JP4047197B2 - Ｎｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗性合金 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性、耐摩耗性、抗折力に優れ、かつ合金鋼とのクラッド性に優れたＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗性合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｉ基にホウ化物などの硬質粒子を分散させた耐食耐摩耗合金が各種提案されている。例えば特許文献１には重量％で、Ｍｏ：２５〜４０％、Ｂ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２０％以下、Ｓｉ：０．１％以下、Ｆｅ：１２％以下、残部がＮｉからなる表面硬化用塩酸耐食合金が開示さてている。また、特許文献２には、硼化物よりなる硬質相３５〜９５重量％と、該硬質相を結合するＮｉ基の結合相からなる硬質焼結合金において、全硬質相量のうち正方晶系のＭ₃ Ｂ₂ 型（Ｍ：Ｍｏ、Ｎｉの他はＣｒおよび／またはＶ）複硼化物を６０％以上含み、残部が斜方晶系のＭ₃ Ｂ₂ 型複硼化物あるいは他の硼化物よりなる耐食性に優れた高強度硬質焼結合金が開示されている。
【０００３】
さらに、特許文献３には、炭化物および硼化物を主体とする硬質相がＮｉ基のマトリックスで結合された複合材料であって、前記硬質相およびマトリックスは、総量で、Ｂ：１．５〜５重量％、Ｃｒ：５〜１５重量％、Ｍｏ：２５〜５０重量％、Ｗ：１０〜２５重量％、Ｆｅ：２〜４重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物とからなる耐摩耗耐食性複合材料が開示されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平８−１５７９９１号公報）
（２）特許文献２（特許第２６３１７９１号公報）
（３）特許文献３（特開平５−１３２７３４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した合金は、例えば溶射、肉盛り、焼結などの方法により合金鋼と複合化され使用されることが多いが、残留ポアや成分偏析などの問題がある。また、Ｍｏを主体としたホウ化物および耐食性を改善するためＭｏを多量に含むＮｉ基マトリックスは熱膨張係数が小さい。従って、このようなＮｉ基ホウ化物析出耐食耐摩耗合金は複合化される合金鋼より熱膨張係数が小さくなってしまうことが多い。このような熱膨張係数の差異により、溶射、肉盛り、焼結などの複合化処理の時や、使用環境における昇温、降温サイクルにより複合界面に亀裂を生じてしまうという問題がある。
【０００６】
近年、弗素など還元性酸の腐食性ガスを発生するプラスチック成形機のスクリューやシリンダーに対する高耐食合金が求められている。このような環境において、Ｍｏを含むＮｉ基合金が有効であるが、一方でＭｏを多量に添加すると脆性な金属間化合物が生成するためＣｒの添加量を制御する必要があり、酸化性酸に対する耐食性が不十分となるという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために鋭意開発を進めた結果、特に熱膨張係数に影響するマトリックスのＭｏ含有量、およびホウ化物の量を決定するＢ含有量を一定範囲とすることで合金鋼の熱膨張係数（１２〜１５×１０^-6）とほぼ同等の熱膨張係数を有し、同時にＣｕ添加により還元性酸と酸化性酸に対する高耐食性、高耐摩耗性、高抗折力を有するＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗性合金を提供するものである。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、質量％で、Ｂ：０．５〜４．０％、Ｃｕ：０．２〜５．０％、Ｃｒ：５〜３０％、Ｍｏ：１０〜４０％を含み、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ以下（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすマトリックスがＮｉ基であることを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗性合金である。
（ａ）１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４５
（ｂ）１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）
（ｃ）（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明についての成分組成の限定理由について述べる。
Ｂ：０．５〜４．０％
Ｂは、本発明合金における硬質粒子であるホウ化物を析出させるための元素であり、０．５％未満では硬さが不十分であり、４．０％を超えると熱膨張係数が小さくなるため、その範囲を０．５〜４．０％とした。
【００１０】
Ｃｕ：０．２〜５．０％
Ｃｕは、マトリックス中に固溶され、還元性、酸化性酸に対する耐食性を向上させるが、０．２％未満ではその効果が十分でなく、５％を超える添加をしても効果が飽和することから、その範囲を０．２〜５．０％とした。また、ＣｒやＭｏを含むＮｉ基マトリックス相は各種酸に対し高耐食性を有する。特にＣｒの好ましい成分範囲としては、５〜３０％、Ｍｏの好ましい成分範囲としては、１０〜４０％とする。
