JPH04200951A

JPH04200951A - 耐摩耗高Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の製造方法及び同鋳型

Info

Publication number: JPH04200951A
Application number: JP33063590A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Matsuo; 松尾　信太郎; Masahiro Saito; 正洋斉藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-21

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は鉱石、石炭、岩石などの粉砕ミル用セグメント
、鉱石、石炭などの輸送管、建設機械部品などの使用さ
れる耐摩耗高Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の鋳造鋳型及び耐摩耗高
Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、鉱石、石炭、岩石などの粉砕ミル・セグメントな
どの耐摩耗高品には二・ハード鋳鉄又は高Ｃｒ系白鋳鉄
などが使用されている。これ等の材料の耐摩耗性を金属
組織的にみると二・ハード鋳鉄はマルテンサイト基地中
に炭化物Ｍ３Ｃ（ＦｅＣｒ）、３Ｃ［フィクロビッカー
ス硬さ（Ｈｖ）９７０〕を析出させているのに対し、高
Ｃｒ系白鋳鉄はマルテンサイト基地中にＭ７Ｃ３炭化物
、（ＦｅＣｒ）　７ＣＣフィクロビッカース硬さ（ｔｌ
ｖ）　１４００〕を析出させている。

二・ハード鋳鉄および高Ｃｒ鋳鉄は上記のＣｒ炭化物の
外にＭｏ、Ｖ、Ｎｂ、ＢおよびＷなどの硬さの高い炭化
物を析出させている。炭化物の硬さを公知データから引
用して第１表に示す。

第１表　鉄の組織とカーバイドのかたさそのように、二
・ハードおよび高Ｃｒ系鋳鉄は炭化物によって硬さが高
く、耐摩耗性を付与されている。

したがって、析出炭化物の高さが高い程耐え摩耗性が犬
で、二・ハード鋳鉄より高Ｃｒ系鋳鉄の［ｒ炭化物の硬
さが高いので耐摩耗性が優れている。又耐摩耗性は硬い
炭化物の形状によっても影響を受け、粗大で分離してい
る炭化物より微細で連続状の炭化物が耐摩耗性が優れて
いる。

これらの炭化物の析出形状は高Ｃｒ鋳鉄の炭化物の大半
を占める一次炭化物の析出範囲の凝固区間の冷却速度に
支配されている。一般に耐摩耗性材として使用される高
Ｃｒ鋳鉄の凝固区間は炭化物が析出開始する液相線温度
が約１３３０℃で、析出が終了する固相温度が約１２５
０℃近傍である。この凝固区間を最も速く冷却できる鋳
造法は耐摩耗用材として金型鋳造がある。

しかしながら、耐摩耗性部品は製作される部品ごとに形
状が異なっているため、製作費の嵩む金型の使用は困難
である。したがって現在は製作が容易な砂型鋳造で製造
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、金型は冷却速度が速いため炭化物形状
は小さく、かつ寸法精度のよい鋳物ができるが、複雑形
状のものは加工困難で、さらに経済性を考えると鋳型と
して砂型を使用せざるを得ない状況にある。

砂型は熱伝導率が悪い鋳物砂で形成されるため、大型鋳
物になる程、冷却速度が遅くなり、炭化物の析出形状が
大きくなり粗大化する。特に鋳物内面硬さの低下が著し
く、硬さ低下および炭化物粗大化のため、耐摩耗性は低
下し、耐摩耗製品の耐久時間を短くすると共に、粉砕粒
が粗粒になるなど、耐摩耗機器の効率を著しく低下させ
る。

高Ｃｒ鋳鉄は硬さが高いため耐摩耗性は優れているが、
伸びはほとんどなく靭性も不足している。このため急激
な加熱又はグラインダ加工により、き裂が発生する等加
工性は不良で溶接、溶断は不可能である。

したがって、高Ｃｒ鋳鉄の押湯の除去はハンマ等による
打撃除去に頼っているが、その際でも注意しないと、き
裂が生ずる場合がある。このような押湯除去法では大型
の押湯をつけることや、必要な場所に押湯を設置するこ
とが難しい。

