JP3462742B2

JP3462742B2 - 表面硬化部材およびその製法並びに溶着金属

Info

Publication number: JP3462742B2
Application number: JP00895798A
Authority: JP
Inventors: 裕之武田; 康生村井; 賢司斉藤
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JPH11197876A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面硬化部材とそ
の製法、並びに表面硬化部を構成する溶着金属に関し、
より詳細には、耐摩耗性と靭性に優れ、特に岩石を破砕
するコーンクラッシャのマントルライナやコーンケーブ
ライナ、更にはジョークラッシャのジョープレートなど
の如く、重衝撃を受け且つ耐摩耗性の要求される部材と
して優れた靭性と耐摩耗性を有する表面硬化部材に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の破砕機や粉砕機などの耐摩耗部材
としては、従来より耐摩耗性と靭性を合わせ持った高Ｍ
ｎ鋳鋼が汎用されている。しかして高Ｍｎ鋳鋼はマトリ
ックスがオーステナイトで優れた靭性を有しており、し
かも摩耗面近傍は衝撃および塑性変形による変形双晶あ
るいは積層欠陥により加工硬化を起こして非常に硬くな
るからである。つまり高Ｍｎ鋳鋼は、表面は硬く内部は
靭性に優れるという、破砕機ライナー等の如き衝撃を受
ける耐摩耗部材として優れた特性を有しているからであ
る。しかしながら該高Ｍｎ鋳鋼は、受ける衝撃が小さい
場合には加工硬化が生じないため表面硬度が上がらず、
満足のいく耐摩耗性が得られなくなる。

【０００３】逆に破砕時に受ける衝撃が大きい場合は、
加工硬化は十分に生じるものの、その表面硬度は摩耗に
耐える得るほどには上がらず、やはり摩耗が顕著に進行
するという問題を抱えている。

【０００４】そこでこの様な場合には、マルテンサイト
系鋳鋼や高Ｃｒ鋳鉄といった初期硬度（加工硬化前の硬
度）の高い材料が使用される。即ち高Ｃｒ鋳鉄は、摩耗
部材の寿命やコストの観点からすると優れたものといえ
る。ところが高Ｃｒ鋳鉄は一般に靭性が乏しく、岩石を
破砕するコーンクラッシャのマントルライナやコーンケ
ーブライナー等の如く耐摩耗性が必要で且つ重衝撃を受
ける部材へ適用すると、使用中に脆性破壊を生じて使用
し得なくなることがあり、破砕機械本体の損傷を招く恐
れも生じてくる。こうした脆性破壊は、高Ｃｒ鋳鉄の靭
性不足が最大の原因と考えられる。

【０００５】高Ｃｒ鋳鉄に関しては、これまでに特開昭
５７−５８４４号、同５７−８９４５３号、特開平２−
１１５３４３号、特公平４−５６１０２号、特開平６−
２４０４０３号等に開示されている様に種々の改良研究
がなされているが、その殆んどは硬さを最大限に向上さ
せて耐摩耗性を改善するものであり、高Ｃｒ鋳鉄の靭性
を向上させて脆性破壊を防止する方向の研究は現在のと
ころなされていない。

【０００６】上記の様に高Ｍｎ鋳鋼や高Ｃｒ鋳鉄に指摘
される問題を解決し、且つ高耐摩耗性と高靭性を両立さ
せるため、鋼等の強靭な素材を基材とし、耐摩耗性が求
められる表層部のみに高硬度の金属材を形成する表面硬
化法が重宝されている。

