JPS63121635A

JPS63121635A - 高靭性合金鋳鉄

Info

Publication number: JPS63121635A
Application number: JP26762986A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Era; 江良　雅之; Hideyo Kodama; 英世児玉; Shogo Morimoto; 森本　庄吾; Masao Kawakami; 川上　正夫; Takashi Miyoshi; 三好　喬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1988-05-25

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〕本発明は石炭を粉砕するのに適した高靭性９合金鋳鉄と
その製造法に係り、特に、Ｃｒ／ＣＩＯ〜１２．５．Ｗ
／Ｍｎ０．６〜０．９で靭性を著しく向上させる高靭性
合金鋳鉄に関する。

〔従来の技術〕

従来１石炭粉砕輪に使用されている炭素２．７％。

クロム２７％高炭素−高クロム鋳鉄は鋳放し状態のまま
及び歪取り焼鈍のみを施して使用している。

しかし、最近、石炭粉砕輪において、稼動中のレース材
の摩耗量は下部レースでは上部レースの約半分と摩耗量
が少ない、その反面、割れが発生する問題が生じている
。この原因は鋳放し状態の残留オーステナイトが稼動中
に加工硬化を起こし、硬さが上昇して割れが発生する。

また、Ｍ　７　ＣａとＭ　ｘ　ａ　Ｃｅ炭化物の晶出に
よる靭性の低下が考えられる１例えば、特開昭６０−２
５８４０８号、特開昭６１−４１７４７号公報記載のよ
うな熱処理法等によっても靭性の改善は認められない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術による材料は鋳放し状態の基地中の残留オ
ーステナイト組織が稼動中に加工硬化を起し、マルテン
サイトへのＮｉｆｆ１ｆ化で割れが発生する。また、Ｍ
　７　Ｃｓ　、　Ｍ　ＺδＣ８炭化物が多量に晶出する
と炭化物のはく離した部分が起点となって割れが進展す
る。さらに、炭化物が粗大化すると炭化物自体が切欠き
となり、割れが発生し、靭性が低下する問題が生じた。

本発明の目的は鋳放し状態で残留するオーステナイトを
高温焼もどしによる繰返し操作で減少させ安定した組織
にするとともに、クロム炭化物を均一に分散させて、硬
さ、耐摩耗性を低下せずに靭性を向上させた高靭性２合
金鋳鉄及びその製造法を提供することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕本発明は上記の目的を達成するため、！！量％で炭素１
，５〜２％、クロム１５〜２５％、タングステン１〜３
．５％、マンガン１．５〜４％、硅素１〜１．５％、モ
リブデン０．２〜１％、バナジウム０．２〜１％、及び
残部が鉄から成り、Ｃｒ／Ｃ１０〜１２．５％、　Ｗ　
／　Ｍ　ｎ　０　、６〜０　、９の材料を焼もどすこと
によりマルテンサイトと残留オーステナイトからなる高
靭性基地中に適量のＭ　７　Ｃｇ炭化物と面積率８〜２
０％のＭ　ｚ　ｓ　Ｃ６が均一に分散した安定した組織
としたしかもタングステンとマンガンの複合添加によっ
てＭ　ｚ　ｓ　Ｃａ炭化物の晶出する量を調節する働き
をするため、靭性の向上が図られた。また、同時に基地
中の強度を向上させるため、硬さ、耐摩耗性を低下せず
に靭性が上昇する。

さらに、上記の組成に４５０〜６５０℃の高温篩もどじ
を施すことにより、鋳放し状態での残留オーステナイト
を分解させることにより、安定した硬さが得られ、靭性
が向上することが知られた。

また、同上の組成を８５０〜１０７５℃オーステナイト
化温度から冷却後１ζ５０〜６００℃の高温焼もどし温
度で繰返し操作を行なうことによって。

残留オーステナイトを分解させることによって、硬さが
上昇し、耐摩耗性が低下せず、高靭性をもつことを特徴
とする高靭性１合金鋳鉄及びその製造法によって達成さ
れる。

