JPS60248869A

JPS60248869A - 耐摩耗合金

Info

Publication number: JPS60248869A
Application number: JP10426284A
Authority: JP
Inventors: Chikanobu Shintani; 新谷　京宣; Yoshiaki Yamagami; 山上　喜昭; Hisashi Hiraishi; 平石　久志; Masahiro Azuma; 東　雅弘
Original assignee: Kubota Corp; Tokushu Denkyoku Co Ltd
Current assignee: Kubota Corp; Tokuden Co Ltd Hyogo
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-12-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、鋼材の圧延ロール、搬送ロール、ホットラン
テーブルローラ等のロール類をはしめ、中高温域で使用
される摺動摩擦部材、例えばシリンダライナ等の材料と
して好適な耐摩耗合金に関する。

〔従来技術と問題点〕

熱間鋼材圧延ロールや搬送ロール等は、表面の耐摩耗性
および酸化抵抗等にすくれたものであるごとを要する。

また、これに当接する鋼材の負荷−衝撃に耐え得る十分
な靭性を兼備するものでなければならない。

従来、かかるロール類の材料として、高Ｃ−Ｃｒ型合金
鋼（１〜２％Ｃ−１３％Ｃｒ）が使用されている。これ
は、耐熱・耐摩耗合金であるＣｒ含有鋼を高Ｃ化するこ
とにより摩耗抵抗を改善したものであるが、その反面高
Ｃ化に伴う靭性低下により、使用過程でロール表面に亀
裂が生じ易く、その進展・成長により折損事故に至るこ
とも少くない。しかも、高Ｃ化によりクロム炭化物（Ｃ
ｒ７Ｃ３等）が生成し易く、それに伴う生地中のＣｒ　
濃度の減少により耐酸化性の低下傾向も認められる。

操業条件の苛酷化とともに、使用過程での上述の材質劣
化傾向が加速され、耐用命数が著しく短かくなる。その
ため、ロールの取替頻度が増し、ロールの保線費用が増
大するうえに、ロール取替のつどライン操業を中断せね
ばならず、生産性の低下を余儀なくされる。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、高耐摩耗性・耐酸化を存すると同時に、十分な耐衝
撃性を備えた耐摩耗合金を提供する。

〔発明の構成および作用〕

本発明に係る耐摩耗合金は、Ｃ：０．５〜２．０％（ｗ
ｔ％、以下間し）　＋　Ｓ　ｉ　：　０．０５〜１．５
％、Ｍｎ：　５．０〜１５．０％、Ｃｒ　：　１０．０
〜１５．０％、残部実質的にＦｅからなる。

また、本発明合金は、上記成分元素に加えて、所望によ
り、Ｍｏ、、Ｎｂおよび■から選らばれるいづれか１種
の元素を０．１〜０．５％、または２種もしくは３種の
元素を合計で０．１〜０．５％含有する組成を有する。

本発明合金は、Ｃ含有量が高いにもかかわらず、高耐衝
撃性を有するのは、Ｍｎ含有量を高めて生地の靭性を高
めるとともに、組織的にはマルテンサイト生地中に適量
の残留オーステナイト相を混在せしめたことによるもの
である。

以下、本発明合金の成分限定理由を説明する。

Ｃ；Ｏ，Ｓ　〜２，０　％Ｃは固溶強化により、強度および靭性を高めるとともに
、Ｃｒ　％　Ｍ　ｏ等の元素と結合して炭化物を形成す
ることにより生地に高硬度を付与し、耐摩耗性を高める
。含有量が０．５％に満たないと、上記効果、ことに耐
摩耗性改善効果が十分でなく、一方２．０％をこえると
、゛耐摩耗性の点ではすぐれる反面、生地中にＦｅ５Ｃ
等の析出物が生成し、靭性の劣化を招く。従って、０．
５〜２．０％とする。

３ｉ：０．０５〜１．５　％Ｓｉは脱酸元素であると同時に、耐酸化性の改善に有用
な元素である。その脱酸効果は、Ｍｎとの共存により、
含有量が少なくても奏せられるが、０．０５％に満たな
いと効果が不十分となる。また、０．０５％に満たない
と、耐酸化性の点で、摩耗特性に不足をきたす。従って
、下限値を０．０５％とする。

耐酸化性の向上のために３１を固溶させることの効果は
顕著であり、３ｉの固溶により、表面に生成する他の元
素（例えば、Ｃｒ等）の酸化物（スケール）の固着性が
高められ、剥離が減少することにより酸化抵抗が強化さ
れ、しかもそれに伴い耐焼付性も向上する。この効果を
得るだめの好ましい含有量は０．１％以上である。

