JPH11229070A - 耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄 - Google Patents
耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄Info
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- JPH11229070A JPH11229070A JP3639698A JP3639698A JPH11229070A JP H11229070 A JPH11229070 A JP H11229070A JP 3639698 A JP3639698 A JP 3639698A JP 3639698 A JP3639698 A JP 3639698A JP H11229070 A JPH11229070 A JP H11229070A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来使用されてきた高Ｃｒ鋳鉄では耐摩耗性
が不十分となる程度の過酷な摩耗環境下でも優れた耐摩
耗性を発揮することができ、しかも大型部材に適用して
もマクロ偏析がなく、経済的な高Ｃｒ鋳鉄を提供する。 【解決手段】 Ｃ，ＣｒおよびＭｏを含む高Ｃｒ鋳鉄に
おいて、Ｎｂ：２〜５％を含有すると共に、下記（１）
式を満足するものである。 ７．５≦［Ｎｂ］／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（１） 但し、［Ｎｂ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，Ｃの含有量
（質量％）を示す。
が不十分となる程度の過酷な摩耗環境下でも優れた耐摩
耗性を発揮することができ、しかも大型部材に適用して
もマクロ偏析がなく、経済的な高Ｃｒ鋳鉄を提供する。 【解決手段】 Ｃ，ＣｒおよびＭｏを含む高Ｃｒ鋳鉄に
おいて、Ｎｂ：２〜５％を含有すると共に、下記（１）
式を満足するものである。 ７．５≦［Ｎｂ］／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（１） 但し、［Ｎｂ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，Ｃの含有量
（質量％）を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、破砕機のライナ等
の様に摺動摩耗を頻繁に受ける構造部材の素材として有
用な耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄に関し、殊に大型部材に適用し
てもマクロ偏析がなく、しかも過酷な摩耗環境下でも優
れた耐摩耗性を発揮することのできる高Ｃｒ鋳鉄に関す
るものである。
の様に摺動摩耗を頻繁に受ける構造部材の素材として有
用な耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄に関し、殊に大型部材に適用し
てもマクロ偏析がなく、しかも過酷な摩耗環境下でも優
れた耐摩耗性を発揮することのできる高Ｃｒ鋳鉄に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】破砕機のライナ等の耐摩耗部材の素材と
しては、耐摩耗性と靱性を合わせ持つ高Ｍｎ鋳鋼がよく
使用されてきた。この高Ｍｎ鋳鋼はマトリックスがオー
ステナイトで靱性が非常に高く、また摩耗面近傍は衝撃
や塑性変形による双晶変形や積層欠陥により、顕著に加
工硬化が生じて非常に硬くなることが知られている。即
ち、高Ｍｎ鋳鋼は表面は硬く内部は靱性に優れるという
特性を合わせ有するものであり、こうした特性は破砕機
のライナ等の様に摺動摩耗や衝撃を頻繁に受ける耐摩耗
部材には理想的な素材であると考えられている。しかし
ながら、破砕物によってはライナが受ける衝撃が小さく
なり、高Ｍｎ鋳鋼に期待する加工硬化が生じずに摩耗が
著しく大きくなることがある。
しては、耐摩耗性と靱性を合わせ持つ高Ｍｎ鋳鋼がよく
使用されてきた。この高Ｍｎ鋳鋼はマトリックスがオー
ステナイトで靱性が非常に高く、また摩耗面近傍は衝撃
や塑性変形による双晶変形や積層欠陥により、顕著に加
工硬化が生じて非常に硬くなることが知られている。即
ち、高Ｍｎ鋳鋼は表面は硬く内部は靱性に優れるという
特性を合わせ有するものであり、こうした特性は破砕機
のライナ等の様に摺動摩耗や衝撃を頻繁に受ける耐摩耗
部材には理想的な素材であると考えられている。しかし
ながら、破砕物によってはライナが受ける衝撃が小さく
なり、高Ｍｎ鋳鋼に期待する加工硬化が生じずに摩耗が
著しく大きくなることがある。
【０００３】そこで、そのような場合にはマルテンサイ
ト系鋳鋼や高Ｃｒ鋳鉄という初期硬度（加工硬化前の硬
