JPH1161353A

JPH1161353A - 耐摩耗性、靱性及び耐食性にすぐれる合金

Info

Publication number: JPH1161353A
Application number: JP23224397A
Authority: JP
Inventors: Isao Endo; 功遠藤; Isamu Otsuka; 勇大塚; Takahiro Kitagawa; 貴宏北川
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック成形機等の構成部材用合金にお
いて、ＣｏやＮｉを大量に含有させるまでもなく、所望
の靱性を確保しつつ耐摩耗性の向上を図り、また耐食性
の向上を図る。【解決手段】重量％にて、Ｃ：０.９〜２.２％、Ｓ
ｉ：１.０〜１.５％、Ｍｎ：１.０％以下、Ｍｏ：２.０
〜６.０％、Ｗ：５.０〜８.０％、Ｖ：１.０〜４.０
％、Ｃｒ：５.０〜１２.０％を含有し、残部実質的にＦ
ｅからなり、必要に応じてＣｕ：３.０％以下をさらに
含有することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性、靱性及
び耐食性にすぐれ、プラスチックの混練機や成形機の部
材構成材料として好適な合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形機や、プラスチック成
形に供される原料ペレットの混練機においては、シリン
ダ、スクリュー、ノズル等の構成部材は、部材どうしの
接触摩耗の他、ガラス繊維等との摩擦が加わり、厳しい
摩耗環境にさらされている。また、成形時に原料樹脂か
ら発生する分解ガスにより、厳しい腐食環境にさらされ
ている。従来、プラスチック成形機等の構成部材は、中
炭素鋼や、窒化鋼にクロムメッキや窒化処理などの表面
処理が施されたもの、更には高合金化された工具鋼、ス
テンレス鋼などが使用されてきた。

【０００３】しかし、これら従来鋼では、上記の苛酷な
使用環境では十分に対処しきれないのが実情である。例
えば、ＳＫＤ１１のような工具鋼では、高硬度を得ら
れ、耐摩耗性にすぐれているものの耐食性に劣り、ＳＵ
Ｓ３１６のようなステンレス鋼では、逆に耐食性にすぐ
れるが、耐摩耗性に劣っている。耐摩耗性と耐食性の両
特性を満足する材料としてＣｏ基合金やＮｉ基合金が考
えられるが、これらの合金は非常に高価であり、また難
加工性であることから、その用途は限られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＣｏやＮｉ
を大量に含有させるまでもなく、耐摩耗性及び耐食性の
両特性にすぐれ、かつすぐれた靱性を具備させることが
でき、プラスチック成形機等の構成部材用材料として好
適な合金を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の合金は、重量％にて、Ｃ：０.９〜２.２
％、Ｓｉ：１.０〜１.５％、Ｍｎ：１.０％以下、Ｍ
ｏ：２.０〜６.０％、Ｗ：５.０〜８.０％、Ｖ：１.０
〜４.０％、Ｃｒ：５.０〜１２.０％を含有し、残部実
質的にＦｅからなる。本発明の合金は、Ｃｕ：３.０％
以下をさらに含有することができる。

【０００６】

【作用】本発明の合金は、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＣｒの含有
量を適正範囲に調整したことにより、合金相中にこれら
元素が固溶して高耐食性がもたらされ、また、比較的微
細な種々の炭化物が合金相中に分散することにより高靱
性を維持しつつ高硬度が得られ、すぐれた耐摩耗性がも
たらされる。また、本発明合金は、溶融状態における流
動性が良好であり、溶湯の噴霧造粒性にすぐれており、
プラスチック成形機等の構成部材に適用するに当たって
は、その造粒粉を原料とする焼結法により、適宜形状の
ものを製作することができる。

【０００７】

【成分限定理由の説明】本発明合金の成分限定理由は次
の通りである。Ｃ：０.９〜２.２％Ｃは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等と炭化物を形成し、その微
細分散効果として耐摩耗性を向上させる。また、焼入れ
時に高硬度をもたらす作用がある。このため、Ｃは少な
くとも０.９％以上含有させる。一方、Ｃ量が多くなる
につれ、Ｃｒ、Ｍｏ等の炭化物の生成量が過剰になり、
合金基地中のＣｒ、Ｍｏの有効量の減少に伴い、耐食性
の不足をきたすと共に靱性が低下する。このため、上限
を２.２％に規定する。

【０００８】Ｓｉ：１.０〜１.５％Ｓｉは、合金の融点を下げ、溶湯の流動性を高める効果
があり、鋳造性、噴霧・造粒性を良好にする。また、耐
食性及び耐酸化性を高める効果がある。このため、少な
くとも１.０％以上を必要とする。一方、１.５％を越え
て含有すると靱性の低下を招く。このため、Ｓｉの含有
量は１.０〜１.５％に規定する。

【０００９】Ｍｎ：１.０％以下Ｍｎは、脱酸及び脱硫効果を有すると共に焼入性の向上
に寄与する。しかし、含有量が多すぎると加工性が損な
われる。このため、上限は１.０％とする。

