JPS5831060A - 熱間加工装置部材用炭化タングステン基超硬合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、炭化タングステン（以下ｗｅで示す）超超
硬合金のもつすぐれた靭性および耐摩耗性を備えるほか
、すぐれた高温強度、耐酸化性。

高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐熱疲労性を有し、特に
これらの特性が要求される熱間圧延ロール。

熱間圧延ガイドローラ、および熱間鍛造ダイスなどの熱
間加工装置部材として使用するのに適したＷＣＣ超超硬
合金関するものである。

近年、この種の熱間加工装置部材の製造には、工具鋼や
鋳鉄に代ってＷＣ−Ｃｏ系、　Ｗ　Ｃ−Ｃｏ−Ｎｉ系、
およびＷ　Ｃ−Ｃｏ−Ｎｉ　−Ｃｒ系超硬合金が使用さ
れるようになってきたが、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金は靭性
および耐摩耗性にすぐれる反面、高温強度、高温硬さ、
耐熱衝撃性、耐酸化性、および耐熱疲労性などが不十分
なために、例えば鋼線材の熱間圧延ロールにおけるよう
に、ロール面が走行する約１’ＯＯＯ〜１１００℃の鋼
線材にょシ圧力を付加された状態で高温加熱され、一方
そのロール表面は水冷もされるような加熱と冷却の繰シ
返し条件下では熱亀裂や肌荒れを生じるようになり、ま
た、ｗ’ｃ−Ｃｏ−Ｎｉ系およびＷ　Ｃ−’Ｃｏ　−Ｎ
ｉ　７　Ｃｒ系超硬合金はｗＣ−ｃｏ系超超硬合金シす
ぐれた特性をもつものの、低速・高荷重の厳しい条件下
では、特に熱クラツクに基因すると思われる欠損が生じ
る欠点をもつものであシ、このようにこれら従来ＷＣＣ
超超硬合金熱間加工装置部材の製造に用いた場合、十分
満足する性能を発揮しないのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、熱間加
工装置部材の製造に使用するのに適した合金を得べく、
特に結合相とのぬれ性にすぐれ、かつ結合相との界面強
度も高く、さらに高温硬さも他の炭化物よシすぐれてい
るＷＣを分散相形成成分として含有するＷＣＣ超超硬合
金着目し、この超硬合金の結合相に特に高温強度と耐酸
化性、さらに高温硬さを付与すべく研究を行々つだ結果
、ＷＣＣ超超硬合金、重量％で（以下単にチの表示は重
量％を意味する）、Ｃｒ：　０．１〜２　％、　ＡＡ　
：０．１〜３％、Ｎｉ：５〜３０％、　Ｃｏ：　２．５
〜１５　％。

炭化バナジウム（以下ＶＣで示す）、炭化タンタル（以
下ＴａＣで示す）、および炭化ニオブ（以下ＮｂＣで示
す）のうちの１種または２種以上：０．１〜２％を含有
し、さらに必要に応じ・てＭｏ：　０．１〜１％と、Ｂ
およびＺｒのうちの１種または２種二０．０１〜０．２
％のいずれが、または両方を含有し、残シがＷＣと不可
避不純物からなる組成で構成し、かつ不可避不純物とし
ての酸素の含有量をｏｏ５チ以下とすると共に、ＷＣ粒
の平均粒径を２〜８μｍとし、さらに結合相中に微細な
γ’（Ｎｉ、Ａｌ）相が均一に析出した組織を有するも
のとすると、この結果のＷＣＣ超超硬合金、通常のｗｃ
基超超硬合金もつすぐれた靭性および耐摩耗性を保持し
た状態で、きわめてすぐれた高温強度と耐酸化性。

さらに高温硬さを有するは゛か、耐熱衝撃性、耐熱疲労
性、および耐食性にもすぐれ、熱間加工装置部材に要求
される特性を具備するという知見を得たのであシ、この
発明はこれらの知見にもとづいてなされたものである。