度）の高い材料を使用せざるを得ないが、摩耗部材の寿
命、コストおよび鋳造性を考慮すると高Ｃｒ鋳鉄が優れ
ていると言われている。こうした高Ｃｒ鋳鉄としては、
例えば特開昭５７−５８４４号、特開昭５７−８９４５
３号、特開平２−１１５３４３号、特開平６−２４０４
０３号等、様々提案されている。
ト系鋳鋼や高Ｃｒ鋳鉄という初期硬度（加工硬化前の硬
度）の高い材料を使用せざるを得ないが、摩耗部材の寿
命、コストおよび鋳造性を考慮すると高Ｃｒ鋳鉄が優れ
ていると言われている。こうした高Ｃｒ鋳鉄としては、
例えば特開昭５７−５８４４号、特開昭５７−８９４５
３号、特開平２−１１５３４３号、特開平６−２４０４
０３号等、様々提案されている。
【０００４】近年、環境保全の観点から、骨材原料であ
る砂を河川や海底から採取することが規制される様にな
り、岩石をなるべく効率良く小さい粒径にまで破砕して
それを骨材とすることが余儀なくされている。しかしな
がら、岩石が小さくなると、破砕機のライナの摩耗が極
めて大きくなり、こうしたライナの素材としては上記の
様な高Ｃｒ鋳鉄では耐摩耗性が不十分であり、耐摩耗性
を更に向上した高Ｃｒ鋳鉄が必要とされている。
る砂を河川や海底から採取することが規制される様にな
り、岩石をなるべく効率良く小さい粒径にまで破砕して
それを骨材とすることが余儀なくされている。しかしな
がら、岩石が小さくなると、破砕機のライナの摩耗が極
めて大きくなり、こうしたライナの素材としては上記の
様な高Ｃｒ鋳鉄では耐摩耗性が不十分であり、耐摩耗性
を更に向上した高Ｃｒ鋳鉄が必要とされている。
【０００５】こうした状況のもとで、或はこうした状況
になることを予想し、高Ｃｒ鋳鉄の耐摩耗性を更に高め
る為の技術も様々開発されている。こうした技術として
は、例えば特公昭５１−２９４９３号、特開昭６４−４
２５５３号、特公平１−１２８２８号、特公平６−２４
０４０３号等が挙げられる。これらの技術は、Ｔｉまた
はＶを添加することによって、高Ｃｒ鋳鉄で主に析出す
るＭ7 Ｃ3 型炭化物以外に高硬度のＭＣ型炭化物（即
ち、ＴｉＣやＶＣ等）を分散させ、これによって耐摩耗
性を向上させたものである。しかしながら、こうした技
術においても下記の様な問題が生じており、更なる改良
が望まれているのが実情である。
になることを予想し、高Ｃｒ鋳鉄の耐摩耗性を更に高め
る為の技術も様々開発されている。こうした技術として
は、例えば特公昭５１−２９４９３号、特開昭６４−４
２５５３号、特公平１−１２８２８号、特公平６−２４
０４０３号等が挙げられる。これらの技術は、Ｔｉまた
はＶを添加することによって、高Ｃｒ鋳鉄で主に析出す
るＭ7 Ｃ3 型炭化物以外に高硬度のＭＣ型炭化物（即
ち、ＴｉＣやＶＣ等）を分散させ、これによって耐摩耗
性を向上させたものである。しかしながら、こうした技
術においても下記の様な問題が生じており、更なる改良
が望まれているのが実情である。
【０００６】ＴｉＣの比重は４．９ｇ／ｃｍ3 程度であ
り、高Ｃｒ鋳鉄の液相の比重（６．７〜６．８ｇ／ｃｍ
3 程度）と比べて遥かに小さく、こうした比重の違いに
よって重力偏析が生じ、こうした重力偏析は部材の局部
摩耗を引き起こすという問題がある。特に、近年では岩
石の破砕効率を上げる為に破砕機が大型化する傾向にあ
り、それに伴って使用されるライナも大型化しているこ
とから、上記の様な重力偏析は生じやすい状況下にあ
る。また重力偏析の程度は、製品形状やサイズ、更には
鋳造条件によっても大きく変化するので、おのずとライ
ナーの寿命のバラツキが大きくなり、ユーザの生産計画
を狂わせることにもなりかねない。こうした重力偏析の
問題に加えて、溶解中にＴｉＣが浮上するのでＴｉの歩
留りが悪く、得られる耐摩耗性の割りにはコスト高なも
のとなる。
り、高Ｃｒ鋳鉄の液相の比重（６．７〜６．８ｇ／ｃｍ
3 程度）と比べて遥かに小さく、こうした比重の違いに
よって重力偏析が生じ、こうした重力偏析は部材の局部
摩耗を引き起こすという問題がある。特に、近年では岩
石の破砕効率を上げる為に破砕機が大型化する傾向にあ
り、それに伴って使用されるライナも大型化しているこ
とから、上記の様な重力偏析は生じやすい状況下にあ
る。また重力偏析の程度は、製品形状やサイズ、更には
鋳造条件によっても大きく変化するので、おのずとライ
ナーの寿命のバラツキが大きくなり、ユーザの生産計画
を狂わせることにもなりかねない。こうした重力偏析の
問題に加えて、溶解中にＴｉＣが浮上するのでＴｉの歩
留りが悪く、得られる耐摩耗性の割りにはコスト高なも
のとなる。
【０００７】一方、Ｖを添加した場合には、Ｔｉを添加
した場合と異なり、液相からの晶出よりもむしろマトリ
ックスに微細に析出する傾向があり、焼入れによって得
られるマルテンサイト中のＣ濃度が低下することにな
り、その結果、マトリックスの硬さが低下することにな
る。またＶを少量添加したときに晶出するＭＣ炭化物
（即ち、ＶＣ）は、サブミクロン以下の微細なものが主