【００１０】Ｍｏ：２.０〜６.０％Ｍｏは、高硬度の炭化物を形成し、高硬度化により耐摩
耗性の向上に寄与する。また、耐食性の点でもすぐれた
効果を発揮する。このため、少なくとも２.０％以上含
有させる。しかし、あまりに多く含有すると、炭化物が
凝集して粗大化する結果、靱性の低下を招く。このた
め、上限は６.０％に規定する。

【００１１】Ｗ：５.０〜８.０％Ｗは、Ｍｏと同様、高硬度の炭化物を形成し、高硬度化
により耐摩耗性の向上に寄与する。このため、少なくと
も５.０％以上含有させる。しかし、あまりに多く含有
すると、炭化物が凝集して粗大化する結果、靱性の低下
を招く。このため、上限は８.０％に規定する。

【００１２】Ｖ：１.０〜４.０％Ｖは、Ｍｏ及びＷと同様、高硬度の炭化物を形成し、高
硬度化により耐摩耗性の向上に寄与する。このため、少
なくとも１.０％以上含有させる。しかし、あまりに多
く含有すると、炭化物が凝集して粗大化する結果、靱性
の低下を招く。このため、上限は４.０％に規定する。

【００１３】Ｃｒ：５.０〜１２.０％Ｃｒは、合金基地中に固溶して、塩酸、シュウ酸、フッ
酸に対する耐食性を向上させる。これら酸に対する耐食
性を確保するために、少なくとも５.０％以上含有させ
る。本発明の合金は、このＣｒの含有量を汎用の高速度
鋼よりも多くした点に特徴がある。一方、含有量が１
２.０％を超えると、Ｃｒが合金基地中に固溶しきれ
ず、過剰のＣｒがＣと結合して合金中のＣ含有量の減少
を招き、硬度が著しく低下する。また、炭化物が凝集し
て粗大化する結果、靱性の低下を招く。このため、Ｃｒ
の含有量は５.０〜１２.０％に規定する。

【００１４】Ｃｕ：３.０％以下Ｃｕは、合金基地中に固溶して、塩酸、シュウ酸、フッ
酸に対する耐食性を向上させる効果を有するので、必要
に応じて含有させる。しかし、あまりに多く含有すると
靱性を低下させる。このため、必要に応じて含有させる
場合でも、上限は３.０％以下とする。

【００１５】本発明の合金は上記成分を含有し、残部は
Ｆｅ及び不可避的に含まれるＰ、Ｓその他の不純物から
なる。

【００１６】プラスチック成形機や、プラスチック成形
に供される原料ペレットの混練機におけるシリンダ、ス
クリュー、ノズル等の構成部材に本発明合金を適用する
際、例えば遠心噴霧法により造粉し、得られた粉末を焼
結することにより適宜形状に作製できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】供試材は次の要領にて作製した。造粉Ａｒ雰囲気中の高周波溶解炉で溶製した合金溶湯を遠心
噴霧造粉機により粉末化する。得られた粉末を分級処理
し、粒径約４０〜２５０μmの焼結原料粉末を得る。焼結鋼製(内寸法：直径６０×６０mm)と蓋をキャニング材と
し、上記粉末を入れ、真空中で施蓋すると共に溶接で密
封した後、熱間等方圧加圧焼結に付した。処理温度は１
１００℃、加圧力は１１００kgf/cm²、時間は２時間で
ある。処理完了後、キャニング材を機械加工により除去
し、円盤形状の供試材を作製した。

【００１８】表１に供試材の合金化学組成を示す。表１
中、No.１〜No.３は本発明の実施例、No.１１〜No.２３
は比較例である。比較例の元素中、本発明の規定から外
れる含有量の箇所に下線を付している。表２は、各供試
材について得られた下記試験の結果を示している。な
お、各供試材は、熱処理として、６５０℃で２時間加熱
後徐冷する焼鈍処理を行ない、１１７０℃で０.５時間
加熱後焼入れ処理した後、５５０℃で３時間の焼戻し処
理を３回行なった。

【００１９】硬度試験各供試材について、焼鈍後、焼入れ焼戻し後、盤面の５
箇所をロックウエルＣスケールで硬度測定を行なった。
表２にはその平均値を記載している。耐摩耗性試験理研−大越式摩耗試験機により、比摩耗量(10^-9mm²/N)
を測定した。この耐摩耗試験は、回転円板を平面試験片
に押しつけ、試験片表面に生じた摩耗痕の深さ、幅等か
ら耐摩耗性を評価するものである。耐摩耗性試験の試験
条件は次の通りである。相手材：ＳＵＪ−２(ＨＲＣ６０) 摩擦距離：４００m 摩擦速度：１.０５m/s 最終荷重：６０.８Ｎ比摩耗量の測定結果を表２に示している。破壊靱性試験破壊靱性試験は、ＡＳＴＭ規格Ｅ３９９の試験法に準拠
して行ない、標準の曲げ試験片を用いて、その破壊靱性
値(ＭＰａ・ｍ^1/2)を求めた。試験結果を表２に示して
いる。耐食性試験腐食液として、２０重量％塩酸水溶液、１０重量％シュ
ウ酸水溶液及び１０重量％フッ酸水溶液を試験液として
準備した。これら試験液を５０℃の温度に維持し、試験
液の中にサイコロ状試験片(１０×１０×１０mm)を懸吊
浸漬し、２４時間経過後の腐食減量を求めた。この腐食
減量から腐食速度(g/m²/h)を算出し、その結果を表２に
示している。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】表２の結果から明らかなように、本発明の
供試材No.１〜No.３は、焼入れ焼戻し後のＨＲＣ硬度が
約６２を越える高硬度であり、比摩耗量が少なく、耐摩
耗性にすぐれることを示している。なお、焼鈍後の硬度
は機械加工性の善し悪しに関係するが、本発明の供試材
はＨＲＣ約４０前後の適正範囲内にあることを示してい
る。また、本発明の供試材は、破壊靱性値が大きく、靱
性にすぐれており、さらに、腐食速度についても全体的
に小さく、各種酸に対する耐食性にすぐれることを示し
ている。