【０００７】代表的な表面硬化法としては、溶融溶接
法、鋳ぐるみ法、鋳掛け肉盛法などが挙げられるが、夫
々下記の様な問題が指摘される。

【０００８】まず溶融溶接法（硬化肉盛溶接法）では、
耐摩耗性を発揮する代表的な肉盛溶接材としてマルテン
サイト系および高Ｃｒ鉄系の材料が挙げられるが、マル
テンサイト系肉盛溶接材では、溶着金属内に高硬度の炭
化物などが含まれていないため高Ｃｒ鉄系材料に比べて
耐摩耗性に劣り、満足のいく摩耗寿命が得られない。ま
た高Ｃｒ系肉盛溶接材は、マルテンサイト系肉盛溶接材
に比べると高硬度の炭化物が含まれているため、特に激
しい土砂摩耗に対しては優れた耐摩耗性を示すが、反
面、耐摩耗性向上と引き替えに溶着金属の伸びや靭性が
低下するため、溶着金属が割れ易くなるという問題が生
じてくる。

【０００９】また、鋼に代表される強靭材からなる基材
に高Ｃｒ鋳鉄を鋳ぐるみしたり鋳掛け肉盛する方法で
は、一般に両者の熱膨張係数が異なるため、両者の接合
時に残留応力が発生するが、前述の如く高Ｃｒ鋳鉄は靭
性が乏しいだけでなく伸びも殆んど示さないので、残留
応力が大きくなると高Ｃｒ鋳鉄に割れが発生し易くな
る。

【００１０】そして上記の様に表面硬化部に割れが発生
すると、破砕機や粉砕機部品が稼働中に受ける応力によ
って割れが進展し、硬化金属が剥離して耐摩耗性を著し
く低下させる原因となる。更に割れ先端部は、表面硬化
を施した基材の疲労亀裂起点になることがあり、該基材
に疲労破壊が生じると、耐摩耗性部材として使用できな
くなるばかりでなく、機械本体までも損傷され易くな
る。従って特に重衝撃を受けるコーンクラッシャ等につ
いては、表面硬化材の耐割れ性についての改善が求めら
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、基材
として鋼などの強靭な材料を使用し、耐摩耗性が求めら
れる部分のみに高硬度で且つ耐割れ性に優れた表面硬化
層を形成し、耐摩耗性および耐衝撃性の何れにも優れた
表面硬化部材とその製法を提供すると共に、該表面硬化
部を構成する肉盛溶着金属を明らかにしようとするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る表面硬化部材とは、基材表面に硬
化層が形成された部材であって、表面硬化層が、Ｃ：０．２〜０．９％Ｓｉ：０．６〜１．９％Ｍｎ：０．６〜１．６％Ｃｒ：２．５〜７．５％Ｗ：０．１％以上１．５％未満Ｖ：０．１％以上１．５％未満Ｍｏ：１．０〜８．０％Ｂ：０．２％超０．８％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる溶着金
属によって構成されているところに要旨を有している。
上記本発明の表面硬化部材においては、前記溶着金属中
のＭｏ量が４．０％超８．０％以下であるものが特に好
ましい。

【００１３】また、本発明に係る溶着金属は、肉盛溶接
された溶着金属であって、該溶着金属が、上記成分組成
の要件を満たすものであるところに特徴を有している。
更に本発明に係る製法は、鋼の如き強靭材からなる基材
における耐摩耗性要求部位に、前記成分組成を満たす溶
着金属層を肉盛溶接によって形成するところに要旨が存
在する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者らは、前述の如く基材表
面に硬化層を形成することによって耐摩耗部材としての
性能を改善する方法に注目し、表層部に高レベルの硬度
と優れた耐割れ性を与えるべく、様々の表面硬化材料に
ついて研究を進めてきた。特に、表面硬化した溶着金属
の硬度と耐割れ性に影響を及ぼす因子を、溶着金属の化
学成分の観点から検討を重ねてきた。その結果、炭化物
の生成は溶着金属の硬度向上に有効である反面、耐割れ
性を極端に悪化させることをつきとめた。

【００１５】ところが耐割れ性を高めるべく炭化物の生
成を制御すると、溶着金属の硬度が低下して満足のいく
耐摩耗性が得られなくなる。そこで溶着金属の硬度を高
めると共に、耐割れ性も向上させることのできる溶着金
属成分を見出すべく検討を重ねた結果、溶着金属中のＣ
ｒ，Ｗ，Ｖ，Ｍｏ，Ｂの各含有量、とりわけＭｏとＢの
含有量を適切に制御し、溶着金属組織を鋼のマルテンサ
イトと硼化物からなる複合組織としてやれば、溶着金属
の硬度が高められると共に、溶着金属組織が微細化され
て耐割れ性も向上し、従来材に比べて格段に優れた耐摩
耗性を有する表面硬化部材が得られることをつきとめ
た。以下、本発明において溶着金属の成分組成を定めた
理由を詳細に説明する。