体であるが、こうした微細なＭＣ炭化物は耐摩耗性の向
上には寄与しない。
した場合と異なり、液相からの晶出よりもむしろマトリ
ックスに微細に析出する傾向があり、焼入れによって得
られるマルテンサイト中のＣ濃度が低下することにな
り、その結果、マトリックスの硬さが低下することにな
る。またＶを少量添加したときに晶出するＭＣ炭化物
（即ち、ＶＣ）は、サブミクロン以下の微細なものが主
体であるが、こうした微細なＭＣ炭化物は耐摩耗性の向
上には寄与しない。
【０００８】これらの理由によって、Ｖを添加すること
によって得られる耐摩耗性向上効果はごくわずかであ
る。従って、Ｖ添加によって耐摩耗性を向上させるに
は、Ｖを多量添加して大型のＶＣを晶出させる必要があ
るが、そうするとＶＣの比重が４．５ｇ／ｃｍ3 程度で
あることから、前述したＴｉＣと同様に比重差による重
力偏析が生し、また歩留りが低く、コスト高になるとい
う問題が生じる。
によって得られる耐摩耗性向上効果はごくわずかであ
る。従って、Ｖ添加によって耐摩耗性を向上させるに
は、Ｖを多量添加して大型のＶＣを晶出させる必要があ
るが、そうするとＶＣの比重が４．５ｇ／ｃｍ3 程度で
あることから、前述したＴｉＣと同様に比重差による重
力偏析が生し、また歩留りが低く、コスト高になるとい
う問題が生じる。
【０００９】上記した重力偏析の発生を防止する技術と
して、例えば特公昭６０−５１５４８号には、ＮｂとＶ
と複合添加することも提案されている。しかしながら、
Ｖについては上述した様に、マトリックスの硬さを低下
させて耐摩耗性を劣化させるという問題が依然としてあ
り、またこの技術で規定されているＣｒおよびＣの濃度
ではＭ7 Ｃ3 型炭化物の生成量が少なく、耐摩耗性が不
十分である。
して、例えば特公昭６０−５１５４８号には、ＮｂとＶ
と複合添加することも提案されている。しかしながら、
Ｖについては上述した様に、マトリックスの硬さを低下
させて耐摩耗性を劣化させるという問題が依然としてあ
り、またこの技術で規定されているＣｒおよびＣの濃度
ではＭ7 Ｃ3 型炭化物の生成量が少なく、耐摩耗性が不
十分である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、こうした状
況下になされたものであって、その目的は、従来使用さ
れてきた高Ｃｒ鋳鉄では耐摩耗性が不十分となる程度の
過酷な摩耗環境下でも優れた耐摩耗性を発揮することが
でき、しかも大型部材に適用してもマクロ偏析がなく経
済的な高Ｃｒ鋳鉄を提供するものである。
況下になされたものであって、その目的は、従来使用さ
れてきた高Ｃｒ鋳鉄では耐摩耗性が不十分となる程度の
過酷な摩耗環境下でも優れた耐摩耗性を発揮することが
でき、しかも大型部材に適用してもマクロ偏析がなく経
済的な高Ｃｒ鋳鉄を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の高Ｃｒ鋳鉄とは、Ｃ，ＣｒおよびＭｏを含む高Ｃ
ｒ鋳鉄において、Ｎｂ：２〜５％を含有すると共に、下
記（１）式を満足するものである点に要旨を有するもの
である。 ７．５≦［Ｎｂ］／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（１） 但し、［Ｎｂ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，Ｃの含有量
（質量％）を示す。
発明の高Ｃｒ鋳鉄とは、Ｃ，ＣｒおよびＭｏを含む高Ｃ
ｒ鋳鉄において、Ｎｂ：２〜５％を含有すると共に、下
記（１）式を満足するものである点に要旨を有するもの
である。 ７．５≦［Ｎｂ］／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（１） 但し、［Ｎｂ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，Ｃの含有量
（質量％）を示す。
【００１２】また本発明の高Ｃｒ鋳鉄では、Ｔｉを２質
量％以下（０％を含まない）で含有させることも有効で
あり、この場合にはＴｉは下記（２）式および（３）式
を満足する様に制御する必要がある。 ［Ｎｂ］／［Ｔｉ］≧２．５ …（２） ７．５≦（［Ｎｂ］＋［Ｔｉ］×２）／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（３） 但し、［Ｎｂ］，［Ｔｉ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，
ＴｉおよびＣの含有量（質量％）を示す。
量％以下（０％を含まない）で含有させることも有効で
あり、この場合にはＴｉは下記（２）式および（３）式
を満足する様に制御する必要がある。 ［Ｎｂ］／［Ｔｉ］≧２．５ …（２） ７．５≦（［Ｎｂ］＋［Ｔｉ］×２）／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（３） 但し、［Ｎｂ］，［Ｔｉ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，
