JPH01176060A - アルミ化合物被覆鋼材とその製造方法 - Google Patents
アルミ化合物被覆鋼材とその製造方法Info
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- JPH01176060A JPH01176060A JP33584787A JP33584787A JPH01176060A JP H01176060 A JPH01176060 A JP H01176060A JP 33584787 A JP33584787 A JP 33584787A JP 33584787 A JP33584787 A JP 33584787A JP H01176060 A JPH01176060 A JP H01176060A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高硬度工具として、あるいは軸受、ベアリング
等の耐摩耗性が要求される材料として使用できるアルミ
化合物被覆鋼材に関するものである。
等の耐摩耗性が要求される材料として使用できるアルミ
化合物被覆鋼材に関するものである。
従来、工具、軸受は等の耐摩耗性（硬度）が要求される
部材としては、一般に炭素鋼が用いられ、耐食性を併わ
せで要求される場合にはクロム鋼が用いられてきた。こ
れらの鋼において硬度を増加させるには炭素濃度を増大
させればよいが、炭素濃度の増大に伴ない、耐衝撃性、
靭性および加工性が低下する。また、加工性等を低下さ
せずに表面硬度を上げる方法として、浸炭処理あるいは
窒化処理により低炭素鋼の表面の炭素または窒素濃度を
高め、硬度を上げる方法が知られているが、これらの方
法では熱拡散を利用するため、炭素（窒素）の侵入深さ
を０．１ ｔｍ以下に制御することは困難である。炭素
等の侵入深さが０．１ｆｌを超えると、上述したように
、炭素濃度の増大に伴なう基材自身の性質の劣化を招く
。
部材としては、一般に炭素鋼が用いられ、耐食性を併わ
せで要求される場合にはクロム鋼が用いられてきた。こ
れらの鋼において硬度を増加させるには炭素濃度を増大
させればよいが、炭素濃度の増大に伴ない、耐衝撃性、
靭性および加工性が低下する。また、加工性等を低下さ
せずに表面硬度を上げる方法として、浸炭処理あるいは
窒化処理により低炭素鋼の表面の炭素または窒素濃度を
高め、硬度を上げる方法が知られているが、これらの方
法では熱拡散を利用するため、炭素（窒素）の侵入深さ
を０．１ ｔｍ以下に制御することは困難である。炭素
等の侵入深さが０．１ｆｌを超えると、上述したように
、炭素濃度の増大に伴なう基材自身の性質の劣化を招く
。
さらに、近年表面硬度を上げる別の方法として、イオン
注入法が注目されている。この方法では炭素をイオン化
し、イオンビームとして直接、低炭素鋼の表面に注入し
、表面を硬質化させるものであるが、コストが高い上に
生産性が低いという難点がある。
注入法が注目されている。この方法では炭素をイオン化
し、イオンビームとして直接、低炭素鋼の表面に注入し
、表面を硬質化させるものであるが、コストが高い上に
生産性が低いという難点がある。
また、従来、アルミ被覆は鋼材の耐食、耐熱性コーティ
ングとして利用されてきた（特開昭５１−３５５３２号
、同６１−１０２５５６号、同６１−２３１１５２号公
報参照）。このアルミ被覆により表面硬度を向上させる
方法として、鋼とアルミが高温で反応したときに生成す
る鉄−アルミ化合物のうち、硬度の大きいη相を利用す
る方法が知られている。
ングとして利用されてきた（特開昭５１−３５５３２号
、同６１−１０２５５６号、同６１−２３１１５２号公
報参照）。このアルミ被覆により表面硬度を向上させる
方法として、鋼とアルミが高温で反応したときに生成す
る鉄−アルミ化合物のうち、硬度の大きいη相を利用す
る方法が知られている。
しかしながら、上記η相は結晶成長の異方性が大きいた
