを含有
しない表層部の厚さは、超硬合金の用途に応じて数μｍから数ｍｍの範囲である
。
長阻害作用が抑制され、焼結中に粒成長が起きる、という意外な事実を見出した
。それにより、粗大なＷＣ粒子を備えた耐食性超硬合金が得られる。ＷＣ粒子の
平均粒径は３〜１０μｍ、望ましくは４〜８μｍ、最も望ましくは約５μｍであ
る。本発明による超硬合金はグラファイトを含まないことが望ましい。ただし、
超硬合金の内部についてはＣＯ２未満のある程度のグラファイトポロシティーは
許容できる。しかし、腐食が生じ得る表層部についてはグラファイトは電気化学
的反応に関与するので、存在すべきでない。したがって、本発明の超硬合金は、
グラファイトを含有しない表層部を備えているべきである。グラファイトを含有
しない表層部の厚さは、超硬合金の用途に応じて数μｍから数ｍｍの範囲である
。
【０００４】 本発明の超硬合金は、結合相の含有量が６〜１５wt％、望ましくは８〜１２wt
％である。第一の実施形態においては、結合相はＣｏ＋Ｎｉから成り、Ｃｏ／Ｎ
ｉ比が０．３〜３、望ましくは０．７５〜１．２５、最も望ましくは約１であり
、望ましい含有量は約１０wt％である。第二の実施形態においては、結合相は８
〜９wt％のＮｉから成る。ＷＣ以外に、５wt％以下の他の立方晶炭化物が存在し
ていてもよい。
％である。第一の実施形態においては、結合相はＣｏ＋Ｎｉから成り、Ｃｏ／Ｎ
ｉ比が０．３〜３、望ましくは０．７５〜１．２５、最も望ましくは約１であり
、望ましい含有量は約１０wt％である。第二の実施形態においては、結合相は８
〜９wt％のＮｉから成る。ＷＣ以外に、５wt％以下の他の立方晶炭化物が存在し
ていてもよい。
【０００５】 炭素の総含有量は６．１３−（０．０５±０．００７）×（Ｃｏ＋Ｎｉ）結合
相の含有量（wt％）の範囲内とする。 Ｃｒおよび／またはＭｏの含有量は、結合相がこれらの元素について飽和状態
になるようにする。結合相中のＣｒ＋Ｍｏ量を８〜１２wt％とすると、最適の耐
食性が得られる。Ｃｒ＋Ｍｏ量をこれより多くしても、それに対応して炭化物が
生成するだけである。腐食低減元素としてＣｒのみを用いることが望ましい。塩
化物に曝される用途の場合にはＭｏを添加することが望ましい。結合相中のＭｏ
の含有量は望ましくは０．５〜５wt％である。
相の含有量（wt％）の範囲内とする。 Ｃｒおよび／またはＭｏの含有量は、結合相がこれらの元素について飽和状態
になるようにする。結合相中のＣｒ＋Ｍｏ量を８〜１２wt％とすると、最適の耐
食性が得られる。Ｃｒ＋Ｍｏ量をこれより多くしても、それに対応して炭化物が
生成するだけである。腐食低減元素としてＣｒのみを用いることが望ましい。塩
化物に曝される用途の場合にはＭｏを添加することが望ましい。結合相中のＭｏ
の含有量は望ましくは０．５〜５wt％である。
【０００６】 本発明の方法においては、硬質成分を構成する粉末および結合相を構成する粉
末を一緒にして湿式混練し、乾燥し、所望形状に加圧成形し、焼結する。その際
、混合粉末の炭素含有量は、焼結後の炭素含有量が上記規定範囲になるように設
定する。炭素含有量を高くするには、焼結を許容温度範囲の上限で行う。本発明
による結合相含有量を得るには、焼結温度を１５５０℃より高温にすることが適
当である。焼結温度からの冷却は極力高速で行う必要があり、１１００℃までを
１５℃／分より高速で冷却する。
末を一緒にして湿式混練し、乾燥し、所望形状に加圧成形し、焼結する。その際
、混合粉末の炭素含有量は、焼結後の炭素含有量が上記規定範囲になるように設
定する。炭素含有量を高くするには、焼結を許容温度範囲の上限で行う。本発明
による結合相含有量を得るには、焼結温度を１５５０℃より高温にすることが適
当である。焼結温度からの冷却は極力高速で行う必要があり、１１００℃までを
１５℃／分より高速で冷却する。
【０００７】 本発明による材料は、高ｐＶ値を必要とする上水あるいは海水に用いるポンプ
のシールリングとして特に有用である。このポンプの典型的な運転条件は、運転
圧力０．５ＭＰａ以上、回転速度２５００ｒｐｍである。 〔実施例１〕 ９１％ＷＣ、８％Ｎｉ、０．７％Ｃｒおよび０．３％Ｍｏの組成を有する超硬
合金シールリングを複数個製造した。リングの半数は本発明により１５７０℃に