ＴｉおよびＣの含有量（質量％）を示す。
【００１３】本発明は、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物に加えてＭＣ
型炭化物を均一に分散させるものであるが、こうしたＭ
Ｃ型炭化物による効果を有効に発揮させるためには、任
意の断面における１ｍｍ2 以上の面積範囲で観察される
ＭＣ型炭化物を、同面積の円形に置き換えたときの直径
の平均値が２〜８μｍであることが好ましい。
型炭化物を均一に分散させるものであるが、こうしたＭ
Ｃ型炭化物による効果を有効に発揮させるためには、任
意の断面における１ｍｍ2 以上の面積範囲で観察される
ＭＣ型炭化物を、同面積の円形に置き換えたときの直径
の平均値が２〜８μｍであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】上記した様な重力偏析の発生を防
止する為には、晶出させるＭＣ炭化物の比重は高Ｃｒ鋳
鉄の液相の比重と同程度の５．７〜７．８ｇ／ｃｍ3 程
度にする必要があると考えられる。また良好な耐摩耗性
を確保するには、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物を適度に析出した状
態で、ＭＣ型炭化物を均一に分散させる必要があると考
えられる。
止する為には、晶出させるＭＣ炭化物の比重は高Ｃｒ鋳
鉄の液相の比重と同程度の５．７〜７．８ｇ／ｃｍ3 程
度にする必要があると考えられる。また良好な耐摩耗性
を確保するには、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物を適度に析出した状
態で、ＭＣ型炭化物を均一に分散させる必要があると考
えられる。
【００１５】本発明者らは、こうした着想に基づき様々
な角度から検討したところ、高Ｃｒ鋳鉄で主に析出する
Ｍ7 Ｃ3 型炭化物に加えてＮｂを主体とするＭＣ型炭化
物をミクロンオーダのサイズで分散させれば、マクロ偏
析に起因する局部摩耗が発生することなく、良好な耐摩
耗性が達成されることを見出し、本発明を完成した。
な角度から検討したところ、高Ｃｒ鋳鉄で主に析出する
Ｍ7 Ｃ3 型炭化物に加えてＮｂを主体とするＭＣ型炭化
物をミクロンオーダのサイズで分散させれば、マクロ偏
析に起因する局部摩耗が発生することなく、良好な耐摩
耗性が達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】尚Ｎｂについては、これまでＴｉと同一の
作用効果を発揮するものと認識され、またＴｉに比べて
高価であることから、それ単独では高Ｃｒ鋳鉄の耐摩耗
性向上元素として使用されず、Ｔｉが主に使用されてい
たのであるが、本発明者らはこうした既成概念にとらわ
れることなく更に鋭意研究を行ったところ、高Ｃｒ鋳鉄
に対してＮｂはＴｉと全く異なる挙動を示したのであ
る。
作用効果を発揮するものと認識され、またＴｉに比べて
高価であることから、それ単独では高Ｃｒ鋳鉄の耐摩耗
性向上元素として使用されず、Ｔｉが主に使用されてい
たのであるが、本発明者らはこうした既成概念にとらわ
れることなく更に鋭意研究を行ったところ、高Ｃｒ鋳鉄
に対してＮｂはＴｉと全く異なる挙動を示したのであ
る。
【００１７】本発明の最大の特徴は上述の如く、Ｎｂを
主体とするＭＣ型炭化物（即ち、ＮｂＣ）をミクロンオ
ーダのサイズで分散させたものであるが、その為にはＮ
ｂ：２〜５質量％を含有すると共に、Ｃ含有量とのバラ
ンスを考慮した上記（１）式を満足させる必要がある。
即ち、Ｎｂ含有量をＣ含有量との関係で上記（１）式の
様に制御することによって、高Ｃｒ鋳鉄で主に析出する
Ｍ7 Ｃ3 型炭化物に加えてＮｂＣ（ＭＣ型炭化物）がミ
クロンオーダーで均一に析出するので、耐摩耗性が画期
的に向上したのである。
主体とするＭＣ型炭化物（即ち、ＮｂＣ）をミクロンオ
ーダのサイズで分散させたものであるが、その為にはＮ
ｂ：２〜５質量％を含有すると共に、Ｃ含有量とのバラ
ンスを考慮した上記（１）式を満足させる必要がある。
即ち、Ｎｂ含有量をＣ含有量との関係で上記（１）式の
様に制御することによって、高Ｃｒ鋳鉄で主に析出する
Ｍ7 Ｃ3 型炭化物に加えてＮｂＣ（ＭＣ型炭化物）がミ
クロンオーダーで均一に析出するので、耐摩耗性が画期
的に向上したのである。
【００１８】Ｎｂを添加することによって、上記した効
果が得られた理由については、次の様に考えることがで
きる。即ち、ＭＣ型炭化物であるＮｂＣは、比重が７．
８ｇ／ｃｍ3 程度であり、高Ｃｒ鋳鉄の液相の比重に近
いので上記の様な重量偏析を効果的に防止でき、これに
よって局部摩耗を引き起こすという事態が生じることな
る、全体としての耐摩耗性が向上するものと考えられ