また、この発明の合金は通常の粉末冶金法にょシ製造す
ることができるが、特に原料粉末に関し、Ｏｒ酸成分窒
化クロム（以下Ｃ”ｒ２Ｎで示す）粉末、　Ａｌ成分は
窒化アルミニウム（以下ＡｅＮで示す）粉末の形で配合
するのがよく、このような窒化物粉末を使用して配合し
ても、真空焼結時に脱窒を生じ、ＣｒおよびＭ成分だけ
がＮｉ　−Ｃｏ合金結合相中にきわめて容易に拡散し、
焼結体が窒素を含有することはほとんどなく、しかも焼
結体中の酸素含有量を０．０５％以下にすることができ
るのである。すなわち、原料粉末として１例えばＮｉ−
Ａｇ合上栓末を使用すると、焼結体中の結合相中に微細
なＡＱ　２０３が分散析出するようになるのを避けるこ
とができず、しかもＮ１−ＡＪ！合金粉末の増加と共に
Ｍ、２０３量は増加し、この結果焼結体中にボアが増加
し、かつ結合相中に析出するγ′相が粗大化するように
なることがら、焼結体の靭性および強度が低下するよう
になるのであって、この場合の酸素含有量は通常０．０
８〜０．１５％となっている。これに対して、原料粉末
として、ＡＩＮ粉末を使用すると、その配合量を増加さ
せても焼結体中の酸素含有量は増加せず、常に０．０５
　％以下に保持されるから、ボアの発生やγ′相の粗大
化現象は起らず、この結果強度および靭性がそこなわれ
ることがないのである。

つぎに、この発明のＷＣＣ超超硬合金おいて、成分組成
範囲およびＷ、Ｃ粒について、」二記の通シに数値限定
した理由を説明する。

（ａ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分に谷金の耐食性および耐酸化性を向上させる作
用をもつが、その含有量が０．１％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方２％を越えて含有させると
靭性が低下するようになることから、その含有量を０．
１〜２俤と定めた。

（ｂ）　　ｕ ＡＰ、成分は結合相中に固溶すると共に、γ′相として
析出して結合相の高温強度および耐熱性を向上させる作
用をもつが、その含有量が０．１％未満では前記作用に
所望の効果を得ることがで゛きず、一方３チを越えて含
有させると、ＮｉＡ１金属間化合物が析出して脆化′を
招くようになることから、その含有量を０．１〜３チと
定めた。

（ｃ）　　Ｎｉ Ｎｉ成分にはＡＮとの共存においてγ′相を結合相中に
析出して合金の高温強度を向上させる作用があるが、そ
の含有量が５％未満では所望の高温強度を確保すること
ができず、一方３０％を越えて含有させると硬さが低下
するようになることから、その含有量を５〜３０チと定
めた。

（ｄ）　　Ｃ。

ＣＯ酸成分結合相に固溶し、これを強化すると共に耐熱
性を向上させる作用をもつが、その含有量が２．５チ未
満では前記作用に所望の効果が得られず、一方１５チを
越えて含・有させると、　Ｎｉと同様に硬さが低下する
ようになることから、その含有量を２．５〜１５チと定
めた。

（ｅ）　　Ｖ　Ｃ、ＴａＣ、およびＮｂにれらの成分に
は、焼結時におけるＷＣの粒成長を抑制するほか、ＷＣ
と共に結合相中に均一に分散して合金の高温強度および
耐酸化性を一段と向上させる作用があるが、その含有量
が０．１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方２チを越えて含有させると合金の靭性が低下するよ
うになることから、その含有量を０．１〜２チと定めた
。

（ｆ）　　Ｍ。

Ｍ９９量には、結合相中に固溶して、これの耐食性およ
び高温硬さを向上させる作用があるので、これらの特性
によシ一層の改善が要求される場合に必要に応じて含有
されるが、その含有量が０．１−未満では所望の向上効
果が得られず、一方１％を越えて含有させると、強度低
下をきたすようになることから、その含有量を０．１１
〜１％と定めた。

（ｇ）　　ＢおよびＺｒ これらの成分には、結合相中に固溶して耐酸化性を著し
く向上させるほか、ＷＣと結合相との界面強度を向上さ
せて靭性を改善する作用があるので、特にこれらの特性
により一層の向上効果が要求される場合に必要に応じて
含有されるが、その含有量がＯ，Ｃ１１％未満では前記
作用に所望の向上効果が得られず、一方０．２％を越え
て含有させると、脆化傾向が現われるようになることか
ら、その含有量をＱ’、０１〜０．２％と定めた。

