JPH11207488A - 耐食耐摩耗複合部材 - Google Patents

耐食耐摩耗複合部材

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JPH11207488A
JPH11207488A JP1120398A JP1120398A JPH11207488A JP H11207488 A JPH11207488 A JP H11207488A JP 1120398 A JP1120398 A JP 1120398A JP 1120398 A JP1120398 A JP 1120398A JP H11207488 A JPH11207488 A JP H11207488A
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JP
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alloy
powder
blade
resistant
cutting edge
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JP1120398A
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Yoshihisa Kato
喜久 加藤
Osamu Yonemura
收 米村
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性に優れ、刃物形状への成形性がよく、
切刃部の硬さが高く、刃欠けが生じ難いなどの特性を有
する耐食刃物用材料を提供する。 【解決手段】 合金元素の含有率が質量%で、C:0.
03〜1.0%、Cr:10〜25%を含む鋼からなる
台金1に、合金元素の含有率が質量%で、Cr:10〜
25%、C:1.9〜4.7%、V:8〜20%を含む
Co合金またはNi合金からなる肉盛合金3をプラズマ
トランスファーアークによる粉末肉盛法によって肉盛り
して、肉盛合金3の硬さが55〜65HRCであり、か
つ肉盛合金3に含まれる炭化物の寸法を10μm以下と
する。上記台金1は、さらに質量%で、Ni:0.1〜
20%、Mo、Nb、Ti:0.1〜5%を含むことが
できる。また、上記肉盛合金3は、さらに質量%で、M
o、Nb:0.1〜5%を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、包丁、ナイフ、ス
ライサー、カッターなどの刃物に適した耐食耐摩耗複合
部材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、包丁、ナイフなどの刃物におい
て、切れ味を重視する場合には、刃物用材料として高炭
素鋼を用い、これを焼入れして製造されている。さらに
耐食性を要する場合には、SUS420系やSUS44
0系の高炭素高クロム鋼が用いられる。
【0003】高炭素高クロム鋼は、焼入れ硬さが高く、
耐食性にも優れているので刃物用として適した特性を有
する鋼であるが、素材の硬さが高いので刃物形状への成
形加工性に劣るとか、熱処理後にも巨大な炭化物が残存
し易いので、これが鋭利な刃先にあった場合に刃こぼれ
の原因となるなどの問題も多い。切れ味と耐食性とを両
立する刃物用材料として、切刃部は高炭素鋼とし、これ
をステンレス鋼で挟んだクラッド材とすることが提案さ
れているが、切刃部の耐食性は満足されない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の現状
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐
食性に優れ、刃物形状への成形性がよく、切刃部の硬さ
が高く、刃こぼれが生じ難いなどの特性を有する耐食刃
物用材料を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の耐食耐摩耗複合部材は、 (1)合金元素の含有率が質量%で、C :0.03〜
1.0%、Cr:10〜25%であり、残余Feおよび
不可避的不純物元素からなる台金に、合金元素の含有率
が質量%で、Cr:10〜25%、C :1.9〜4.
7%、V :8〜20%であり、残余CoまたはNiの
うちいずれか1種、および不可避的不純物元素からなる
肉盛合金をプラズマトランスファーアークによる粉末肉
盛法によって肉盛りしてなり、該肉盛部の硬さが55〜
65HRCであり、かつ該肉盛部に含まれる炭化物の寸
法を10μm以下としたことを特徴とする。 (2)(1)において上記台金は、さらに質量%で、N
i:0.1〜20%、Mo:0.1〜5%、Nb:0.
