JP2681125B2 - Iron-based ceramic material - Google Patents

Iron-based ceramic material

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JP2681125B2
JP2681125B2 JP63026195A JP2619588A JP2681125B2 JP 2681125 B2 JP2681125 B2 JP 2681125B2 JP 63026195 A JP63026195 A JP 63026195A JP 2619588 A JP2619588 A JP 2619588A JP 2681125 B2 JP2681125 B2 JP 2681125B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は耐火物等として使用することのできるセラミ
ック材料に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic material that can be used as a refractory material or the like.

[従来の技術] 耐熱性、耐摩耗性を有するセラミック材料として、ア
ルミナ等の酸化物をはじめ各種の炭化物、ホウ化物、ケ
イ化物を主成分とする材料が広く使用されている。
[Prior Art] As ceramic materials having heat resistance and wear resistance, materials containing oxides such as alumina as well as various carbides, borides, and silicides as main components are widely used.

[発明が解決しようとする課題] 従来のセラミック材料は、いずれもすぐれた耐熱性や
耐摩耗性を有しているが、一般に原料が高価であり、製
造コストも高いものとなっていた。また、従来のセラミ
ックは、一旦使用したものを再生使用することは殆んど
不可能であった。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional ceramic materials all have excellent heat resistance and abrasion resistance, but generally the raw materials are expensive and the production cost is high. Moreover, it was almost impossible to recycle the conventional ceramics once used.

本発明は、炉材等として使用可能な耐熱性と適度の耐
摩耗性と若干の靫性を有し、しかも製造が容易で製造コ
ストも安い実用性に富んだセラミック材料を提供するも
のである。
The present invention provides a highly practical ceramic material that can be used as a furnace material and the like, has heat resistance, appropriate wear resistance, and some drossiness, and is easy to manufacture and has a low manufacturing cost. .

[課題を解決するための手段] 本発明にかかる鉄系セラミック材料は、鉄を主成分と
し、必須成分として重量比で4.3%以上6.7%以下の炭
素、4.5%以上25%以下のクロム、3%以上10%以下の
バナジウムを含有し、結晶組織がセメンタイト、レーデ
ブライト(パーライトとセメンタイトの共晶組織)若し
くはこれらの混合組織であることを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] The iron-based ceramic material according to the present invention contains iron as a main component, and 4.3% or more and 6.7% or less carbon by weight ratio, 4.5% or more and 25% or less chromium, and 3% by weight as essential components. % Or more and 10% or less of vanadium, and the crystal structure is cementite, reedbrite (eutectic structure of pearlite and cementite), or a mixed structure thereof.

従来、鉄と酸素の合金で工業的に利用されていたのは
専ら炭素量が4.3%以下のものであり、これよりも炭素
の多いものは使われていなかった。
Conventionally, the iron-oxygen alloy that was industrially used was exclusively for carbon contents of 4.3% or less, and those with more carbon than this were not used.

また、鉄−炭素系の合金において黒鉛を多量に晶出さ
せることなく炭素量を4%以上とすることはきわめて困
難であり、工業的には殆んど不可能であった。
Further, in an iron-carbon alloy, it is extremely difficult to increase the carbon content to 4% or more without crystallizing a large amount of graphite, and it was almost impossible industrially.

本発明者は、従来工業的に利用されていなかった高炭
素域に注目し、種々研究を行なった結果、これら高炭素
域で耐熱性、耐摩耗性にすぐれた実用的なセラミックス
が得られることを見出して本発明を完成したものであ
る。以下、これについて詳細に説明する。
The present inventor paid attention to the high carbon region which has not been industrially used in the past, and as a result of various researches, a practical ceramic excellent in heat resistance and wear resistance in these high carbon regions can be obtained. That is, the present invention has been completed. Hereinafter, this will be described in detail.

先ず、鉄−炭素系において多量の黒鉛を晶出すること
なく結合炭素量を増加させる方法が問題となるが、この
問題は適当なセメンタイト安定化元素例えばクロム(C
r)を添加することによって解決されることがわかっ
た。その理由としては、クロムは熱力学的に炭素(C)
の活量を低下させるので、炭素量が多くなっても黒鉛と
して晶出しにくくなることが考えられる。
First, a method of increasing the amount of bound carbon without crystallizing a large amount of graphite in an iron-carbon system is problematic. This problem is caused by an appropriate cementite stabilizing element such as chromium (C
It was found that the addition of r) solved the problem. The reason is that chromium is thermodynamically carbon (C)
It is conceivable that crystallization of graphite becomes difficult even when the carbon content is large because the activity of the carbon is reduced.

