JP2009221544A

JP2009221544A - 高温耐摩耗材

Info

Publication number: JP2009221544A
Application number: JP2008067719A
Authority: JP
Inventors: Susumu Matsuno; 松野　　進
Original assignee: Kurimoto Mec Ltd
Current assignee: Kurimoto Mec Ltd
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: JP5123014B2

Abstract

【課題】高温環境下における耐摩耗性を確保しつつ、安価な高温耐摩耗材を得る。
【解決手段】高温耐摩耗材の素材となる鋳鋼の組成を、Ｃ：０．２〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ：０．２〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：１６〜２４ｗｔ％、Ｃｒ：１２〜２０ｗｔ％、Ｎ：０．１〜０．５ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるものとした。このように、高価なＮｉを含有しないものとすることで、安価に製造可能となり、Ｍｎの含有量を増やすことで、高温摩耗性を確保することができる。
【選択図】なし

Description

この発明は、高炉用部材の保護ライナーや、コークス炉から窯出された高温の赤熱コークスを受け取りコークス乾式消火設備まで運搬するバケットの内側ライナーなどに使用される高温耐摩耗材に関する。

通常、鉄鉱石、石灰、コークス等の装入物を高炉中心部に分配するために用いられる各種部材としては、旋回シュート、ムーバブルアーマー、鉱石受け金物などが使用される。これらの高炉用部材は、その表層部にライナーが埋め込まれており、装入物の落下による衝撃や接触後の摺動による摩耗から保護されている。前記高炉用部材のライナーとして、高クロム鋼や高クロム鋼と超硬(WC)粒子の鋳ぐるみ材からなる高温耐摩耗材が使用されている（特許文献１、２参照）。

実開平７−３３９６４号公報特開平１１−１３１１１４号公報

また、コークス炉から窯出された高温の赤熱コークスを受け取り、コークス乾式消火設備まで運搬するバケットは、その内面にライナーが設けられている。このライナーは、赤熱コークスの落下による衝撃や接触後の摺動による摩耗からバケットの内面を保護している。このライナーとしては、高温での耐摩耗性が要求され、マンガンの含有量を高めたＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼、例えば、０．３Ｃ‐１２Ｍｎ‐１６Ｃｒ‐４Ｎｉ‐０．３Ｎ−Ｆｅｂａｌ．からなる高温耐摩耗材が使用されている。

このＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼の耐摩耗性は、表面に加わる衝撃力、破砕力などの外力を受けて現われる加工硬化によるものである。そのため、例えば、赤熱コークスの落下による衝撃や接触後の摺動などによる高温かつ摩耗条件に曝されると、表面に加工硬化層が生じ優れた耐摩耗性が発揮される。その結果、摩耗の進行と硬化層の形成とがバランスしながら一定の耐摩耗性が常に持続される。この耐摩擦性の持続により、Ｍｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼が高温耐摩耗材として多く使用されている。

ところで、前述の高クロム鋼やＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼には、通常、高温強度を向上させるため、Ｎｉを数％含有させている。しかし、近年、Ｎｉに対する需要が増大し、Ｎｉの価格が高騰しているため、高温耐摩耗材として製造される高クロム鋼やＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼は、その原材料費が上昇し、これに伴って製造コストが上昇するという問題があった。

そこで、この発明の課題は、高温環境下において優れた耐摩耗性を有し、かつ安価な高温耐摩耗材を得ることである。

上記の課題を解決するために、この発明の高温耐摩耗材は、Ｃ：０．２〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ：０．２〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：１６〜２４ｗｔ％、Ｃｒ：１２〜２０ｗｔ％、Ｎ：０．１〜０．５ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるものとしたのである。

すなわち、高温耐摩耗材を、Ｎｉを含有せず、Ｎｉの替わりに安価なＭｎの含有量を増加させたＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼で製造することにより、従来のものと同等の常温及び高温での機械的性質と耐摩耗性を確保するとともに、製造コストを低減したのである。

各合金元素の含有量を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃは、高温強度及び耐摩耗性の向上に有効な元素であり、強度及び耐摩耗性を確保するために０．２ｗｔ％以上含有させる。一方、含有量が多くなると靭性が低下するため、靭性不足による割れが生じないように、上限は０．５ｗｔ％とする。

Ｓｉは、鋼の溶製時に脱酸剤として作用するとともに、湯流れが良くなり、鋳造性が向上し、耐熱性が向上するため、０．２ｗｔ％以上含有させる。一方、含有量が多くなると、靭性が低下し、割れの可能性が高くなるため、上限を１．５ｗｔ％とする。

