WO2022124217A1 - 耐摩耗性部材およびそれを用いた機械装置 - Google Patents

耐摩耗性部材およびそれを用いた機械装置 Download PDF

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WO2022124217A1
WO2022124217A1 PCT/JP2021/044403 JP2021044403W WO2022124217A1 WO 2022124217 A1 WO2022124217 A1 WO 2022124217A1 JP 2021044403 W JP2021044403 W JP 2021044403W WO 2022124217 A1 WO2022124217 A1 WO 2022124217A1
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WO
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mass
less
wear
resistant member
based alloy
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Application number
PCT/JP2021/044403
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English (en)
French (fr)
Inventor
友則 木村
満 長谷川
雅史 能島
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/06—Alloys based on chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/04—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing tin or lead

Definitions

  • the present invention relates to a technique for a wear-resistant material, and more particularly to a wear-resistant member made of a Cr (chromium) -based alloy material and a mechanical device using the wear-resistant member.
  • sliding members, rolling members, and valve members are extremely important members that affect the operating accuracy of the mechanical device and strongly affect the maintenance cycle.
  • the wear resistance of the sliding member, the rolling member, and the valve member is one of the important characteristics related to the life of the member.
  • Co (cobalt) -based alloy materials such as Stellite (registered trademark) and Trivaloy (TRIBALOY is a registered trademark) have been widely used.
  • Co is a material with a relatively high material cost, and there are many calls for cheaper materials from the viewpoint of cost reduction.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-052084
  • Cr in mass%, Cr: more than 35 to 50%
  • N nitrogen
  • 0.001 to 0.01% If necessary, (a) Mo (molybdenum): more than 0.1 to 2%, (b) Cu (copper): more than 0.1 to 5%, one or two of the above (a) to (b) Ni-Cr having a component composition in which the balance is composed of Ni (nickel) and unavoidable impurities, and the amount of S
  • the Ni-Cr-Al-based alloy of Patent Document 1 has almost the same hardness as the conventional Ni-Cr-Al-based alloy, and further, compared with the conventional Ni-Cr-Al-based alloy. It is said that the corrosion resistance is even better.
  • a mold made of the Ni-Cr-Al alloy it is possible to suppress the consumption of the mold when molding a resin (particularly fluororesin) to a low level, and provide a mold member having a long service life. It is said that it can be done. It is said that a high toughness hard facing material having excellent wear resistance, corrosion resistance and powder overlay weldability can be obtained.
  • an object of the present invention is a Cr group which does not contain a Co component (that is, enables lower cost than a Co-based alloy material) and has wear resistance equal to or higher than that of a conventional Co-based alloy material. It is an object of the present invention to provide a wear-resistant member using an alloy material and a mechanical device using the wear-resistant member.
  • One aspect of the present invention is a wear-resistant member made of a Cr-based alloy material.
  • the Cr-based alloy material is Cr of more than 40% by mass and less than 65% by mass, Ni with 15% by mass or more and 40% by mass or less, Fe of 10% by mass or more and 30% by mass or less, Nb (niobium) of 5% by mass or more and 16% by mass or less, Ti (titanium) of 0.1% by mass or more and 0.9% by mass or less, With W (tungsten) of more than 0% by mass and less than 2.5%, C of 0.6% by mass or more and 2.5% by mass or less, Mo of 3% by mass or less and Mn of 2% by mass or less and Has an alloy composition containing impurities and The mass ratio Ti / Nb of the Nb and the Ti is 0.063 or less. It is to provide a wear resistant member, which is characterized by the above.
  • the present invention can be improved or modified as follows in the wear resistant member (I) according to the present invention.
  • the Ni content is higher than the Fe content
  • the mass ratio C / Nb between Nb and C is 0.11 or more and 0.16 or less
  • the mass ratio Ti / Nb is It is 0.0062 or more.
  • a ferrite phase and an austenite phase are used as a parent phase
  • an Nb carbide phase having a granular and / or branched shape is precipitated in an area of 4 area% or more and 30 area% or less.
  • the alloy composition consists of Cu (copper) of 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, Si of 0.1% by mass or more and 1% by mass or less, Sn (tin) of 0.02% by mass or more and 0.3% by mass or less, and 0.005% by mass. Further contains at least one of Al of% or more and 0.05% by mass or less.
  • the wear resistant member is a sliding member, a rolling member or a valve member.
  • Another aspect of the present invention is a mechanical device having a sliding member, a rolling member, or a valve member.
  • the present invention provides a mechanical device, wherein the sliding member, the rolling member, or the valve member is the wear-resistant member.