め、均一の厚さの膜を得ることができない。さらに結晶
粒間での割れが生じやすいという問題になった。このた
め、η相は耐摩耗性保護膜として利用されることはなか
った。
め、均一の厚さの膜を得ることができない。さらに結晶
粒間での割れが生じやすいという問題になった。このた
め、η相は耐摩耗性保護膜として利用されることはなか
った。
そこで本発明はこの鉄−アルミ化合物、すなわちη相を
利用して、鋼材表面の硬度を増大することを目的とする
ものである。
利用して、鋼材表面の硬度を増大することを目的とする
ものである。
上記問題点を解決するための本第１発明は、重量％で、
Ｃｒ：２〜２０％、Ｃ： ０．００１〜０．２％、Ｍｎ
：０．０５〜１％、Ｂ ： ０．０００５〜０．０３％
と残部が鉄および不可避的に混入する不純物よりなる基
材上に、厚さ３〜３０μ糟のアルミと鉄の化合物η層が
形成されていることを特徴とするものであり、また本第
２発明は、重量％で、Ｃｒ：２〜２０％、Ｃ： ０．０
０１〜０．２％、Ｍｎ：０．０５〜１％、Ｂ ： ０．
０００５〜０．０３％と残部が鉄および不可避的に混入
する不純物よりなる基材上に、アルミを被覆した後、５
００〜８００℃で焼鈍してアルミと鉄の化合物η層を形
成させることを特徴とするものである。
Ｃｒ：２〜２０％、Ｃ： ０．００１〜０．２％、Ｍｎ
：０．０５〜１％、Ｂ ： ０．０００５〜０．０３％
と残部が鉄および不可避的に混入する不純物よりなる基
材上に、厚さ３〜３０μ糟のアルミと鉄の化合物η層が
形成されていることを特徴とするものであり、また本第
２発明は、重量％で、Ｃｒ：２〜２０％、Ｃ： ０．０
０１〜０．２％、Ｍｎ：０．０５〜１％、Ｂ ： ０．
０００５〜０．０３％と残部が鉄および不可避的に混入
する不純物よりなる基材上に、アルミを被覆した後、５
００〜８００℃で焼鈍してアルミと鉄の化合物η層を形
成させることを特徴とするものである。
上記構成により得られるアルミ化合物膜は硬質でありか
つ緻密であり、均一な厚さに形成され、基材への密着度
が大きい。したがって耐摩耗性コーティングとして優れ
た性能を有するものである。
つ緻密であり、均一な厚さに形成され、基材への密着度
が大きい。したがって耐摩耗性コーティングとして優れ
た性能を有するものである。
以下本発明を具体的に詳説する。
本発明においては、転炉、電気炉など通常の溶解炉で溶
製された溶鋼を、造塊・分塊法あるいは連続鋳造法を経
て、鋼片とし、これを熱間圧延し、酸洗し、次いで冷間
圧延する鋼板の一般的な製造工程で冷間圧延板を製造す
る。この場合、前記冷間圧延板の成分およびその範囲は
引き続くアルミ被膜の形成工程により耐摩耗性を持たせ
るため、次のように定めたものである。
製された溶鋼を、造塊・分塊法あるいは連続鋳造法を経
て、鋼片とし、これを熱間圧延し、酸洗し、次いで冷間
圧延する鋼板の一般的な製造工程で冷間圧延板を製造す
る。この場合、前記冷間圧延板の成分およびその範囲は
引き続くアルミ被膜の形成工程により耐摩耗性を持たせ
るため、次のように定めたものである。
Ｃｒは、最も重要な役割を担うものである。すなわち、
鉄とアルミニウムが反応したときに生成するη相の異方
性を緩和し、化合物を均一な厚さで層状に成長させる効
果を有する。また、Ｃｒ添加により、化合物の結晶粒が
微細化し、緻密で、基材との密着性に優れた被膜が形成
される。以上の効果は、Ｃｒを２％以上添加することに
より現出するが、Ｃｒが２０％を超えると材料が脆くな
り、加工性が損なわれる。
鉄とアルミニウムが反応したときに生成するη相の異方
性を緩和し、化合物を均一な厚さで層状に成長させる効
果を有する。また、Ｃｒ添加により、化合物の結晶粒が
微細化し、緻密で、基材との密着性に優れた被膜が形成
される。以上の効果は、Ｃｒを２％以上添加することに
より現出するが、Ｃｒが２０％を超えると材料が脆くな
り、加工性が損なわれる。