る。またＮｂＣを析出させることによって、鋳造時の温
度低下に伴ってそれを取り巻くオーステナイトが晶出す
るので、鋳造後の焼入れ時に生じるマルテンサイトのパ
ケットサイズ（結晶粒径に相当する）を微細化でき、靱
性も従来の高Ｃｒ鋳鉄と同等以上になるものと考えられ
る。
果が得られた理由については、次の様に考えることがで
きる。即ち、ＭＣ型炭化物であるＮｂＣは、比重が７．
８ｇ／ｃｍ3 程度であり、高Ｃｒ鋳鉄の液相の比重に近
いので上記の様な重量偏析を効果的に防止でき、これに
よって局部摩耗を引き起こすという事態が生じることな
る、全体としての耐摩耗性が向上するものと考えられ
る。またＮｂＣを析出させることによって、鋳造時の温
度低下に伴ってそれを取り巻くオーステナイトが晶出す
るので、鋳造後の焼入れ時に生じるマルテンサイトのパ
ケットサイズ（結晶粒径に相当する）を微細化でき、靱
性も従来の高Ｃｒ鋳鉄と同等以上になるものと考えられ
る。
【００１９】本発明の高Ｃｒ鋳鉄においては、Ｔｉを２
質量％以下（０％を含まない）で含有させることも有効
であり、この場合にはＴｉは上記（２）式および（３）
式を満足する様に制御する必要がある。即ち、Ｔｉを含
有させると、ＴｉはＮｂＣ中にＮｂに置換して固溶し、
ＭＣ型炭化物である（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃが前記ＮｂＣと共
にミクロンオーダーで均一に析出し、耐摩耗性向上に寄
与する。このとき、（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃと高Ｃｒ鋳鉄液相
の比重差によるマクロ偏析を防止する為に、Ｔｉ含有量
の上限を２質量％とすると共に、［Ｎｂ］／［Ｔｉ］≧
２．５［上記（１）式］の関係を満足させる必要があ
る。また析出させる（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃのサイズを適正な
範囲に制御する為には、Ｔｉの含有量をＮｂとＣとの関
係で考慮する必要があり、こうした観点から上記（３）
式の関係を満足させる必要がある。
質量％以下（０％を含まない）で含有させることも有効
であり、この場合にはＴｉは上記（２）式および（３）
式を満足する様に制御する必要がある。即ち、Ｔｉを含
有させると、ＴｉはＮｂＣ中にＮｂに置換して固溶し、
ＭＣ型炭化物である（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃが前記ＮｂＣと共
にミクロンオーダーで均一に析出し、耐摩耗性向上に寄
与する。このとき、（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃと高Ｃｒ鋳鉄液相
の比重差によるマクロ偏析を防止する為に、Ｔｉ含有量
の上限を２質量％とすると共に、［Ｎｂ］／［Ｔｉ］≧
２．５［上記（１）式］の関係を満足させる必要があ
る。また析出させる（Ｎｂ，Ｔｉ）Ｃのサイズを適正な
範囲に制御する為には、Ｔｉの含有量をＮｂとＣとの関
係で考慮する必要があり、こうした観点から上記（３）
式の関係を満足させる必要がある。
【００２０】本発明は、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物に加えてＮｂ
Ｃ等のＭＣ型炭化物［Ｔｉを含有させるときには、（Ｎ
ｂ，Ｔｉ）Ｃも含む］を均一に分散させるものである
が、こうしたＭＣ型炭化物による効果を有効に発揮させ
るためには、任意の断面における１ｍｍ2 以上の面積範
囲で観察されるＭＣ型炭化物を、同面積の円形に置き換
えたときの直径の平均値が２〜８μｍであることが好ま
しい。即ち、ＭＣ型炭化物のサイズが上記平均値で８μ
ｍを超えて粗大になると、却って摩耗中に剥離したり、
また疲労破壊の起点となるので好ましくない。一方、Ｍ
Ｃ型炭化物のサイズが上記平均値で２μｍよりも小さく
なると、ＭＣ型炭化物を分散させることによる耐摩耗性
向上効果が発揮されなくなる。
Ｃ等のＭＣ型炭化物［Ｔｉを含有させるときには、（Ｎ
ｂ，Ｔｉ）Ｃも含む］を均一に分散させるものである
が、こうしたＭＣ型炭化物による効果を有効に発揮させ
るためには、任意の断面における１ｍｍ2 以上の面積範
囲で観察されるＭＣ型炭化物を、同面積の円形に置き換
えたときの直径の平均値が２〜８μｍであることが好ま
しい。即ち、ＭＣ型炭化物のサイズが上記平均値で８μ
ｍを超えて粗大になると、却って摩耗中に剥離したり、
また疲労破壊の起点となるので好ましくない。一方、Ｍ
Ｃ型炭化物のサイズが上記平均値で２μｍよりも小さく
なると、ＭＣ型炭化物を分散させることによる耐摩耗性
向上効果が発揮されなくなる。
【００２１】ＭＣ型炭化物の上記の様なに適正な範囲に
制御するには、その化学成分組成を適切に制御すること
は勿論であるが（この点については後述する）、こうし
た要件と共に溶湯を鋳型に注ぎ込む際の鋳込み温度も適
