JP6139062B2 - 鋳鉄鋳物の製造方法 - Google Patents
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Description
また本出願人の以前の出願に係る下記特許文献2には、高クロム鋳鋼系圧延用ロール材としてC、Siの他、Mn、Cr、Mo、V、Wを含有する鋳鋼を用い、これを一旦加熱してオーステナイト化した後、300〜500℃に焼入れし、その後、500〜600℃で各10〜15時間の焼戻しを復数回繰り返して、基地のほとんどをベイナイト組織とし、硬度を70〜80Hs以上とするものが開示されている。
また上記特許文献2の発明においては、C、Si、Mn、Cr、Mo、Vの他にWを含有させる必要があること、また上記特許文献1の場合と同様に、焼入れ後に複数回に及ぶ焼戻し処理を行って組織の改善と硬度向上を図る必要があること、焼戻し処理後の組織がほぼベイナイト組織となり、硬度的には今1つであった。
また本発明の鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記第1の特徴に加えて、予め成分組成を調整してなる鋳造物を970〜1080℃まで加熱した後、冷却速度を13〜31℃/分として、470〜525℃にまで冷却し、その温度で30〜110時間保持した後、常温まで冷却して、硬度を74Hs以上に調整することを第2の特徴としている。
また本発明の鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記第2の特徴に加えて、予め成分組成を調整してなる鋳造物を990〜1060℃まで加熱した後、冷却速度を16〜23℃/分として、490〜510℃にまで冷却し、その温度で40〜80時間保持した後、常温まで冷却して、硬度を74Hs以上に調整することを第3の特徴としている。
焼戻し処理を複数回繰り返すような熱処理を行うことなく、W、Ni、Co、Nbを含まない合金鋳鉄鋳物として、焼割れが生じ難く、マルテンサイト相が多く且つ残留オーステナイト相が少なく、よって高硬度で、耐摩耗性に優れ、肉厚鋳物にも適した鋳鉄鋳物を現に製造することができる。
また請求項3に記載の鋳鉄鋳物の製造方法によれば、上記請求項2に記載の構成による作用効果に加えて、製造条件を更に好ましい条件に限定することで、更に安定して確実に、焼割れが生じ難く、肉厚鋳物にも適した鋳鉄鋳物を提供することができる。
CはCr、Mo、Vと結合して、高硬度な炭化物を形成するのに有効である。1.0重量%未満では所望の硬さが得られない。一方、2.5重量%を超えると靭性が低下し、且つ冷却の遅い肉厚物では焼入れ性が低下する。
Cの含有量は、1.2〜2.3重量%がより好ましく、更に好ましくは1.5〜2.0重量%とする。
Siは、溶湯の脱酸と鋳造性を改善するために0.2重量%以上必要である。1.5重量%を超えると、靭性が低下する。
Siの含有量は、0.4〜1.3重量%がより好ましく、更にこのましくは0.6〜1.1重量%とする。
Mnは溶湯の脱酸脱硫のために0.2重量%以上必要である。また1.5重量%を超えると靭性が低下する。
Mnの含有量は、0.4〜1.3重量%がより好ましく、更に好ましくは0.6〜1.1重量%とする。
Crは共晶炭化物を形成し、硬さを高める効果がある。一部は基地中に固溶して焼入れ性を向上させる。5.0重量%未満では前述の効果が得られない。また9.0重量%を超えると共晶炭化物が多すぎ、靭性を劣化させる。
Crの含有量は、5.5〜8.5重量%がより好ましく、更に好ましくは6.0〜8.0重量%とする。
Moは基地中に固溶して焼入れ性を向上させ、焼戻し軟化抵抗を増す。0.8重量%未満では前述の効果が得られない。また2.4重量%を超えると基地中への固溶は飽和し、共晶炭化物が靭性を劣化させる。
Moの含有量は、より好ましくは0.9〜2.4重量%とし、更に好ましくは1.0〜2.3重量%とし、特に好ましくは1.0〜2.0重量%とするのがよい。
Vは結晶粒を微細化し、靭性を高める。0.1重量%未満では前述の効果が得られない。また0.7重量%を超えると基地中への固溶は飽和し、前述の効果は変わらないが、コスト面で不利である。
Vの含有量は、0.3〜0.7重量%がより好ましく、更に好ましくは0.5〜0.7重量%とする。