Ｃは前述した如く、その添加量に応じて素材の硬化を促
進させることになるが、０．２％を超えると靭性、加工
性が急に悪化するので、０．２％を上限とする。他方、
通常の転炉および真空脱ガス設備を利用した軽処理を含
む脱炭法によって、Ｃ濃度を０．００１％未満にまで低
下させることは実際上、困難であるから、０．００１％
を下限とする。
進させることになるが、０．２％を超えると靭性、加工
性が急に悪化するので、０．２％を上限とする。他方、
通常の転炉および真空脱ガス設備を利用した軽処理を含
む脱炭法によって、Ｃ濃度を０．００１％未満にまで低
下させることは実際上、困難であるから、０．００１％
を下限とする。
Ｍｎは、加工性の点からは少ないことが好ましいが、通
常の製鋼炉ではＭｎを０．０５％未満まで低下させるこ
とは困難である。一方、１．０％を超えると加工性が著
しく害される。従ってＭｎは、上記したような作用効果
上および実際の製造技術上の理由から、０．０５〜１％
に限定した。
常の製鋼炉ではＭｎを０．０５％未満まで低下させるこ
とは困難である。一方、１．０％を超えると加工性が著
しく害される。従ってＭｎは、上記したような作用効果
上および実際の製造技術上の理由から、０．０５〜１％
に限定した。
ＢはＣｒ添加鋼の再結晶時における粗粒化を防ぐと同時
に結晶粒界にＢが析出することにより、粒界強度を高め
、２次加工割れを防止する。このためにはｏ、ｏｏｏｓ
％以上含有する必要があるが、０．０３％を超えたので
は熱間強度が高（なりすぎ、熱間圧延性も低下し、好ま
しくない。従ってＢはｏ、ｏｏｏｓ〜０．０３％の範囲
とした。
に結晶粒界にＢが析出することにより、粒界強度を高め
、２次加工割れを防止する。このためにはｏ、ｏｏｏｓ
％以上含有する必要があるが、０．０３％を超えたので
は熱間強度が高（なりすぎ、熱間圧延性も低下し、好ま
しくない。従ってＢはｏ、ｏｏｏｓ〜０．０３％の範囲
とした。
なお、上記元素の他に、基材の耐酸化性を向上させるた
め、２％以下のＡｌを添加してもよい。
め、２％以下のＡｌを添加してもよい。
本発明では、上記成分、鉄および不可避的不純物から成
る基材上に、気相蒸着法あるいは熔融メツキ法により、
３〜３０μの厚さのアルミニウム被膜を形成させる。こ
の被膜厚さは、３μ未満では基材表面の凹凸による不メ
ツキ部分が生じる一方、３０μを超えると、後の焼鈍工
程において化合物層を形成したときに、歪による割れが
発生することがあるので上記範囲に限定したものである
。
る基材上に、気相蒸着法あるいは熔融メツキ法により、
３〜３０μの厚さのアルミニウム被膜を形成させる。こ
の被膜厚さは、３μ未満では基材表面の凹凸による不メ
ツキ部分が生じる一方、３０μを超えると、後の焼鈍工
程において化合物層を形成したときに、歪による割れが
発生することがあるので上記範囲に限定したものである
。
次いで本発明では上記アルミニウム被膜を５００〜８０
０℃の温度範囲で所定雰囲気中にて焼鈍し、この被膜を
硬化させる。この焼鈍温度を上記範囲に限定した理由は
、５００℃未満では、アルミと基材の反応速度が著しく
遅く、また、８００℃を超えたのでは、鉄−アルミ化合
物層が硬質なη層から４相への反応が進行してしまい、
硬度が小さくなるためである。
０℃の温度範囲で所定雰囲気中にて焼鈍し、この被膜を
硬化させる。この焼鈍温度を上記範囲に限定した理由は
、５００℃未満では、アルミと基材の反応速度が著しく
遅く、また、８００℃を超えたのでは、鉄−アルミ化合
物層が硬質なη層から４相への反応が進行してしまい、
硬度が小さくなるためである。
次に実施例により本発明の効果を明らかにする。
第１表は、本発明によって、２０μのアルミ化合物膜を
Ｃｒ含有鋼上に形成した試料Ａ、Ｂと、従来法により、
高濃度炭素を含有することによって硬化した鋼（比較例
）とを対照的に示すものである。
Ｃｒ含有鋼上に形成した試料Ａ、Ｂと、従来法により、