1〜5%、Ti:0.1〜5%のうちいずれか一種以上
を含むことを特徴とする。 (3)(1)あるいは(2)において上記肉盛合金は、
さらに質量%で、Mo:0.1〜5%、Nb:0.1〜
5%のうちいずれか一種以上を含むことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の耐食耐摩耗複合部材にお
いて、台金は、刃物の基体をなす部分であって、刃物形
状への成形加工性、刃物としての適度な強度および優れ
た耐食性を備えるよう、化学組成を調整した鋼とする。
以下、台金とする鋼の化学組成を限定する理由について
説明する。
【0007】C:0.03〜1.0% Cは、鋼の強度を高めるために添加する。そのためには
0.03%以上含有する必要がある。しかし、過剰に含
有すると加工性を損い、また鋼を脆化するので含有率の
上限を1.0%とする。 Cr:10〜25% Crは、おもに鋼の耐食性を高めるために添加する。そ
のためには少なくとも10%以上含有する必要があり、
望ましくはCr含有率の下限を13%とする。しかし、
過剰に含有するとFeCr金属間化合物を形成して鋼を
脆化するのでCr含有率の上限を25%とする。
【0008】Ni:0.1〜20% Niは、鋼のオーステナイト相を安定にする元素で、耐
食性を高める効果を有するので0.1〜20%の範囲で
添加することができる。過剰に添加しても上記効果の向
上が少なく、いたずらに鋼コストを高めるのみなのでN
i含有率の上限を20%とする。
【0009】Mo:0.1〜5% Moは、鋼の強度を高め、耐食性を高める効果を有する
ので0.1〜5%の範囲で添加することができる。しか
し、過剰に添加しても上記効果の向上が少なく、鋼コス
トを高めるのみなのでMo含有率の上限を5%とする。 Nb:0.1〜5% Nbは、鋼の結晶粒度を微細化し、靭性を高める効果を
有するので0.1〜5%の範囲で添加することができ
る。しかし、過剰に添加しても上記効果の向上が少な
く、鋼コストを高めるのみなのでNb含有率の上限を5
%とする。
【0010】Ti:0.1〜5% Tiは、鋼の結晶粒度を微細化し、靭性を高める効果を
有するので0.1〜5%の範囲で添加することができ
る。しかし、過剰に添加しても上記効果の向上が少な
く、鋼コストを高めるのみなのでTi含有率の上限を5
%とする。本発明の耐食耐摩耗複合部材において、肉盛
合金は、刃物の切刃部をなす合金である。該合金は、刃
物の切れ味を高めるために55HRC以上の硬さが必要
である。しかし硬さが高すぎると切刃部の成形加工、特
に研ぎが困難となるうえ、切刃部の靭性が損われ、使用
時に刃先の欠損が生じやすくなる。そのため切刃部の硬
さは65HRCを上限とする。好ましくは、切刃部の硬
さは60〜62HRCとする。
【0011】また、切刃部をなす合金の耐摩耗性は、そ
の金属組織をなすマトリックスの硬さと炭化物のような
硬質組織とによって支えられるが、刃物の刃先のように
鋭利な部分に粗大な硬質組織があると、これが欠落して
刃物の切れ味を著しく損う。切刃部の耐摩耗性を維持し
つつ刃先から硬質組織が欠落することを防ぐためには、
硬質組織を直径10μm以下の粒子とすることが必要で
ある。
【0012】上記のような特性を有する切刃部を構成す
るために、本発明の耐食耐摩耗複合部材は、金属または
合金の粉末を用い、これをプラズマトランスファーアー
クによる粉末肉盛法によって前記台金に肉盛りして所要
の化学組成としたCo基またはNi基肉盛合金とする。
以下、本発明の耐食耐摩耗複合部材における肉盛合金の
化学組成の限定理由を説明する。
【0013】Cr:10〜25% Crは、主に合金の耐食性を高めるために添加する。そ
のために10%以上含有する必要がある。しかし過剰に
含有すると合金を脆化するので、含有率の上限を25%
とする。 C:1.9〜4.7%、V:8〜20% CおよびVは、合金中においてVC炭化物として存在し
て合金の耐摩耗性の向上に寄与する。C含有率とV含有
率との比は、質量%でおよそ1:4.25とするのが好
ましい。そのためには少なくともC含有率1.9%、V
含有率8%の含有が必要である。しかし過剰に含有する
と合金の靭性を損うので、C含有率は4.7%、V含有
率は20%をそれぞれ上限とする。
【0014】Mo:0.1〜5% Moは、合金の耐食性を高めるうえ、特にNi基合金の
場合合金強度を高めるので添加してもよい。これらの目
的には、Mo含有率は少なくとも0.1%以上を必要と
する。しかし、過剰に含有すると合金を脆化するので、
含有率の上限は5%とする。
【0015】Nb:0.1〜5% Nbは、特にNi基合金の強度を高めるので添加しても
よい。これらの目的には、Nb含有率は少なくとも0.
