JP5855357B2 - Ｎｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金 - Google Patents
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Description
本発明は、耐食性、特に高い弗酸に対する耐食性を有し、かつ耐摩耗性、抗折力に優れた低原料コストのＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金に関するものである。
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れている。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。
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。
また、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。
さらに、特許文献４には、質量％で、Ｃｒ：５〜３０％、Ｍｏ：１０〜４０％、Ｂ：０．５〜４．０％を含み、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、かつ、１１≦（マトリックスＭｏ含有量）＋１０（Ｂ含有量）≦４０、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）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５の条件を満たすマトリックスからなるＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金が開示されている。また、近年のレアメタル原料コストの高騰から、これら従来文献に見られる原料の中でも特にＭｏ価格が不安定であり、低Ｍｏ含有合金の実現が課題となっている。
特開平８−１５７９９１号公報
特許第２６３１７９１号公報
特開平５−１３２７３４号公報
特開２００４−１３７５７０号公報
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。ところが、特許文献１は、Ｍｏが２５〜４０％と高く、高価なＭｏ使用量が多くコスト高となる。また、特許文献２は、Ｂの含有量が多く、複硼化物を６０％以上含み、硬質粒子である硼化物を析出させる元素であるＢの含有量が過剰すぎる。また、特許文献３は、Ｃｒ含有量が低く、かつＭｏ含有量が高いことから、耐食性が十分でなく、また、Ｍｏが２５〜４０％と高価なＭｏ使用量が多くコスト高となるという、それぞれの問題がある。
さらに、特許文献４は、特に熱膨張係数に影響するマトリックスのＭｏ含有量、および硼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とほぼ同等の熱膨張係数とし、例えば、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の生じるのを防止するものである。しかしながら、特許文献４の実施例はＣｒ／Ｍｏが概ね１．７以下で、耐食性改善効果のあるＣｒとＭｏ添加量においてＭｏの比率が高く、原料費が高価である。
本発明は、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、特許文献４のような課題とは異なって、特に耐食性の観点から、高い弗酸に対する耐食性に着目して、ＣｒとＭｏ含有量およびその比率を最適な範囲に定めることにより、耐食性に極めて優れた高耐食性、高耐摩耗性、高抗折力を有し、低原料コストのＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金を提供するものである。
その発明の要旨とするところは、質量％で、Ｃｒ：３１〜４５％、Ｍｏ：１０〜２０％、Ｂ：０．５〜３．０％を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金で、かつ、下記式を満たすことを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金にある。１．８≦Ｃｒ／Ｍｏ≦４．０ … （１）
１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量） … （２）
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５ … （３）
１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量） … （２）
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５ … （３）
以上述べたように、本発明により高耐食性、耐摩耗性および抗折力に優れたＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金を得ることが出来た。
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。
Ｃｒ：３１〜４５％
Ｃｒ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。特に高い弗酸に対する耐食性を得るためには、２５％未満ではその効果が十分得られないことから２５％以上とした。また、４５％を超えると、その効果は飽和し、コストが高くなることから、その上限を４５％とした。好ましくは３１〜３８％である。
Ｃｒ：３１〜４５％
Ｃｒ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。特に高い弗酸に対する耐食性を得るためには、２５％未満ではその効果が十分得られないことから２５％以上とした。また、４５％を超えると、その効果は飽和し、コストが高くなることから、その上限を４５％とした。好ましくは３１〜３８％である。
Ｍｏ：１０〜２０％
Ｍｏを含むＮｉ基マトリックス相は非酸化性の酸に対し高耐食性を有する。しかし、１０％未満ではその効果が十分えられないことからその下限を１０％とした。また、２０％を超えると、その効果は飽和し、コストが高くなることから、その上限を２０％とした。好ましくは１１〜２０％、より好ましくは１２〜１８％である。
Ｍｏを含むＮｉ基マトリックス相は非酸化性の酸に対し高耐食性を有する。しかし、１０％未満ではその効果が十分えられないことからその下限を１０％とした。また、２０％を超えると、その効果は飽和し、コストが高くなることから、その上限を２０％とした。好ましくは１１〜２０％、より好ましくは１２〜１８％である。
Ｂ：０．５〜３．０％
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、３．０％を超えると耐食性が劣化することから、その範囲を０．５〜３．０％とした。好ましくは０．５〜２．８％、より好ましくは１．０〜２．５％である。