高濃度炭素を含有することによって硬化した鋼（比較例
）とを対照的に示すものである。
上表より、実施例では、本発明の範囲外の成分組成を有
する比較例に比べて、伸び、すなわち加工性にすぐれ、
かつ大きな表面硬度（Ｈｖ）を持ち、耐摩耗性にすぐれ
ていることが明らかとなった。
する比較例に比べて、伸び、すなわち加工性にすぐれ、
かつ大きな表面硬度（Ｈｖ）を持ち、耐摩耗性にすぐれ
ていることが明らかとなった。
次に、第１図により本発明の効果を従来例と比較する。
同図ｆａ）、 （ｂ）はそれぞれ、純鉄上（ａｌおよび
本発明例（ｂｌ （第１表のＡの組成を有する）による
鋼材上に、アルミニウムを蒸着後、焼鈍して得られる鋼
材表面の断面写真である。両写真により、アルミ化合物
の成長の様子が一見して判るが、本発明例では、化合物
（白い部分）が層状に成長していることが判る。これに
より、本発明では表面硬度、および被膜密着性が極めて
良好であることが首肯される。
本発明例（ｂｌ （第１表のＡの組成を有する）による
鋼材上に、アルミニウムを蒸着後、焼鈍して得られる鋼
材表面の断面写真である。両写真により、アルミ化合物
の成長の様子が一見して判るが、本発明例では、化合物
（白い部分）が層状に成長していることが判る。これに
より、本発明では表面硬度、および被膜密着性が極めて
良好であることが首肯される。
次に、焼鈍温度を変えたときのη相の厚さの変化を第２
図に示す。この試験に供した鋼材は、Ｃｒ５．１％、Ｃ
０，０２％、Ｍｎ０．０６％、Ｂｏ、００１％の組成（
本発明の範囲内）を含有する基材上にアルミニウムを蒸
着したもので、この鋼材を１時間焼鈍したときに成長す
るη相の厚さを示したのが第２図である。η相の厚さは
、前述したように表面の硬度に対応する。
図に示す。この試験に供した鋼材は、Ｃｒ５．１％、Ｃ
０，０２％、Ｍｎ０．０６％、Ｂｏ、００１％の組成（
本発明の範囲内）を含有する基材上にアルミニウムを蒸
着したもので、この鋼材を１時間焼鈍したときに成長す
るη相の厚さを示したのが第２図である。η相の厚さは
、前述したように表面の硬度に対応する。
同図から明らかなように、焼鈍温度が本発明の範囲内、
すなわち５００〜８００℃の場合にη相の厚さが極大と
なることが判る。
すなわち５００〜８００℃の場合にη相の厚さが極大と
なることが判る。
さらに、本発明の作用効果上、重要な役割を果たすＣｒ
について調査した結果を第３図、第４図に示す。第３図
はＣｒ含有率と表面硬度（Ｈｖ）との関係を示し、第４
図はＣｒ含有率とアルミ被膜の剥離率（被膜密着性に反
比例する）との関係を示している。両図より、Ｃｒの含
有率は本発明の範囲である、２〜２０％であれば、表面
硬度が十分高（、しかも被膜の密着性が極めて良好であ
ることが明らかとなる。
について調査した結果を第３図、第４図に示す。第３図
はＣｒ含有率と表面硬度（Ｈｖ）との関係を示し、第４
図はＣｒ含有率とアルミ被膜の剥離率（被膜密着性に反
比例する）との関係を示している。両図より、Ｃｒの含
有率は本発明の範囲である、２〜２０％であれば、表面
硬度が十分高（、しかも被膜の密着性が極めて良好であ
ることが明らかとなる。
以上の通り、本発明によれば、加工性及び耐摩耗性の極
めて優れたアルミ化合物被覆鋼を得ることができる。
めて優れたアルミ化合物被覆鋼を得ることができる。
第１図は、アルミ化合物の成長度合を写す金属組織の断
面写真であり、（ａ）は従来法、（ｂｌは本発明法によ
った場合である。第２図は焼鈍の温度と鋼材表面上のη
相の厚さの関係を示す図、第３図、第４図はＣｒ含有率
と表面硬度（Ｈｖ）および剥離率との関係を示す図であ
る。 第１図 （Ｑ） す 第２図 焼鈍ユ曳（°Ｃ） 第３図 クロム４１饗乎（％） 第４図 クロム舎ｔｒ率（匍
面写真であり、（ａ）は従来法、（ｂｌは本発明法によ
った場合である。第２図は焼鈍の温度と鋼材表面上のη
相の厚さの関係を示す図、第３図、第４図はＣｒ含有率