【００１１】
１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４５
（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）が１１未満では熱膨張係数が大きくなり、（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）が４５を超えると熱膨張係数が小さくなる。従って、その範囲を１１〜４５とする。
１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）
（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）が１５未満では良好な耐食性が得られない。従って、下限値を１５とした。好ましくは２０とする。
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）が５５を超えると良好な抗折力が得られない。これはマトリックス中に脆い金属間化合物が析出するためと推定される。従って、その上限値を５５とした。
【００１２】
以上、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｂ−Ｎｉ系の５元素について主に説明してきたが、本発明は、Ｎｉ基合金であればこの５元素に限定されることはない。この５元素の成分系に添加する代表的な元素を挙げると、例えば、硬さ向上のために、Ｚｒ，Ｖ，Ｗ，Ｃを０．２〜１０％の範囲内で添加、また、耐食性を向上させるために、Ｃｏを０．１〜１０％の範囲内で添加、また、原料費低減のためにＦｅを１０％以下添加、さらには、溶接性改善のために、Ｓｉ，Ｍｎを０．２〜５％の範囲内で添加しても良い。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
アルゴンガス雰囲気中で表１に示す組成に配合した原料１５０ｇを誘導溶解炉にて溶解し、急冷銅鋳型にて遠心鋳造した。得られた小鋼塊から採取した試験片より熱膨張係数、弗酸腐食度、硝酸腐食度、硬さおよび抗折力について評価した。熱膨張係数は鋼塊から採取した試験片により２５〜５００℃における平均熱膨張係数を測定し、熱膨張係数が１１×１０^-6〜１６×１０^-6；○、１１×１０^-6未満または１６×１０^-6を超える；×とした。また、耐食性については、還元性酸として、上記小鋼塊から１０×１０×１０ｍｍの試験片を採取し、４０℃、１０ｍａｓｓ％の弗酸に１０時間浸漬した。腐食度が０．５ｇ／ｍ² ／ｈ以下；○、０．５ｇ／ｍ² ／ｈを超える；×とした。
【００１４】
また、酸化性酸として、上記小鋼塊から１０×１０×１０ｍｍの試験片を採取し、４０℃、１０ｍａｓｓ％の硝酸に１０時間浸漬した。腐食度が０．５ｇ／ｍ² ／ｈ以下；○、０．５ｇ／ｍ² ／ｈを超える；×とした。
さらに、硬さについては、上記小鋼塊から採取した試験片を湿式研磨しロックウエル硬さを測定し、ＨＲＣ４０以上；○、４０未満；×とした。さらに、抗折力については、上記小鋼塊から１．７×１．７×２．０の試験片を採取し測定した。抗折力が１．５ＧＰａ以上；○、１．５ＧＰａ未満；×とした。なお、マトリックス成分はＳＥＭ−ＥＤＳにて微小領域を分析した。
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜４は本発明例であり、Ｎｏ．５〜１１は比較例である。比較例Ｎｏ．５はＣｕの含有量が低いために、硝酸腐食性が劣る。比較例Ｎｏ．６は（マトリックスＭｏ＋１０Ｂ）が高い場合であり、熱膨張係数が範囲外となる。比較例Ｎｏ．７は（マトリックスＣｒ）＋（マトリックスＭｏ）が低いために弗酸腐食性および硝酸腐食性が劣る。Ｎｏ．８は（マトリックスＭｏ＋１０Ｂ）および（マトリックスＣｒ）＋１．５（マトリックスＭｏ）が高いために熱膨張係数が範囲外となり、かつ抗折力が劣る。Ｎｏ．９はＢが低く、（マトリックスＭｏ＋１０Ｂ）が低いために、熱膨張係数が範囲外となり、かつ硬さが劣る。Ｎｏ．１０はＢが低いために、硬さが劣る。Ｎｏ．１１はＢが高く、（マトリックスＭｏ＋１０Ｂ）が高いために、熱膨張係数が範囲外となることが判る。これに対し、本発明であるＮｏ．１〜４のいずれもそれぞれの特性に優れていることが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により耐食性、耐摩耗性、抗折力およびクラック性に優れたＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗性合金を得ることが出来た。

Claims (1)

1. 質量％で、
   Ｂ：０．５〜４．０％、
   Ｃｕ：０．２〜５．０％、
   Ｃｒ：５〜３０％、
   Ｍｏ：１０〜４０％
   を含み、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ以下（ａ）〜（ｃ）の条件を満たすマトリックスがＮｉ基であることを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗性合金。（ａ）１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４５
   （ｂ）１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）
   （ｃ）（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５