本発明のセラミック材料は、上述の如く鉄と炭素を主
要成分とするものであり、上記範囲すなわち炭素量4.3
%(重量%、以下同じ)〜6.7%では炭素量が多いほど
セメンタイトの量が多くなる。理論的には炭素量が4.3
%のとき全部がレーデブライトとなる。炭素量のより好
ましい範囲は4.8〜5.8%である。
The ceramic material of the present invention is mainly composed of iron and carbon as described above, and the above range, that is, the amount of carbon is 4.3.
% (Weight%, the same applies hereinafter) to 6.7%, the greater the amount of carbon, the greater the amount of cementite. Theoretically carbon amount is 4.3
When it is%, all are redeburite. The more preferable range of the amount of carbon is 4.8 to 5.8%.

黒鉛の晶出量は、少ない方がよく、理想的には0%で
あるのが望ましいが、0.3%以下なら実用上許容され、
0.05%以下にするのが特に好ましい。なお、用途によっ
ては黒鉛の量がこれより若干多くてもよい。
The crystallized amount of graphite is preferably as small as possible, ideally 0% is desirable, but if 0.3% or less is practically acceptable,
It is particularly preferably set to 0.05% or less. Note that the amount of graphite may be slightly larger than this depending on the application.

上記炭素、クロム及びバナジウム以外の添加物とし
て、必要に応じて他の元素、例えばモリブデン(Mo)、
タングステン(W)、マンガン(Mn)、ホウ素(B)等
の1種または2種以上を添加することができる。これら
はいずれもセメンタイトの安定化元素であり、炭素が黒
鉛として晶出することを防止する。
As an additive other than the above carbon, chromium and vanadium, if necessary, other elements such as molybdenum (Mo),
One or more of tungsten (W), manganese (Mn), boron (B) and the like can be added. These are all elements for stabilizing cementite and prevent carbon from crystallizing as graphite.

上記添加元素のうち、クロム(Cr)は90%程度までセ
メンタイト中に溶解する元素であり、セメンタイト化に
特に効果的な元素である。これが少ないとセメンタイト
ができにくいのみならず、得られるセラミックスの高温
での安定性が悪くなる。逆にクロムの添加量が多すぎる
と製品が脆くなるとともに、原料コストが高くなる。ク
ロムの好ましい添加量は0.1〜40%であり、4.5〜25%と
するのがより好ましく、7±2%とするのが特に好まし
い。
Of the above-mentioned additional elements, chromium (Cr) is an element that dissolves in cementite up to about 90%, and is an element particularly effective for cementitization. If the amount is small, not only is it difficult to form cementite, but also the stability of the obtained ceramics at high temperatures is deteriorated. Conversely, if the added amount of chromium is too large, the product becomes brittle and the raw material cost increases. The preferable addition amount of chromium is 0.1 to 40%, more preferably 4.5 to 25%, and particularly preferably 7 ± 2%.

モリブデン(Mo)は高温であらかじめMoCを生成する
ためセメンタイト中に溶解しにくい元素で、単独ではク
ロムを単独で添加した場合とあまり差がないが、クロム
と共に添加した場合は室温および1000℃以下の高温にお
ける硬度を上昇させ、耐摩耗性および高温強度を著しく
増加させる。高温強度を増加させるので、高温(例えば
1100℃)での塑性加工に対しては多量のモリブデンの添
加は好ましくないと考えられる。モリブデンの好ましい
添加量は0〜10%であり、0〜5.0%とするのがより好
ましく、0.1〜4%とするのがさらに好ましい。上記範
囲中、モリブデン添加量が少なくなると耐摩耗性、高温
強度、耐蝕性が減少する傾向があり、多くなりすぎると
原料コストが高くなるとともに、靫性を劣化させる傾向
がある。
Molybdenum (Mo) is an element that forms MoC in advance at high temperatures and is difficult to dissolve in cementite.There is no significant difference between chromium alone and chromium alone. Increases hardness at high temperatures, significantly increasing wear resistance and high temperature strength. Increases high temperature strength, so high temperatures (eg,
It is considered that addition of a large amount of molybdenum is not preferable for plastic working at 1100 ° C). The preferable addition amount of molybdenum is 0 to 10%, more preferably 0 to 5.0%, and further preferably 0.1 to 4%. In the above range, when the amount of molybdenum is small, the abrasion resistance, high-temperature strength and corrosion resistance tend to decrease. When the amount is too large, the raw material cost increases and the ligature tends to deteriorate.

