JP6658772B2 - 鋳鋼製投射材 - Google Patents
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Description
Cを0.8%以上1.2%以下、
Mnを0.35%以上1.2%以下、
Siを0.4%以上1.5%以下、
含有し、残部がFe及び不可避不純物からなる過共析組成を有し、微細パーライト組織を主体とした組織からなる。一実施形態では、鋳鋼製投射材が、重量比で0.05%以下のP、及び、0.05%以下のSを不可避不純物として更に含有してもよい。
Mn(マンガン):0.35%以上1.2%以下
Si(ケイ素):0.4%以上1.5%以下
残部:Fe(鉄)及び不可避不純物。
ここで、不可避不純物とは、C、Mn、Si及びFe以外の成分であって、意図的に添加されることなく投射材SM中に混入する成分である。不可避不純物としては、例えばP(リン)及びS(硫黄)が挙げられる。一実施形態では、投射材SM中には、投射材SMに対する重量比で、0.05%以下のP(リン)、及び、0.05%以下のS(硫黄)が不可避不純物として含まれていてもよい。
例えば、溶湯を水ジェット、高圧ガス及び遠心力などで粉砕して球状粒子を製造するアトマイズ法を用いて球形粒子を生成する。造粒にアトマイズ法を用いることにより、安価に球状粒子を製造することができる。
投射材SMは過共析組成であるため、適切な条件で投射材SMに熱処理を施すことにより、実質的に微細パーライト組織を主体とした組織、または、実質的に微細パーライト組織を主体とした初析セメンタイトとの混合組織を有する投射材SMを製造することができる。
熱処理は、連続冷却変態線図等を基に、目的とする特性を得るための組織とするために適宜設定される。例えば、球形粒子を800℃以上のオーステナイト化温度から5〜35℃/sの平均冷却速度で変態開始温度まで冷却し、その後、微細パーライト組織の生成が完了するまで等温で保持もしくは徐々に冷却することで微細パーライト組織を有する投射材SMを得ることができる。
Cは、過共析となる組成に設定されている。過共析とするために、投射材SM中のCの含有量は0.8%以上とすることができる。Cの含有量が多すぎると初析セメンタイト量が過度に増加して投射材SMの靱性が低下するので、Cの含有量は1.2%以下とすることができる。一実施形態では、投射材SM中のCの含有量は1.1%以下としてもよい。
Mnは、溶湯の脱酸および湯流れ性向上のために重要である。Mnが少ないと溶湯の脱酸が不十分となるとともに溶湯の流動性が低下することにより、紡錘状、棒状などの非球状粒子が増加して投射材の形状が悪化する。そのため、投射材SM中のMnの含有量は0.1%以上とすることができ、特に球状化した粒子の収率(歩留まり)の観点から、0.35%以上とすることができる。また、投射材SM中のMnの含有量が多すぎると微細パーライト組織中にベイナイト組織が混入して投射材SMの靱性が低下するため、投射材SM中のMnの含有量は1.2%以下にすることができる。一実施形態では、投射材SM中のMnの含有量は0.6%以上1.1%以下としてもよい。
Siは、Mnと同様に溶湯の脱酸および湯流れ性向上のために重要である。投射材SM中のSiが少ないと溶湯の脱酸が不十分となるとともに溶湯の流動性が低下することにより投射材SMの形状が悪化する。そのため、Siの含有量は0.1%以上とすることができ、特に球状化した粒子の収率(歩留まり)の観点から、0.4%以上とすることができる。また、過度に添加すると投射材の靱性が低下するため、投射材SM中のSiの含有量を1.5%以下とすることができる。一実施形態では、投射材SM中のSiの含有量は0.6%以上1.0%以下としてもよい。
投射材SM中のP及びSの含有量が過剰であると投射材SMの靱性が低下するので、投射材SM中のP及びSの含有量は0.05%以下とすることができる。なお、P及びSは必ずしも投射材SM中に含有されていなくてもよい。P及びSが含有される場合には、例えば、P及びSは、投射材SM中に少なくとも0.005%以上含有されていてもよい。
また、一般的に投射材の粒子径は、大きいほど研掃力が高いが損耗しやすい。損耗しやすい投射材を用いた場合、粒子径分布に及ぼす影響が大きいので研掃力の管理が困難となる場合がある。投射材SMは損耗しにくく、投射材の寸法が小さくなりにくいので(例えば1.0mm以上)、研掃効率を向上させることができる。
ここで、不動態皮膜Fの膜厚が薄すぎると投射材Sの表面が露出し、十分な耐食性を得ることができない。反対に、不動態皮膜Fが厚すぎると投射材Sの表面への付着力が低下して不動態皮膜Fが剥離するおそれがある。そこで、不動態皮膜Fとして黒皮を形成した場合の投射材SMの平均膜厚は、2μm以上5μm以下とすることができる。
投射材SMの形状は略球形状(ショット)に限定されるものではなく、鋭いエッジを有する多角形状(グリット)などを用いることもできる。
一実施形態の鋳鋼製投射材SMによれば、主体となるパーライト組織を微細化することにより、その微細な層状組織により亀裂の進展を抑制することができるため高靱性とすることができる。これにより、ブラスト処理を行ったときに投射材SMに破砕や摩耗が生じにくくなるため、投射材SMの寿命を長くすることができる。また、パーライト組織を微細化することにより硬さを高くすることでき、特に、初析セメンタイトを含むことにより、更に硬さを高くすることができる。これにより、高い研掃力を有する投射材SMを得ることができる。
このように、一実施形態の鋳鋼製投射材SMによれば、長寿命化と研掃力の向上とを両立させることができる。
オーステナイト化温度からパーライト変態開始温度までの冷却速度と投射材SMの硬さとの関係を調べた。実施例1では、原材料を所望の成分になるように配合し、当該原材料を1650〜1680℃にて溶解した。そして、溶解された原材料から水アトマイズ法によって球状粒子を作製した。