て焼結し、焼結温度から１３℃／分の速度で冷却した。粉末の時点で付加的に炭
素（煤）を添加した結果、リングの炭素含有量は５．７０wt％になった。その結
果得られたミクロ組織は、図１に示すようにＷＣ粒子の平均粒径が５μｍであっ
た。リングの残り半数は従来法により１５２０℃にて焼結したところ、焼結後の
炭素含有量が５．６４wt％であり、図２に示すようにＷＣ粒子の平均粒径は１μ
ｍであった。
のシールリングとして特に有用である。このポンプの典型的な運転条件は、運転
圧力０．５ＭＰａ以上、回転速度２５００ｒｐｍである。 〔実施例１〕 ９１％ＷＣ、８％Ｎｉ、０．７％Ｃｒおよび０．３％Ｍｏの組成を有する超硬
合金シールリングを複数個製造した。リングの半数は本発明により１５７０℃に
て焼結し、焼結温度から１３℃／分の速度で冷却した。粉末の時点で付加的に炭
素（煤）を添加した結果、リングの炭素含有量は５．７０wt％になった。その結
果得られたミクロ組織は、図１に示すようにＷＣ粒子の平均粒径が５μｍであっ
た。リングの残り半数は従来法により１５２０℃にて焼結したところ、焼結後の
炭素含有量が５．６４wt％であり、図２に示すようにＷＣ粒子の平均粒径は１μ
ｍであった。
【０００８】 〔実施例２〕 実施例１にて作製したリングについて、同じ組成のリング同士を一方は固定し
他方は回転させる標準的な試験を行った。試験は、種々の腐食媒体中を用い、種
々のリング加圧力で行った。リングの種類毎に３対づつ試験して結果を得た。 温度：４０℃、時間：７００時間、速度：３０００ｒｐｍにて試験を行った。
試験時間１００時間毎にリングの摩耗と破損を検査した。
他方は回転させる標準的な試験を行った。試験は、種々の腐食媒体中を用い、種
々のリング加圧力で行った。リングの種類毎に３対づつ試験して結果を得た。 温度：４０℃、時間：７００時間、速度：３０００ｒｐｍにて試験を行った。
試験時間１００時間毎にリングの摩耗と破損を検査した。
【０００９】 試験結果は下記のとおりであった。 試験１ 従来技術による材料。腐食媒体：水、リング加圧力：０．３ＭＰａ。 結果 摩耗：０．２μｍ、ポンプからの媒体漏洩：０．１ｍｌ／ｈ。 シール面に熱亀裂およびチッピングが発生。
【００１０】 本発明による材料。試験条件は上記と同じ。 結果 摩耗：０．１μｍ、ポンプからの媒体漏洩：０．０５ｍｌ／ｈ。 シールリング表面は亀裂がなく正常。 試験２ 従来技術による材料。腐食媒体：３％ＮａＣｌ、加圧力：０．５ＭＰａ。
【００１１】 結果 摩耗：１．４μｍ、ポンプからの媒体漏洩：０．１ｍｌ／ｈ。 顕著な摩耗。小さい亀裂あり。シール面に顕著なシッピングあり。 本発明による材料。試験条件は上記と同じ。 結果 摩耗：０．２μｍ、ポンプからの媒体漏洩：０．０７ｍｌ／ｈ。 腐食は全く認められず。シール面は正常な形状で、亀裂もチッピングもなし。
【００１２】 〔実施例３〕 本発明により９０％ＷＣ、４．７％Ｃｏ、４．３％Ｎｉおよび１％Ｃｒの組成
を有する超硬合金シールリングを複数個製造した。焼結は、温度１５７０℃、冷
却速度１５℃／分にて行った。冷却雰囲気は水素ガスであった。粉末の時点で付
加的に炭素（煤）を添加した結果、リングの炭素含有量は５．６５wt％となった
。ミクロ組織は良好で均一な焼結組織であり、ＷＣ粒子の平均粒径は５μｍであ
った。
を有する超硬合金シールリングを複数個製造した。焼結は、温度１５７０℃、冷
却速度１５℃／分にて行った。冷却雰囲気は水素ガスであった。粉末の時点で付
加的に炭素（煤）を添加した結果、リングの炭素含有量は５．６５wt％となった
。ミクロ組織は良好で均一な焼結組織であり、ＷＣ粒子の平均粒径は５μｍであ
った。
【００１３】 これに対応する従来技術によるシールリングを、炭素含有量５．５２wt％、焼
結温度１４５０℃で製造した。ミクロ組織は良好で均一な焼結組織であり、ＷＣ
粒子の平均粒径は１．８μｍであった。 本発明および従来技術について、いずれも３組のシールリングを製造した。回
転側および固定側のリングの外形（ＯＤ）は１７５ｍｍであった。内径（ＩＤ）
は１５０ｍｍであった。シール面は幅３ｍｍであった。６０ｋＷのモーターと付
属部材を備えた６基のプロペラ式ポンプについて、実地試験を行った。海水中に