このため高クロム鋳鉄鋳物では金型、砂型および鋼粒型
のいずれでも押湯が十分に作用しない鋳造欠陥が鋳物内
部に残存し、鋳物実体の強度低下の原因となっている。

これらの欠陥は冷却速度が遅い砂型に最も多く生じ、欠
陥が大きい場合は折損する。金型及び鋼粒鋳型でも大型
鋳物になると発生しやすい。近年、高Ｃｒ鋳鉄製摩耗部
品を使用する粉砕ミルなどでは長期間保守点検を要しな
い無点検装置への改良が強く要請されている。この保守
点検は主に、二・ハード鋳鉄、高Ｃｒ系鋳鉄を使用した
摩耗部材の摩耗による加工修正や取り換えなどによるも
のである。

これらの事情から、高Ｃｒ鋳鉄の従来の製造法では耐摩
耗性に優れ、かつ鋳造欠陥の少ない耐摩耗高品を製造す
るのに十分でなく、それらを具備した高Ｃｒ鋳鉄の開発
が望れてきた。

本発明は上記事情に鑑み、現在の二・ハード鋳鉄や高Ｃ
ｒ系鋳鉄の砂型鋳物よりも高硬度で耐摩耗性に優れ、鋳
造欠陥のない高Ｃｒ鋳鉄の製造方法及び該方法を実施す
るに適した鋳型を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、（１）耐摩耗品Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の鋳造鋳型において、
該製品の耐摩耗性を必要とする鋳型部分は鋼粒１００％
材料で、該製品の押湯部分は鋳物砂で、かつ鋼粒材より
なる鋳型部分と鋳物砂よりなる押湯部分との間は鋼粒と
鋳物砂の混合材料で構成されてなることを特徴とする耐
摩耗品Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の鋳造鋳型。

（２）重量％で、Ｃ：　２．７〜３．７％、Ｓｉ：０．
３〜１％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：１４〜１８
％、Ｍｏ：０．５〜４％、Ｖ：０．５〜２％、Ｎｉ：０
．５〜１．５％を含有し、残部が実質的にＦｅである高
Ｃｒ鋳鉄溶湯を、上記（１）の鋳造鋳型に注湯して一方
向凝固させることを特徴とする耐摩耗品Ｃｒ鋳鉄製品の
製造方法。

である。

〔作用〕

耐摩耗用高Ｃｒ鋳鉄は摩耗部の硬さが高く耐摩耗性に優
れていること一同時に耐摩耗高品全体に引は巣等の鋳造
欠陥がないことが要求される。

耐摩耗性からいえば、従来の砂型鋳物は熱伝導率が０．
　ＯＯ２Ｃａｌ／ｌ　・ｃｍ−ｓｅｃという鋳物砂で形
成された鋳型で鋳造され、この鋳型を通じて鋳物は冷却
されるので冷却速度が遅く炭化物は大きく成長していた
。特に大型鋳物になる程冷却速度が遅く、硬さがロック
エル硬さ６１以下に低下していた。

又、鋳物砂の代りに鋼粒を採用した鋳型は従来の砂型に
比較して硬さが高く耐摩耗性に優れた高Ｃｒ鋳鉄が得ら
れた。しかし、砂型と同様、鋳物の前表面から凝固が進
行すると共に高Ｃｒ鋳鉄は切断時に割れ易いので、十分
な押湯効果をもつ形状の押湯、押湯位置から得にくいた
め鋳物内面に巣が生じやすい。

これに対し、本発明では高Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の耐摩耗性
を必要とする部分を熱伝導率が高い金属粒、例えば熱伝
導率が約０．２　Ｃａｌ／ｌ　・ｃｍ−ｓｅｃと鋳物砂
より著しく高い鋼粒を鋳型材として使用しているため、
鋳型の冷却能は大きく、冷却速度は速くなり炭化物を微
細に析出させることが可能となり、該鋳型に注湯する溶
湯の成分と相まってロックエル硬さ６５以上の優れた耐
摩耗性鋳物を製造することができる。

