JP2019070189A - 高剛性Fe基合金 - Google Patents
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Abstract
Description
上記Fe基合金は、Cr、W、C、Bからなる群より選択される少なくとも2種の元素を含有することが好ましい。
また、上記Fe基合金は、Mo、W、Si、Tiからなる群より選択される少なくとも2種の元素を含有することが好ましい。
また、上記Fe基合金は、CrおよびBを必須元素として含有することが好ましい。
本発明のFe基合金において、鉄(Fe)は基本的な構成元素である。
好ましい実施形態において、本発明のFe基合金は、Crを必須元素として含有する。Crの配合比は、少なくとも0.1at%以上であることがより好ましく、12.0at%以上であることがさらにより好ましい。また、Crの配合比は、35.0at%以下であることがより好ましく、32.5at%以下であることがさらにより好ましく、30.0at%以下であることがさらに一層好ましく、25.0at%以下であることがなおさらに一層好ましい。
好ましい実施形態において、本発明のFe基合金は、Bを必須元素として含有する。Bの配合比は、少なくとも0.1at%以上であることがより好ましく、3.0at%以上であることがさらにより好ましい。
P1=0.2[%Cr]+0.75[%C]+1.5[%B]+2[%W] ・・(1)
(式(1)中、[%Cr]、[%C]、[%B]、[%W]は、Cr、C、B、Wの配合比(at%)を意味する)によって求められる合金指数P1が12.0〜20.5の範囲内であり、かつ
以下の式(2):
P2=[%Mo]+2.5[%W]+0.5[%Si]+0.5[%Ti] ・・(2)
(式(2)中、[%Mo]、[%W]、[%Si]、[%Ti]は、Mo、W、Si、Tiの配合比(at%)を意味する)によって求められる合金指数P2が6.5〜12.0の範囲内であることを特徴とする。
本発明のFe基合金は、共振法によるヤング率測定試験において230GPa以上のヤング率を示す。現在実用に供されているシャフト材のヤング率は、205GPa程度である。そのため、本発明では、従来の材料よりも優れた剛性を示す基準値として、230GPaを設定した。
Cr:15.0at%、Mo:3.5at%、W:0at%、Ti:2.5at%、Si:5.0at%、C:2.0at%、B:5.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成1では、合金指数P1は12.0であり、合金指数P2は7.25である。
Cr:15.0at%、Mo:5.0at%、W:0at%、Ti:2.5at%、Si:7.0at%、C:2.0at%、B:5.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成2では、合金指数P1は12.0であり、合金指数P2は9.75である。
Cr:15.0at%、Mo:6.0at%、W:0at%、Ti:3.0at%、Si:6.0at%、C:0at%、B:6.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成3では、合金指数P1は12.0であり、合金指数P2は10.5である。
Cr:15.0at%、Mo:5.0at%、W:0at%、Ti:0at%、Si:7.0at%、C:1.5at%、B:6.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成4では、合金指数P1は13.13であり、合金指数P2は8.5である。
Cr:25.0at%、Mo:4.0at%、W:0at%、Ti:2.5at%、Si:6.0at%、C:2.5at%、B:5.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成5では、合金指数P1は14.38であり、合金指数P2は8.25である。
Cr:15.0at%、Mo:4.2at%、W:0at%、Ti:4.0at%、Si:6.0at%、C:1.0at%、B:8.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成6では、合金指数P1は15.75であり、合金指数P2は9.2である。
Cr:22.5at%、Mo:7.5at%、W:0at%、Ti:4.0at%、Si:0at%、C:1.0at%、B:8.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成7では、合金指数P1は17.25であり、合金指数P2は9.5である。
Cr:12.5at%、Mo:0at%、W:3.0at%、Ti:0at%、Si:0at%、C:1.5at%、B:6.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成8では、合金指数P1は18.63であり、合金指数P2は7.5である。
Cr:15.0at%、Mo:0at%、W:3.0at%、Ti:0at%、Si:0at%、C:1.5at%、B:6.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成9では、合金指数P1は19.13であり、合金指数P2は7.5である。
