JPS5810981B2 - ビツト用超硬合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回転式ドリルビットや、これに類するビッ
トの刃先部に取付けるのに適した超硬合金に関するもの
である。

一般に、大口径の孔を掘削するに際しては、これが軟岩
の場合にはスチールビットや、前記スチールビットの刃
先部にステライトのような耐熱耐摩耗性材料を盛金した
ビットを使用し、また硬岩の場合にはスチールビットの
刃先部に炭化タングステン（ＷＣ）−コバルト（Ｃｏ）
からなる超硬合金チップを埋込んだ、いわゆる超硬ビッ
トを使用する３錐型の回転式ドリルが用いられている。

一方、近年地熱発電のためのポーリングが盛んに行なわ
れるようになり、前記ポーリングにおいては場所によっ
て異るが、通常１０００〜２０００ｍの深度の孔を掘削
している。

このような高深度の掘削においては、掘削が進むにつれ
て岩帯温度が高くなり、例えば深度４００ｍ程度では温
度約１００℃を示すにすぎないが、深度が１０００７７
Ｌ以上になると温度は２００〜３００℃、時には４００
〜４５０℃の高温になり、しかもガス発生が激しくなっ
て亜硫酸ガスや硫化水素などのきわめて腐食性の強い雰
囲気での掘削を強いられるようになる。

したがって、上記のような高深度のポーリングに上記の
スチールビットを使用するに際し、その表面に浸炭を施
して常温表面硬さをビッカース硬さくＨｖ ） ： ７
００〜８００ｋｇ／ｍｍ２としても、温度２００℃では
同３００ ｋｇ１ｍｔｆｆ＆度に、温度４００℃では同
１０．０ｋｇ／ｍ４以下に、その表面硬さが低下し軟化
してしまうために実質的に岩石掘削に耐えないものであ
る。

また、これらの高温にともなう表面硬さの低下による軟
化現象は、上記の耐熱耐摩耗性材料を盛金したビットに
も表われていた。

さらに、常温表面硬さＨｖ ： １５００ｋｇ／ｍｍ２
程度、温度４００℃での表面硬さＨｖ：１２００ｋｇ／
ｍｍ２程度をもち、高温でも硬さを保持するＷＣ−Ｃｏ
からなる超硬合金チップを埋込んだ超硬ビットにおいて
も、上記のように腐食性の強い雰囲気にさらされた掘削
になるために、結合相のＣ。

が腐食され、この結果硬質分散相のＷＣまでが岩石との
摩耗によって剥離状態でとられることになる。

このようなチップの摩耗量の増大およびチップ自体の微
小部分の選択的摩耗がチップ全体に欠損を発生させる原
因となっており、その使用寿命は比較的短かいものであ
った。

本発明者等は、上述のような観点から、特に超硬ビット
の刃先部に取付けて使用するのに適した超硬合金を得べ
く研究を行った結果、− 結合相を鉄族金属のうちの１種または２種以上：５〜３
０重量％（以下％は重量％を示す）で構成し、主要硬質
分散相を、耐摩耗性、耐酸化性、および耐食性にすぐれ
た、炭化チタン（以下ＴｉＣで示す）の５〜４０％を窒
化チタン（以下ＴｉＮで示す）で置換した炭窒化チタン
（以下Ｔ１ＣＮで示す）で構度し、 硬質分散相との結合相とのぬれ性を改善するためにＷ、
Ｍｏ、およびこれらの炭化物のうちの１種または２種以
上：５〜３０％を添加含有させ、さらに、必要に応じて
、より晰食性を向上させるために炭化クロム（以下Ｃｒ
３Ｃ２で示す）：０．２〜１０％を添加含有させたもの
からなる超硬合金は、高温状態できわめて高い硬さを保
持すると共に、亜硫酸ガスや硫化水素などのきわめて腐
食性の強い雰囲気においてもすぐれた耐食性を示すとい
う知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであり
、上述のように成分組成を限定した理由を以下に説明す
る。

（ａ） 鉄族金属 これら金属には合金の靭性を向上させる作用があるが、
その含有量が５％未満では硬質分散相同志の結合が増加
するよう、になって焼結後の合金中に多量の残存空孔が
形成され、この結果合金が脆化するようになるので５％
以上含有させなければならない。

しかし３０％を越えて含有させると相対的硬質分散相の
含有量が少なくなり、所望の硬さを確保することができ
なくなるので３０％以下の含有にとどめなければならな
い。

（ｂ） Ｗ 、 Ｍｏ 、およびこれらの炭化物これ
らの成分には結合相と硬質分散相とのぬれ性を改善する
と共に、その一部が結合相中に固溶して結合相を強化す
る作用があり、この作用によって合金の高温強度が向上
するようになるのであるが、その含有量が５％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方３０％を越えて
含有させると、相対的にＴ１ＣＮの量が減少することに
なり、この結果合金の耐酸化性および耐食性が低下する
ようになることから、その含有量を５〜３０％と定めた
。