又、高Ｃｒ鋳鉄用現用砂型では押湯切断時のき裂のため
押湯効果が発揮されず鋳物内部欠陥が生ずる。鋼粒単独
鋳型でも生ずる場合がある。

これに対し、本発明では高Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の耐摩耗性
を必要とする部分は鋼粒１００％鋳型として冷却速度を
著しく大きくし、鋳物の押湯部分は砂型として冷却速度
を著しく遅くし、耐摩耗高と押湯の中間は鋼粒と鋳物砂
の混合鋳型として冷却速度を中位とした複合特殊鋳型に
注湯して、凝固の進行を鋼粒１００％鋳型から押湯の砂
型の方向へ一方向凝固させ、最終凝固部を押湯にして欠
陥を除去した。鋼粒と鋳物砂混合鋳型の鋼粒の割合は鋳
物肉厚によっても異なるが、容積比率で９５〜６０％で
９５％以上は冷却速度を小さくする効果が少なく、６０
％以下では冷却速度を大きくする効果が少ない。

次に、本発明の高Ｃｒ鋳鉄の化学成分の限定理由につい
て説明する。なお、以下の説明では％は重量％を示ず。

Ｃ：Ｃは初晶炭化物（ＣｒＰｅ）７ｃおよびＭｏ、Ｖ炭
化物を生成して、硬さ、耐摩耗性を向上させる重要な元
累で、Ｃ含有量が２．７％以下では晶出炭化物の量が少
なく、硬さ、耐摩耗性向上が期待されない。一方、Ｃが
３．７％を越えると炭化物〔主として（ＣｒＦｅ）７Ｃ
：］が粗大化して脆くなり、靭性が低下すると共に鋳物
に割れが発生して健全な鋳物が得難くなる。従ってＣ量
は２．７〜３．７％の範囲とした。

Ｓｉ　：　Ｓｉは脱酸剤として、溶湯の流動性を増し、
鋳造性を改善するが、０．３％未満ではその効果はなく
、１％を超えると耐摩耗性が低下するのでその範囲を０
．３〜１％とした。

Ｍｎ　：　Ｍｎは脱酸および硫黄の固定作用をする元素
であるが、１．５％を超えると残留オーステナイトを生
じ、硬さが低下するので」−眼を１．５％とした。又、
０．５％以下では脱酸が十分でないので添加量を０．５
〜１．５％と限定する。

Ｃｒ：Ｃｒは初晶炭化物Ｃ（ＰｅＣｒ）７ｃ　〕を生成
して、硬さおよび耐摩耗性に重要な元素で、１４％未満
では硬さの低いマイクロビッカース（ＭＨｖ　８４０〜
１．１．　ＯＯ）　Ｃｒ炭化物Ｃ（ＦｅＣｒ）　３Ｃ〕
の量が増し、硬さが高い（マイクロビッカース硬さ：１
２００〜１６００＞炭化物［：（ＦｅＣｒ）、Ｃ〕が〕
生するので十分な耐摩耗が得られない。一方、１８％を
超えると硬さが低下すると共に炭化物（ＦｅＣｒ）　２
３Ｃ，が晶出して耐摩耗性を低下させる。したがってＣ
ｒの添加量は１４〜１８％とする。

Ｍｏ　：　Ｍｏは厚肉鋳物のように凝固冷却速度が遅い
場合でもパーライト生成を抑えてマルテンザイトを保持
する効果があると共にＭｏ炭化物（マイクロビッカース
硬さ１．５００　）を析出して硬さを高くし、耐摩耗性
を向上させる。１％未満ではこの効果は少なく、４％を
超えると硬さが低下する。したがってＭｏは０．５〜４
％としたが、１〜４％の範囲が好ましい。