（ｈ）　　酸素 上述のように、この発明の合金は、結合相中に微細なγ
′相を分散析出させて高温強度を著しく向りさせたもの
であるが、酸素含有量が０．０５　％を越えると、酸素
は優先的にＭと結合してＡＭ　２０３を形成し、この結
果γ′相の形成が抑制されるようになるばかシでなく、
ど相の粗大化をもたらし、かつボアも発生するようにな
って、合金の高温強度。

および靭性が著しく低下するようになることから、酸素
含有量の上限値を０．０５％と定めた。

（ｉ）ＷＣ粒の平均粒径 その平均粒径が２μｍ未満では所望の高温硬さを確保す
ることができず、一方８μｍを越えた平均粒径になると
、合金強度が低下するようになることから、その平均粒
径を２〜８μｍと定めた。

つぎに、この発明の超硬合金を実施例によシ゛比較例と
対比しながら説明する。

実施例 原料粉末とじて、いずれも市販の平均粒径：２〜１０μ
ｍを有する各種のｗＣ粒末、同１．５μｍ　。

のＮ１粉末、ＶＣ粉末、　　ＴａＣ粉末、　　ＮｂＣ粉
末、およびＡＡＮ粉末、同１２ｐｍのｃｏ粉末、同０．
’７ｐｍのＭｏ粉末、同２ｐｍのＣｒ２Ｎ粉末、Ｂ粉末
、およびＺｒ粉末をそれぞれ用意し、これらの原料粉末
をそれぞれ第１表および第２表に示される配合組成に配
合し、通常の、条件で混合し、圧粉体に成形し、最終的
に真空中、それぞれ１４００℃の温度に１時間保持の条
件で焼結することによって実質的に配合組成と同一の最
終成分組成をもった本発明超硬合金１〜２６および比較
超硬合金１〜９をそれ、それ製造した。

この結果得られた本発明超硬合金１〜２６および比較超
硬合金１〜９について、引張強さ、常温硬さくロックウ
ェル硬さＡスケール）、温度二８００℃における高温硬
さくビッカース硬さ）。

抗折力を測定すると共に、温度：８００℃に１時間保持
後の酸化増量を測定し、これらの測定結果を合金の平均
粒径および酸素含有量と共に第１表および第２表に合せ
て示した。

々お、比較超硬合金１〜９は、いずれも構成成分のうち
のいずれかの成分の含有量およびｗｅ粒の平均粒径（第
１表に※印を付して表示）がこの発明の範囲から外れた
ものである。

第１表および第２表に示される結果から、本発明超硬合
金１〜２６は、いずれも高強度および高靭性を有し、さ
らに常温および高温において高い硬さを吊し、かつ耐酸
化性にもすぐれているに対して、比較超硬合金１〜９に
おいては、これらの特性のうち少なくとも１つの性質が
劣ったものになっていることが明らかである。

ついで、上記本発明超硬含金１．４，１２，１９゜さら
に従来の球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ５５　）およびＷＣＣ超
超硬合金ＷＣ−１５チＣｏ）よシ、普通鋼線材の熱間圧
延ロールのガイドローラを製造し、実機に組込み試験し
たー。なお、このガイドローラは、圧延線材をガイドし
、かつその振動を抑えるために設けられるもので、一方
何が加熱線材により加熱され、他方側が水冷される加熱
・冷却の繰返しが加わる厳しい条件下で使用されるもの
である。また、使用条件は、線材温度：１０５０℃。

線材通過速度：　３０　ｍ１ｓｅｃで行彦い、使用寿命
に至るまでの線材通過量を測定した。

この結果、球状黒鉛鋳鉄製のガイドローラは、１２０　
ｔｏｎの線材通ｊ量でカリバ一部の摩耗が大きく寿命に
達し、また従来超硬合金製のものは、８００ｊＯ，ｎの
線材通過量でカリバ一部に熱亀裂および剥離現象が発生
し、使用寿命に至った。これに対して、本発明超硬合金
製のものは、いずれ斌−・２５００ｔｏｎ以上の線材が
通過した後でもカリバ一部にわずかに熱亀裂が認められ
る程度で、未だ十分使用を続行できるものであった。