上記耐酸化性改善および脱酸効果は含有量の増加に伴っ
て増大するが、１，５％をこえると効果が飽和し始める
うえに、生地中の靭性の低下を引起すので、１，５％を
上限とすべきである。

なお、溶接性の点からはＳｉ含有量は、上記規定の範囲
内で低い程、有利である。Ｓｉ量の制限により上記効果
は弱まるが、本発明合金は比較的多量に含まれるＭｎに
よって、脱酸および耐酸化性が補償される。

Ｍｎ　：５．Ｏ〜１５．０％Ｍｎは脱酸元素であると同時に、Ｎｊの代替元素として
生地の靭性改善効果を奏する。また、耐酸化性を高める
効果を有し、Ｓｉ量が少量に規制される場合に、耐酸化
性を補償する役割をも果す。

含有量が５．０％に満たないと、脱酸効果は十分であっ
ても、本発明の意図する靭性改善効果が不足する。含有
量を増すにつれて効果は増大するが、１５．０％程度で
ほぼピークに達し、また１３．０％付近から生地の硬度
低下が始まり、１５゜０％をこえるとその低下が著しく
なり摩擦抵抗の不足をきたす。

よって、下限を５．０％とし、上限を１５．０％とする
。

Ｃｒ　：　１０．０〜１５．０％Ｃｒは、Ｃとの共存下に高い硬度を付与し、かつ生地中
への固溶Ｃごより耐酸化性および強度を高める効果を有
し、耐摩耗性の向上に欠くことのできない元素である。

１０．０％未満では、効果が十分でなく、耐摩耗性に不
足が生じ、一方１５．０％をこえると、焼入れ効果が減
少することにより耐摩耗性の低下を招く。従って、１０
．０〜１５．０％とする。

Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ　：０．１〜０．５％Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖはいづれも、生地中の炭素と結合して、
高硬度の分散炭化物粉を形成し生地の硬度を高める。ま
た、生地の組織を微細化し、靭性の改善にも寄与する。

これらの元素は、いづれか１種の単独添加、または任意
の２種もしくは３種の組合せにより使用される。その含
有量は０．１〜０．５％に規定される。０．１％に満た
ないと、上記効果が十分でなく、一方０．５％をこえる
と、組織中にレーブス（Ｌ　ａｖｅｓ）相などの金属間
化合物が析出し、脆化するからである。２種以上の元素
を複合使用する場合は、その合計量が０．１〜０．５％
であればよい。複合使用においては、同じ含有量の単独
使用の場合よりも効果が大である点で有利である。もっ
とも、２種の元素の複合効果と、３種の元素の複合効果
との間には殆んど差がないので、必ずしも３種を同時に
使用する必要はない。

Ｐ、Ｓ、その他の不純物元素は、通常の溶製技術におけ
る不可避的混入を許容する。例えば、Ｐは０．０４％以
下、Ｓは０．０３％以下混入しても何らさしつかえはな
い。

本発明合金からなるロール類、その他摺動摩擦部材は、
置注鋳造や遠心力鋳造等の一般的鋳造法による鋳造とそ
の後の適宜の機械加工とにより製造することができる。

もっとも、その耐摩耗性や耐熱性等は主として表層部の
問題であるから、表層部から芯部にわたる全体を本発明
合金で形成する必要はな（、表層部のみに本発明合金を
適用することにより耐久性改善効果を得ることができる
。

例えば、ロール類の場合には、第３図に示すようにロー
ル軸体であるアーム（１）と、その外周面に焼嵌め等に
て嵌着固定されるスリーブ（２）とから成る二層構造と
なし、鋼材等が接触するスリーブ（２）に本発明合金を
適用し、アーμ（１）には他の適当な材料（例えば、普
通鋼等）を適用すればよい。スリーブ（２）は、遠心鋳
造または塑性加工等による円筒体として準備することが
できる。

また、アーμ（１）とスリーブ（２）との組合せ構造に
代えて、アーム（１）の外周面を肉盛溶接や溶射等によ
り本発明合金からなる外層で被覆することにより二層構
造を形成することができる。

更に、別法として、遠心力鋳造法を利用し、鋳型内に本
発明合金溶湯を適量鋳込み遠心力の作用下に所要の肉厚
を有する外層を形成したのち、その中空孔内に他の金層
溶湯を鋳込むことにより前記と同様の二層構造を有する
ロールを製造することができる。

上記説明ではロール類等の表層部に本発明合金を適用す
る例を挙げたが、目的とする部材が円筒体などの中空体
であって、内表面または内表面と外表面とが作用面とし
て使用されるものである場合には、その使用態様に応じ
て内表面または内・外表面に本発明合金から成る表面層
を形成すればよい。