Ｖ：ＶはＭｏと同様炭化物生成傾向の強い合金元素で共
晶炭化物（ＰｅＣｒ）７Ｃ３への固溶と非常に高硬度の
Ｖ炭化物ＶＣ（マイクロビッカース硬さ２８００）を生
ずるので耐摩耗性の向」−に極めて有効な元素であるが
２％を超えると靭性が低下する。その添加量はＶ炭化物
Ｖ［を得るには０．５％以」二の添加が必要であり、そ
の上限は靭性を保持する」二から２％とした。

Ｎｉ　：　Ｎｉは厚肉鋳物のように冷却速度が遅い場合
でもパーライト生成を抑えてマルテンサイトを保持する
効果があるが、炭化物は生成しない。

０．５％未満ではパーライト抑制効果がなく、１．５％
以上ではオーステナイト相が残留し硬さが低下する。し
たがって下限を０．５％、」二限を１．５％とした。

〔実施例〕

本発明については実施例をあげ、具体的に説明する。

本発明において使用する高Ｃｒ鋳鉄（以下本発明使用材
と略称する）の化学成分を第２表に示す。供試材Ｎｏ、
　１〜Ｎｏ、　５は本発明使用材でＮｏ、　６〜Ｎｏ、
　１０は比較材であり、Ｎ０１１は二・ノ１−ド鋳鉄で
ある。

第３表にＮｏ、　１〜Ｎｏ、　５供試材を用い本発明方
法によって得られた鋳物（以下本発明鋳物と略称する）
と、本発明使用材と略同−化学成分であるＮｏ、　６供
試材を用い従来の砂型で鋳造された鋳物化学成分が本発
明使用材の範囲外のＮ［ｌ　７、Ｎ。

８供試材を用い従来の砂型で鋳造された鋳物、本発明使
用材と略同−化学成分であるＮｏ、　９供試材を用い鋼
粒型のみで鋳造された鋳物、化学成分が本発明使用材の
範囲外のＮ０１０供試材を用い鋼粒型のみで鋳造された
鋳物との硬さ、摩耗量、鋳造条件（鋳型の状況）、鋳造
結果（内部欠陥）および熱処理条件を示す。

本発明鋳物の硬さはロックウェル硬さ（ＨＲＣ）６６Ｊ
２を上が得られているが、比較鋳物の硬さ（ＨＲＣ）６
５以下である。すなわち、本発明鋳物はＨＲＣ６６以上
と高い硬さを有することが判る。これらの鋳物は二・ハ
ード鋳鉄を使用したものを除き、９５０℃×２時間保持
後空冷したものである。

さらに、上記の本発明鋳物、比較鋳物およびニ・ハード
鋳型を砂型および鋼粒型で鋳造した鋳物などについての
摩耗試験結果をも第３表に示す。

この摩耗試験はＡＳＴＭ（米国材料試験協会）規格に準
じたラバ１イール（Ｒｕｂｂｅｒ　Ｗｈｅｅｌ）試１験
機で試験した。試験条件は荷重：８．８ｋｇ、試験回数
：６０００回、回転速度：　１２　Ｏｒ、ｐ、ｍ　。

ホイール径：２５０ｍｍ、粉体：珪砂６号、落下量：　
３００　ｇ／ｍｉｎ　、試材寸法：２０ｘ２０ｘ４０ｍ
ｍでその摩耗残量により互いの耐摩耗性を比較したもの
である。摩耗試験法は鋼粒１００％鋳型の耐摩耗高から
採取した。

第３表から炭化物を微細に析出させた本発明鋳物は比較
鋳物、従来鉄物に比べて耐摩耗性が優れていることが判
る。その理由は硬さが高いだけでなく、炭化物が微細に
連続して（一方向性凝固が行れるため）晶出するた必で
ある。

本発明の鋼粒１００％鋳型とは粒径０．１〜４ｍｍの鋼
粒に硅酸ソーダ０．５％添加後、ＣＯ２ガスで硬化させ
たもので砂型に比較して熱伝導率が著しく優れているも
のである。