【００１６】Ｃ：０．２〜０．９％Ｃは、Ｆｅ主体のマトリックス中に固溶して鋼をマルテ
ンサイト化する主要元素であり、溶着金属中のＣ含有量
が０．２％未満ではＦｅへの固溶量が不足気味となって
マトリックスが硬度不足となり、後述する如くマトリッ
クスの周囲に高硬度の硼化物が生成したとしても溶着金
属全体としての硬度が十分に上がらなくなる。一方Ｃ含
有量が０．９％を超えると、溶着金属のマトリックスの
一部がマルテンサイトとならずにオーステナイトとして
残存する。オーステナイトは硬度が低いため、溶着金属
全体の硬度を低下させるばかりでなく、熱膨張係数がマ
ルテンサイトや硼化物と大きく異なっているため、その
収縮量の違いに由来して溶着金属が割れを起こし易くな
る。こうしたＣの利害得失を考慮してより好ましいＣ量
の下限値は０．２５％、より好ましい上限値は０．８％
である。

【００１７】Ｓｉ：０．６〜１．９％Ｓｉは脱酸成分として作用し、溶着金属の清浄化に寄与
する。こうした作用を有効に発揮させるには０．６％以
上、より好ましくは０．７％以上含有させるべきである
が、多過ぎるとマトリックス中へのＳｉ固溶量の増大に
よりＦｅの靭性が低下し、耐割れ性に悪影響が表われて
くるので１．９％以下、より好ましくは１．７％以下に
抑えるべきである。

【００１８】Ｍｎ：０．６〜１．６％上記Ｓｉと同様に脱酸作用を有し溶着金属の清浄化に寄
与する元素であり、その効果を有効に発揮させるには
０．６％以上、より好ましくは０．７％以上含有させな
ければならないが、多過ぎると溶着金属中にオーステナ
イトが生成し易くなり、硬度や耐割れ性に悪影響を及ぼ
す様になるので、１．６％以下、より好ましくは１．４
％以下に抑えるべきである。

【００１９】Ｃｒ：２．５〜７．５％ＣｒはＢと結合して硼化物を生成し、溶着金属の高硬度
化に寄与する重要な元素であり、その効果を有効に発揮
させるには２．５％以上、より好ましくは３．０％以上
含有させるべきである。反面Ｃｒ量が多くなり過ぎる
と、溶着金属が凝固する際に高温割れを生じ易くなるの
で７．５％以下、より好ましくは６．９％以下に抑えな
ければならない。

【００２０】Ｗ：０．１％以上１．５％未満ＷもＢと結合して硼化物を形成し溶着金属の高硬度化に
寄与する他、溶着金属に伸びを与えて収縮割れを抑え耐
割れ性を高める作用も有している。こうした効果を有効
に発揮させるには０．１％以上、より好ましくは０．２
％以上、更に好ましくは０．４％以上含有させるべきで
あるが、含有量が多くなり過ぎると耐割れ性を却って悪
化させる傾向が生じてくるので、１．５％以下、より好
ましくは１．４５％以下、更に好ましくは１．３％以下
に抑えなければならない。

【００２１】Ｖ：０．１％以上１．５％未満ＶもＢと結合して硼化物を形成し溶着金属の高硬度化に
寄与する他、溶着金属が凝固する際の高温割れ防止にも
有効に作用する。こうした作用は、０．１％以上、より
好ましくは０．２％以上、更に好ましくは０．３％以上
含有させることによって有効に発揮されるが、多過ぎる
と耐割れ性を却って悪化させるので、１．５％以下、よ
り好ましくは１．４％以下、更に好ましくは１．２％以
下、最も好ましくは１．０％以下に抑えるべきである。