切に調整することが好ましい。こうした観点から鋳込み
温度は、各組成における液相線温度よりも５０〜１２０
℃高い温度とすることが好ましい。
制御するには、その化学成分組成を適切に制御すること
は勿論であるが（この点については後述する）、こうし
た要件と共に溶湯を鋳型に注ぎ込む際の鋳込み温度も適
切に調整することが好ましい。こうした観点から鋳込み
温度は、各組成における液相線温度よりも５０〜１２０
℃高い温度とすることが好ましい。
【００２２】本発明の高Ｃｒ鋳鉄の特徴は上述した通り
であり、Ｃ，ＣｒおよびＭｏ等の基本的な成分について
は、一般的な高Ｃｒ鋳鉄に即して含有量を調整すれば良
いが、本発明の高Ｃｒ鋳鉄の耐摩耗性を効果的に発揮さ
せる為の好ましい化学成分組成（上記Ｃ，ＭｏおよびＣ
ｒの他、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ等も含む）は、下記の通りで
ある。
であり、Ｃ，ＣｒおよびＭｏ等の基本的な成分について
は、一般的な高Ｃｒ鋳鉄に即して含有量を調整すれば良
いが、本発明の高Ｃｒ鋳鉄の耐摩耗性を効果的に発揮さ
せる為の好ましい化学成分組成（上記Ｃ，ＭｏおよびＣ
ｒの他、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ等も含む）は、下記の通りで
ある。
【００２３】Ｃ：３．０〜４．０％（質量％の意味、以
下同じ）、Ｃｒ：１４〜２２％ Ｃ含有量が３．０％未満またはＣｒ含有量が１４％未満
では、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物量が少なくなるため、必要な耐
摩耗性が得られない。またＣ含有量が４．０％、Ｃｒ含
有量が２２％を超えると、逆に炭化物量が多すぎるため
靱性が低下して、使用中に脆性破壊が発生する危険があ
る。
下同じ）、Ｃｒ：１４〜２２％ Ｃ含有量が３．０％未満またはＣｒ含有量が１４％未満
では、Ｍ7 Ｃ3 型炭化物量が少なくなるため、必要な耐
摩耗性が得られない。またＣ含有量が４．０％、Ｃｒ含
有量が２２％を超えると、逆に炭化物量が多すぎるため
靱性が低下して、使用中に脆性破壊が発生する危険があ
る。
【００２４】Ｍｏ：１．５〜３．０％ Ｍｏは高Ｃｒ鋳鉄の焼入性を向上させ、特にパーライト
の抑制に有効であるが、１．５％未満ではその効果がな
く、また３．０％を超えてもその効果が飽和する。
の抑制に有効であるが、１．５％未満ではその効果がな
く、また３．０％を超えてもその効果が飽和する。
【００２５】Ｓｉ：０．３〜１．０％ Ｓｉは、鋳造時の溶湯の流動性確保および溶解・製錬時
の脱酸のために、０．３％以上含有させるのが良い。ま
た１．０％を超えて含有させると、靱性が低下する。
の脱酸のために、０．３％以上含有させるのが良い。ま
た１．０％を超えて含有させると、靱性が低下する。
【００２６】Ｍｎ：０．８〜１．５％ Ｍｎは高Ｃｒ鋳鉄の焼入性を改善し、特にベイナイトの
抑制に有効であるが、０．８％未満ではその効果がな
く、また１．５％を超えると残留オーステナイトが多量
になり、硬さが低下する。
抑制に有効であるが、０．８％未満ではその効果がな
く、また１．５％を超えると残留オーステナイトが多量
になり、硬さが低下する。
【００２７】Ｎｉ：０．０５〜１．０％ Ｎｉは焼入性を向上させる効果があり、その効果を発揮
させる為には０．０５％以上添加するのが良いが、逆に
１．０％を超えて含有させると残留オーステナイトの増
加を招いて耐摩耗性を劣化させる。
させる為には０．０５％以上添加するのが良いが、逆に
１．０％を超えて含有させると残留オーステナイトの増
加を招いて耐摩耗性を劣化させる。
【００２８】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２９】
【実施例】真空誘導溶解炉にて１５０ｋｇｆの舟形イン
ゴット（幅：３０〜１２０ｍｍ×高さ：４００ｍｍ×長
さ：５００ｍｍ）を溶製した。下記表１に溶製したイン
ゴットの化学組成組成を示す。鋳込温度は、表１の各組
成において、オーステナイトまたはＭ7 Ｃ3 型炭化物が
析出し始める温度より７０℃高い温度とし、室温まで冷
却した後、型ばらしを行った。
ゴット（幅：３０〜１２０ｍｍ×高さ：４００ｍｍ×長
さ：５００ｍｍ）を溶製した。下記表１に溶製したイン
ゴットの化学組成組成を示す。鋳込温度は、表１の各組
成において、オーステナイトまたはＭ7 Ｃ3 型炭化物が
析出し始める温度より７０℃高い温度とし、室温まで冷
却した後、型ばらしを行った。
【００３０】
【表１】
【００３１】熱処理は焼入れ焼戻しを行い、１０００℃
で３時間保持して、その後室温まで空冷を行い、引き続
いて２００℃で２時間の焼戻しを行った。その後、マク
ロ偏析調査、ＭＣ型炭化物サイズ調査、摩耗試験、シャ
ルピー衝撃試験を行った。以下に各調査または試験の条
件を示す。
で３時間保持して、その後室温まで空冷を行い、引き続