耐摩耗鋳物は耐摩耗性が優れていることに加えて鋳物内
部に欠陥がないことが必要である。

これに対しては従来の砂型又は鋼粒型で製作された鋳物
は押湯切断の特殊性から鋳物内面に欠陥が残存し、強度
が低下していた。

これに対し、本発明鋳物は第１図に示すように、鋼粒１
００％鋳型４から凝固が開始し、次に鋼粒９５〜９０％
、残鋳物砂の鋳型５、鋼粒９０〜８５％、残鋳物砂の鋳
型７、鋳物砂１００％の砂型３へと鋳型の鋼粒の量を変
化させて鋳型の熱伝導率を変えることにより耐摩耗高か
ら押湯２側へ順次に冷却され指向性凝固が進行する。こ
のため、最＃凝固部は砂型３の押湯２に移行し、内部欠
陥のない鋳物が得られる。

第１図は本発明鋳型、第２図は砂型、第３図は鋼粒型で
ある。第１図、第２図および第３図で、１は本耐摩耗鋳
物、２は面（摩耗鋳物の押湯、３は押湯用砂型、４は鋼
粒１００％鋳型、５は鋼粒９５〜９０％、残鋳物砂の鋳
型、６は鋼粒９０〜８５％、残鋳物砂の鋳型、７は鋼粒
８５〜６０％、残鋳物砂の鋳型、８は従来の砂型、９は
従来の鋼粒の鋳型、１０は鋳物の内部欠陥を示す。

本発明鋳物は前述のように鋳重量の鋼粒％を耐摩耗高か
ら押湯側へ階段状に変化させて冷却能力を変え一方向性
凝固をさせて押湯を十分供給し、最終凝固部を押湯にし
て欠陥をなくしたものである。

これに対し、現用砂型は外周から均一に冷却が進行する
ので押湯効果が十分作用せず、鋳物内面に引は巣が発生
する。又鋼粒鋳型でも冷却速度を速くしたため欠陥は少
なくなるがそれでも引は巣は発生する。高Ｃｒ鋳鉄鋳物
は加工が困難なため、押湯形状が限定されるので一般鋳
物より欠陥が発生しやすい。

本発明の実施例においては鋳型で耐摩耗高と押湯の中間
は３段階の鋼粒％に分けた鋳型としたが、本発明の鋳型
はこれに限定されるものではなく、鋳物の形状に応じて
分割する鋳型の数と鋼粒％は指向性凝固が行われるよう
に変化させてもよい。しかし、鋼粒６０％以下の鋼粒、
鋳物砂混合鋳型は冷却硬化が少なく使用しても意味はな
い。

Ｃ発明の効果〕本発明によって得られた鋳物を各種鉱石や石炭ミルセク
メントなどの耐摩耗高品として使用すれば、従来品より
も耐摩耗性に優れているので性能向上に寄与すると共に
従来品よりも摩耗による取り換えの頻度を大幅に低減す
ることができる。又、強度面から信頼性も向上している
。

これらの点からプラントの保守点検を長期間省略でき、
運転コストの大幅な低減をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明鋳造鋳型の一実施例の概略図、第２図、
第３図は従来法の砂型鋳型、鋼粒鋳型の概略図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）耐摩耗高Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の鋳造鋳型において、
該製品の耐摩耗性を必要とする鋳型部分は鋼粒１００％
材料で、該製品の押湯部分は鋳物砂で、かつ鋼粒材より
なる鋳型部分と鋳物砂よりなる押湯部分との間は鋼粒と
鋳物砂の混合材料で構成されてなることを特徴とする耐
摩耗高Ｃｒ鋳鉄鋳物製品の鋳造鋳型。
（２）重量％で、Ｃ：２．７〜３．７％、Ｓｉ：０．３
〜１％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｃｒ：１４〜１８％
、Ｍｏ：０．５〜４％、Ｖ：０．５〜２％、Ｎｉ：０．
５〜１．５％を含有し、残部が実質的にＦｅである高Ｃ
ｒ鋳鉄溶湯を、上記請求項（１）の鋳造鋳型に注湯して
一方向凝固させることを特徴とする耐摩耗高Ｃｒ鋳鉄製
品の製造方法。