【００２３】一方、比較例を本発明例と比べてみると、
No.１１(Ｃ量不足)は、焼入れ焼戻し後の硬度が低く比
摩耗量が多いため、耐摩耗性に劣っている。No.１２(Ｃ
量過剰)は、高硬度を得られるが、靱性と耐食性に劣っ
ている。No.１３(Ｓｉ量不足)は耐食性、特に塩酸に対
する耐食性に劣っている。No.１４(Ｓｉ量過剰)は、靱
性に劣っている。No.１５(Ｍｏ量不足)、No.１７(Ｗ量
不足)及びNo.１８(Ｖ量不足)は、比摩耗量が多く、耐摩
耗性に劣っており、No.１６(Ｍｏ量過剰)、No.１８(Ｗ
量過剰)及びNo.２０(Ｖ量過剰)は、靱性に劣っている。
No.２１(Ｃｒ量不足)は、耐食性に劣っている。No.２２
(Ｃｒ量過剰)は、硬度が低く、耐摩耗性に劣っている。
No.２３(Ｃｕ量過剰)は、靱性の低下が著しい。

【００２４】これらの結果から、耐摩耗性、靱性及び耐
食性の全ての特性について、十分な改善効果を得るため
には、本発明の成分構成を満たすことが必要であること
がわかる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の合金は、高価なＣｏやＮｉを大
量に使用しなくても、プラスチックの混練機や成形機の
部材構成材料として有用な高度の耐摩耗性及び耐食性を
有している。また、高硬度でありながら靱性も良好であ
るから、金属部材どうし、例えばシリンダとスクリュー
の接触に伴う衝撃摩耗に対しても卓抜した抵抗性を具え
ている。従って、本発明合金をこれらの部材に適用する
ことにより、摩耗、腐食が軽減されると共に、クラック
や欠け等の部材の損傷が抑制され、部材の耐用寿命の向
上、メンテナンスの軽減等の効果が得られる。なお、本
発明の合金は上記用途に限定されるものでなく、耐摩耗
性、靱性及び耐食性が要求される各種の装置、機器の構
成部材としても有用であることは勿論である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】一方、比較例を本発明例と比べてみると、
No.１１(Ｃ量不足)は、焼入れ焼戻し後の硬度が低く比
摩耗量が多いため、耐摩耗性に劣っている。No.１２(Ｃ
量過剰)は、高硬度を得られるが、靱性と耐食性に劣っ
ている。No.１３(Ｓｉ量不足)は耐食性、特に塩酸に対
する耐食性に劣っている。No.１４(Ｓｉ量過剰)は、靱
性に劣っている。No.１５(Ｍｏ量不足)、No.１７(Ｗ量
不足)及びNo.１９(Ｖ量不足)は、比摩耗量が多く、耐摩
耗性に劣っており、No.１６(Ｍｏ量過剰)、No.１８(Ｗ
量過剰)及びNo.２０(Ｖ量過剰)は、靱性に劣っている。
No.２１(Ｃｒ量不足)は、耐食性に劣っている。No.２２
(Ｃｒ量過剰)は、硬度が低く、耐摩耗性に劣っている。
No.２３(Ｃｕ量過剰)は、靱性の低下が著しい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｃ：０.９〜２.２％、Ｓ
ｉ：１.０〜１.５％、Ｍｎ：１.０％以下、Ｍｏ：２.０
〜６.０％、Ｗ：５.０〜８.０％、Ｖ：１.０〜４.０
％、Ｃｒ：５.０〜１２.０％、残部実質的にＦｅからな
る耐摩耗性、靱性及び耐食性にすぐれる合金。
【請求項２】重量％にて、Ｃ：０.９〜２.２％、Ｓ
ｉ：１.０〜１.５％、Ｍｎ：１.０％以下、Ｍｏ：２.０
〜６.０％、Ｗ：５.０〜８.０％、Ｖ：１.０〜４.０
％、Ｃｒ：５.０〜１２.０％、Ｃｕ：３.０％以下、残
部実質的にＦｅからなる耐摩耗性、靱性及び耐食性にす
ぐれる合金。