深さ３０ｍまで浸漬した。２１００時間作動後にポンプを引き上げた。検査の結
果、従来技術の超硬合金を用いたシールリングパッケージは全て、シール面に熱
亀裂が発生していた。その内の一つでは、亀裂がリングを貫通したために漏洩が
発生した。従来技術によるシールリングパッケージは全て、亀裂の発生によりシ
ール面で材料のチッピング（剥がれ）が発生した。この現象はシール用途におい
ては致命的であり、壊滅的な破壊を引き起こしかねない。
結温度１４５０℃で製造した。ミクロ組織は良好で均一な焼結組織であり、ＷＣ
粒子の平均粒径は１．８μｍであった。 本発明および従来技術について、いずれも３組のシールリングを製造した。回
転側および固定側のリングの外形（ＯＤ）は１７５ｍｍであった。内径（ＩＤ）
は１５０ｍｍであった。シール面は幅３ｍｍであった。６０ｋＷのモーターと付
属部材を備えた６基のプロペラ式ポンプについて、実地試験を行った。海水中に
深さ３０ｍまで浸漬した。２１００時間作動後にポンプを引き上げた。検査の結
果、従来技術の超硬合金を用いたシールリングパッケージは全て、シール面に熱
亀裂が発生していた。その内の一つでは、亀裂がリングを貫通したために漏洩が
発生した。従来技術によるシールリングパッケージは全て、亀裂の発生によりシ
ール面で材料のチッピング（剥がれ）が発生した。この現象はシール用途におい
ては致命的であり、壊滅的な破壊を引き起こしかねない。
【００１４】 本発明によるシールリングにも熱亀裂は認められたが、シール面での超硬合金
材料のチッピングは認められなかった。 従来技術によるシールリングは廃却処分し、他のシールリングに交換した。本
発明によるシールリングは、シール面の予備手入れなしに更に２１００時間の作
動を行った。この２回目のテスト後の検査でも、熱亀裂の挙動は変化がなかった
。
材料のチッピングは認められなかった。 従来技術によるシールリングは廃却処分し、他のシールリングに交換した。本
発明によるシールリングは、シール面の予備手入れなしに更に２１００時間の作
動を行った。この２回目のテスト後の検査でも、熱亀裂の挙動は変化がなかった
。
【００１５】 シール面のチッピングは発生せず、シールリングは再びポンプに用いることが
できた。 シール面の摩耗は、この用途では決定的な要因ではないので、測定は行わなか
った。 このように、本発明の超硬合金により信頼性が大幅に向上し、この用途でのポ
ンプに安定して用いることができる。
できた。 シール面の摩耗は、この用途では決定的な要因ではないので、測定は行わなか
った。 このように、本発明の超硬合金により信頼性が大幅に向上し、この用途でのポ
ンプに安定して用いることができる。
【図１】 図１は、本発明による超硬合金のミクロ組織を示す倍率１７００倍の顕微鏡写
真である。
真である。
【図２】 図２は、図１と同じ組成で従来の焼結方法により得られた超硬合金のミクロ組
織を示す倍率１７００倍の顕微鏡写真である。
織を示す倍率１７００倍の顕微鏡写真である。
Claims (9)
- 【請求項１】 ＷＣおよび６〜１５wt％の結合相を含み、該結合相が８〜１
２wt％のＣｒ＋Ｍｏを含む耐食耐酸化性超硬合金において、 ＷＣ粒子の平均粒径が３〜１０μｍであり、炭素の総含有量が６．１３−（０
．０５±０．００７）×結合相（Ｃｏ＋Ｎｉ）の含有量（wt％）の範囲内にある
ことを特徴とする耐食耐酸化性超硬合金。 - 【請求項２】 請求項１において、ＷＣ粒子の平均粒径が４〜８μｍである
ことを特徴とする超硬合金。 - 【請求項３】 請求項１において、ＷＣ粒子の平均粒径が約５μｍであるこ
とを特徴とする超硬合金。 - 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項において、結合相の含有
量が８〜１１wt％であることを特徴とする超硬合金。 - 【請求項５】 請求項１から３までのいずれか１項において、結合相（Ｃｏ
＋Ｎｉ）の含有量が約１０wt％であって、Ｃｏ／Ｎｉ比が０．７５〜１．２５で
あることを特徴とする超硬合金。 - 【請求項６】 請求項１から５までのいずれか１項において、結合相がＭｏ
を含まないことを特徴とする超硬合金。 - 【請求項７】 ＷＣおよび６〜１５wt％の結合相を含み、該結合相が８〜１