Ｍｎは、脱酸作用を有し、またＳを固定して無害化する元素であり、オーステナイト相を安定させ、強度、加工硬化性を向上させるが、従来鋼に比してＮｉが含有されていない分、オーステナイト相の安定性を保つため、１６ｗｔ％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると、価格の上昇を招くため、上限を２４ｗｔ％とする。

Ｃｒは、Ｍｎとの相乗効果によりオーステナイトを安定化させ、耐酸化性及び耐熱性を向上させるために、１２ｗｔ％以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると靭性が低下するため、上限を２０ｗｔ％とする。

Ｎは、オーステナイト相を安定させ、強度を向上させるために０．１ｗｔ％以上含有させる必要があるが、過剰に含有させると、靭性を劣化させ、熱間加工性を低下させることから、上限を０．５ｗｔ％とする。

この発明の高温耐摩擦材は、Ｎｉを含有せず、従来鋼よりもＭｎの含有量の多いＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼から製作したことにより、高温耐摩耗性が確保されるとともに、従来のＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼を使用した場合よりも安価に製造することができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。表１は、実施形態のＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼（実施例）と、前述した従来のＭｎ−Ｃｒ系オーステナイト鋼（比較例）の組成とを併せて示す。なお、Ｃ、Ｓは赤外線吸収法、Ｎは不活性ガス融解熱伝導度法、それ以外の元素は誘導プラズマ発光分光分析法により分析を行った。

前記実験例と比較例の材料に対して、その性能を確認するための各種試験を行った。
各種試験には、まず、表１に示した組成の溶解金属を３０ｔＹブロック用の砂型に注湯して得られた鋳放し品を、下記の条件で熱処理し、必要なサイズに切断して試験片を作成した。
（熱処理条件）
加熱温度：１１００℃
加熱速度：１００℃／時間
保持時間：５．５時間
冷却方法：水冷

次に、常温及び高温環境での衝撃に対する靭性を確認するために、常温、５００℃及び７００℃において、衝撃試験を実施した。衝撃試験は、ＪＩＳＺ２２４２に規定されているシャルピー衝撃試験方法を用いて行い、ＪＩＳＺ２２０２に規定されているＶノッチ試験片からシャルピー衝撃値を求めた。その試験結果を表２に示す。

表２に示す試験結果では、各温度において、実施例のＶノッチシャルピー衝撃値が、比較例よりも大きいことから、靭性は比較例よりも優れていることが確認できた。

また、常温及び高温環境での機械的強度を確認するために、常温、５００℃及び７００℃において、引張試験を実施した。引張試験は、常温ではＪＩＳＺ２２４１、高温ではＪＩＳＧ０５６７に規定されている引張試験方法を用いて行い、ＪＩＳＺ２２０１に規定されている常温引張試験片（１４Ａ号試験片）及び高温引張試験片（１４Ａ号ＩＩ形試験片）から引張強度、耐力、伸び、絞りを求めた。その試験結果を表３に示す。

表３に示す試験結果により、各温度において、実施例は機械的強度（引張強さ、耐力）が比較例と同等以上であり、伸び、絞りも同様であることが確認された。

さらに、常温及び高温環境での表面硬度を確認するために、常温、５００℃及び７００℃において、硬度試験を実施した。この硬度試験は、常温ではＪＩＳＺ２２４４、高温ではＪＩＳＺ２２５２に準じた方法により、ビッカース硬度を求めた。その試験結果を表４に示す。

表４に示す試験結果により、各温度において、実施例は比較例と同等の硬度を有していることが確認された。ここで、同等の硬度を有している場合、同等の耐摩耗性を有していると推定されるため、実施例は比較例と同等の耐摩耗性を有していると推定できる。

以上のように、実施例は、比較例と同等の耐衝撃性、機械的強度、硬度を有するものであることが確認できた。このため、この発明に係る高温耐摩耗材は、高価なＮｉを含有しないものとすることにより、安価に製造可能となり、従来のＮｉを含有した高温耐摩耗材と同等の高温摩耗性を確保することができる。

Claims

Ｃ：０．２〜０．５ｗｔ％、Ｓｉ：０．２〜１．５ｗｔ％、Ｍｎ：１６〜２４ｗｔ％、Ｃｒ：１２〜２０ｗｔ％、Ｎ：０．１〜０．５ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる高温耐摩耗材。