バナジウム(V)はセメンタイトによく溶ける元素
で、単独ではクロム単独の場合と殆んど差がなく、しか
も場合によっては黒鉛を少量晶出する傾向がある。製品
中に黒鉛が晶出すると、耐摩耗性と強度を低下させるほ
か、黒鉛と鉄の界面が侵され易いため耐蝕性が低下す
る。クロムと共同ではセメンタイトの形状を改善し結晶
の針状化を促進する。バナジウムの好ましい範囲は3〜
10%、さらに好ましくは7±2%であり、この範囲内で
バナジウムの量が少なければ耐摩耗性、耐蝕性、高温強
度が低下する傾向があり、多くなると原料コストが上昇
する。なお、靫性はバナジウムが多い方が向上する傾向
がある。
Vanadium (V) is an element that dissolves well in cementite. There is almost no difference from chromium alone when used alone, and in some cases, it tends to crystallize a small amount of graphite. When graphite is crystallized in a product, the wear resistance and strength are reduced, and the corrosion resistance is reduced because the interface between graphite and iron is easily eroded. Together with chromium, it improves the shape of cementite and promotes acicularization of crystals. The preferred range of vanadium is 3 to
It is 10%, more preferably 7 ± 2%. If the amount of vanadium in this range is small, the wear resistance, corrosion resistance and high temperature strength tend to decrease, and if it increases, the raw material cost rises. In addition, the ligature tends to be improved when the amount of vanadium is large.

タングステン(W)は単独でクロムとほぼ同様の効果
を示し、クロムと共同ではモリブデンの場合と同様な傾
向を示す。タングステンの好ましい範囲は0〜10%、よ
り好ましくは0〜3.0%、さらに好ましくは2±0.5%前
後であり、少ないほど耐摩耗性、耐蝕性、高温強度が低
下する傾向があり、多いほど原料コストが高くなり、靫
性を劣化させる傾向を示す。
Tungsten (W) alone shows almost the same effect as chromium, and together with chromium shows the same tendency as that of molybdenum. The preferable range of tungsten is 0 to 10%, more preferably 0 to 3.0%, further preferably about 2 ± 0.5%. The smaller the amount, the lower the abrasion resistance, corrosion resistance and high temperature strength. The cost becomes high, and the tendency to deteriorate the durability is shown.

マンガン(Mn)は60%程度セメンタイト中に溶解する
元素で、単独添加ではクロムとほぼ同じ傾向を示すが、
耐蝕性はクロムよりも劣るようである。クロムと共同で
は、前記モリブデン、バナジウム、タングステン等と同
様の傾向を示すが、これらほど顕著ではない。マンガン
の好ましい添加量は0〜10%、より好ましくは0〜5.0
%、さらに好ましくは0〜1.5%である。この範囲内に
おいてマンガンが少ない場合の傾向はクロムの場合とほ
ぼ似ているが、クロムほど傾向が顕著ではない。また、
マンガンが多くなるほど脆くなり、耐蝕性および耐酸化
性が劣化する傾向がある。
Manganese (Mn) is an element that dissolves in cementite by about 60%, and when added alone, it shows almost the same tendency as chromium,
Corrosion resistance seems to be inferior to chromium. In cooperation with chromium, it shows the same tendency as molybdenum, vanadium, tungsten, etc., but it is not so remarkable. The preferred amount of manganese added is 0 to 10%, more preferably 0 to 5.0.
%, And more preferably 0 to 1.5%. When the manganese content is low within this range, the tendency is almost similar to that of chromium, but the tendency is not so remarkable as that of chromium. Also,
The more manganese, the more brittle and the corrosion resistance and oxidation resistance tend to deteriorate.