【００２２】Ｍｏ：１．０〜８．０％ＭｏもＢと結合して硼化物を形成し、溶着金属の高硬度
化に寄与する主要元素であり、且つ硼化物の形成に寄与
した以外のＭｏは、Ｆｅマトリックス中に固溶して焼入
れ性を高める作用も発揮する。こうした効果を有効に発
揮させるには、１．０％以上含有させなければならな
い。より好ましいＭｏの含有量は２．０％以上、更に好
ましくは３．０％以上、最も好ましくは４．０％超であ
るが、多くなり過ぎると溶着金属の靭性を低下させて耐
割れ性を阻害する傾向が表われてくるので、８．０％以
下、より好ましくは７．０％以下に抑えなければならな
い。

【００２３】Ｂ：０．２％超０．８％以下Ｂは硼化物の形成に欠くことのできない元素であり、
０．２％を超えて含有させなければ溶着金属中に十分な
量の硼化物が生成せず、満足のいく硬度が得られないば
かりでなく、金属組織も粗大となって十分な耐割れ性も
得られ難くなる。但し含有量が多くなり過ぎると粒界脆
化を起こして溶着金属の靭性を低下させ、却って耐割れ
性に悪影響が表われてくるので、０．８％以下、より好
ましくは０．７％以下、更に好ましくは０．６％以下に
抑えるべきである。

【００２４】本発明における溶着金属を構成する成分元
素は上記の通りであり、残部成分は実質的にＦｅであ
り、その他の元素としてＰ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等あるいは更に
他の元素が混入してくることがあるが、それらも不可避
不純物量である限り許容される。

【００２５】次に、上記成分組成を特定することによっ
て、高硬度で且つ耐割れ性が共に高められた溶着金属が
得られる理由について説明する。

【００２６】まずＢは、マトリックス粒界に偏析し易
く、且つＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等と結合して硼化物を形成
する特性を有している。そしてこれらの元素との反応に
よって生成する硼化物は、マトリックス粒界に沿って網
目状に生成し、マトリックスの粒成長を抑制して結晶粒
を微細化する特性を発揮し、溶着金属の靭性を高めて耐
割れ性を向上させる。しかも生成した硼化物は高硬度で
あり、溶着金属の硬度上昇にも寄与する。

【００２７】一方、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，ＶはＣとも反応し
易いことが確認されているが、系中にＢが存在するとそ
の多くは硼化物となるため、溶着金属中の炭化物の生成
量は極めて少なくなる。その結果、溶着金属中に含まれ
ている殆んどのＣはＦｅマトリックス中に固溶すること
となり、Ｆｅのマルテンサイト化に寄与する。一般にマ
ルテンサイトは、Ｆｅ中のＣ固溶量が多くなるほど高硬
度化することが知られており、溶着金属中のＣが炭化物
の生成に利用されずにその殆んどがマトリックス中に固
溶すると、マルテンサイトからなるマトリックスの硬度
も高くなり、溶着金属全体が高硬度化してくる。

【００２８】この様に炭化物が生成し難くなることによ
る効果は、マルテンサイトの高硬度化に止まらない。即
ち炭化物は極めて脆弱であるため、炭化物が生成すると
溶着金属の靭性が低下して耐割れ性に悪影響を及ぼす様
になるが、前述の如くＢ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等の含有
量を調整した成分系では、溶着金属内部の炭化物量が極
めて少なくなり、耐割れ性の向上にも好影響をもたらす
ものと考えられる。

【００２９】この様にＢの添加効果は、硼化物の生成と
マトリックス硬度の上昇による溶着金属の高硬度化のみ
ならず、結晶粒の微細化ならびに脆弱な炭化物の生成抑
制による溶着金属の耐割れ性向上にも寄与し、それらの
効果が相まって、溶着金属の高硬度化と耐割れ性の向上
に顕著な効果を奏するのである。