（ｃ）ＴｉＣに対するＴｉＮの置換量 ＴｉＮ成分自体は、ＴｉＣに比べて硬さは若干低いが、
耐酸化性および耐食性においてされめてすぐれており、
したがってＴｉＣの１部をＴｉＮで置換したＴｉＮはす
ぐれた耐摩耗性、耐酸化性、および耐食性を具備したも
のとなるが、ＴｉＣに対する割合で５％未満の置換では
、所望の特性を確保することができないので、５％以上
の置換が必要であるが、一方４０％を越えてＴｉＮで置
換すると、結合相とのぬれ性が著しく低下し、合金の靭
性低下をまねくようになるので前記上限値を越えて置換
してはならない。

（ｄ） ＣＴ３ ｃ２ Ｃｒ３Ｃ２成分自体、すぐれた耐食性をもち、しかもそ
の１部が結合相中に固溶して結合相の耐食性を向上させ
る特性をもつので、合金の耐食性をより一段と向上させ
る場合に必要に応じて添加含有される成分であるが、そ
の含有量が０．２％未満では所望の耐食性向上効果が現
われず、また１０％を越えて含有させると合金が脆化す
るようになることから、その含有量を０．２〜１０％と
定めた。

つぎに、この発明の超硬合金を実施例により従来例と対
比しながら説明する。

原料粉末として、それぞれ平均粒径３．０μｍのＴｉＣ
０，７Ｎ０．３粉末（ＴｉＮの置換量３０％）、Ｔｉｃ
ｃｏｓ Ｉ’Ｊｃ２粉末（ＴｉＮの置換量２０％）、お
よびＴ ｉ Ｃ００９２ＮＣ，ｏａ粉末（ＴｉＮの置換
量８％）、同１．０１１．ｍのＣｏ粉末、同１．５ μ
ｍのＮｉ粉末、同３１１ｍのＦｅ粉末、同０．８ μｍ
Ｏ’）Ｗ粉末、同０．６μｍのＭｏ粉末、同３μｍの
ＷＣ粉末、同２μｍのＭｏ２Ｃ粉末、同１．０ ｆｔｍ
のＣｒ ３ Ｃ２粉末を使用し、これらの原料粉末を第
１表に示される配合組成に配合し、この配合粉末より通
常の粉末冶金法によって実質的に配合組成と同一の成分
組成をもった本発明超硬合金チップ１〜１４および従来
超硬合金チップをそれぞれ製造した。

この結果得られた本発明超硬合金チップ１〜１４および
従来超硬合金チップの機械的性質を第１表に合せて示し
た。

ついで、上記本発明超硬合金チップ１〜１４および従来
超硬合金チップを、それぞれカータイプ（ゲージ３６ｍ
ｍφ）のスチールビットの刃先部に埋込み、古河鉱業に
、に製Ｆ−８レッグドリルを使用し、Ｈ２Ｓ含有雰囲気
において、安山岩に対して２０ｍおよび４０ｍの穿孔を
行ない、前記穿孔長の場合のバイトロスを測定すると共
に、その腐食状態を観察した。

この結果も第１表に示した。第１表に示す結果から明ら
かなように、本発明超硬合金チップは、従来超硬合金チ
ップに比してすぐれた耐摩耗性および耐食性をもち、し
かもＣｒ３Ｃ２成分を含有した本発明超硬合金チップ１
１〜１４の方が、これを含有しない本発明超硬合金チッ
プ１〜１０よりすぐれた耐食性を示している。

上述のように、この発明の超硬合金は、常温においては
勿論のこと、高温においてもすぐれた耐摩耗性および耐
食性を示すので、特にビット類の刃先部に取付けるチッ
プ材として使用するのに適するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄族金属のうちの１種または２種以上＝５〜３０％
   、 Ｗ、Ｍｏ、およびこれらの炭化物のうちの１種または２
   種以上：５〜３０％、 炭化チタンの５〜４０％を窒化チタンで置換した炭窒化
   チタンおよび不可避不純物：残り、（以上重量％）から
   なることを特徴とするビット用超硬合金。 ２ 鉄族金属のうちの１種または２種以上：５〜３０％
   、 Ｗ、Ｍｏ、およびこれらの炭化物のうちの１種または２
   種以上：５〜３０％、 炭化クロム：０．２〜１０％、 炭化チタンの５〜４０％を窒化チタンで置換した炭窒化
   チタンおよび不可避不純物：残り、（以上重量％）から
   なることを特徴とするビット用超硬合金。