ホウ素(B)は、単独添加ではあまり効果は期待でき
ず、逆に製品が硬くなりすぎるというおそれがあるが、
クロムと共同ではセメンタイトの結晶を微細化し、靫性
を向上させる効果がある。クロムだけではなく、例えば
クロムとモリブデン、クロムとバナジウム等と共に添加
する場合も同様である。ホウ素の好ましい添加量は、0
〜1.0%、より好ましくは0〜0.5%、さらに好ましくは
0.1±0.05%であり、少なすぎると結晶微細化作用が充
分ではなく、多すぎるときわめて脆くなる。
Boron (B) cannot be expected to be effective when added alone, and on the contrary, the product may be too hard.
Together with chrome, it has the effect of refining the cementite crystals and improving the durability. The same applies to the case where not only chromium but also chromium and molybdenum and chromium and vanadium are added together. The preferred addition amount of boron is 0
~ 1.0%, more preferably 0-0.5%, even more preferably
It is 0.1 ± 0.05%, and if it is too small, the grain refining effect is insufficient, and if it is too large, it becomes extremely brittle.

なお、微細化又は黒鉛晶出防止用の元素として、0.1
%以下のTe又はBiを使用することができる。また、これ
らの添加元素の他にセメンタイトの安定化を阻害しない
他の元素、例えばレニウム(Re)、ニオブ(Nb)、タン
タル(Ta)、テクネチウム(Tc)等を添加してもよい。
さらに、実用上支障をきたさない程度であれば、他の元
素を含有してもよく、さらには不可避的に混入する不純
物や前述の如く少量の黒鉛が存在してもよい。
In addition, as an element for miniaturization or graphite crystallization prevention, 0.1
% Or less of Te or Bi can be used. Further, in addition to these additional elements, other elements that do not inhibit the stabilization of cementite, such as rhenium (Re), niobium (Nb), tantalum (Ta), and technetium (Tc) may be added.
Further, other elements may be contained as long as they do not hinder practical use, and impurities that are unavoidably mixed and small amounts of graphite as described above may be present.

この鉄系セラミック材料は、1000℃以下の温度で使用
される耐火物、機械部品、構造材料等として好適に使用
される。また、室温や高温における硬度が高いので、耐
摩耗性を有する部品や構造物の材料として使用すること
もできる。
This iron-based ceramic material is preferably used as a refractory, a mechanical part, a structural material, etc., which is used at a temperature of 1000 ° C. or lower. Further, since it has high hardness at room temperature or high temperature, it can be used as a material for parts and structures having wear resistance.

この鉄系セラミック材料は、鉄と黒鉛と添加元素(又
はその化合物)を原料として、例えば鋳造法、焼結法、
溶射法等によって比較的容易に製造することができる。
主たる原料が鉄と炭素であるから、原料の入手が容易で
原料コストも安価である。また、組織的には鉄と炭素の
化合物で構成されるので、例えば高温で酸素を吹きつけ
る等の方法によって使用済のものから鉄を容易に回収
し、再生使用することができる。製造工程や回収工程に
おける公害発生のおそれも少ない。
This iron-based ceramic material is produced by using, for example, casting, sintering, or
It can be manufactured relatively easily by a thermal spraying method or the like.
Since the main raw materials are iron and carbon, the raw materials are easily available and the raw material cost is low. Further, since it is structurally composed of a compound of iron and carbon, iron can be easily recovered from the used one by a method such as blowing oxygen at a high temperature and can be recycled. There is little risk of pollution in the manufacturing process and recovery process.

[実施例] つぎに、本発明の実施例について説明する。[Example] Next, an example of the present invention will be described.

第1表に示す原料を用いて鋳造法、焼結法、溶射法に
より種々の配合のテストピースを製作した。使用した遠
心鋳造装置の例を第1図に示す。この鋳造装置1は回転
軸2に水平方向に突設した一方の支持部材3にるつぼ4
と鋳型5が支持されており、両者の間に耐火性リング6
が介装されている。るつぼ4の外周部には高周波誘導加
熱用のコイル7が捲回され、るつぼ4の上部開口部は石
英ドーム8によって覆蓋されている。るつぼ4の内部に
は外部からのアルゴンガスが回転軸2の芯部を通って供
給される。回転軸2に突設した他方の支持部材9にはカ
ウンターウェイト10が取り付けられている。回転軸2は
モータ11によって回転駆動される、るつぼ4内で溶解し
た原料が遠心鋳造される。
Using the raw materials shown in Table 1, test pieces of various compositions were produced by casting method, sintering method and thermal spraying method. FIG. 1 shows an example of the centrifugal casting apparatus used. This casting apparatus 1 has a crucible 4 on one supporting member 3 which is provided on a rotary shaft 2 so as to project horizontally.
And the mold 5 are supported, and the fireproof ring 6 is interposed between the two.
Is interposed. A coil 7 for high frequency induction heating is wound around the outer periphery of the crucible 4, and the upper opening of the crucible 4 is covered with a quartz dome 8. Argon gas from the outside is supplied into the crucible 4 through the core of the rotary shaft 2. A counterweight 10 is attached to the other support member 9 protruding from the rotating shaft 2. The rotating shaft 2 is driven to rotate by a motor 11, and the raw material melted in the crucible 4 is centrifugally cast.