〔作用〕

以下１本発明の作用について説明する１本発明の高靭性
２合金鋳鉄及びその製造法において１重量％で炭素１．
５〜２％、クロム１５〜２５％。

タングステン１〜３．６％、マンガン１．５〜４％。

硅素１〜１．５％、モリブデン０．２〜１％、バナジウ
ム０．２〜１％としたのは炭素の一部は焼入に際して、
基地に溶解し硬さを高める。残りはクロム、タングステ
ン、モリブデン、バナジろムと結合して硬い炭化物を形
成し、面積率で１３〜３６％のＭ　７　ＣＣ炭化物を品
出し、耐摩耗性を高める。一方、Ｍ　２　ｓ　ＣＣ炭化
物は面積率で８〜２０％に調節することにより、靭性を
上げる効果があることが明らかとなった。

さらに、高温焼もどしにより、タングステン及びモリブ
デンはＭ　ａ　Ｃ炭化物を析出する。また、バナジウム
はＭＣ炭化物を析出して、耐摩耗性の向上に寄与する。

すなわち、炭素量が１．５　％以下では炭化物を形成す
るための炭素量が少なく、２％以上ではかえフて靭性を
低下させるので、１．５〜２％が最適である。

クロムは炭素と結合してＭ　７０　ａ炭化物及びＭ　ｚ
　ｓ　Ｃａ炭化物が存在する。Ｍ７Ｃ３炭化物は耐摩耗
性及び硬さを高める。ＭｚｓＣｇ炭化物は多量に晶出す
ると硬さ及び耐摩耗性を低下し、さらに、靭性が低下す
ることが知られている。しかし、第１ｒＭに示すように
、Ｃｒ／Ｃ１０”１２．５　　において、タングステン
とマンガン比を０．６〜０．９の＠閥でＭｘｓＣｅ炭化
物を基地中に面積率で８〜２０％にしてやると硬さを低
下させずに靭性が著しく向上することが明らかとなった
。その効果的な量は１５％以下では硬さ及び耐摩耗性の
向上はなく、靭性の向上も認められない、２５％以上で
はＭ　７　Ｃａ炭化物の粗大化が顕著となり、また。

ＭｚｓＣＢ炭化物が多量になると硬さ、耐摩耗、とくに
靭性が著しく低下する。その量は１５〜２５％にするこ
とが望ましい。

タングステンはその一部は炭素と結合して、ＭｓＣ炭化
物を形成し、残部は基地に固溶し、基地をち密なマルテ
ンサイト組織にし、靭性を向上させる。また、マンガン
との複合添加により、りングステンとマンガンの比が０
．６〜０．９でＭ　２　ｓ　Ｃｅ炭化物を面積率で８〜
２０％にしてやる。

と靭性をさらに向上させる元素である。

マンガンは基地を強化し、靭性の向上に寄与する元素で
ある。とくに、タングステンとマンガンの比が０．６〜
０．９でＭ　ｘ　ａ　Ｃｓ炭化物を８〜２０％にすると
高い靭性値が得られることが知られた。

その量が１．５　％以下では所望の靭性値が得られない
、４％以上になると残留オーステナイト量が増加し、安
定化により硬さがでなくなり、また鋳物に毛割れが生じ
やすくなるので１．５〜４％が最適含有量である。

〔実施例〕

以下、炭素、クロム、タングステン、マンガン。

硅素、モリブデン、バナジウム、ニッケル、コバ′ルト
添加を具体的に示すための実施例の化学組成を第１表に
示す。

第１表において、１６及び１７は従来材で高炭Ｘ−高ク
ロム鋳鉄であり、マンガンが少なく、タングステンが添
加されていない組成である。１１〜１５は比較材であり
、１１は本発明よりもタングステンが高く、１５は炭素
及びタングステンが高くなっている。１２は炭素とマン
ガンが本発明より高くなっている。１３は炭素が高く、
１４は炭素とクロムが高い組成である。