いて２００℃で２時間の焼戻しを行った。その後、マク
ロ偏析調査、ＭＣ型炭化物サイズ調査、摩耗試験、シャ
ルピー衝撃試験を行った。以下に各調査または試験の条
件を示す。
【００３２】〈マクロ偏析調査〉インゴット中央部のボ
トムとトップ（押湯直下）のミクロ組織を光学顕微鏡に
て観察し、ＭＣ型炭化物の分布状況を調査した。析出し
たＭＣ型炭化物の面積率の差がボトムとトップで１０％
未満のものをマクロ偏析「無し」、１０〜２０％のもの
をマクロ偏析「やや有り」、２０％を超えるものをマク
ロ偏析「有り」と評価した。
トムとトップ（押湯直下）のミクロ組織を光学顕微鏡に
て観察し、ＭＣ型炭化物の分布状況を調査した。析出し
たＭＣ型炭化物の面積率の差がボトムとトップで１０％
未満のものをマクロ偏析「無し」、１０〜２０％のもの
をマクロ偏析「やや有り」、２０％を超えるものをマク
ロ偏析「有り」と評価した。
【００３３】〈ＭＣ型炭化物サイズ調査〉インゴット中
央部のボトムとトップのミクロ組織を観察し、夫々倍率
８００倍で１０視野の各ＭＣ型炭化物を同面積の円形に
置き換えたときの直径を計測し、平均化した。
央部のボトムとトップのミクロ組織を観察し、夫々倍率
８００倍で１０視野の各ＭＣ型炭化物を同面積の円形に
置き換えたときの直径を計測し、平均化した。
【００３４】〈摩耗試験〉 使用岩石：流紋岩（岩石粒度：５〜２０ｍｍ） 試験開始前に破砕した岩石重量：２００ｋｇｆ（→バラ
ツキの大きい初期摩耗の影響をなくすため） 試験に使用した岩石重量：２ｔｏｎｆ 摩耗試験機：図１（概略説明図）に示したものを使用し
た。 ＊摩耗量は重量減少量を摩耗面面積で除して求めた。
ツキの大きい初期摩耗の影響をなくすため） 試験に使用した岩石重量：２ｔｏｎｆ 摩耗試験機：図１（概略説明図）に示したものを使用し
た。 ＊摩耗量は重量減少量を摩耗面面積で除して求めた。
【００３５】〈シャルピー衝撃試験〉 試験片サイズ：２ｍｍＵノッチ（ＪＩＳ３号） 温度：室温 ハンマー荷重：５ｋｇｆ ＊靱性は、吸収エネルギーを断面積で除して求めた。
【００３６】その結果を下記表２に示すが、この表２か
ら次の様に考察できる。即ち、本発明鋼は従来鋼よりも
遥かに摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れていることが分
かる。また本発明鋼では、いずれもシャルピー衝撃値が
２Ｊ／ｃｍ2 を上回っており、従来鋼と同等以上の靱性
を有している。
ら次の様に考察できる。即ち、本発明鋼は従来鋼よりも
遥かに摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れていることが分
かる。また本発明鋼では、いずれもシャルピー衝撃値が
２Ｊ／ｃｍ2 を上回っており、従来鋼と同等以上の靱性
を有している。
【００３７】これに対し、本発明で規定する要件のいず
れをを欠く従来鋼または比較鋼では、いずれかの特性が
劣化している。例えば、Ｎｏ．６，７のものでは、［Ｎ
ｂ］／（［Ｃ］−２．８）または（［Ｎｂ］＋２［Ｔ
ｉ］）／（［Ｃ］−２．８）等の値が本発明で規定する
範囲を外れており、ＭＣ型炭化物が適正なサイズとなら
ないので、摩耗量が多くなっている。またＮｏ．２，
３，５，８のものでは、マクロ偏析が生じており、実機
ライナとして適用したときに、その特性において大きな
支障を来すことが予想される。
れをを欠く従来鋼または比較鋼では、いずれかの特性が
劣化している。例えば、Ｎｏ．６，７のものでは、［Ｎ
ｂ］／（［Ｃ］−２．８）または（［Ｎｂ］＋２［Ｔ
ｉ］）／（［Ｃ］−２．８）等の値が本発明で規定する
範囲を外れており、ＭＣ型炭化物が適正なサイズとなら
ないので、摩耗量が多くなっている。またＮｏ．２，
３，５，８のものでは、マクロ偏析が生じており、実機
ライナとして適用したときに、その特性において大きな
支障を来すことが予想される。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、Ｎ
ｂＣ等のＭＣ型炭化物をミクロンオーダーで析出させる
ことによって、マクロ偏析を生じさせることなく、極め
てが高い耐摩耗性が得られ、しかも靱性も従来材以上で
ある。この様な特性を発揮するに本発明鋼は破砕機用ラ
イナーのみではなく、例えば、建設機械用部材や耐摩耗
構造材として、ドラッグチェーン、バケット、バケット
チィース、キャタピラ、レールクロッシング等、高炉用
耐摩耗部材として、アーマープレート、ベル等に使用さ
れている高Ｍｎ鋳鋼、低合金鋳鋼、高Ｃｒ鋳鉄の代替材
料として適用できる。
ｂＣ等のＭＣ型炭化物をミクロンオーダーで析出させる
ことによって、マクロ偏析を生じさせることなく、極め
てが高い耐摩耗性が得られ、しかも靱性も従来材以上で
ある。この様な特性を発揮するに本発明鋼は破砕機用ラ
イナーのみではなく、例えば、建設機械用部材や耐摩耗
構造材として、ドラッグチェーン、バケット、バケット
