JP2006322072A - 耐腐食耐磨耗性合金 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 粉末冶金耐腐食耐摩耗性の工具鋼物品、並びにこれらの合金。物品は、窒素噴霧された合金化前高クロム、高バナジウム、高ニオブ粉末微粒子の熱間静水圧加圧によって製造される。合金は、非常に高い耐摩耗性および耐腐食性に特徴を有し、進歩した軸受構造用の構成部品、並びに、例えばプラスチック射出成形工業および食品業界で見られるような厳しいアブレシブ摩耗および腐食条件に暴される機械部品の製造に使用する場合、特に有用である。
【選択図】図3
Description
発明の分野
本発明は、窒素噴霧された合金化前高クロム、高バナジウム、高ニオブ粉末微粒子の熱間静水圧加圧によって製造される粉末冶金耐腐食性および耐摩耗性の工具鋼合金物品に関する。本発明の合金物品は、非常に高い耐摩耗性および耐腐食性に特徴を有し、進歩した軸受構造用の構成部品、並びに、例えば、とりわけ、プラスチックの射出成形工業および食品業界における厳しいアブレシブ摩耗および腐食条件に暴される機械部品を製造するための材料として、特に有用である。
要求の厳しい多くの用途−例えば、プラスチック射出成形工業におけるスクリューおよびバレルなど−において使用される合金は、満足のいくように機能するには、摩耗および腐食作用に対して耐性がなければならない。工業界において、製造パラメータ(例えば温度および圧力)は増え続ける傾向にあり、それにより、今度は、合金およびそれらの性能に関して、加工処理される材料の腐食作用および摩耗に首尾よく耐えるように絶えず増大する要求が課される。加えて、それらの材料の腐食性および摩耗性は、絶えず増大している。
本発明の高クロム、高バナジウム粉末冶金マルテンサイト系ステンレス鋼物品の耐摩耗性、耐腐食性、および硬度の間の改善されたバランスが、ニオブの添加によって影響を受けることが見出された。本発明の合金物品は、腐食特性と摩耗特性の独自の組合せを有し、それは、適切な熱処理を選択するだけでなく、その全体の化学組成を調整することによって達成される。
炭素 2.0〜3.5、好ましくは2.7〜3.0;
ケイ素 最大1.0;
クロム 12.0〜16.0、好ましくは13.5〜14.5;
モリブデン 2.0〜5.0、好ましくは3.0〜4.0;
バナジウム 6.0〜11.0、好ましくは8.5〜9.5;
ニオブ 2.0〜6.0、好ましくは3.0〜4.0;
コバルト 1.5〜5.0、好ましくは2.0〜3.0;
窒素 0.05〜0.30、好ましくは0.10〜0.20;
並びに、残分の鉄および付随的な不純物。
Cmin=0.4+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N
Cmax=0.6+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N
に従って、クロム、モリブデン、バナジウム、および窒素と釣り合っていることが好ましい。
試験した化学組成
表1は、実験的に調べた化学組成を示し、その組成は、耐腐食性および耐摩耗性特性の改善された組合せを達成した本発明の合金物品をもたらした。03−192〜04−099で報告される合金は、本発明による合金である。
Cmin=0.4+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N
Cmax=0.6+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N
%V=(50.9/92.9)×%Nb
ここで、50.9および92.9は、それぞれバナジウムおよびニオブの原子量である。ニオブとバナジウムは、耐摩耗性に関して言えば等価な元素である。しかし、これら2種の元素は、耐腐食性に関しては同じ作用を有さない。ニオブが存在すると、MC一次炭化物中のクロムの溶解度を低下させる、すなわち、ニオブバナジウム−高濃度MC一次炭化物は、バナジウム高濃度MC一次炭化物と比較して、より少量しかクロムを含まない。これにより、母相中の「自由」クロムの量を増大させ、耐腐食性を高める。
2050°Fおよび2150°F。
結果を表2および3に示す。ニオブを含む合金では、母相中の「自由」クロムの量が多い。熱力学計算より、ニオブが存在すると、MC一次炭化物におけるクロムの溶解度が低下し(表3を参照されたい)、その結果として、母相中により多い含量の「自由」クロムが得られることが見出された。
図3は、本発明の合金(合金番号04−099)の微細構造を示す。合金は、油中の2150°Fから焼入れし、かつ、2h+2h+2hの間、975°Fで焼戻しした。ビレラ(Vilella)試薬を用いて90秒間エッチングした後、一次炭化物の総体積は21.7パーセントと測定され、標準偏差は0.7パーセントであった。