1%以上を必要とする。しかし、過剰に含有すると合金
を脆化するので、含有率の上限は5%とする。肉盛合金
を形成する合金粉末は、予め溶融して成分調整した合金
を粉末化したプリアロイ粉末でもよいし、純金属粉末を
混合したプリミックス粉末であってもよく、また、プリ
アロイ粉末とプリミックス粉末とを混合してもよい。プ
リミックス粉末として用いる場合、CとVとは予め化合
してVC炭化物とし、これを粉末化して用いるのがよ
い。
【0016】上記の各金属合金粉末は、球状粉末である
ことが好ましい。また、各粉末の粒度は#60- 〜#3
00+ とすることが好ましい。このように粉末形状およ
び粒度を調整することによって、プラズマトランスファ
ーアークによる粉末肉盛を行う際に好適な粉末送給性が
得られ、肉盛合金の組成の均一性、肉盛合金内における
VC炭化物の微細均一分布が実現される。
【0017】本発明の耐食耐摩耗複合部材における肉盛
合金は、多量のVC炭化物を含むため、塑性加工による
成形加工ができない。本発明においては、プラズマトラ
ンスファーアークによる粉末肉盛法によって前記台金上
に肉盛りすることにより健全な肉盛合金を形成すること
ができる。
【0018】
【実施例】(実施例1)表1に示す鋼1の化学組成を有
する鋼を溶製し、熱間圧延によって厚さ6mm、幅80
mmの条鋼に加工し台金材とした。また、肉盛合金とし
て、表2の合金1に示すように化学組成を調整して溶製
し、ガスアトマイズ法によって粉末としたプリアロイ粉
を準備した。該プリアロイ粉の粒度は#60- 〜#30
+ とした。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】鋼1の前記台金材を図1(a)に示す刃物
形状に加工して台金1とした。台金1において切刃部4
を形成する片面に、図1(b)に示す横断面形状を有す
る開先2を設ける。プラズマトランスファーアークによ
る粉末肉盛法によって、図1(c)に横断面形状を示す
ように、前記合金1の粉末を開先2の部分に肉盛りして
肉盛合金3を形成する。図1(d)に横断面形状を示す
ように、肉盛合金3の余剰部を研削によって削除すると
ともに、台金1の側を斜に研削することによって片刃の
切刃部4を形成し、さらに精研磨して刃先5を研ぎ出し
た。
【0022】プラズマトランスファーアークによる粉末
肉盛法は粉末肉盛装置100を用いて行った。図5に構
成の概略を示すように粉末肉盛装置100は、少なくと
も、電極101とプラズマガス送給通路102と粉末送
給ガス通路103とガス噴出口104とを備えるプラズ
マトーチ105、プラズマ電源110、プラズマ電源1
10と電極101とを結ぶ導電線111、プラズマ電源
110とワーク113とを結ぶ導電線112、プラズマ
ガス源121、粉末送給ガス源122、プラズマガス通
路102とプラズマガス源121とを導通するプラズマ
ガス導管123、粉末送給ガス通路103と粉末送給ガ
ス源122とを導通する粉末送給ガス導管124、粉末
131を蓄える容器132と粉末切出し装置133とを
備え、粉末送給ガス導管124に粉末131を供給する
粉末供給装置130などからなる。
【0023】粉末肉盛装置100を用いて肉盛を行うに
は、まず、プラズマガス源121からプラズマトーチ1
05へプラズマガスを送給し、プラズマガス送給通路1
02を経てガス噴出口104から前記プラズマガスをを
噴出する。次に、プラズマ電源110を稼働して電極1
01とワーク113との間に電圧を印加してプラズマア
ークを発生せしめる。次に、粉末送給ガス源122から
プラズマトーチ105へ粉末送給ガスを送給するととも
に粉末供給装置130を稼働して粉末131を粉末送給
ガスに加え、粉末送給ガス通路103を経てガス噴出口
104から噴出する。これにより粉末131は前記プラ
ズマアーク中に突入してプラズマアークの高熱によって
溶融し溶滴となる。それと同時に、前記溶滴はプラズマ
アークの圧力によってガス噴出口104から噴射され
