JPH09512058A - 高炭素鋼とその製法、及び高炭素鋼の摩耗部品としての利用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高炭素合金鋼であって、その組成は、重量％で、炭素１．１〜２．０％，マンガン０．５〜３．５％，クロム１．０〜４．０％，珪素０．６〜１．２％及び残分が通常の不純物含量を有する鉄であり、主として非平衡微細パーライトからなる金属組成構造を呈し、硬度が４７Ｒｃないし５４Ｒｃの間にあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 高炭素鋼とその製法、及び高炭素鋼の摩耗部品としての利用発明の対象 本発明は摩耗部品、特に粉砕媒体及び粉砕球の原料としての高炭素鋼合金に関 する。公知技術 鉱業の分野においては、濃度及び抽出率を考慮して鉱石から高価値の鉱物を分 離する必要がある。 このような分離を行うためには、鉱石を細かく粉砕しなければならない。 粉砕工程だけでも、球形、円錐台形または円筒形シルペブス（ｃｙｌｐｅｂｓ ）の形で年間７５０，０００ないし１，０００，０００トンの粉砕媒体が世界中 で使用されている。 広く使用されている粉砕媒体： １．圧延または鍛造後６０−６５Ｒｃの表面硬度が得られるように熱処理する ことによって形成される低合金マルテンサイト鋼（炭素０．７−１％、合金元素 １％以下）。 ２．全体の硬度が６０−６８Ｒｃとなるように鋳造及び熱処理することによっ て形成されるマルテンサイト鋳鉄クロム合金（炭素１．７−３．５％、クロム９ −３０％）。 ３．熱処理を施さず、鋳造によって得られる硬度４５−５５Ｒｃの低合金パー ライト白鋳鉄（炭素３−４．２％、合金元素２％以下）。 従来の粉砕媒体には、それぞれ下記のような短所がある： −鍛造マルテンサイト鋼の場合、鍛造または圧延設備に要する投資コストと、 エネルギー消費の増大につながる熱処理装置に要する投資コスト。 −クロム合金鉄の場合、合金元素（主としてクロム）及び熱処理に余分なコス トがかかる。 −低合金パーライト白鋳鉄の場合、製造コストはかなり低いが、耐摩耗性が他 の粉砕媒体ほど良好ではない。また、従来工業生産されているのは６０ｍｍ以下 の粉砕媒体に限られる。 いずれの粉砕媒体も、鉱石が極めて摩耗性の高い鉱物（例えば金、銅…）の場 合には、摩耗させられる製品及び材料（粉砕媒体及びその他の鋳造物）のコスト が高価値金属の生産コストを著しく増大させる要因となるから、ユーザを完全に 満足させることができない。発明の目的 本発明の目的は、高性能の鋼を提供することと、特に従来の摩耗部品（特に粉 砕媒体）の問題点及び短所を克服することとにある。本発明の組成、鋳造及び鍛 造後の冷却条件は、特に摩耗性が非常に高い条件において、鍛造鋼及びクロム鋳 鉄に匹敵する耐摩耗性能を鍛造鋼及びクロム鋳鉄よりも低いコストで、またパー ライト鋳鉄よりもすぐれた耐摩耗性能を（パーライト鋳鉄と同じコストで）可能 にする。 本発明のその目的及び長所は、本発明の特徴及び好ましい実施例に関する以下 の説明から明らかになるであろう。発明の特徴的要素 本発明は、重量％で表わされる下記組成： 炭素 １．１−２．０％ マンガン ０．５−３．５％ クロム １．０−４．０％ 珪素 ０．６−１．２％ 及び通常含有率で不純物を含む鉄 から成り、主として非平衡微細パーライトを含む金属組織構造を形成し、その硬 度が４７Ｒｃないし５４Ｒｃであることを特徴とする高炭素合金鋼を提供する。 粉砕媒体、特に粉砕球の場合、耐衝撃性能を維持しながら最良の耐摩耗性能を 達成するには、炭素含有分が１．２ないし２．０％、特に１．３ないし１．７％ であることが好ましい。 実際には、粉砕球の直径及び微細パーライト構造を得るための冷却速度に応じ てマンガン含有率を選択することが望ましい。 下記組成は、特に直径１００ｍｍの粉砕球のような粉砕媒体の耐摩耗性能を高 めるのに有効である。 炭素 １．５％程度 マンガン １．５−３．０％程度 クロム ３．０％程度 珪素 ０．８％程度 直径７０ｍｍの粉砕球には合金組成： 炭素 １．５％程度 マンガン ０．８−１．５％程度 クロム ３．０％程度 珪素 ０．８％程度 が特に有益であることが判明している。 鋼の構造中に現われるセメンタイト、マルテンサイト、オーステナイト及び粗 大パーライトの量を極力少なくするように、採用すべき熱処理を選択する。 本発明では、鋳造後、上記鋼に０．