試料は高周波溶解炉で溶解し、！Ｉ込み温度を一定にし
て砂型に鋳込んだ。放冷後は、２５角×２５角×１０厚
さの試験片を切り出し、４５０〜６００℃まで２５℃間
隔の温度に十二時間後保持炉冷の操作を五目繰返してブ
リネル硬度計（ＨＢ）セ硬さの変化を測定した。

第２表は破壊靭性値、摩耗減量、硬さ、クロムと炭素の
比、タングステンとマンガンの比を示す。

第２表の第６欄はタングステンとマンガン比を示してい
るが、本発明材は０．６〜０．８であり、第２表の第５
欄は炭素とクロム比であるが本発明材はいずれも１０〜
１２．５となっている。

第２表の第３欄及び第４１１１は鋳放しのままと熱処理
後の硬さを示す、鋳放しのままでは従来材はＨＢ　３２
０〜４５０と低くなっている。比較材の硬さは本発明と
同程度の値を示す８本発明の１〜１０はＨＢ４８８〜５
０７と従来材より高くなっている。熱処理後の硬さでも
本発明材はＨＢ６１１〜６３０と高い硬さが得られてい
る。

第２表第２ｐａは研摩式摩耗試験による摩耗減量結果を
示す一摩耗試験方法は６００ｒｐｍで回転する直径１８
ａａのターンテーブル上にエメリーペーパを張り、その
上にφＩＯＸφ２０Ｘφ１５Ｑの台形試験片をターンテ
ーブル上におき、二分二十秒間摩耗させる方法である。

試験前後の重量差をもって摩耗量とし、耐摩耗性の検討
を行なった。

従来材の１６．１７及び比較材の１１〜１５は摩耗減量
が多くなっている０本発明である１〜１゜は摩耗減量が
１６〜２０　ｍ　ｇと非常に少なくなっており、耐摩耗
性は従来材の約１．５以上の良い結果を示している。

第２表の第１欄は破壊靭性値結果を示す、試験片寸法は
１２ｍ角Ｘ１２ｍ角×９０ｍ長さに２ＩＵノツチを入れ
たＡｓ　ＴＭの金属材料破壊靭性試験方法で行なった。

比較材は従来材よりもやや高い値を示している。一方１
本発明の１〜１ｏは破壊靭性値が１２０〜１３０ｋｇ／
＋＋ｍ’／”　ト従来材ヨ）Ｊモ非常に高い靭性が得ら
れることが明らかである。

第３図は硬さと破壊靭性値の関係を示すが１本発明は高
硬度でありながら、高い破壊靭性値の関係を示している
。ＪＩ２図はＣｒ／Ｃ，Ｗ／Ｍｎと破壊靭性値の関係を
示しているが、Ｃｒ　／　０１０〜１２　、５　、　Ｗ
　／　Ｍ　ｎ　０　、６〜０　、９の範回で高い破壊靭
性値を示している。

以上の結果から明らかなように、石炭粉砕輪用高靭性９
合金鋳鉄及びその製造法において、炭素１．５〜２％、
クロム１５〜２５％、タングステン１〜３．５％、マン
ガン１．５〜４％、硅素１〜１．５１％、モリブデン０
．２〜１％、バナジウム０．２〜１％、ニッケル、コバ
ルト、ニオビウム。

チタンの一種または二種以上を０．１〜１％含み、残部
が鉄からなり、Ｃｒ／ＣＩＯ〜１２．５．Ｗ／Ｍ　ｎ　
０　、６〜０．９で焼もどしマルテンサイトと残留オー
ステナイトから成る基地中にＭ　ａ　Ｃａ炭化物及び面
積率８〜２０％Ｍ　ｘ　ａ　Ｃ６が分散した金属組織で
硬度、耐摩耗性を低下せずに、高い破壊靭性値を持った
高靭性２合金鋳鉄及びその１１造法が得られることが明
らかとなった。