第2図および第3図は使用可能な金型の例をあらわす
もので、第2図は純銅製の大気溶解用金型を、第3図は
銅−クロム合金製の遠心鋳造用金型をそれぞれあらわ
す。本実施例では第2図の金型は、使用しなかった。ま
た、第3図においてAは44mm,Bは24mm,Cは10mm,Dは54m
m,Eは20mm,Fは70mm、Gは53mmであった。鋳型としては
金型の他にも砂型も使用した。
2 and 3 show examples of molds that can be used. FIG. 2 shows a pure copper air melting mold, and FIG. 3 shows a copper-chromium alloy centrifugal casting mold. Each represents. In this embodiment, the mold shown in FIG. 2 was not used. In Fig. 3, A is 44 mm, B is 24 mm, C is 10 mm, and D is 54 m.
m, E was 20 mm, F was 70 mm, and G was 53 mm. A sand mold was used as the mold in addition to the mold.

得られたテストピースの顕微鏡組織を第4図、第5図
および第6図に示す。第4図は鋳造法によるテストピー
スをあらわし、組成は各写真の下側に表示されている。
倍率はいずれも同じである。これらの写真中、白いのは
セメンタイト(Fe3C)であり、灰色のものはレーデブラ
イトである。写真(a)ではセメンタイトの粗い針状な
いし板状の結晶が認められるが、(b)ではこれが針状
(粒状に見えるものは針状結晶の横断面である)となっ
ており、(c),(d)ではこの針状結晶が微細化して
いることがわかる。針状結晶の直径は50μm以下である
のが好ましく、20μm以下であるのが一層好ましい。こ
のような針状結晶の晶出方向を一定に揃えることによ
り、高強度が得られることが容易に推察される。また、
レーデブライトはセメンタイトに較べて靫性が高く、セ
メンタイトを微細化することにより強度が向上する。な
お、ホウ素(B)を0.1%程度添加したものは粒径が細
かく、強度、靫性が向上するが、この粒径は鋳造後の冷
却速度によっても大きく影響されるので、所望の高性能
を得るためには、冷却速度の管理も大切である。
The microstructure of the obtained test piece is shown in FIGS. 4, 5 and 6. FIG. 4 shows a test piece produced by the casting method, and the composition is shown at the bottom of each photograph.
The magnifications are the same. In these photographs, white is cementite (Fe 3 C), and gray is redebrite. In the photograph (a), coarse needle-shaped or plate-shaped crystals of cementite are observed, but in the photograph (b), these are needle-shaped (what looks granular is a cross-section of the needle-shaped crystals), and (c) , (D), it is understood that the needle-shaped crystals are miniaturized. The needle crystals have a diameter of preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. It is easily inferred that high strength can be obtained by making the crystallizing directions of such needle crystals uniform. Also,
Rhedebrite has higher weatherability than cementite, and strength is improved by refining cementite. The addition of boron (B) at a concentration of about 0.1% has a fine particle size and improves the strength and whiskability. However, since the particle size is greatly affected by the cooling rate after casting, the desired high performance is obtained. In order to obtain it, it is important to control the cooling rate.