  • a wear-resistant member using a Cr-based alloy material that enables lower cost than a Co-based alloy material and has wear resistance equal to or higher than that of a conventional Co-based alloy material, and the wear resistance. It is possible to provide a mechanical device using a sex member.
  • the present inventors have made a chemical composition and a metal in a member using a Cr-based alloy material containing Cr as a main component (a component having a maximum content) that does not contain Co, particularly a Cr-based alloy material containing more than 40% by mass of Cr.
  • the present invention was completed by diligently investigating and examining the relationship between the structure morphology and wear resistance.
  • the Cr-based alloy material used in the present invention is an alloy containing Cr as the maximum content component, and Ni, Fe, Nb, Ti, W, and C are essential components in addition to Cr, and Mo, Mn. Is an arbitrary component and contains impurities. Further, as an additional optional component, one or more of Cu, Si, Sn, and Al may be further contained. The total content of impurities is preferably 1% by mass or less. In other words, the total amount of the components intentionally contained is preferably 99% by mass or more.
  • composition (each component) of the Cr-based alloy material used in the present invention will be described.
  • the remaining components other than the elements described below are impurities that are difficult to control.
  • the Cr component is the maximum content component of the Cr-based alloy material of the present invention, and since it is cheaper than Co, the material cost can be reduced as compared with the conventional Co-based alloy material. There are advantages. Further, by using Cr as the maximum content component, a passive oxide film is easily formed on the surface of the wear-resistant member, and there is also an effect of improving corrosion resistance.
  • the Cr content is preferably more than 40% by mass, more preferably 45% by mass or more, and even more preferably 50% by mass or more.
  • the Cr content is 40% by mass or less, the cost reduction effect is weakened and the effect of improving the corrosion resistance becomes insufficient.
  • the Cr content exceeds 65% by mass, the melting point of the alloy becomes too high and the manufacturability of the wear-resistant member deteriorates (because the manufacturing cost increases), so that the Cr content is 65% by mass or less. preferable.
  • Ni 15% by mass or more and 40% by mass or less
  • the Ni component is one of the main components constituting the matrix phase (mixed phase of ferrite phase and austenite phase) of the Cr-based alloy material of the present invention, and the ductility of the matrix phase. It is a component that contributes to the improvement of toughness.
  • the Ni content is preferably lower than the Cr content described above and higher than the Fe content described later. Specifically, the Ni content is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 25% by mass or more. When the Ni content is less than 15% by mass, the ductility and toughness of the wear-resistant member become insufficient. On the other hand, when the Ni content exceeds 40% by mass, the wear resistance of the wear-resistant member becomes insufficient, so that the Ni content is preferably 40% by mass or less.
  • the Fe component is also one of the main components constituting the matrix of the Cr-based alloy material of the present invention, and is a component that contributes to ensuring toughness and hardness.
  • the Fe content is preferably 10% by mass or more, more preferably 12% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more.
  • the wear resistance of the wear resistant member becomes insufficient.
  • the Fe content exceeds 30% by mass, the brittle intermetallic compound ⁇ phase (intermetallic compound phase based on the FeCr phase) is likely to be generated, and the ductility and toughness of the wear-resistant member are remarkably increased. Decreases (so-called ⁇ phase brittle).
  • the Fe content is more preferably 20% by mass or less, further preferably 17% by mass or less.
  • Nb 5% by mass or more and 16% by mass or less
  • the Nb component combines with the C component described later to form and precipitate an Nb carbide phase (for example, NbC phase), which contributes to hardening and improvement of wear resistance of the wear resistant member. It is an important ingredient.
  • the Nb component dissolved in the mother phase also has an action effect that contributes to the improvement of toughness.
  • the Nb content is preferably 5% by mass or more, more preferably 6% by mass or more. When the Nb content is less than 5% by mass, the hardening / wear resistance improvement of the wear resistant member becomes insufficient.
  • the Nb content is preferably 16% by mass or less, more preferably 12% by mass or less. When the Nb content exceeds 16% by mass, the ductility and toughness of the wear-resistant member become insufficient.
  • the mass ratio C / Nb with the C content is preferably 0.11 or more and 0.16 or less, and more preferably 0.12 or more and 0.14 or less. If the mass ratio C / Nb is less than 0.11, the amount of Nb carbide phase formed is insufficient, and the effect of improving the hardening and wear resistance of the wear-resistant member becomes insufficient. When the mass ratio C / Nb is more than 0.16, the excess C component forms and precipitates a Cr carbide phase (for example, Cr 7 C 3 phase, Cr 23 C 6 phase), and the corrosion resistance of the wear resistant member is lowered. It becomes a factor.