Cbal=%C−[0.4+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N]
コバルトの作用、および、本発明の合金においてそれを使用する必要性を実証するため、合金(04−100)を特に調製した。熱力学計算および実験結果の両方から、Fe−2.8C−14Cr−3.5Mo−9V−3.5Nb−0.13N系は、熱処理された微細構造からフェライトを排除すべき場合、少なくとも1.5重量%のCoを含む必要があることが明確に示された。本発明の合金における主要合金元素(クロム、モリブデン、バナジウム、およびニオブ)は、全てフェライト形成元素である。コバルトを含まない合金において、フェライトの存在、並びに、不十分な熱処理応答特性が実際に観察された(04−100)。
孔食抵抗当量数:
孔食抵抗当量数(PRE)は、オーステナイト系ステンレス鋼の孔食および隙間腐食に対する耐性を評価するのに有用である。PREは、以下の式を使用して算出される:
Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N
動電位試験を使用して、本発明の合金および商業的に入手可能な耐摩耗耐腐食性合金の孔食抵抗を評価した。試験は、1%のNaClを含む水性溶液中で行った。試験は、0.2mV/秒の走査速度で、−0.8V対SCE(飽和カロメル参照電極)から最高0.5Vまで電位を変化させることによって行った。2個のグラファイトロッドを対向電極として使用した。各試験片を試験する前、試験溶液を、窒素ガスを用いて少なくとも20分間パージした。合金の孔食抵抗は、動電位曲線から得られる孔食電圧(Epit)によって定義される。孔食電圧がより正になるほど、その合金は、孔食に対する抵抗がより大きくなる。各試験の前、試験片を600グリットペーパーで研磨した。その後、試験片を洗浄し、アルコールを用いて乾燥させた。
各焼戻し温度における各合金の孔食電圧(Epit)を表7に示す。この結果から、最も大きいPREを有する本発明の合金(04−099)が、やはり、全ての焼戻し温度において孔食に対して最も大きい耐性を有することが示される。本発明の合金のEpitは、500°Fの焼戻し温度において、次に最も近い合金であるElmaxのそれに比べて約50%高い。一般に、18〜20%のバルククロム含量を有する合金、すなわちElmax、M390、およびX235は、全ての焼戻し温度において、本発明の合金と比べて劣る孔食抵抗を有する。最高のバルククロム含量を有する合金が、低い焼戻し温度において、実際には最低の孔食電圧のうちの1つを有する。これらの結果は、総クロム含量は、材料が腐食に対してどれだけ耐性があるかを示すの指標ではないことを示す。
CPM S90Vと比較したとき、本発明の合金(04−098および04−099)は、より優れた熱処理応答特性を提供する−同じ熱処理の場合約1.5〜2.0HRC大きい。本発明の合金およびCPM S90Vの熱処理応答特性を表4に示す。
全てのピン−アブレージョン(pin−abrasion)耐摩耗試験片を、2150°F、10分間でオーステナイト化し、油中で急冷し、次いで、(最大の耐腐食性用に)500°Fまたは(最大の二次硬化応答特性用に)975°Fのいずれかで、2h+2h+2hの間、焼戻しした。結果を表5に示す。比較のために、他の耐腐食耐摩耗マルテンサイト工具鋼のピン−アブレージョン耐摩耗性も同様に含む。
Claims (3)
- 重量パーセント単位で、
C :2.0〜3.5、
Si:最大1.0、
Mn:最大1.0、
Cr:12.0〜16.0、
Mo:2.0〜5.0、
V :6.0〜11.0、
Nb:2.0〜6.0、
Co:1.5〜5.0、
N :0.05〜0.30
から実質的になり、残分が実質的に鉄および付随的な不純物である、窒素ガス噴霧された合金化前粉末微粒子の熱間静水圧加圧によって製造される耐腐食耐摩耗性の工具鋼物品。 - 重量パーセント単位で、
C :2.7〜3.0、
Si:最大0.50、
Mn:最大0.50、
Cr:13.5〜14.5、
Mo:3.0〜4.0、
V :8.5〜9.5、
Nb:3.0〜4.0、
Co:2.0〜3.0、
N :0.10〜0.20
から実質的になり、残分が実質的に鉄および付随的な不純物である、窒素ガス噴霧された合金化前粉末微粒子の熱間静水圧加圧によって製造される耐腐食耐摩耗性の工具鋼物品。 - 炭素が、
Cmin=0.4+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N
Cmax=0.6+0.099×(%Cr−11)+0.063×%Mo+0.177×%V+0.13×%Nb−0.85×%N
に従って、クロム、モリブデン、バナジウム、および窒素と釣り合っている請求項1または2に記載の物品。
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