【００３０】また、前述の如く溶着金属の高硬度化には
マトリックスをマルテンサイト化することが重要とな
る。そして、マトリックスを安定してマルテンサイト化
するには、溶着金属の焼入れ性を向上させることが有効
であり、焼入れ性の向上にはＭｏが顕著な影響を及ぼ
す。しかもＭｏは、前述の如く硼化物を生成して溶着金
属の硬度向上にも寄与するので、含有元素の中でもＭｏ
は極めて重要な元素として位置付けられる。そしてこう
したＭｏの焼入れ性向上と硼化物生成による複合効果を
有効に発揮させるには、前述の如く溶着金属中のＭｏ含
有量を１．０％以上、より好ましくは２．０％以上、更
に好ましくは３．０％以上、最も好ましくは４．０％超
とすべきであり、Ｍｏ量が１．０％未満では、Ｍｏの殆
んどが硼化物となって消費され、マトリックス中に固溶
するＭｏが実質的に存在し得なくなる為、溶着金属の焼
入れ性を高める効果が有効に発揮されず、マトリックス
硬度の低下、ひいては溶着金属の硬度低下を招く。尚こ
うしたＭｏの効果は約４〜５％程度で飽和し、８．０％
を超えて過度に含まれるときは溶着金属の靭性が低下
し、満足な耐割れ性を確保できなくなる。

【００３１】なお本発明の表面硬化層中には、溶着金属
層を形成する際の後述する様な肉盛溶接法の採用に付随
して微量のスラグ形成剤、あるいは炭酸塩や弗化物等の
アーク安定剤、ガス発生剤などが混入してくることもあ
るが、それらに由来する成分は不可避不純物量である限
り少量の混入は許容される。

【００３２】上記成分組成を満たす溶着金属からなる表
面硬化層の形成方法は特に制限されず、要は表面硬化要
求部位の化学組成を前記成分組成範囲となし得る限り、
溶融溶接法、鋳ぐるみ法、鋳掛け肉盛法など任意の方法
を採用できるが、中でも特に好ましいのは溶融溶接法で
あり、より具体的には、炭酸ガスアーク溶接法、シール
ドガスとしてＡｒ等の不活性ガスを混入させたガスアー
ク溶接法（ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、ＴＩＧ溶接な
ど）、サブマージドアーク溶接法、被覆アーク溶接法、
粉体プラズマ溶接法、セルフシールドアーク溶接法、酸
素−アセチレン炎使用に代表されるガス溶接法、エレク
トロスラグ溶接法などが非限定的に例示される。

【００３３】また前記表面硬化層を構成する溶着金属層
が形成される母材（基材）の種類は、前記表面硬化層の
支持層として使用時の応力に耐え得る強度と靭性を有す
る素材であればその種類は特に制限されないが、強度特
性や前記溶着金属層に対する接着性、コスト等を総合的
に考慮して最も実用性の高いのは軟鋼や低合金鋼などの
鋼材である。

【００３４】上記の様に本発明の表面硬化部材および該
表面硬化層を構成する溶着金属は、高硬度で且つ優れた
耐割れ性を有しており、重衝撃を受ける部位に適用した
ときでも卓越した靭性と耐摩耗性を発揮するので、特に
破砕機や粉砕機など、具体的にはコーンクラッシャやジ
ョークラッシャ、ローラミル、インパクトクラッシャ等
に幅広く適用することができる。また破砕・粉砕以外の
分野でも、例えば製鉄所の原料搬送部品、鉄鉱石等の原
料貯留施設に設けられる各種取扱い部品、圧延ロール等
の各種耐摩耗性部品、更にはパワーショベル等の建設機
械部品、鉱山、石炭等の採掘に用いられる鉱山機械部品
などに広く活用することができる。