Cr:20.0at%、Mo:3.5at%、W:0at%、Ti:4.0at%、Si:3.0at%、C:0.5at%、B:10.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成10では、合金指数P1は19.38であり、合金指数P2は7.0である。
Cr:20.0at%、Mo:0at%、W:1.5at%、Ti:4.5at%、Si:3.0at%、C:0.25at%、B:8.5at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成11では、合金指数P1は19.94であり、合金指数P2は7.5である。
Cr:12.5at%、Mo:0at%、W:3.0at%、Ti:0at%、Si:0at%、C:1.75at%、B:7.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成12では、合金指数P1は20.31であり、合金指数P2は7.5である。
Cr:20.0at%、Mo:4.2at%、W:0at%、Ti:5.0at%、Si:6.0at%、C:2.0at%、B:10.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなるFe基合金。当該組成13では、合金指数P1は20.5であり、合金指数P2は9.7である。
[手順1:インゴット作製]
図1は本実施例で作製したインゴットの外観を示す写真である。以下の表1−1、表1−2に示す組成を有するインゴットを、ジルコニアるつぼを用いた高周波溶解によって作製した。インゴットの原料としては、電解鉄、フェロクロム、Siの塊状原料、Mo、W、Cの粒状原料、TiB2粉末、B4C粉末を用い、合計重量は約1.2kgである。溶解雰囲気はアルゴンガス中である。鋳造は内径φ40mmの鋳鉄製鋳型に行い、切断は図1に点線で示した位置で押し湯切断し、下側(長さ約90mm)を溝ロール圧延に供した。
押し湯切断して得たφ40mm×90mmのインゴットを、1100℃に加熱して溝ロール圧延を行った。溝の形状は正方形であり、サイズが異なる溝の間にインゴットを順番に通すことによって、徐々に断面積を細くする。また、およそ3回の圧延後に、再加熱を行う。加熱保持時間は約10分とする。以下に、溝ロール圧延工程の一例を、矢印記号を用いて示す(数字は溝の一辺の長さ(mm)である。):
<開始> →加熱保持 →38.2 →35.0 →31.7 →再加熱 →28.7 →25.9 →23.5 →再加熱 →21.3 →19.3 →17.5 →再加熱 →15.8 →14.3 →12.9 →<終了>
本実施例では、上記工程により、図2に示す溝ロール圧延材を得た。
溝ロール圧延材を熱処理した後、反射電子像による組織観察、およびEPMA(電子プローブマイクロアナライザ)による析出物含有成分の同定と析出物面積率の測定を行った。析出物面積率は、EPMAにより得られた元素マッピングデータをもとに画像処理を実施し算出した。
熱処理後の溝ロール圧延材から、図3および図4に示す2種類の試験片を加工し、室温での引張試験、および共振法によるヤング率測定試験を行った。以下の表2−1、表2−2に、試験結果と、各特性の良否判断の基準値を示す。
図5は、合金番号1の発明合金の溝ロール圧延材の反射電子像写真である。図5中に矢印で示したように、EPMAによる析出物含有成分の同定の結果、合金番号1の供試材においては、Mo−Fe−Cr−B系、Fe−Cr−C系、Fe−Cr−C−B系およびTi−C系の析出物が確認され、これらの析出物が生成されることにより、ヤング率の向上と高強度化がもたらされると共に、良好な延性を示すFe基合金が得られたと考えられる。
Claims (5)
- Cr:0〜37.5at%、Mo:0〜8.0at%、W:0〜3.5at%、Ti:0〜5.0at%、Si:0〜7.0at%、C:0〜4.0at%、B:0〜10.0at%、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
以下の式(1):
P1=0.2[%Cr]+0.75[%C]+1.5[%B]+2[%W] ・・(1)
(式(1)中、[%Cr]、[%C]、[%B]、[%W]は、Cr、C、B、Wの配合比(at%)を意味する)によって求められる合金指数P1が12.0〜20.5の範囲内であり、かつ
以下の式(2):
P2=[%Mo]+2.5[%W]+0.5[%Si]+0.5[%Ti] ・・(2)
(式(2)中、[%Mo]、[%W]、[%Si]、[%Ti]は、Mo、W、Si、Tiの配合比(at%)を意味する)によって求められる合金指数P2が6.5〜12.0の範囲内であることを特徴とするFe基合金。 - Cr、W、C、Bからなる群より選択される少なくとも2種の元素を含有することを特徴とする請求項1に記載のFe基合金。
- Mo、W、Si、Tiからなる群より選択される少なくとも2種の元素を含有することを特徴とする請求項1または2に記載のFe基合金。
- CrおよびBを必須元素として含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のFe基合金。
- 共振法によるヤング率測定試験において230GPa以上のヤング率を示し、室温引張試験において700MPa以上の耐力および1%以上の延性を示すことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のFe基合金。
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