２wt％のＣｒ＋Ｍｏを含む耐食耐酸化性超硬合金を製造する方法であって、硬質
成分を構成する粉末および結合相を構成する粉末を混練し、乾燥し、得られた混
合粉末を所望形状に加圧成形し、焼結する製造方法において、 上記焼結された超硬合金の炭素含有量が６．１３−（０．０５±０．００７）
×結合相の含有量（wt％）となるように、上記混合粉末の炭素含有量を設定する
ことを特徴とする耐食耐酸化性超硬合金の製造方法。 - 【請求項８】 請求項７において、許容温度範囲の上限で、望ましくは１５
５０℃より高温で、焼結を行うことを特徴とする製造方法。 - 【請求項９】 請求項７または８において、焼結温度からの冷却を極力急速
に、望ましくは１１００℃までを１５℃／分以上の速度で行うことを特徴とする
製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9703202-3 | 1997-09-05 | ||
| SE9703202A SE512668C2 (sv) | 1997-09-05 | 1997-09-05 | Sätt att tillverka en korrosionsresistent hårdmetall |
| PCT/SE1998/001572 WO1999013119A1 (en) | 1997-09-05 | 1998-09-04 | Corrosion resistant cemented carbide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001515961A true JP2001515961A (ja) | 2001-09-25 |
| JP4402289B2 JP4402289B2 (ja) | 2010-01-20 |
Family
ID=20408149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000510902A Expired - Lifetime JP4402289B2 (ja) | 1997-09-05 | 1998-09-04 | 耐食性超硬合金 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6524364B1 (ja) |
| EP (1) | EP1019557B1 (ja) |
| JP (1) | JP4402289B2 (ja) |
| AT (1) | ATE235577T1 (ja) |
| DE (1) | DE69812664T2 (ja) |
| SE (1) | SE512668C2 (ja) |
| WO (1) | WO1999013119A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013544963A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-12-19 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | 超硬合金 |
| WO2021079561A1 (ja) | 2019-10-25 | 2021-04-29 | 住友電気工業株式会社 | 超硬合金及びそれを基材として含む切削工具 |
| JP2021519385A (ja) * | 2018-03-27 | 2021-08-10 | サンドヴィック マイニング アンド コンストラクション ツールズ アクティエボラーグ | 削岩機インサート |
| US12005507B2 (en) | 2019-10-25 | 2024-06-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Cemented carbide and cutting tool including same as substrate |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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