【００３５】

【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれる。

【００３６】実施例１軟鋼製母材（厚さ５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×長さ２００
ｍｍ）の表面に、溶着金属組成が表１となる様に成分調
整したフラックス入りワイヤを用いて、図１（１は母
材、２は溶着金属を表わす）に示す如く硬化肉盛溶接を
行なって溶着金属層を形成した。尚フラックス入りワイ
ヤは、フープ材として軟鋼を使用し、フラックス充填
率：１５〜３８％、ワイヤ径（直径）：１．２〜１．６
ｍｍとし、フープ組成に合わせて充填される金属成分の
組成を調節することにより、溶着金属組成を調整した。
また肉盛溶接条件は下記の通りとした。（溶接条件）溶接電流：２８０Ａ，溶接速度：４０ｃｍ／分，溶接電
圧：３４Ｖ，ワイヤ突き出し長さ：２５ｍｍ，予熱、パ
ス間温度：２００〜２５０℃ 溶着金属厚さ：１０ｍｍ（３層盛り）、シールドガス：
ＣＯ₂ １００％

【００３７】得られた各肉盛溶接材について、溶着金属
の硬度（荷重３０ｋｇｆでのビッカース硬さ）と割れの
状態（溶着金属表面のカラーチェック）を調べ、表１に
併記する結果を得た。

【００３８】また上記と同じ溶接条件を採用し、図２に
略示する耐摩耗性評価試験装置［図中、３は上型基材
（軟鋼）、４は下型基材（軟鋼）、５は硬化肉盛溶着金
属層、６は被破砕石、７は上部原料シュート、８は下部
原料シュート、９は荷重検出装置（ロードセル）、１０
はアクチュエータ、１１は強化ガラスを夫々示してい
る］における上型基材３および下型基材４の作用面に、
表１に示す如く成分調整された硬化肉盛溶着金属層５を
夫々形成した試験材を装着し、上部原料シュートからチ
ャート岩石を連続的に装入して下記の条件で破砕を行な
い、試験前後の試験材の重量を測定して重量減少（試験
材４個の合計値）により耐摩耗性を調べた。なお試験材
の重量減少は、破砕に供された岩石の重量（投入量）に
も影響を受けると予測されるため、比摩耗量（試験材の
重量減少／破砕した岩石の重量）で評価した。結果を表
１に一括して示す。（破砕条件）破砕原料：チャート岩石、投入サイズ２〜５ｍｍ、出
口サイズ：２．５±１ｍｍ破砕時の周波数：６Ｈｚ平均破砕荷重：５ｋＮ繰り返し回数：約８０００回

【００３９】

【表１】

【００４０】表１より次の様に考えることができる。Ｎ
ｏ．１１〜１８は本発明の規定要件を全て満たす実施例
であり、いずれの溶着金属もビッカース硬度が８００を
超えており、且つ溶着金属の表面および内部のいずれに
も割れは認められない。但し溶着金属の硬度について
は、Ｍｏ添加量の影響が若干認められ、本発明の規定範
囲内であっても、Ｍｏ量が多くなるほど硬度は高くなる
傾向が伺われる。しかし、その傾向はＭｏ量が４％を超
えた辺りでほぼ飽和している。

【００４１】これらに対し、Ｎｏ．１〜１０は、本発明
で規定するいずれかの要件を欠く比較例であり、下記の
如く硬度か耐割れ性のいずれかに問題がある。

【００４２】Ｎｏ．１：溶着金属中にＢが含まれていな
いため硬度が低く、且つ低温割れが発生している。Ｎｏ．２：Ｃｒ含有量が多いため高温割れを起こしてお
り、又Ｓｉ含有量が不足するため溶着金属内部に多数の
ブローホールが認められる。

【００４３】Ｎｏ．３：Ｃ量が不足し且つＭｎ量が多過
ぎるため、溶着金属の硬度が低い。またＭｎ含有量が多
過ぎるため溶着金属に割れが認められる。Ｎｏ．４：Ｖが含まれていないため溶着金属に高温割れ
を生じ、またＭｏ含有量が多過ぎるため低温割れを起こ
している。

【００４４】Ｎｏ．５：Ｃ含有量が多過ぎるため溶着金
属の硬度が低くなっている。しかもＣとＢの含有量が多
過ぎるため、溶着金属に低温割れが生じている。Ｎｏ．６：Ｃｒ含有量が不足するため溶着金属の硬度が
低い。