  • Ti 0.1% by mass or more and 0.9% by mass or less
  • the Ti component combines with oxygen inside the wear-resistant member to form fine Ti oxide particles, and captures excess oxygen that does not contribute to the positive effect. It is a component that plays a stabilizing role (so-called deoxidizing role).
  • the dispersed Ti oxide particles function as a starting point (seed) for the formation of the Nb carbide phase, and have the effect of contributing to the fine dispersion precipitation of the Nb carbide phase.
  • the present invention does not deny that a part of the Ti component may form carbides (for example, TiC or (Nb, Ti) C).
  • the Ti content is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more.
  • the Ti content is less than 0.1% by mass, the amount of Ti oxide particles produced is insufficient and the fine dispersion precipitation of the Nb carbide phase becomes insufficient (large massive Nb carbide phase particles are likely to precipitate). As a result, the hardening and wear resistance improvement of the wear resistant member becomes insufficient.
  • the Ti content is preferably 0.9% by mass or less, more preferably 0.7% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less.
  • the Ti content exceeds 0.9% by mass, the Ti oxide particles tend to become coarse and unevenly distributed on the solidified surface of the wear-resistant member together with the Nb carbide phase, and the corrosion resistance and wear resistance of the wear-resistant member become poor. It becomes a factor to decrease.
  • the Ti content is preferably such that the mass ratio Ti / Nb with the above-mentioned Nb content is 0.0062 or more and 0.063 or less, and more preferably 0.01 or more and 0.05 or less.
  • the mass ratio Ti / Nb is less than 0.0062, the massive Nb carbide phase particles tend to be coarsened.
  • the mass ratio Ti / Nb is more than 0.063, the Ti oxide particles tend to be coarsened, and are likely to be unevenly distributed on the solidified surface of the wear-resistant member together with the Nb carbide phase.
  • the W component is an essential component (more than 0% by mass) of the Cr-based alloy material of the present invention, and has the effect of dissolving in the matrix phase to improve the hardness.
  • the W content is more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more.
  • the W content is preferably less than 2.5% by mass, more preferably 2.3% by mass or less, and even more preferably 2.1% by mass or less.
  • the C component is an important component that combines with the above-mentioned Nb component to form and precipitate an Nb carbide phase, which contributes to the hardening and improvement of wear resistance of wear-resistant members. ..
  • the C component also has the effect of contributing to the hardening of the wear-resistant member even if it is dissolved in the matrix.
  • the C content is preferably 0.6% by mass or more, more preferably 0.7% by mass or more. When the C content is less than 0.6% by mass, the hardening / wear resistance improvement of the wear resistant member becomes insufficient.
  • the C content is preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less, still more preferably 1.5% by mass or less.
  • the C content exceeds 2.5% by mass, the Cr carbide phase is excessively formed and precipitated, which causes a decrease in the corrosion resistance of the wear-resistant member.
  • the mass ratio C / Nb with the Nb content is preferably 0.11 or more and 0.16 or less, and more preferably 0.12 or more and 0.14 or less.
  • the Mo component is an optional component of the Cr-based alloy material, and is a component that dissolves in the matrix phase and contributes to the improvement of corrosion resistance.
  • Mo is not an essential component (although the content may be 0% by mass)
  • the Mo content is preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, in order to surely exert the action and effect of Mo content. 1% by mass or more is more preferable.
  • the Mo content is preferably 3% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less.
  • Mn 2% by mass or less
  • the Mn component is an optional component of the Cr-based alloy material, and combines with sulfur and oxygen to form fine particles of the compound, resulting in excess sulfur and oxygen that do not contribute to the positive action and effect. It is a component that plays a role of capturing and stabilizing (so-called role of desulfurization and deoxidation). By capturing and stabilizing sulfur and oxygen, it contributes to the improvement of corrosiveness, ductility and toughness of wear-resistant members.
  • Mn is not an essential component (although the content may be 0% by mass), but the Mn content is preferably 0.05% by mass or more in order to ensure the action and effect of the Mn content.
  • the Mn content is preferably 2% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and further preferably 0.5% by mass or less.
  • MnS coarse particles of sulfide
  • Impurities Total 1% by mass or less Typical impurities in the Cr-based alloy material of the present invention include N, O, P, S and Ta. Next, these impurities will be briefly described.
  • the N component is the mechanical property of the wear-resistant member (for example, when coarse particles of the nitride phase (for example, Cr nitride phase) are formed by combining with the constituent components of the Cr-based alloy material. For example, it is an impurity component that reduces ductility and toughness).
