JPH09241806A

JPH09241806A - オーステナイト系耐衝撃用鋳鋼

Info

Publication number: JPH09241806A
Application number: JP7836596A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ikegami; 雄二池上; Shigeru Hirata; 茂平田; Setsuo Shimamura; 節夫島村
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-16
Anticipated expiration: 2016-03-06
Also published as: JP3497944B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐衝撃性が高く、耐摩耗性も近年の要求を充
分に満足することができるオーステナイト系耐衝撃用鋳
鋼を提供する。【解決手段】０．６ｗｔ％≦Ｃ≦１．８ｗｔ％，０．
１ｗｔ％≦Ｓｉ≦１．５ｗｔ％，２０．０ｗｔ％≦Ｍｎ
≦３０．０ｗｔ％，６．０ｗｔ％＜Ｃｒ≦２０．０ｗｔ
％，Ｎ≦０．１ｗｔ％を含有し、残部はＦｅおよび不可
避的な不純物からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、たとえば破砕装
置のハンマやボールミルなどの粉砕装置の内面ライナー
や歯板などに用いて好適なオーステナイト系耐衝撃用鋳
鋼の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ボールミルは、回転可能なド
ラムの内部に多数の鋼球を収容して構成されており、ド
ラムを回転させることにより原料を鋼球で粉砕するよう
になっている。ここで、ドラムの内周面には、鋼球や原
料を混ぜ合わせるための複数の歯板が取り付けられ、ド
ラムの端面にも保護用のライナーが取り付けられてい
る。これら歯板やライナーには鋼球や原料が衝突するた
め、耐衝撃性と耐摩耗性が高い材料で形成する必要があ
る。特に、高い耐衝撃性は、使用中にライナー等が破損
すると粉砕装置そのものが損傷を受ける恐れがあるため
必須の条件であり、耐摩耗性も使用寿命に直接影響する
ために非常に重要な条件である。

【０００３】このような条件を満たす材料としてはオー
ステナイト系鋳鋼が一般的であり、とりわけＭｎを１２
％含むハッドフィールド鋼が良く知られている。なお、
ＪＩＳ規格にもハッドフィールド鋼に相当する鋼種とし
て、表１に示すように、ＳＣＭｎＨ１，ＳＣＭｎＨ３，
ＳＣＭｎＨ１１，ＳＣＭｎ２１などが規格されており、
特に、ライナー等の材料としてはＳＣＭｎＨ１１が主流
となっている。

【表１】

【０００４】このような鋳鋼では、組織がオーステナイ
トであるために耐衝撃性が非常に高く、鋼球などが衝突
することによる加工硬化によって耐摩耗性が向上する。
したがって、このような鋳鋼は、ボールミルの歯板やラ
イナーの他に、ジョークラッシャーの衝撃刃やハンマミ
ルのハンマなど、極めて過酷な条件で使用される部品に
用いられている。

【０００５】ところで、ＪＩＳで規格された鋳鋼では、
耐衝撃性についてはほぼ満足できる性能を示すが、耐摩
耗性については必ずしも充分とは言えなかった。そこ
で、耐摩耗性を向上すべく、ＣとＣｒの量をＪＩＳ規格
の割合よりも多く含有させたオーステナイト系鋳鋼が提
案された（特公昭５７−１７９３７号）。このオーステ
ナイト系鋳鋼は、Ｃを１．２〜１．６ｗｔ％（ＳＣＭｎ
Ｈ１１では０．９〜１．３ｗｔ％）、Ｃｒを３．０〜
６．０ｗｔ％（ＳＣＭｎＨ１１では１．５〜２．５ｗｔ
％）を含有させることにより、ＪＩＳ規格の鋳鋼に比し
て耐摩耗性を向上させたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
機械装置の大型化により、処理能力および生産効率がめ
まぐるしく向上し、材料の使用条件も過酷さを増し続け
ている。このため、上記提案に係るオーステナイト系鋳
鋼においても、耐摩耗性についての要求を充分に満足す
るものではなかった。したがって、本発明は、耐衝撃性
が高いことは勿論のこと、耐摩耗性も近年の要求を充分
に満足するオーステナイト系耐衝撃用鋳鋼を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、オーステ
ナイト系高マンガ鋳鋼の添加元素が耐摩耗性に及ぼす影
響を詳細に調査した結果、特公昭５７−１７９３７号に
開示された鋳鋼のように、ＣおよびＣｒを増量すると耐
摩耗性が向上することが判った。そして、大型化、高速
化された現在の粉砕装置等において、要求される耐摩耗
性を満足するためのＣｒの臨界条件が奈辺に存在するか
につき種々の実験を重ねたところ、６．０ｗｔ％（以
下、「％」と略称する）を越えて含有させれば良いこと
を見い出した。この発明は、上記知見に基づいてなされ
たものであり、下記の成分組成を有することを特徴とし
ている。