つぎに各成分の限定理由は次の通りである。

硅素は鉄鋼製錬において普通元素として分類され、鋼中
にある程度不可避的に含まれる成分であ＼′り通常の脱
酸の目的で添加される程度であるが、溶湯の流動性及び
靭性を考慮して少なくとも多く′ても諸性質に悪影響を
及ぼすことから、１〜１．５％が最適含有量である。

モリブデンは一部が炭素と結合してＭ　ｅ　Ｃ炭化物を
形成し、残部は基地中に固溶し、焼もどしによる二次硬
化現象により硬さを増加させ、耐摩耗性に寄与する元素
でもある。また、熱処理作業の安定化のためにも役立つ
、多く添加されるとＭａＣ炭化物が網目状になり、はく
離及び靭性に対して好ましくない、その量は０．２〜１
％で十分効果を発揮する。

バナジウムは炭素と結合してバナジウム炭化物を形成し
、耐摩耗性の向上と結晶程の微細化により、靭性の向上
が図られる。しかし、多く添加されると溶解作業及び研
削性が困難となる。好ましい量は０．２〜１％で十分で
ある。

ニッケルは鋳物の組織を機側にし、オーステナイトにも
固溶して基地を強化する。また、クロム。

モリブデンと共有して焼入性を増加する。靭性の改善を
目的に０．５〜１％が好ましい量であり、多量に添加す
るとオーステナイトが増加して硬さがでなくなる。

コバルトは高価な元素であるが、焼もどし抵抗性を高め
るもので０．５〜１％で十分な働きをする。

少なくても、多くても靭性に悪影響を及ぼす。

ニオビウムは一部炭素と結合してニオブ炭化物を形成す
る。ニオブ炭化物は硬い炭化物を生成して耐摩耗性を増
し、バナジウムの共存によってバナジウム炭化物の形態
を棒状から球状へ変えることによって靭性の向上が図ら
れる。その量は０．５〜１％で十分であり、０．５％以
下では耐摩耗性が劣り、１％上になるとニオブ炭化物が
角状となり、靭性に悪影響を及ぼす。

チタンは一部炭素と結合してチタン炭化物を形成し、バ
ナジウム及びクロムと併用して用いると耐摩耗性及び靭
性がさらに向上する。最適範囲は０．５〜１％であり、
０．５％以下では靭性の向上はなく、１％以上になると
チタン炭化物が角状とな、す、靭性が低下する。

〔発明の効果〕

本発明によれば高靭性２合金鋳鉄及びその製造法におい
て硬度と耐摩耗性を低下せずに、とくに、＠壊靭性値を
著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭｚｓＣａ炭化物の面積率と破壊靭性値の関係
を示す図、第２図はＣｒ　／　Ｃ、Ｗ／　Ｍ　ｎと破壊
靭性値の関係を示す図、第３図は硬さと破壊靭性値の関
係を示す図である。Ｋｑ・・・破壊靭性値。

Claims

【特許請求の範囲】１、重量％で炭素１．５〜２％、クロム１５〜２５％、
タングステン１〜３．５％、マンガン１．５〜４％、硅
素１〜１．５％、モリブデン０．２〜１％、バナジウム
０．２〜１％及び残部が鉄から成り、Ｃｒ／Ｃ１０〜１
２．５、Ｗ／Ｍｎ０．６〜０．９で焼もどしマルテンサ
イトと残留オーステナイトからなる基地中にＭ＿７Ｃ＿
３炭化物及び面積率８〜２０％のＭ＿２＿８Ｃ＿６が分
散した金属組織であることを特徴とする高靭性合金鋳鉄
。２、特許請求の範囲第１項の組成に、さらに、ニッケル
０．５〜１％にコバルト、ニオビウム、チタンの一種ま
たは二種以上を０．５〜１％含めたことを特徴とする高
靭性合金鋳鉄。