３ないし１．９℃／ｓの平均冷却速度で９ ００℃以上の温度から約５００℃の温度に冷却する熱処理を施すことにより、主 として非平衡微細パーライトから成る前記微細構造を有する硬度４７ないし５４ Ｒｃの鋼 を提供する。 鋳造によって、摩耗部品、特に粉砕媒体を直接的に成形するが、この成形には 任意の従来の鋳造技術を利用できる。 パーライト構造は、鋳型から未だ高温の鋳造片を抽出し、化学的組成を鋳造片 の質量及び鋳型からの抽出後の冷却速度に順応させることによって得られる。 次に、本発明を制限することを目的とせず、本発明の内容を明らかにすること を目的とする好ましい実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。 実施例における％はすべて重量％である。 実施例１−４ いずれの例においても、炭素１．５％、クロム３％、珪素０．８％、残りが通 常の不純物を含む鉄から成る鋼組成で実施した。表１に示す異なる実施例では、 球のサイズに応じてマンガン及びクロムの具体的な含有率を重量％で示す。 完全に凝固したら、操作が容易な、好ましくは９００℃以上というできる限り 高い温度で鋳造片を型から抽出する。 次いで、鋳造片をその質量に応じた速度で均等に冷却する。 この制御下の冷却は５００℃の温度まで維持され、以後の冷却は重要でない。 １０００℃から５００℃までの平均冷却速度Ｃ／ｓを、上記２つの実施例に関 して表２に示す。 この熱処理の主な利点は、極めて容易に微細パーライト構造の形成を可能にす ることにある。また、鋳造後の鋳造片の残留熱を利用することによって、生産コ ストを軽減できる。 図１及び２の顕微鏡写真は、本発明で得られる鋼の構造を示す。図１は、重量 ％で表わされる下記の化学的組成を有する１００ｍｍ球の４００倍顕微鏡写真で ある： １．５％ 炭素 １．９％ マンガン ３．０％ クロム ０．８％ 珪素 型から抽出した後、この鋳造物を１．３０℃の速度で１１００℃から周囲温度 まで均等に冷却した。 測定されたロックウェル硬度は、５１Ｒｃである。構造は微細パーライト、８ −１０％セメンタイン及び少なくとも５−７％マルテンサイトから成る。 図２は、重量％で表わされる下記化学的組成を有する７０ｍｍ球の４００倍顕 微鏡写真である。 １．５％ 炭素 １．５％ マンガン ３．０％ クロム ０．８％ 珪素 抽出後、この鋳造物を１．５０℃／ｓの冷却速度で１１００℃から周囲温度に まで均等に冷却した。 測定されたロックウェル硬度は、５２Ｒｃである。この構造は微細パーライト と５−７％マルテンサイトとからなる。 図１及び２に顕微鏡写真で示した粉砕媒体または球は、摩耗試験することによ って、工業環境におけるその作用及び性質をチェックした。 マークドボールトライアル（ｍａｒｋｅｄ ｂａｌｌｓ ｔｒｉａｌｓ）方法 によって、本発明の合金の耐摩耗性能を評価した。この試験方法は、本発明の合 金で製造した所定量の球を工業用粉砕ミルに投入するというものである。先ず、 １種類または２種類以上の従来技術による合金で形成された同じ重量の球と一緒 に球を重量別に仕分けし、球径に基づいて識別する。所定の運転時間後、ミルを 停止し、マークのある球を回収する。球を計量し、重量差に基づいて被験合金の 性能を比較することができる。このようなチェックを数回繰り返すことによって 、統計的な有効値を求める。 最初の試験は、７０％以上の石英を含有する特に摩耗を生じ易い鉱石について ミル内で実施した。直径１００ｍｍの球を５週間にわたって毎週試験した。マル テンサイト高クロム白鋳鉄からなる基準球は、４，６００ｋｇの初期重量から２ ，８００ｋｇまで摩耗した。種々の合金の相対的耐摩耗性能は、下記のように要 約される。 ６４Ｒｃの１２％クロムマルテンサイト白鋳鉄 １．００× ５１Ｒｃの本発明の鋼 ０．９８× 処理される鉱石は、極めて摩耗を生じ易い点で上記試験の場合と同様であるが 、ミルの運転条件に対する衝撃条件が異なる他のミルにおいて、同様の試験を実 施した。 本発明の合金で形成された球で得られる結果は、高クロム白鋳鉄によって得ら れる結果と極めて近似している（０．９ないし１．１倍すぐれている）。 本発明のパーライト合金のこのような耐摩耗性能は、粉砕に関連するユーザー のコストの著しい軽減を可能にする。 