る。ガス噴出口104に対向してワーク113を配置し
てワーク113の表面に前記溶滴を凝着させる。
【0024】実施例1においては、粉末131として合
金1を用い、ワーク113としては鋼1からなる台金を
用いた。また、プラズマガスおよび粉末送給ガスとして
アルゴンを用いた。以上のようにして製作した刃物につ
いて台金1および切刃部4の硬さを測定した。刃先5近
傍の切刃部4について金属組織を顕出し、被検面におけ
るVC炭化物粒の寸法を測定した。本田式切れ味試験機
によって切れ味試験を行い、JISZ2371(塩水噴
霧試験方法)に準じて24時間の塩水噴霧試験を行っ
た。それらの結果を表3に示す。
【0025】なお、従来より耐食性刃物用として多く用
いられる1.2C−1.45Cr−3Mo−1V鋼粉末
をHIPにより焼結した比較例1、および1.12C−
1.4Cr−0.2Mo−0.5V鋼を溶製鍛伸した比
較例2を用意し、焼入焼もどしして硬さを調整したもの
についても上記同様な試験を行い、その結果を表3に併
記した。
【0026】
【表3】
【0027】表3によれば、実施例1の切刃部4の硬さ
は55HRC以上を示し、また、刃先5近傍の切刃部4
に認められるVC炭化物粒の最大寸法は10μm以下で
あった。切れ味試験の結果、実施例1においては刃こぼ
れを生じることがなく、比較例1に比べて著しく耐久性
に優れていることが判る。実施例1の耐食性は、台金1
については比較例1と大差ないが、切刃部4については
比較例1に比べて優れている。 (実施例2)実施例1と同様にして、表1に示す鋼2の
化学組成を有する鋼によって台金材を製作した。また、
金属Ni粉末、金属Cr粉末、VC炭化物粉末、金属M
o粉末および金属Nb粉末を混合し表2の合金2に示す
プリミックス粉を製作した。該プリミックス粉の粒度は
#60- 〜#300+ とした。なお、上記各粉末は、予
め通常の方法で造粒して前記粒度となるようにして用い
た。
【0028】前記台金材を図2(a)に示す刃物形状に
加工して台金21とした。図2(b)に横断面形状を示
すように、台金21において切刃部24を形成する端面
22に、粉末肉盛装置100を用いてプラズマトランス
ファーアークによる粉末肉盛法によって、合金2を肉盛
して肉盛合金23を形成する。次に、図2(c)に横断
面形状を示すように研削して肉盛合金23からなる切刃
部24を形成し、さらに精研磨して刃先25を研ぎ出し
た。
【0029】以上のようにして製作した刃物について実
施例1の場合と同様に各種の試験を行った。それらの結
果を実施例2として表3に示す。表3によれば、実施例
2の切刃部24の硬さは55HRC以上を示し、また、
刃先25近傍の切刃部24に認められるVC炭化物粒の
最大寸法は10μm以下であった。切れ味試験の結果、
実施例2においては刃こぼれを生じることがなく、比較
例1に比べて著しく耐久性に優れていることが判る。実
施例2の耐食性は、台金21については比較例1と大差
ないが、切刃部24については比較例1に比べて優れて
いる。 (実施例3)実施例1と同様にして、表1に示す鋼3の
化学組成を有する鋼によって台金材を製作した。また、
合金1示すプリアロイ粉と、別途用意したVC炭化物粉
末とを混合して表2の合金3に示すプリミックス粉を製
作した。該プリミックス粉の粒度は#60- 〜#300
+ とした。なお、VC炭化物粉末はVC炭化物の微粉末
を通常行われる方法で造粒して前記粒度となるようにし
て用いた。
【0030】前記台金材を刃物形状に加工して台金31
とした。平板状の耐火物製の敷板32上に台金31を横
たえて置き、図3(a)に示すように、台金31におい
て切刃部39を設ける側の端面33と平行に、かつ端面
33からやや離して耐火物製の堤34を設け、さらに、
堤34の両端には耐火物製のストッパー35、36を設
けることにより溝37を形成する。
【0031】粉末肉盛装置100を用いてプラズマトラ
ンスファーアークによる粉末肉盛法によって、端面33
に合金3を肉盛し、溝37に充填して肉盛合金38を形