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、３．０％を超えると耐食性が劣化することから、その範囲を０．５〜３．０％とした。好ましくは０．５〜２．８％、より好ましくは１．０〜２．５％である。
１．８≦Ｃｒ／Ｍｏ≦４．０
Ｃｒ／Ｍｏを１．８〜４．０とした理由は、１．８未満では耐食性に変化がなく、高価なＭｏの使用量が増加し、また、４．０を超えると耐食性が不十分であることから、その範囲を１．８〜４．０とした。好ましくは２．５０〜４．０とする。より好ましくは２．５０〜３．５０％である。
Ｃｒ／Ｍｏを１．８〜４．０とした理由は、１．８未満では耐食性に変化がなく、高価なＭｏの使用量が増加し、また、４．０を超えると耐食性が不十分であることから、その範囲を１．８〜４．０とした。好ましくは２．５０〜４．０とする。より好ましくは２．５０〜３．５０％である。
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。より好ましくは２２である。
（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。より好ましくは２２である。
（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。好ましくは５３、より好ましくは５０である。
（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。好ましくは５３、より好ましくは５０である。
本発明に係るＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金の高耐食性は主にマトリックス中のＣｒ、Ｍｏ含有量が効いており、非酸化性の酸である弗酸についてはマトリックス中のＣｒ、Ｍｏ含有量（質量比）が同程度の割合で効果があることが判った。つまり、（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量）の係数を同じ１とした。その結果、本発明に係るＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金は、４０℃、１０％弗酸浸漬試験における腐食度が０．０５ｇ／ｍ2 ／ｈ以下で、ロックウエル硬さがＨＲＣ３５以上、抗折力が１．５ＧＰａ以上の性能を示す。
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を１５０ｇ誘導溶解炉にて溶解し、急冷用の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耐食性、硬さおよび抗折力について評価した。また、耐食性については、１０ｍｍ角の立方体の試験片を採取し、４０℃で１０％の弗酸に１０時間浸漬して評価した。腐食度が０．０５ｇ／ｍ2 ／ｈ以下のものは◎、０．０５ｇ／ｍ2 ／ｈを超え０．５ｇ／ｍ2 ／ｈ以下のものは○、０．５ｇ／ｍ2 ／ｈを超えるものは×とした。また、硬さについては、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、ＨＲＣ３５以上のものは○、３５未満のものは×とした。さらに、抗折力については、小鋼塊から１．７ｍｍ角で長さ２．０ｍｍの試験片を採取し測定した。抗折力が１．５ＧＰａ以上のものは○、１．５ＧＰａ未満のものは×とした。
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を１５０ｇ誘導溶解炉にて溶解し、急冷用の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耐食性、硬さおよび抗折力について評価した。また、耐食性については、１０ｍｍ角の立方体の試験片を採取し、４０℃で１０％の弗酸に１０時間浸漬して評価した。腐食度が０．０５ｇ／ｍ2 ／ｈ以下のものは◎、０．０５ｇ／ｍ2 ／ｈを超え０．５ｇ／ｍ2 ／ｈ以下のものは○、０．５ｇ／ｍ2 ／ｈを超えるものは×とした。また、硬さについては、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、ＨＲＣ３５以上のものは○、３５未満のものは×とした。さらに、抗折力については、小鋼塊から１．７ｍｍ角で長さ２．０ｍｍの試験片を採取し測定した。抗折力が１．５ＧＰａ以上のものは○、１．５ＧＰａ未満のものは×とした。
表１に示すように、Ｎｏ．１〜８は本発明例であり、Ｎｏ．９〜１４は比較例である。比較例Ｎｏ．９は合金組成であるＣｒ含有量が低いために、Ｃｒ／Ｍｏ比も低く、またマトリックスＣｒ含有量とマトリックスＭｏ含有量の和が低いために、耐食性が悪い。比較例Ｎｏ．１０も、比較例Ｎｏ．９と同様に合金組成であるＣｒ含有量が低く、かつＭｏ含有量が高いために、Ｃｒ／Ｍｏ比も低く、耐食性が十分でない。比較例Ｎｏ．１１は合金組成であるＣｒ含有量およびＭｏ含有量が低く、かつＣｒ／Ｍｏ比が高いために、耐食性が十分でない。
比較例Ｎｏ．１２は合金組成であるＣｒ含有量およびＢ含有量が低いために、硬度が低い。比較例Ｎｏ．１３は合金組成であるＣｒ含有量が高いために、Ｃｒ／Ｍｏ比が高く、かつマトリックスＣｒ含有量と１．５（マトリックスＭｏ含有量）の和が高いために、抗折性が十分に得られない。比較例Ｎｏ．１４は合金組成であるＣｒ含有量は低く、合金組成であるＢ含有量が高いために、耐食性が十分でない。これに対し、本発明であるＮｏ．１〜８のいずれも、特に高い耐食性を有していることが分かる。
Claims (1)
- 質量％で、
Ｃｒ：３１〜４５％、
Ｍｏ：１０〜２０％、
Ｂ：０．５〜３．０％
を含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金で、かつ、下記式を満たすことを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金。
１．８≦Ｃｒ／Ｍｏ≦４．０ … （１）
１５≦（マトリックスＣｒ含有量）＋（マトリックスＭｏ含有量） … （２）
（マトリックスＣｒ含有量）＋１．５（マトリックスＭｏ含有量）≦５５ … （３）
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| JP2011117529A JP5855357B2 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Ｎｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金 |
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| JP2011117529A Active JP5855357B2 (ja) | 2011-05-26 | 2011-05-26 | Ｎｉ基ホウ化物分散耐食耐摩耗合金 |
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- 2011-05-26 JP JP2011117529A patent/JP5855357B2/ja active Active
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