本発明合金は、マルテンサイト組織中に残留オーステナ
イト相が混在する。その熱処理は、温度９００〜１００
０°Ｃからの焼入れと、６００〜８００℃での焼もどし
処理により達成される。肉盛溶接等にて形成される被覆
層の場合には、被覆層形成後、応力除去処理として、温
度７００〜９００℃での熱処理を施すことにより所期の
組織を得ることができる。

〔実施例〕

第１表掲示の各供試合金について摩耗試験および衝撃試
験を行った。摩耗試験結果を第１表に、衝撃試験結果を
第１図にそれぞれしめす。第１表中、賦香１〜ｌＯは比
較例、賦香５１〜６１は本発明例である。比較例のうち
、賦香９．１０は、高Ｃ−Ｃｒ系従来合金の例であり、
賦香１〜８はいづれかの成分元素含有量が本発明の規定
範囲から逸脱する例である。摩耗試験および衝撃試験条
件は次のとおりである。

（１）摩耗試験条件および試験結果回転円盤（直径９０鰭、幅３０龍）を３ｍ／ｓｅｃの周
速度で回転させながら、その周面に円柱状試片（直径１
０．５１ｍ）の端面を荷重６　ｋｇで１０分間摺接させ
、その摩耗減量にて耐摩耗性を評価した。

第１表に示されるとおり、本発明合金は摩耗量が極めて
少なく、従来材に比し非常に耐摩耗性にすぐれている。

（ｉｉ）衝撃試験条件および試験結果各供試合金にて第２図に示す環状体試験片（Ｔ）〔外径
ｄ：３００龍、肉厚ｔ：５部２幅Ｗ：５０鰭〕を調製し
、該環状体試験片（Ｔ）の鉛直上方（高さＨ）から重錘
（Ｗ）〔重量８０ｋｇ）を自然落下により試験片（Ｔ）
の頂部に衝突させる。落下エネルギー（ｋｇ−ｍ）は重
錘（Ｗ）の高さくＨ）の調節により設定する。試験結果
を示す第１図にお゛いて、実線部分は「割れ発生無し」
、破線部分は「割れ発生」を意味する。

第１図に示されるとおり、従来材（賦香９．１０）では
２０〜３０ｋｇ−ｍの落下エネルギーで割れの発生を見
るのに対し、本発明合金（賦香５１〜６１）では、約４
５〜５（］ｋｇ−ｍの衝撃に耐える高靭性を備えている
。また、比較例の一部には、本発明合金にほぼ匹敵する
耐衝撃性を存するものもあるか（賦香３．７等）、その
反面耐摩耗性が極めて悪く、結局いづれの比較例も本発
明合金に及ばない。

〔発明の効果〕

本発明合金はぐ耐摩耗性や耐熱性にすぐれるとともに、
高靭性を存するので、スラブ等の鋼材圧延ロール、搬送
ロール等のロール類をはしめ、熱影響と摩耗、衝撃をう
ける条件下に使用される各種の装置・機器の部材構成材
料として好適であり、従来材にまさる耐久性を保証する
。また、本発明合金は、加熱と冷却が繰返される条件下
に使用される耐熱・耐摩耗用途、例えば連続鋳造ロール
等の構成材料としても有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は衝撃試験結果を示すグラフ、第２図〔■〕は衝
撃試験要領を示す正面説明図、ＣＩ’Ｉ）はその断面図
、第３閏はロールの例を示す、一部切欠正面図である。トアーハ、２ニスリーブ、Ｔ：衝撃試験片。代理人　弁理士　宮崎新八部供試４Ｉｆ号第３図手続補正書動式）％式％１、事件の表示昭和５９年　特　許　願　第１０４２６２号２、発明の
名称　耐摩耗合金３、補正をする者事件との関係　特許出願人４、代理人５、補正命令の日付　（自　発　）

Claims

【特許請求の範囲】ｉｌｌ　Ｃ：０．５〜２．０％、３ｉ：０．０５〜１．
５％、Ｍ　ｎ　：　５．０〜１５．０％、Ｃｒ：１０．
０〜１５．０％、残部実質的にＦｅからなる耐摩耗合金
。（２）　Ｃ：０．５〜２．０％、Ｓｊ：０．０５〜１，
５％、Ｍ　ｎ　：　５．０〜１５．０％、Ｃｒ　：　１
０．Ｏ〜１５．０％、およびＭＯｌＮｂ、■から選ばれ
るいづれか１種もしくは２種以上の元素二０．１〜０．
５％、残部実質的にＦｅからなる耐摩耗合金。