成する。図4に横断面形状を示すように研削して肉盛合
金38からなる切刃部39を形成し、さらに精研磨して
刃先40を研ぎ出した。以上のようにして製作した刃物
について実施例1の場合と同様に各種の試験を行った。
それらの結果を実施例3として表3に示す。
【0032】表3によれば、実施例3の切刃部39の硬
さは55HRC以上を示し、また、刃先40近傍の切刃
部39に認められるVC炭化物粒の最大寸法は10μm
以下であった。切れ味試験の結果、実施例3においては
刃こぼれを生じることがなく、比較例1に比べて著しく
耐久性に優れていることが判る。実施例3の耐食性は、
台金31、切刃部39のいずれも比較例1に比べて優れ
ている。
【0033】以上説明から判るように、本発明の耐食耐
摩耗複合部材による刃物の製造過程においては、切刃部
を硬化するための焼入れなどの熱処理をすることなく硬
さが高い切刃部を得ることができる。従って、本発明の
耐食耐摩耗複合部材による刃物の製造過程においては、
従来の刃物製造過程で問題となる熱処理ひずみを生じる
ことがなく、その矯正のための手間が省けるという効果
もある。
【0034】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の耐食耐
摩耗複合部材によれば、耐食性に優れ、刃物形状への成
形性がよく、切刃部の硬さが高く、刃こぼれが生じ難い
ので切れ味がよく耐久性に優れるなどの特性を有する耐
食刃物用材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の刃物製造過程を示す説明図
である。
【図2】本発明の実施例2の刃物製造過程を示す説明図
である。
【図3】本発明の実施例3における肉盛用治具の配置を
示す説明図である。
【図4】本発明の実施例3における切刃部形成状況を示
す横断面図である。
【図5】粉末肉盛装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 台金 2 開先 3 肉盛合金 4 切刃部 5 刃先 21 台金 22 端面 23 肉盛合金 24 切刃部 25 刃先 31 台金 32 敷板 33 端面 34 堤 35 ストッパー 36 ストッパー 37 溝 38 肉盛合金 39 切刃部 40 刃先 100 粉末肉盛装置 101 電極 102 プラズマガス送給通路 103 粉末送給ガス通路 104 ガス噴出口 105 プラズマトーチ 110 プラズマ電源 121 プラズマガス源 122 粉末送給ガス源 130 粉末供給装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 合金元素の含有率が質量%で、 C :0.03〜1.0%、 Cr:10〜25%であり、 残余Feおよび不可避的不純物元素からなる台金に、 合金元素の含有率が質量%で、 Cr:10〜25%、 C :1.9〜4.7%、 V :8〜20%であり、 残余CoまたはNiのうちいずれか1種、および不可避
    的不純物元素からなる肉盛合金をプラズマトランスファ
    ーアークによる粉末肉盛法によって肉盛りしてなり、該
    肉盛部の硬さが55〜65HRCであり、かつ該肉盛部
    に含まれる炭化物の寸法を10μm以下としたことを特
    徴とする耐食耐摩耗複合部材。
  2. 【請求項2】 上記台金は、さらに質量%で、 Ni:0.1〜20%、 Mo:0.1〜5%、 Nb:0.1〜5%、 Ti:0.1〜5%のうちいずれか一種以上を含むこと
    を特徴とする請求項1記載の耐食耐摩耗複合部材。
  3. 【請求項3】 上記肉盛合金は、さらに質量%で、 Mo:0.1〜5%、 Nb:0.1〜5%のうちいずれか一種以上を含むこと
    を特徴とする請求項1および請求項2のいずれか1項記
    載の耐食耐摩耗複合部材。
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