クロム鉄に比較して製法が簡単であり、設備及び運転のコストが低く、合金元 素が少ないから製造コストがさらに低くなる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月１２日 【補正内容】 請求の範囲 １．重量％で表わされる下記組成： 炭素 １．１ないし２．０％ マンガン ０．５ないし３．５％ クロム １．０ないし４．０％ 珪素 ０．６ないし１．２％ 及び通常含有率で不純物を含む鉄、によって特徴づけられる高炭素合金鋼で 構成され、鋳造後９００℃以上の温度から約５００℃の温度にまで、０．３０な いし１．９０℃／ｓの冷却速度で冷却する工程を経て、主として非平衡微細パー ライトで構成され、硬度が４７Ｒｃないし５４Ｒｃである金属組織構造を呈して いる粉砕媒体。 ２．炭素含有率が、１．２ないし２．０％であることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の粉砕媒体。 ３．炭素含有率が、１．３ないし１．７％であることを特徴とする請求の範囲 第１項または第２項に記載の粉砕媒体。 ４．炭素含有率が、１．５％程度であることを特徴とする請求の範囲第１〜３ 項のいずれかに記載の粉砕媒体。 ５．鋳型から未だ高温の鋳造物を抽出し、鋳造物の質量及び型からの抽出に続 く冷却の速度に化学的組成を順応させることによってパーライト構造を得ること を特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれかによる粉砕媒体。 ６．合金組成が、 炭素 １．５％程度 マンガン １．５ないし３．０％ クロム ３．０％ 珪素 ０．８％ であって、直径が約１００ｍｍの粉砕球として鋳造された請求の範囲第５項に記 載の粉砕媒体。 ７．合金組成が、 炭素 １．５％程度 マンガン ０．８％ないし１．５％程度 クロム ３．０％程度 珪素 ０．８％程度 であって、直径が約７０ｍｍの粉砕球として鋳造された請求の範囲第５項に記載 の粉砕媒体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．重量％で表わされる下記組成： 炭素 １．１ないし２．０％ マンガン ０．５ないし３．５％ クロム １．０ないし４．０％ 珪素 ０．６ないし１．２％ 及び通常含有率で不純物を含む鉄 から成り、主として非平衡微細パーライトで構成された金属組織構造を呈し、硬 度が４７Ｒｃないし５４Ｒｃであることを特徴とする高炭素合金鋼。 ２．炭素含有率が、１．２ないし２．０％であることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の鋼。 ３．炭素含有率が、１．３ないし１．７％であることを特徴とする請求の範囲 第１項または第２項に記載の鋼。 ４．炭素含有率が、１．５％程度であることを特徴とする請求の範囲第１〜３ 項のいずれかに記載の鋼。 ５．鋳造後、所与の組成の合金鋼を９００℃以上の温度から約５００℃の温度 まで０．３ないし１．９０℃／ｓの速度で冷却することによって鋼に主として非 平衡微細パーライトからなる前記金属組織構造を与え、硬度が４７Ｒｃないし５ ４Ｒｃとなるように熱処理することを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれ かに記載の鋼の製法。 ６．鋳造が摩耗部品、特に粉砕媒体を直接成形することを特徴とする請求の範 囲第５項に記載の製法。 ７．鋳型から未だ高温の鋳造物を抽出し、鋳造物の質量及び型からの抽出に続 く冷却の速度に化学的組成を順応させることによってパーライト構造を得ること を特徴とする請求の範囲第 ６項に記載の製法。 ８．摩耗部品を得ることを目的とした請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載 の合金鋼の利用。 ９．合金組成が 炭素 １．５％程度 マンガン １．５ないし３．０％ クロム ３．０％ 珪素 ０．８％ である請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の合金鋼の、直径が約１００ｍｍ の粉砕球を得ることを目的とする利用。 １０．合金組成が 炭素 １．５％程度 マンガン ０．８％ないし１．５％程度 クロム ３．０％程度 珪素 ０．８％程度 である請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の合金鋼の、直径が約７０ｍｍの 粉砕球を得ることを目的とする利用。