【０００８】すなわち、本発明のオーステナイト系耐衝
撃用鋳鋼は、０．６ｗｔ％≦Ｃ≦１．８ｗｔ％，０．１
ｗｔ％≦Ｓｉ≦１．５ｗｔ％，２０．０ｗｔ％≦Ｍｎ≦
３０．０ｗｔ％，６．０ｗｔ％＜Ｃｒ≦２０．０ｗｔ
％，Ｎ≦０．１ｗｔ％を含有し、残部がＦｅおよび不可
避的な不純物からなっている。なお、この成分組成にお
いて、Ｎの含有量を０．０１％≦Ｎ≦０．１％にすると
耐衝撃性がさらに向上し、０．０２％≦Ｎ≦０．０６％
の範囲にするとさらに好ましい。そして、この合金素材
を所望の形状となるように鋳造し、その後１１００゜Ｃ
に加熱して水靱処理を行うことにより、組織が完全なオ
ーステナイトである耐衝撃性、耐摩耗性ともに優れた目
的の製品を得ることができる。以下、この発明の成分組
成の数値限定の根拠を詳細に説明する。

【０００９】Ｃ：Ｃはオーステナイト組織を安定化する
とともに、オーステナイト組織中に固溶して耐摩耗性を
向上させる元素である。そして、このような特性を得る
ためには少なくとも０．６％含有する必要がある。しか
しながら、１．８％を越えて含有すると、炭化物が多く
析出するようになって耐衝撃性が低下する。よって、Ｃ
の含有量は、０．６％≦Ｃ≦１．８％とした。

【００１０】Ｓｉ：Ｓｉは原料を溶解する際に脱酸剤と
して添加される必須元素であり、含有量が０．１％を下
回ると脱酸剤としての効果が不充分となる。一方、Ｓｉ
の含有量が１．５％を上回ると、炭化物が多く析出して
靱性（耐衝撃性）が低下する。すなわち、オーステナイ
ト系耐衝撃用鋳鋼は、鋳放した状態では炭化物がパーラ
イト状にあるいは粒界に析出したりして脆いが、上述し
た水靱処理を施すことにより、炭化物をオーステナイト
組織に固溶させて完全なオーステナイト組織となる。一
方、Ｓｉは凝固時のパーライト変態を促進する元素であ
り、その含有量が１．５％を上回ると、水靱処理では固
溶しきれない程の炭化物が析出してしまうのである。よ
って、Ｓｉの含有量は０．１％≦Ｓｉ≦１．５％とし
た。望ましくは０．２％≦Ｓｉ≦１．０％の範囲が良
い。

【００１１】Ｍｎ：Ｍｎはオーステナイト組織を安定さ
せて耐衝撃性を向上させるのに有効な元素である。その
含有量が２０％を下回ると、加工によりオーステナイト
組織がマルテンサイトに変態（加工誘起変態）して耐衝
撃性が低下する。一方、含有量が３０％を上回ると添加
量に見合うだけの耐衝撃性の向上は見られない。よっ
て、Ｍｎの含有量は２０．０％≦Ｍｎ≦３０．０％とし
た。望ましくは２３．０％≦Ｍｎ≦２７．０％の範囲が
良い。

【００１２】Ｃｒ：Ｃｒはオーステナイト組織中に固溶
することによって耐摩耗性を向上させる元素であり、現
代の設備の要求を満足するためには６．０％を越えて含
有する必要がある。一方、含有量が２０％を上回ると、
Ｃｒ炭化物の析出が著しくなり、これが結晶粒界に析出
して耐衝撃性を低下させる。よって、Ｃｒの含有量は
６．０％＜Ｃｒ≦２０．０％とした。

【００１３】Ｎ：ＮはＣと同様にオーステナイト組織を
安定化して耐衝撃性を向上させる元素であり、結晶格子
の間隙に侵入してマルテンサイト変態を妨げる。しかし
ながら、その含有量が０．１％を上回ると、粗大な炭窒
化物の析出が容易に起こるようになり、耐衝撃性が低下
する。よって、Ｎの含有量は０．１％以下とした。な
お、オーステナイト組織の安定化を確実に達成するため
に、Ｎは０．０１％以上含有することが望ましく、より
望ましくは０．０２％≦Ｎ≦０．０６％の範囲が良い。