【００４５】Ｎｏ．７：Ｓｉ含有量が多過ぎるため耐割
れ性が低下し低温割れを起こしている。またＭｎ量が不
足するため溶着金属内部に多数のブローホールが観察さ
れる。Ｎｏ．８：Ｗが含まれていないため硬度が低く且つ低温
割れを生じている。

【００４６】Ｎｏ．９：Ｍｏ含有量が不足するため溶着
金属の硬度が低く、且つＶ含有量が多過ぎるため耐割れ
性が低下し低温割れを起こしている。Ｎｏ．１０：Ｗの含有量が多過ぎるため耐割れ性が低下
し、溶着金属に割れが生じている。

【００４７】またＮｏ．１１〜１８（実施例）とＮｏ．
１〜１０（比較例）を全体的に比較すると、比摩耗量は
前者の方が格段に優れており優れた耐摩耗性を有してい
ることが分かる。即ち、本発明で定める前記規定要件の
うち１つでも欠如する比較例では、溶着金属の表面硬度
が低く、あるいは溶着金属層の表層または内部に割れや
ブローホール等の欠陥が生じ、該欠陥部からの欠けや剥
離を起こすため比摩耗量が多くなっている。また溶着金
属の硬度と耐摩耗性については、Ｍｏ含有量依存性が認
められ、Ｍｏ含有量が多くなるほど硬度が高くなって耐
摩耗性は良好となる傾向が認められる。しかしその傾向
は、Ｍｏ含有量が約４％でほぼ飽和することを確認でき
る。

【００４８】実施例２図３に略示した様なコーンクラッシャのコーンケーブと
マントルの製造［図中、１２はマントル（母材）、１３
はコーンケーブ（母材）、１４は肉盛溶着金属を示し、
１５は破砕試験用の原料岩石（チャート）を示してい
る］を行なう際に、マントル１２とコーンケーブ１３の
各作用面に、前記実施例１と同じ溶接条件を採用して、
本発明で規定する化学成分を満足する硬化肉盛溶着金属
を形成した。従って、溶着金属組成は上記表１に示した
のと同じである。なお硬化肉盛層は、コーンケーブとマ
ントルの耐摩耗性が必要とされる部位（破砕室面側）に
５０ｍｍの厚さで形成した。作製したマントルとコーン
ケーブを実機のコーンクラッシャに適用し、下記の条件
で岩石破砕試験を行ない、前記表１に併記した結果を得
た。［破砕条件］岩石原料：チャート岩石、投入サイズ：１７０〜２００
ｍｍ、出口サイズ：２０〜２５ｍｍ、周波数：７Ｈｚ、
なお寿命は次の様に定義した。破砕状況が良好で溶着金
属や基材に割れ等の問題が生じなかった場合には、肉盛
した溶着金属（厚さ５０ｍｍ）が消失するまでの日数に
より、また破砕状況が不良で溶着金属や基材に割れ等の
問題が生じた場合には、耐摩耗部材として稼働可能な日
数とした。

【００４９】表１において、Ｎｏ．１１〜１８（実施
例）とＮｏ．１〜１０（比較例）を全体的に比較する
と、ライナー材としての寿命は前者の方が格段に優れて
おり、優れた耐摩耗性を有していることが分かる。即
ち、本発明で定める要件のうち１つでも欠如する比較例
では、溶着金属の表面硬度が低く、あるいは溶着金属層
の表層または内部に割れやブローホール等の欠陥が生
じ、該欠陥部からの欠けや剥離が生じたり、更には基材
が疲労破壊する場合も見られ、寿命が短い。