と表面硬度（Ｈｖ）および剥離率との関係を示す図であ
る。 第１図 （Ｑ） す 第２図 焼鈍ユ曳（°Ｃ） 第３図 クロム４１饗乎（％） 第４図 クロム舎ｔｒ率（匍
Claims (2)
- （１）重量％で、Ｃｒ：２〜２０％、Ｃ：０．００１〜
０．２％、Ｍｎ：０．０５〜１％、Ｂ：０．０００５〜
０．０３％と残部が鉄及び不可避的に混入する不純物よ
りなる基材上に、厚さ３〜３０μｍのアルミと鉄の化合
物η層が形成されていることを特徴とするアルミ化合物
被覆鋼材 - （２）重量％で、Ｃｒ：２〜２０％、Ｃ：０．００１〜
０．２％、Ｍｎ：０．０５〜１％、Ｂ：０．０００５〜
０．０３％と残部が鉄及び不可避的に混入する不純物よ
りなる基材上に、アルミを被覆した後、５００〜８００
℃で焼鈍してアルミと鉄の化合物η層を形成させること
を特徴とするアルミ化合物被覆鋼材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33584787A JPH01176060A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | アルミ化合物被覆鋼材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33584787A JPH01176060A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | アルミ化合物被覆鋼材とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01176060A true JPH01176060A (ja) | 1989-07-12 |
Family
ID=18293059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33584787A Pending JPH01176060A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | アルミ化合物被覆鋼材とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01176060A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6293400B1 (en) | 1998-04-10 | 2001-09-25 | Ricoh Company, Ltd. | Article transporting/storing apparatus and article transported by the apparatus |
| CN104708201A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-06-17 | 程涛 | 一种超大截面低能耗泡沫铝焊接方法 |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP33584787A patent/JPH01176060A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6293400B1 (en) | 1998-04-10 | 2001-09-25 | Ricoh Company, Ltd. | Article transporting/storing apparatus and article transported by the apparatus |
| CN104708201A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-06-17 | 程涛 | 一种超大截面低能耗泡沫铝焊接方法 |
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