  • the N content is controlled to 0.04% by mass or less, it becomes possible to dissolve in the matrix phase or form fine particles of the nitride phase, and mechanical properties (for example, hardness). It also has the effect of improving.
  • the O component combines with the constituent components of the Cr-based alloy material to form coarse particles of an oxide phase (for example, Fe oxide), and the mechanical properties of the wear-resistant member (for example). , Ductility, toughness).
  • an oxide phase for example, Fe oxide
  • the mechanical properties of the wear-resistant member for example. , Ductility, toughness.
  • the O content to 0.02% by mass or less, it becomes possible to form fine particles of the oxide phase, and there is also an action effect of improving mechanical properties (for example, hardness).
  • the P component is an impurity component that easily segregates at the grain boundaries of the Cr-based alloy material and lowers the mechanical properties (for example, ductility and toughness) and the corrosion resistance of the crystal grain boundaries. By controlling the P content to 0.04% by mass or less, those negative effects can be suppressed.
  • the S component easily forms sulfides with a relatively low melting point (for example, Fe sulfides) by combining with the constituents of Cr-based alloy materials, and the mechanical properties and corrosion resistance of wear-resistant members. It is an impurity component that lowers the temperature. By controlling the S content to 0.005% by mass or less, those negative effects can be suppressed.
  • a relatively low melting point for example, Fe sulfides
  • the Ta component is a kind of component contained in niobium ore (for example, pyrochlore), and is an impurity component that is easily mixed in the Nb raw material. If the Ta content is 0.2% by mass or less, there is no particular adverse effect. In other words, the Ta component is not a component that is positively contained, but a content of 0.2% by mass or less is an acceptable component.
  • the Cr-based alloy material of the present invention may further contain one or more of Cu, Si, Sn, and Al as additional optional components. Next, these additional optional components will be briefly described.
  • the Cu component is one of the additional optional components in the Cr-based alloy material and contributes to the improvement of corrosion resistance.
  • the content thereof is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less.
  • the Cu content is less than 0.1% by mass, it is only difficult to clarify the action and effect based on Cu (no particular problem occurs).
  • the Cu content exceeds 5% by mass, Cu precipitates are likely to be generated, which causes a decrease in the ductility and toughness of the wear-resistant member.
  • the Si component is also one of the additional optional components in the Cr-based alloy material and is a component that plays a role of deoxidation.
  • the content thereof is preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less.
  • the Si content is less than 0.1% by mass, it is only difficult to clarify the action and effect based on Si (no particular problem occurs).
  • the Si content exceeds 1% by mass, coarse particles of oxide (for example, SiO 2 ) are formed, which causes a decrease in the ductility and toughness of the wear-resistant member.
  • the Sn component is also one of the additional optional components in the Cr-based alloy material, and plays a role of strengthening the passivation film on the surface of the wear-resistant member, and has corrosion resistance (for example, chloride). It is a component that contributes to the improvement of resistance to physical ions and acidic corrosive environments.
  • the content thereof is preferably 0.02% by mass or more and 0.3% by mass or less.
  • the Sn content is less than 0.02% by mass, it is only difficult to clarify the action and effect based on Sn (no particular problem occurs).
  • the Sn content exceeds 0.3% by mass, grain boundary segregation of the Sn component occurs, which causes a decrease in ductility and toughness of the wear-resistant member.
  • Al 0.005% by mass or more and 0.05% by mass or less
  • the Al component is also one of the additional optional components in the Cr-based alloy material, and is a component that contributes to the improvement of the deoxidizing action when combined with Mn or Si.
  • the content thereof is preferably 0.005% by mass or more and 0.05% by mass or less.
  • the Al content is less than 0.005% by mass, it is only difficult to clarify the action and effect of Al (no particular problem occurs).
  • the Al content exceeds 0.05% by mass, coarse particles of oxides and nitrides (for example, Al 2 O 3 and Al N) are formed, which causes a decrease in ductility and toughness of the wear-resistant member.
  • FIG. 1 is a backscattered electron image taken by a scanning electron microscope (SEM) showing an example of the cross-sectional fine structure of the wear-resistant member in the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • the Nb carbide phase has a granular and / or branch-like shape, and that it is finely dispersed and deposited over the entire matrix.
  • the wear-resistant member in the present invention is considered to exhibit excellent wear resistance due to the fine dispersion precipitation of the Nb carbide phase.
  • the precipitation amount of the Nb carbide phase is preferably 4 area% or more and 30 area% or less, and more preferably 5 area% or more and 20 area% or less.
  • the precipitation amount of the Nb carbide phase is less than 4 area%, the effect of improving the wear resistance of the wear resistant member cannot be sufficiently obtained.