【００５０】また比較のため、ライナー材として通常用
いられている高Ｍｎ鋳鋼または高Ｃｒ鋳鉄製のマントル
またはコーンケーブ［図４参照、図中、１６はマント
ル、１７はコーンケーブ、１８は破砕試験用の原料岩石
（チャート）を示している］、および従来より硬化肉盛
溶接材料として用いられているマルテンサイト系、高Ｃ
ｒ鉄（炭化物）系の肉盛溶着層（厚さ５０ｍｍ）を軟鋼
基材上に形成したマントルまたはコーンケーブを使用
し、前記と全く同様にして実機のコーンクラッシャに適
用して岩石破砕試験を行なったときの寿命を調べ、表２
に示す結果を得た。

【００５１】なお鋳造品（高Ｍｎ鋳鋼または高Ｃｒ鋳
鉄）の寿命については、破砕状況が良好でライナー材に
割れ等の問題が生じなかった場合は、元の肉厚の約２／
３（厚さ約５０ｍｍ）が消失するまでの日数で、また破
砕状況が不良でライナー材に割れ等の問題が生じた場合
は、ライナー材として稼働可能な日数とした。

【００５２】

【表２】

【００５３】表２からも明らかである様に、従来の硬化
肉盛型のものでは、溶着金属の硬度もしくは耐割れ性の
少なくとも一方が不十分であり、溶着金属の欠けや脱落
を生じたり或は硬度不足となり、前記表１の実施例に比
べて寿命が極端に短い。また鋳造材についても、硬度不
足による寿命不足や靭性不足による割れを生じている。

【００５４】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、表
面硬化層の構成素材として特に、Ｃ，Ｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｖ等の特定された溶着金属層を形成することによっ
て、高硬度で且つ靭性に優れ、重衝撃を受ける破砕・粉
砕条件下に曝されたときでも卓越した耐摩耗性を発揮す
る表面硬化部材を提供し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実験で用いた硬化肉盛溶着金属形成材を示す見
取り図である。

【図２】硬化肉盛溶着金属層の耐摩耗性を評価するため
の岩石破砕試験法を示す概略断面説明図である。

【図３】コーンクラッシャによる破砕試験時の稼働模式
図（肉盛型）である。

【図４】コーンクラッシャによる破砕試験時の稼働模式
図（鋳造型）である。

【符号の説明】

１母材（基材）２溶着金属３上型基材（軟鋼）４下型基材（軟鋼）５硬化肉盛溶着金属層６被破砕石７上部原料シュート８下部原料シュート９荷重検出装置（ロードセル）１０アクチュエータ１１強化ガラス１２マントル（母材）１３コーンケーブ（母材）１４硬化肉盛溶着金属１５原料石（チャート）１６マントル（鋳造品）１７コーンケーブ（鋳造品）１８原料石（チャート）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−13693（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−206589（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−7090（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−221197（ＪＰ，Ａ) 特開平２−151392（ＪＰ，Ａ) 特開平７−278651（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 35/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基材表面に硬化層が形成された部材であ
って、表面硬化層が、Ｃ：０．２〜０．９％（質量％を意味する、以下同
じ）Ｓｉ：０．６〜１．９％Ｍｎ：０．６〜１．６％Ｃｒ：２．５〜７．５％Ｗ：０．１％以上１．５％未満Ｖ：０．１％以上１．５％未満Ｍｏ：１．０〜８．０％Ｂ：０．２％超０．８％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる溶着金
属によって構成されていることを特徴とする表面硬化部
材。
【請求項２】前記溶着金属中のＭｏ量が４．０％超
８．０％以下である請求項１記載の表面硬化部材。
【請求項３】肉盛溶接された溶着金属であって、該溶
着金属が、Ｃ：０．２〜０．９％Ｓｉ：０．６〜１．９％Ｍｎ：０．６〜１．６％Ｃｒ：２．５〜７．５％Ｗ：０．１％以上１．５％未満Ｖ：０．１％以上１．５％未満Ｍｏ：１．０〜８．０％Ｂ：０．２％超０．８％以下を含み、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを
特徴とする溶着金属。
【請求項４】溶着金属中のＭｏ量が４．０％超８．０
％以下である請求項３記載の溶着金属。
【請求項５】基材表面に、前記請求項１または２に記
載の溶着金属層を肉盛溶接によって形成することを特徴
とする表面硬化部材の製法。