JP4745938B2 - 鉄基合金 - Google Patents
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また、本発明の鉄基合金は、Ti:0.3wt%以下、Nb:0.6wt%以下、Mo:10wt%以下、B:0.005wt%以下のうちの1種または2種以上を添加させることができる。TiおよびNbは炭化物生成元素であり、一方、MoおよびBは基地強化元素である。
C:1.5〜2.5wt%
Cは、V,Wとともに炭化物を生成するための必須元素である。Cが1.5wt%を下回ると、炭化物の不足により明確なヤング率の向上効果が得られない。一方、Cが2.5wt%を超えると、炭化物過多により靱性が著しく低下する。したがって、Cの含有量を1.5〜2.5wt%とした。
この領域内にWおよびVの含有量が制御されることにより、MC型以外の炭化物の生成が抑制されるとともに、MC型炭化物の体積率が17〜32%に制御され、さらに、比重が、一般に使用される鉄鋼材料(耐熱材)の上限である8.3以下に制御される。本発明は、体積率および比重に関してこれらの数値を達成することを目的としている。
Niは、本発明における第2の熱処理工程において共析変態温度に操業のばらつきを許容し得る温度区間を生じさせ、その区間内でのMC型炭化物の生成を可能にする。また、保持後の冷却段階においてフェライトからオーステナイトを生成させ、材質の剛性、強度および靱性を向上させる。Niが0.25wt%を下回ると上記効果が得られない。一方、Niが4.75wt%を超えると最終組織中に、Cを多く固溶した高炭素オーステナイト相が現れるため、強度、靱性および延性が低下する。したがって、Niの含有量を0.25〜4.75wt%とした。
Mnは脱酸効果を有することから鉄鋼には必ず添加される。さらに、Sと化合物を形成することにより被削性の向上に寄与する。また、Niと合わせて添加することにより、本発明における第2の熱処理工程において共析変態温度に操業のばらつきを許容し得る温度区間を拡大させ、その区間内でのMC型炭化物の生成を容易にする。また、保持後の冷却段階においてオーステナイト生成を補助する。Mnが0.25wt%を下回ると、Niとの併用添加による本発明の第2の熱処理工程における効果が得られない。一方、Mnが1.7wt%を超えると最終組織中に、Cを多く固溶した高炭素オーステナイト相が現れるため、強度、靱性および延性が低下する。したがって、Mnの含有量を0.25〜1.7wt%とした。
Tiは炭化物生成元素として有効であり、晶出、析出双方の形態で生成する。Ti炭化物(TiC)はWおよびVを固溶するので複炭化物を生成しやすい。したがって、Tiの含有量を0.3wt%以下とした。
Nbも炭化物生成元素として有効であり、晶出、析出双方の形態で生成する。Nb炭化物(NbC)はVCよりも比剛性がやや劣り、ヤング率の向上よりも基地の強化として有効である。これらを鑑み、Nbの含有量を0.6wt%以下とした。
(1)VとWの最適範囲を求める実験
下記の実施例および比較例の鉄基合金を製造し、これらの炭化物の体積率と比重を求めることにより、本発明の目的を達成し得るVとWの最適な含有量の範囲を確かめた。
表1に示す実施例1〜32の成分の鉄基合金材料をそれぞれ100kg溶解して調製した後、鋳造、熱間圧延を経て直径20mmの丸棒状のサンプルを得た。次いで、実施例1〜32のサンプルにつき、1100℃の温度に保持した状態から水冷する第1の熱処理工程を行い、続いて、640℃で1時間加熱した後に空冷する第2の熱処理工程を行った。
表2に示す比較例1〜15の成分の鉄基合金からなるサンプルを上記実施例と同様にして得、これらサンプルにつき実施例と同様の熱処理を行った。
X線回折装置(RIGAKU社製:RINT−2000)を用いて測定した。・比重
アルキメデスの原理に基づき、試験片の大気中での重量と、上皿秤に水の入った容器を乗せたときの秤量値に対して、その容器の水中に試験片を吊したときの秤量値の増分とをそれぞれ計って算出した。水の入った容器の水中に試験片を吊したときの秤量値の増分は試験片にかかる浮力に等しく、その浮力は、試験片が押しのけた水の重量に等しいので、秤量値の増分と水の密度から、試験片の体積が求められる。求めた体積と試験片の大気中の重量から、試験片の比重が求められる。
表3に示す実施例33〜36と比較例16の成分を有する鉄基合金材料を、上記実施例1〜32と同様に溶製、鋳造、圧延して直径20mmの丸棒状のサンプルを得た後、切削加工を施して概ね所定の試験片形状に成形した。次いで、実施例33〜36の試験片については実施例1〜32と同様の熱処理を施し、一方、比較例16の試験片には一般的な浸炭処理(浸炭雰囲気からの焼入れ後、低温で焼戻し)を施した。
超音波法を用いた。すなわち、超音波を試験片に当てて縦波と横波の反射時間から速度を計り、比重から算出した。
・疲労強度
小野式回転曲げ疲労試験機(東京試験機製作所社製:FTO−10H)を用いて測定した。
・引張り強さ、0.2%耐力
引張り試験機(島津製作所社製:AG−5000C)により、荷重をロードセル、伸びは歪みゲージを用いて測定した。
これらの結果を、表4に示す。
MC…MC型炭化物
γ…オーステナイト
Claims (2)
- C:1.5〜2.5wt%、Ni:0.25〜4.75wt%、Mn:0.25〜1.7wt%、および添付図面の図1に示す線aで囲まれた領域で示される量のWとVを含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、基地組織中にMC型炭化物を含むことを特徴とする鉄基合金。
- Ti:0.3wt%以下、Nb:0.6wt%以下のうちの1種または2種を含むことを特徴とする請求項1に記載の鉄基合金。
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