実施例2では、まず実施例1と同様の方法で球状粒子を造粒した。次いで、球状粒子に異なる条件で熱処理を施し、以下の組織A、B、C、D、E、Fを有する投射材をそれぞれ作製した。
組織A:微細パーライト組織
組織B:焼戻マルテンサイト組織
組織C:微細パーライト組織と焼戻マルテンサイト組織との混合組織
組織D:下部ベイナイト組織
組織E:下部ベイナイト組織と上部ベイナイト組織との混合組織
組織F:上部ベイナイト組織と微細パーライト組織との混合組織
焼戻マルテンサイト組織は、オーステナイト化温度域から水焼入を施した後、焼戻温度を変えることにより種々の硬さに調整することで得られた。
微細パーライト組織と焼戻マルテンサイト組織の混合組織は、パーライト変態開始温度まで冷却させ、等温保持パーライト変態が完了する前に冷却水で急冷することによって得られた。
ベイナイト組織及びその混合組織に関しては、組織をオーステナイト化させた後に300−400℃の塩浴中に投入し30分間等温保持することで得られた。
投射材は、篩目2.00mmを通過し、1.70mmの篩に残るものを100g用意した。そして、投射材をアーヴィン式ライフテスタに投入し、投射速度は60m/sで硬さHRC65(Hv830)のターゲットに投射し、繰り返し衝突させた。そして、一定衝突回数毎に破砕した投射材を篩別除去するとともに、残留した投射材の重量を測定し、残留した投射材が最初の30%以下となるまで試験を行った。この試験により得た衝突回数と残留投射材の重量割合の関係を示す寿命曲線を積分して求められる数値を寿命値とした。表2に示す寿命比率とは、一般的な組成である焼戻マルテンサイト(表2組織B:HRC45.5)の寿命値を100とした場合の比率で表しており、寿命比率の値が大きいほど耐久性が良好であることを示している。
一実施形態の投射材、即ち組織Aを有する投射材SMにおける粒子径と寿命比率との関係を、一般的な組成である焼戻マルテンサイト(組織B:HRC45.5)と比較した。図4に示すように、投射材の粒子径が大きくなるのにつれて寿命比率は低下することが確認された。また、粒子径に関わらず、組織Aを有する投射材SMの方が組織Bを有する投射材よりも寿命比率が高いことが確認された。この結果から、組織Aを有する投射材SMは粒子径が大きくなっても長寿命であることが確認された。
投射材SMの中央部を研磨、エッチングした後に、走査型電子顕微鏡で組織観察を行った。図5に投射材SMの微構造を示す。図5(A)は低倍率(2000倍)の投射材SMの写真である。図5(A)に示すように、投射材SMには層状の微細パーライト組織(図中P)が全体的に形成されていることが確認された。また、投射材SMには、初析セメンタイト(図中C)が微細パーライト組織を区画するように線状に形成されていることが確認された。図5(B)は高倍率(5000倍)で観察した投射材SMの写真である。図5(B)に示すように、投射材SMには、初析セメンタイト(図中C)が白い線状に明確に確認された。また、層状の極めて微細なパーライト組織の層間距離は0.05μm以上0.5μm以下程度であると推測され、一実施形態の投射材SMが微細なパーライト組織を主体としたものであることが確認された。
C…初析セメンタイト
F…不動態皮膜
P…パーライト組織
SM…投射材
Claims (12)
- ブラスト処理を行うための鋳鋼製投射材であって、
重量比で
Cを0.8%以上1.2%以下、
Mnを0.35%以上1.2%以下、
Siを0.4%以上1.5%以下、
含有し、残部としてFe及び不可避不純物を含む過共析組成を有し、
微細パーライト組織を主体とした組織からなり、
微細パーライト組織と初析セメンタイトとの混合組織を有し、
平均粒子径が0.3mm以上3.5mm以下の略球状に形成されている、鋳鋼製投射材。 - 重量比で、0.05%以下のP、及び、0.05%以下のSを前記不可避不純物として更に含有する、請求項1に記載の鋳鋼製投射材。
- ロックウェル硬さがHRC35以上HRC50以下である、請求項1又2に記載の鋳鋼製投射材。
- 鋳物の研掃に用いられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- 表面に不動態皮膜が形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- 前記Cの重量比が0.8%以上1.1%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- 前記Mnの重量比が0.6%以上1.1%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- 前記Siの重量比が0.6%以上1.0%以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- Crを重量比で0.05%以上0.8%以下更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- 前記不動態皮膜が、2μm以上5μ以下の平均膜厚を有している、請求項5に記載の鋳鋼製投射材。
- 前記微細パーライト組織の層間距離が1.0μm以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
- 前記微細パーライト組織の層間距離が0.05μm以上0.5μm以下である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の鋳鋼製投射材。
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