第5図は焼結法によって製造したテストピースの顕微
鏡組織であって、(a)と(b)の組成および(c)と
(d)の組成はそれぞれ同じであり、(b)は(a)を
拡大したもの、(d)は(c)を拡大したものをそれぞ
れあらわしている。(a)と(b)および(b)と
(d)は倍率がそれぞれ等しい。また、(a),(b)
のテストピースの焼結条件は1100℃×12hrであり、
(c),(d)のそれは1200℃×4hrであった。焼結法
によって作製したテストピースには所々にポア(黒い球
状)が認められるが、このポアは例えばHIP処理を施す
ことによって消滅させることができるものと考えられ
る。
FIG. 5 is a microstructure of a test piece manufactured by the sintering method, in which the compositions of (a) and (b) and the compositions of (c) and (d) are the same, and (b) is (a). ) Is enlarged, and (d) is enlarged (c). (A) and (b) and (b) and (d) have the same magnification. Also, (a), (b)
The sintering condition of the test piece is 1100 ℃ × 12hr,
That of (c) and (d) was 1200 ° C. × 4 hr. Although pores (black spheres) are found in places in the test piece produced by the sintering method, it is considered that these pores can be eliminated by, for example, HIPing.

第6図は粉末原料を用いて溶射法によって製作したテ
ストピースの顕微鏡組織写真であって、組成はすべて同
じであり、(a),(b)は原料である鉄粉の粒度が−
80mesh,(c),(d)は−250meshである。また、
(b)は(a)の拡大写真であり、(d)は(c)の拡
大写真である。同図(c),(d)に示されているもの
は、セメンタイトの粒径が小さく、分散状態も良好であ
るので、強度的にすぐれた材料であることがわかる。な
お、使用粉末の粒度とセメンタイト粒度が対応するの
で、原料粉末の粒度は−100meshが好ましく、できれば
−500meshがさらに好ましい。また、セメンタイト粒度
は100μm以下がよく、できれば5μm以下が最も好ま
しい。また、この組織から見て、得られたセラミック材
料はかなりの靫性を有するものであると考えられるが、
実際に測定した結果でも若干の靫性を示した。なお、溶
射によって製作したテストピースにも若干のポアの存在
が認められたが、このポアも焼結法の場合と同様にHIP
等適当な処理を施すことによって消滅させることができ
ると考えられる。
FIG. 6 is a photomicrograph of a test piece manufactured by a thermal spraying method using a powder raw material, which has the same composition, and (a) and (b) show the iron powder as a raw material having a particle size of −.
80mesh, (c) and (d) are -250mesh. Also,
(B) is an enlarged photograph of (a), and (d) is an enlarged photograph of (c). It can be seen that the materials shown in FIGS. 7C and 7D are excellent in strength because the cementite has a small particle size and the dispersed state is good. Since the particle size of the used powder corresponds to the particle size of cementite, the particle size of the raw material powder is preferably −100 mesh, and more preferably −500 mesh. The cementite grain size is preferably 100 μm or less, and most preferably 5 μm or less. Also, from the viewpoint of this structure, the obtained ceramic material is considered to have a considerable degree of drossiness,
The result of actual measurement showed some dullness. It should be noted that the presence of some pores was also confirmed in the test piece produced by thermal spraying.
It is considered that it can be eliminated by performing appropriate processing such as.

第7図は化学組成と硬度(HV)との関係をあらわすも
ので、クロムを添加しない場合のセメンタイトの硬度は
1256,レーデライトの硬度は836であった。クロム単独添
加の場合はクロムの量によって硬度があまり変化しない
ように思われる。クロム5%とモリブデンを添加したも
のは、モリブデン量が1%から3%にかけて硬度が上昇
し、それ以上ではあまり変化しないように見受けられ
る。クロム5%とモリブデン3%とホウ素0.5%を添加
したものは、セメンタイトの硬度が約1200と低いが、こ
れは球状黒鉛が晶出したためであろうと考えられる。ク
ロム5%とタングステンを添加したものはタングステン
の量とともにレーデブライトの硬度が上昇する傾向が認
められる。一般に複合添加試料はセメンタイト部とレー
デブライト部との平均硬度は1200HVでニューセラミック
スZrO2の硬度に匹敵する。
Fig. 7 shows the relationship between chemical composition and hardness (H V ). The hardness of cementite without addition of chromium is
The hardness of 1256 and lederite was 836. When chromium alone is added, the hardness does not seem to change much depending on the amount of chromium. In the case of adding 5% of chromium and molybdenum, it seems that the hardness increases from 1% to 3% of molybdenum, and does not change much beyond that. The hardness of cementite in the case of adding 5% of chromium, 3% of molybdenum and 0.5% of boron is as low as about 1200, which is considered to be due to crystallization of spherical graphite. The addition of 5% chromium and tungsten shows a tendency that the hardness of ledeburite increases with the amount of tungsten. Generally, in the composite additive sample, the average hardness of the cementite part and the redeburite part is 1200 HV, which is comparable to the hardness of the new ceramic ZrO 2 .