チィース、キャタピラ、レールクロッシング等、高炉用
耐摩耗部材として、アーマープレート、ベル等に使用さ
れている高Ｍｎ鋳鋼、低合金鋳鋼、高Ｃｒ鋳鉄の代替材
料として適用できる。
【図１】実施例で用いた摩耗試験機の概略説明図であ
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｃ，ＣｒおよびＭｏを含む高Ｃｒ鋳鉄に
おいて、Ｎｂ：２〜５質量％を含有すると共に、下記
（１）式を満足するものであることを特徴とする耐摩耗
性高Ｃｒ鋳鉄。 ７．５≦［Ｎｂ］／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（１） 但し、［Ｎｂ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，Ｃの含有量
（質量％）を示す。 - 【請求項２】 Ｔｉを２質量％以下（０％を含まない）
含有すると共に、下記（２）式および（３）式を満足す
るものである請求項１に記載の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄。 ［Ｎｂ］／［Ｔｉ］≧２．５ …（２） ７．５≦（［Ｎｂ］＋２［Ｔｉ］）／（［Ｃ］−２．８）≦９ …（３） 但し、［Ｎｂ］，［Ｔｉ］および［Ｃ］は、夫々Ｎｂ，
ＴｉおよびＣの含有量（質量％）を示す。 - 【請求項３】 任意の断面における１ｍｍ2 以上の面積
範囲で観察されるＭＣ型炭化物を、同面積の円形に置き
換えたときの直径の平均値が２〜８μｍである請求項１
または２に記載の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03639698A JP3840329B2 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03639698A JP3840329B2 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11229070A true JPH11229070A (ja) | 1999-08-24 |
| JP3840329B2 JP3840329B2 (ja) | 2006-11-01 |
Family
ID=12468703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03639698A Expired - Lifetime JP3840329B2 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | 耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3840329B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1090157A1 (en) * | 1997-05-16 | 2001-04-11 | Climax Research Services Inc. | Iron-based casting alloy and process for making same |
-
1998
- 1998-02-18 JP JP03639698A patent/JP3840329B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1090157A1 (en) * | 1997-05-16 | 2001-04-11 | Climax Research Services Inc. | Iron-based casting alloy and process for making same |
| EP1090157A4 (en) * | 1997-05-16 | 2003-07-02 | Climax Res Services Inc | IRON-BASED CAST ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
| US6669790B1 (en) | 1997-05-16 | 2003-12-30 | Climax Research Services, Inc. | Iron-based casting alloy |
| US6800152B2 (en) | 1997-05-16 | 2004-10-05 | Climax Research Services, Inc. | Process for making iron-based casting alloy |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3840329B2 (ja) | 2006-11-01 |
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