製造方法は、図1に示す熱処理図を参照して、上述の成分組成に調整した鋳鉄材料からなる鋳造物を用い、これを950〜1100℃の温度に加熱後、冷却速度を10〜43℃/分として、450〜540℃まで冷却し、その温度で20〜140時間保持し、その後、放冷して常温まで冷却する。
このような熱処理により、割れが生じ難く、且つ残留オーステナイト相が少く且つマルテンサイト相が多い組織となって、高硬度で、耐摩耗性に優れ、肉厚鋳物にも適した鋳鉄鋳物を安定して得ることができる。また複数回の焼戻し処理等を行うことなく、残留オーステナイト相を低減し、マルテンサイト相の多い組織を得ることができる。
前記マルテンサイト相は基地組織の80%以上を占めるようにする。80%より少ないと、74Hs以上の硬度を得ることが難しくなる。マルテンサイト相は、好ましくは85%以上とし、更に好ましくは90%以上となるようにする。このようにすることで、74〜87Hsの硬度を得ることができる。
加熱温度は970〜1080℃が好ましく、更に好ましくは990〜1060℃とする。
また加熱時間は2〜5時間とすることができる。しかし、この時間に限定されるものではない。
保持温度は470〜525℃が好ましく、更に好ましくは490〜510℃とする。
加熱後の冷却速度が43℃/分より早いと、急激な熱収縮により割れる可能性が高い。一方、冷却速度が10℃/分より遅いと、パーライト変態が起こり、硬さが低下する。
加熱後の冷却速度は、加熱温度970〜1080℃から保持温度470〜525℃までの冷却を、13〜31℃/分で行うのがより好ましい。
更に好ましい冷却速度は、加熱温度990〜1060℃から保持温度490〜510℃までの冷却を、16〜23℃/分で行うのがよい。
保持時間は30〜110時間が好ましく、更に好ましくは40〜80時間とする。
前記保持温度での保持により、CrやMo等の金属炭化物が析出、成長する。これにより基地(保持温度ではオーステナイト相)中の炭素量が低下し、よってその後の冷却でマルテンサイト変態がし易くなる。このためマルテンサイト相が十分に多く、残留オーステナイト相が僅かに残る基地組織となる。
このような組織バランスと成分組成をもつことで、硬度が74Hs以上で、高硬度で、耐摩耗性に優れ、肉厚が100mm以上の肉厚鋳物にも適したものとなる。
実施例1〜8、比較例1〜6と熱処理パターンA〜Lの組み合わせによって得られた硬さの測定結果を表3〜表5に示す。
前記比較例1〜6は何れも成分組成が本発明の成分組成には入っていない。
また熱処理パターンA〜Lのうち、F、G、Hは本発明の製造方法において用いる熱処理の条件に合致しているが、一方、A、B、C、D、E、I、J、K、Lは本発明の製造方法において用いる熱処理の条件に合致していない。
表3〜表5において、実施例で硬さを表記していないものは、一部変形が起こっており「×」と判定した。また比較例で硬さを表記していないものは、クラックが入っており「×」と判定した。
なお表3〜5に示す評価においては、必ずしも前記実施例1、2、7、8と、より好ましい実施例3、4、5と、更に好ましい実施例6との差は示されていないが、好ましい実施例、より好ましい実施例になるにつれて、製造時に焼割れや変形に対する安定性が増す。
Claims (3)
- 重量%で、
C :1.0〜2.5%、
Si:0.2〜1.5%、
Mn:0.2〜1.5%、
Cr:5.0〜9.0%、
Mo:0.8〜2.4%、
V :0.1〜0.7%、
を含有し、残部がFeからなる成分組成を有する鋳鉄鋳物の製造方法であって、予め成分組成を調整してなる鋳造物を950〜1100℃まで加熱した後、冷却速度を10〜43℃/分として、450〜540℃にまで冷却し、その温度で20〜140時間保持した後、常温まで冷却して、硬度を74Hs以上に調整することを特徴とする鋳鉄鋳物の製造方法。 - 予め成分組成を調整してなる鋳造物を970〜1080℃まで加熱した後、冷却速度を13〜31℃/分として、470〜525℃にまで冷却し、その温度で30〜110時間保持した後、常温まで冷却して、硬度を74Hs以上に調整することを特徴とする請求項1に記載の鋳鉄鋳物の製造方法。
- 予め成分組成を調整してなる鋳造物を990〜1060℃まで加熱した後、冷却速度を16〜23℃/分として、490〜510℃にまで冷却し、その温度で40〜80時間保持した後、常温まで冷却して、硬度を74Hs以上に調整することを特徴とする請求項2に記載の鋳鉄鋳物の製造方法。
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