第8図は添加物と高温硬度の関係をあらわすグラフ
で、いずれも温度の上昇とともに硬度が低下するが、10
00℃程度まで充分な強度をもつことがわかる。このう
ち、クロムを単独で5%添加したものは、硬度が700℃
で約250℃(Hv)まで低下するので、高温における塑性
加工の可能性がうかがえる。なお、クロム5%および13
%とモリブデン3%を添加したものは、800℃で約360
(HV)と焼戻しマルテンサイトに匹敵する。また、Cr5
%、Mo3%試料では室温から1000℃まで333分をかけて徐
熱したのち、再度333分をかけて室温まで徐冷したもの
の顕微鏡組織を観察したところ、結晶素質は加熱前と全
く同じであり、耐熱性にすぐれていることがわかった。
Figure 8 is a graph showing the relationship between additives and high temperature hardness. In both cases, hardness decreases with increasing temperature.
It can be seen that it has sufficient strength up to about 00 ° C. Of these, 5% chrome alone has a hardness of 700 ° C.
Since the temperature drops to about 250 ° C (H v ) at high temperature, the possibility of plastic working at high temperature can be seen. In addition, chromium 5% and 13
% And 3% molybdenum add up to about 360 at 800 ℃
(HV) and comparable to tempered martensite. Also, Cr5
% And Mo3% samples were gradually heated from room temperature to 1000 ° C over 333 minutes, and then gradually cooled to room temperature over 333 minutes, and the microscopic structure was observed. It was found that it has excellent heat resistance.

第9図はクロムの添加量と耐蝕性(耐酸性)の関係を
あらわすグラフで、20℃で1:1の塩酸中に浸漬したとき
の減量(mg/cm2)をあらわしている。同図からわかる通
り、クロムを5%添加したものは、クロムを1%添加し
たものの約1/40であり、18−8ステンレス鋼にほぼ匹敵
している。この事実から判断すると、クロム5%とモリ
ブデン3%を添加したもの、クロム13%を添加したも
の、クロム25%を添加したもの、クロム13%とモリブデ
ン3%を添加したもの、クロム25%とモリブデン3%を
添加したもの等は、ステンレス鋼より耐酸性が優れてい
ることが予想される。
Fig. 9 is a graph showing the relationship between the added amount of chromium and the corrosion resistance (acid resistance). It shows the weight loss (mg / cm 2 ) when immersed in 1: 1 hydrochloric acid at 20 ° C. As can be seen from the figure, the amount of chromium added at 5% is about 1/40 of the amount of chromium added at 1%, which is almost equal to that of 18-8 stainless steel. Judging from this fact, 5% chromium and 3% molybdenum were added, 13% chromium was added, 25% chromium was added, 13% chromium and 3% molybdenum were added, and 25% chromium was added. It is expected that those with 3% molybdenum added will have better acid resistance than stainless steel.