【００１４】ここで、上述のようにＣの含有量は０．６
％≦Ｃ≦１．８％としたが、本発明者等の実験によって
０．６％≦Ｃ＜１．２％の範囲がより望ましいことが判
明した。この数値限定の理由について以下説明する。前
述したように、ＣおよびＣｒの含有量を増加させると耐
摩耗性が向上するが、Ｃの含有量が多くなると耐衝撃性
がやや低下し、鋳造時に割れが発生する場合があること
が判った。また、Ｃｒの含有量を増加していった場合も
ほぼ同様の現象が認められ、含有量が増えるにつれて耐
衝撃性がやや低下してゆくことが判った。もっとも、Ｃ
およびＣｒが上記した本発明の範囲である限り、耐衝撃
性は要求を充分に満足するものであるが、本発明者等
は、さらに高い耐衝撃性を得ることができる成分組成の
範囲を見い出すべく上記した現象を詳細に検討した。

【００１５】その結果、Ｃの含有量が多いと耐衝撃性が
低下するのは、Ｍｎ炭化物が結晶粒界に析出し易くなる
ためであることが判った。さらに、鋳造時に生じる割れ
も凝固時に析出するＭｎ炭化物を起点としていることが
判った。同様に、Ｃｒについても検討したところ、Ｃｒ
の含有量のみを増加させるとやはり耐衝撃性が低下して
ゆくが、炭化物の形態がＭｎ炭化物からＣｒ炭化物に変
化し、鋳造時の割れは全く生じなかった。

【００１６】以上の検討結果から、本発明者等は、耐衝
撃性の低下と鋳造割れはＭｎ炭化物の析出が原因であ
り、これを抑制するにはＣの添加量をあまり高くしない
のが効果的ではないかと考え、Ｃの最適な添加量を広範
囲にわたって詳細に検討した。その結果、Ｃの添加量が
１．２％未満であれば、Ｃｒの添加量を多くしても炭化
物はＭｎ炭化物ではなくＣｒ炭化物となり、その析出量
も増加せず耐衝撃性が低下しないことを見い出した。ま
た、この場合、Ｃｒ添加量が従来よりも多いため、耐摩
耗性が向上することは前述の通りである。

【００１７】また、本発明者等はさらに研究を進めてゆ
き、Ｍｎ炭化物の析出を抑制する添加元素について検討
したところ、Ｖ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂが有効であり、これ
らの元素が炭化物を生成して有害なＭｎ炭化物の析出を
抑制し、加えて結晶粒も微細化できることが判った。発
明者等の実験によれば、上記添加元素のうち１種または
２種以上を合計で０．０１％以上含有することにより、
Ｍｎ炭化物を抑制する効果が得られることが判った。ま
た、０．０３％を越えて添加しても効果が変わらないこ
とが判った。さらに、より好ましい範囲は０．０５％以
上０．２０％以下であることも判った。

【００１８】よって、本発明のさらに優れたオーステナ
イト系耐衝撃用鋳鋼は、０．６ｗｔ％≦Ｃ＜１．２ｗｔ
％，０．２ｗｔ％≦Ｓｉ≦１．０ｗｔ％，２３．０ｗｔ
％≦Ｍｎ≦２７．０ｗｔ％，６．０ｗｔ％＜Ｃｒ≦１
５．０ｗｔ％，０．０１ｗｔ％≦Ｎ≦０．１０ｗｔ％を
含有するとともに、Ｖ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂのうち１種ま
たは２種以上を合計で０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ
％以下含有し、残部がＦｅおよび不可避的な不純物から
なる成分組成を有している。なお、上記成分組成におい
て、Ｎの含有率のさらに望ましい範囲は０．０２％≦Ｎ
≦０．０６％である。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて説明する。この発明の組成をもつオーステナイト系
耐衝撃用鋳鋼（発明鋼：Ｎｏ．１〜１３）と、この発明
の組成を有しないオーステナイト系耐衝撃用鋳鋼（比較
鋼：Ｎｏ．１４〜２０）の化学組成（重量％）を表２に
示した。なお、比較鋼Ｎｏ．１４は既に紹介した特公昭
５７−１７９３７号に係るオーステナイト系耐衝撃用鋳
鋼である。これら供試材は、いずれも高周波溶解炉で原
料を溶解し、脱酸処理を施した後に、重さ１００Ｋｇの
ボールミルのライナー（歯板）に鋳造して製造した（図
１参照）。次に、歯板を１１００゜Ｃに加熱した後に水
靱処理を施し、次いで、耐衝撃性と耐摩耗性のテストに
供した。