上述のように、この発明のＷＣＣ超超硬合金、特に高温
強度および耐酸化性にすぐれ、さらに高い高温硬さをも
つほか、耐熱衝撃性、および耐熱疲労性にすぐれ、かつ
靭性および耐摩耗性にもすぐれているので、これらの特
性が要求される熱間加工゛装置部材として使用した場合
に、きわめて長期に亘ってすぐれた性能を発揮するので
ある。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　夫

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｏｒ：　０．１〜２　％、　Ａ１：　０．１
   〜３％、Ｎｉ：５〜３０％、Ｃｏ：２５〜１５％、炭化
   バナジウへ。 炭化タンタル、および炭化ニオブのうちの１種または２
   種以上二０．１〜２チを含有し、残シが炭化タングステ
   ンと不可避不純物からなる組成（以上重量％）をもつと
   共に、不・可避不純物としての酸素含有量が０．０５重
   量−以下であシ、かつ分散相を形成す′る炭化タングス
   テンの平均粒径が２〜８μｍにして、結合相中に微細な
   γ’（ｕｔ、Ａり相が均・−に析出した組織を有すると
   とを特徴とする熱間加工装置部材用炭化タングステン基
   超硬合金。
2. （２）　　Ｃｒ：　０．１〜２％、　ｔａ　：　０．１
   〜ｓ４．　Ｎｉ：　５〜３０％、　Ｃｏ：　２．５〜１
   ５％、炭化バナジウム。 炭化タンタル、お、よび炭化ニオブのうちの１種または
   ２種以上二０．１〜２チを含有し、さらＫ　Ｍｏ　：０
   ．１〜１％を含有し、残シが炭化タングステンと不可避
   不純物からなる組成（以上重量％）をもつと共に、不可
   避不純物としての酸素含有量が０．０５重量％以下で６
   Ｄ、かつ分散相を形成する炭化タングステンの平均粒径
   が２〜８μｍにして、結合相中に微細なｆ　’（Ｎｉ３
   　Ａ１１）相が均一に析出した組織を有することを特徴
   とする熱間加工装置部材用炭化タングステン超超硬１合
   金。
3. （３）　　Ｃｒ　：　Ｏ，：Ｌ　〜２４．’　ＡＡ　：
   ’０．１〜３　％、　Ｎｉ　：　５〜３０％、　ｃｏ：
   　２．５〜１５％、炭化バナジウム。 炭化タンタル、および炭化ニオブのうちの１種または２
   種以上二〇、１〜２％を含有し、さらにＢおよびＺｒの
   うちの１種ｉたけ２種：０．０１〜０．２％を含有し、
   残りが炭化タングステンと不可避不純物からなる組成（
   以上重量％）をもつと共に、不可避不純物としての酸素
   含有量が０．０５重量％以下でアシ、かつ分散相を形成
   する炭化タングステンの平均粒径が２〜８μｍにして、
   結合相中に微細なγ’　（Ｎｉ　、ｋｌ　）相が均一に
   析出した組織を有することを特徴とする熱間加工装置部
   材用炭化タングステン基超硬合金。
4. （４）　　Ｃｒ：　０．１〜２％、　Ｍ、　：　０．１
   〜３　％、　Ｎｉ：　５〜３０係、Ｃｏ：２．５〜１５
   ％、炭化バナジウム。 炭化タンタル、および炭化ニオブのうちの１種または２
   種以上二〇、１〜２％を含有し、さらにＭｏ二０．１〜
   １チと、ＢおよびＺｒのうちの１種または２種：　０．
   ０１〜０．２％とを含有し、残りが炭化タングステンと
   不可避不純物からなる組成（以上重量％）をもつと共に
   、不可避不純物としての酸素含有量が０．０５重量−以
   下であり、かつ分散相を形成する炭化タングステンの平
   均粒径が２〜８μｍにして、結合相中に微細など（Ｎｉ
   　ｓ’　ｆｉＪｌ　）相が均一に析出した組織を有する
   ことを特徴とする熱間加工装置部材用炭化タングステン
   基超硬合金。