第10図は各添加元素の溶解度を調べるためEPMAによる
線分析を行なった結果をあらわすもので、平板状の部分
がセメンタイト、微小凹凸のある部分がレーデブライト
である。第10図(a)はクロム5%とモリブデン3%添
加品(テストピースNo.14)のモリブデン溶解度、
(b)はクロム5%とタングステン3%添加品(テスト
ピースNo.17)のタングステン溶解度、(c)はクロム
5%,モリブデン3%およびマンガン5%添加品(テス
トピースNo.27)のマンガン溶解度をそれぞれあらわ
す。また、(d)と(e)はともにクロム5%,バナジ
ウム3%添加品(テストピースNo.18)におけるクロム
とバナジウムの溶解度をあらわす。同図(d),(e)
からクロムとバナジウムがセメンタイト中によく溶ける
ことがわかる。
Figure 10 shows the results of line analysis by EPMA to examine the solubility of each additive element. The tabular part is cementite, and the part with minute irregularities is reedebrite. Figure 10 (a) shows the solubility of molybdenum in the product with 5% chromium and 3% molybdenum (test piece No. 14).
(B) Tungsten solubility of the product with 5% chromium and 3% tungsten (test piece No. 17), (c) Manganese with 5% chromium, 3% molybdenum and 5% manganese (test piece No. 27) Represents each solubility. Further, (d) and (e) both represent the solubilities of chromium and vanadium in the product containing 5% chromium and 3% vanadium (test piece No. 18). The same figure (d), (e)
It can be seen from the results that chromium and vanadium dissolve well in cementite.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明に係る鉄系セ
ラミック材料は、1000℃以下の温度での使用に充分耐え
る耐火性と高硬度および耐蝕性を具備するもので、耐火
物、耐摩耗部品等広範囲な分野に使用することができる
ものである。しかもこのセラミック材料は、鉄を主成分
とするものであるから原料コストが安く、原料の入手も
容易である。また、このセラミック材料を構成するセメ
ンタイトとレーデブライトは、いずれも鉄と炭素の化合
物であるから、一旦使用したものを再生利用することも
可能であり、さらに、例えば溶射試料はこれまでのセラ
ミックスに見られなかった若干の靫性を示す等、種々の
点で工業的利用価値の高いものである。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, the iron-based ceramic material according to the present invention has fire resistance, high hardness, and corrosion resistance sufficient to withstand use at a temperature of 1000 ° C or less. It can be used in a wide range of fields such as objects and wear resistant parts. Moreover, since this ceramic material is mainly composed of iron, the raw material cost is low and the raw material is easily available. In addition, since both cementite and redeburite that compose this ceramic material are compounds of iron and carbon, it is possible to re-use those that have been used once. It has a high industrial utility value in various respects, such as exhibiting some dullness that has not been achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は鋳造装置の説明図、第2図(a),(b),
(c)は使用した大気溶解用金型の平面図、および一部
を省略した正面図と側面図、第3図(a),(b),
(c)は遠心鋳造用金型の平面図、正面図、側面図、第
4図(a),(b),(c),(d),第5図(a),
(b),(c),(d)および第6図(a),(b),
(c),(d)は結晶組織をあらわす顕微鏡写真、第7
図は硬度と化学組成との関係をあらわすグラフ、第8図
は高温硬度に対する添加物の影響をあらわすグラフ、第
9図は耐酸性に及ぼすクロムの影響をあらわすグラフ、
第10図(a),(b),(c),(d),(e)は各添
加元素の溶解度と結晶組織をあらわす顕微鏡写真であ
る。 1……遠心鋳造装置、2……回転軸 4……るつぼ、5……鋳型
FIG. 1 is an explanatory view of a casting apparatus, and FIGS. 2 (a), (b),
(C) is a plan view of the air-melting die used, and a front view and a side view with a part omitted, FIGS. 3 (a), (b),
(C) is a plan view, front view, side view, FIG. 4 (a), (b), (c), (d), FIG. 5 (a) of the centrifugal casting mold.
(B), (c), (d) and FIGS. 6 (a), (b),
(C) and (d) are micrographs showing the crystal structure, No. 7.
Fig. 8 is a graph showing the relationship between hardness and chemical composition, Fig. 8 is a graph showing the effect of additives on high temperature hardness, and Fig. 9 is a graph showing the effect of chromium on acid resistance.
FIGS. 10 (a), (b), (c), (d) and (e) are micrographs showing the solubility and crystal structure of each additive element. 1 ... Centrifugal casting device, 2 ... Rotating shaft 4 ... Crucible, 5 ... Mold

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】必須成分として重量比で4.3%以上6.7%以
下の炭素、4.5%以上25%以下のクロム、3%以上10%
以下のバナジウムを含有し、残部が実質的に鉄で、結晶
組織がセメンタイト、レーデブライト若しくはこれらの
混合組織であることを特徴とする耐熱性を有する鉄系セ
ラミック材料。
Claims: 1. 3% to 6.7% carbon by weight, 4.5% to 25% chromium, 3% to 10% by weight as essential components
A heat-resistant iron-based ceramic material containing the following vanadium, the balance being substantially iron, and the crystal structure being cementite, ledeburite, or a mixed structure thereof.
【請求項2】上記必須成分以外に、重量比で10%以下の
モリブデン、10%以下のタングステン、10%以下のマン
ガン、1%以下のホウ素のうちの1種又は2種以上が添
加されている特許請求の範囲第1項に記載の鉄系セラミ
ック材料。
2. In addition to the above essential components, one or more of molybdenum of 10% or less by weight, tungsten of 10% or less, manganese of 10% or less and boron of 1% or less are added. The iron-based ceramic material according to claim 1.
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