【００２０】図１に示すライナーから試験片（ＪＩＳ
Ｚ２２４２、２ｍｍＶノッチ）を切り出し、シャル
ピー試験を行って耐衝撃性の評価を行った。また、図１
に示すライナーを鉱石粉砕用の大型ボールミルに取り付
け、２０００時間運転した後の重量の減少率によって耐
摩耗性を評価した。なお、大型ボールミルは、直径２．
４Ｍ、奥行き２．０Ｍ、回転数が２４ｒｐｍであり、直
径９０ｍｍの鋼球を２．５ton投入したものを用いた。
また、大型ボールミルに投入した鉱石は、４０％ＳｉＯ
₂−２３％ＭｇＯ−１２％Ｆｅ−３％ＮｉからなるＮｉ
鉱石である。また、粉砕は乾式および湿式の両方の様式
で行った。

【００２１】表３にシャルピー衝撃試験および磨耗試験
の結果を示す。なお、表３において磨耗による重量減少
率は、下記数１によって求めた。

【数１】

【００２２】

【表３】

【００２３】Ａ．耐衝撃性の評価本発明に係るオーステナイト系耐衝撃用鋳鋼は、いずれ
もシャルピー衝撃値が１５０Ｊ／ｃｍ²を越えており、
設備の要求を十分に満足するものであった。特に、Ｃの
含有量が１．２％未満の本発明鋼（Ｎｏ．４，５を除く
全て）では、１１種類のうち１０種類（Ｎｏ．１〜３，
７〜１３）が２００Ｊ／ｃｍ²前後のシャルピー衝撃値
を有しており、耐衝撃性が非常に高いことが確認され
た。また、Ｍｏ等の添加元素を含有する本発明鋼（Ｎ
ｏ．７〜１３）では、Ｍｎ炭化物の析出が抑制され結晶
粒が微細化されているために、７種類の全てが２００Ｊ
／ｃｍ²前後のシャルピー衝撃値を有していた。

【００２４】これに対して、Ｃｒの含有量が本発明の範
囲を上回る比較鋼Ｎｏ．１８では、炭化物が多量に析出
したために、乾式、湿式とも摩耗試験開始後５０時間程
度で割れにより破損し、試験継続が不可能となった。ま
た、Ｎの含有量が本発明の範囲を上回る比較鋼Ｎｏ．１
６と、Ｃの含有量が本発明の範囲を上回る比較鋼Ｎｏ．
２０においても、乾式、湿式とも摩耗試験開始後５０時
間程度で割れにより破損した。その原因は、Ｎｏ．１６
では粗大な炭窒化物が析出したためであり、Ｎｏ．２０
では炭化物の析出が著しいためである。

【００２５】Ｂ．耐摩耗性の評価本発明鋼ではＣｒの含有量が６．０％を上回っているた
め乾式、湿式ともに重量減少率が低く、耐摩耗性は充分
であった。これに対して、比較鋼Ｎｏ．１４および１７
では、Ｃｒの含有量が本発明の範囲を下回っているため
本発明鋼の２倍以上の重量減少率となった。また、比較
鋼Ｎｏ．１９では、Ｃの含有量が本発明の範囲を下回っ
ているため、オーステナイト組織中の固溶量が少なく、
その結果、これも２倍以上の重量減少率となった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明のオーステナ
イト系耐衝撃用鋳鋼は、Ｃの含有量を０．６ｗｔ％≦Ｃ
≦１．８ｗｔ％とし、Ｃｒの含有量を６．０ｗｔ％＜Ｃ
ｒ≦２０．０ｗｔ％としているので、耐衝撃性が高いこ
とは勿論のこと、耐摩耗性も近年の要求を充分に満足す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオーステナイト系耐衝撃用鋳鋼によ
り形成したライナーを示す斜視図である。

【表２】

フロントページの続き (72)発明者島村節夫石川県金沢市三池町475番１号日本冶金工業株式会社金沢工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．６ｗｔ％≦Ｃ≦１．８ｗｔ％，０．
１ｗｔ％≦Ｓｉ≦１．５ｗｔ％，２０．０ｗｔ％≦Ｍｎ
≦３０．０ｗｔ％，６．０ｗｔ％＜Ｃｒ≦２０．０ｗｔ
％，Ｎ≦０．１ｗｔ％を含有し、残部はＦｅおよび不可
避的な不純物からなることを特徴とするオーステナイト
系耐衝撃用鋳鋼。
【請求項２】０．６ｗｔ％≦Ｃ＜１．２ｗｔ％，０．
２ｗｔ％≦Ｓｉ≦１．０ｗｔ％，２３．０ｗｔ％≦Ｍｎ
≦２７．０ｗｔ％，６．０ｗｔ％＜Ｃｒ≦１５．０ｗｔ
％，０．０１ｗｔ％≦Ｎ≦０．１０ｗｔ％を含有すると
ともに、Ｖ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｂのうち１種または２種以
上を合計で０．０１ｗｔ％以上０．３０ｗｔ％以下含有
し、残部はＦｅおよび不可避的な不純物からなることを
特徴とするオーステナイト系耐衝撃用鋳鋼。