  • the precipitation amount of the Nb carbide phase exceeds 30 area%, the coarse-grained Nb carbide phase tends to precipitate, and the ductility and toughness of the wear-resistant member become insufficient.
  • the amount of Nb carbide phase precipitated in FIG. 1 is 5.0 area% (measured by the GNU image editing program (GIMP, free software)).
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a power transmission device which is an example of the mechanical device according to the present invention.
  • the gear mechanism 100 having excellent wear durability by combining the first gear 110 and the second gear 120 (each of which is a wear-resistant member according to the present invention) made of the Cr-based alloy material of the present invention. Is obtained.
  • the gear mechanism using spur gears is shown in FIG. 2A, the power transmission device according to the present invention is not limited to spur gears, and other gears (for example, internal gears, helical gears, and screw gears) are not limited to spur gears. , Bevel gears, etc.).
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a power transmission device which is another example of the mechanical device according to the present invention.
  • the chain plate 210, the chain pin 210 and the chain roller 230 (each of which is a kind of wear resistant member according to the present invention) made of the Cr-based alloy material of the present invention, the wear durability is improved. An excellent roller chain 200 is obtained.
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view showing a valve device which is another example of the mechanical device according to the present invention.
  • the fuel injection valve 310 and the fuel injection valve seat 320 each of which is a kind of wear resistant member according to the present invention
  • the wear durability is improved.
  • An excellent fuel injection device 300 is obtained.
  • FIG. 2D is an example of a mechanical device according to the present invention, and is a schematic cross-sectional view showing another valve device.
  • a valve device 400 having excellent wear durability by using a valve body 410 and a valve seat 420 (each of which is a kind of wear resistant member according to the present invention) made of the Cr-based alloy material of the present invention. Is obtained.
  • the valve device 400 there is no particular limitation on the fluid substance to be controlled.
  • FIG. 3 is a process diagram showing an example of a method for manufacturing a wear-resistant member according to the present invention.
  • an alloy material manufacturing step S1 for preparing a Cr-based alloy material as a base of the wear-resistant member is performed.
  • the detailed procedure of the alloy material manufacturing step S1 is not particularly limited, but for example, the raw materials are mixed and melted so as to have a desired alloy composition. It includes a raw material mixed lysate step S1a for forming a molten metal and an alloy solidifying element step S1b for solidifying / solidifying the molten metal to prepare a Cr-based alloy material.
  • the raw material alloy ingot forming element step in which the molten metal of the Cr-based alloy is once solidified to form the raw material alloy ingot.
  • a re-dissolving element step of re-dissolving the raw material alloy block to prepare a purified molten metal may be further included.
  • the remelting method is not particularly limited as long as the cleanliness of the alloy can be improved, but for example, vacuum arc remelting (VAR) can be preferably used.
  • the detailed procedure of the alloy solidifying element step S1b is not particularly limited as long as a Cr-based alloy material having a form (for example, ingot, powder) suitable for use in the next step, the forming process S2, can be obtained, but for example. , Casting method and atomizing method can be preferably used.
  • a Cr-based alloy material having a desired shape is obtained after performing an alloy ingot forming element step for forming a Cr-based alloy ingot using a casting method. It is preferable to carry out a plastic work element step in which plastic work is performed on the alloy block so as to be.
  • a plastic work element step in which plastic work is performed on the alloy block so as to be.
  • an atomizing element step for example, gas atomizing or centrifugal atomization to obtain spherical particles
  • a classifying element step for adjusting the particle size to a desired range. good.
  • the classifying step is not an essential step, it is preferable to carry out the step from the viewpoint of improving the usability of the Cr-based alloy powder.
  • the molding process S2 for forming a molded body having a desired shape is performed.
  • the molding processing method is not particularly limited.
  • the Cr-based alloy material is an ingot, plastic working (hot working, cold working, etc.) and machining (punching, cutting, etc.) can be appropriately used.
  • the Cr-based alloy material is powder, a powder metallurgy process can be suitably used.
  • a surface finishing step S3 is performed to finish the surface of the Cr-based alloy molded body formed in the molding process S2.
  • the surface finishing method is not particularly limited, and conventional methods (for example, grinding and polishing) can be appropriately used.
  • Example 1 (Preparation of Examples 1 to 4, Comparative Example 1 and Reference Examples 1 and 2)
  • alloy ingots (diameter 34 mm, about 50 g) were prepared by an arc melting method (in a reduced pressure Ar atmosphere) on a water-cooled copper hearth. At this time, in order to homogenize the alloy ingot, redissolution of the alloy ingot was repeated 6 times.
  • Reference Examples 1 and 2 commercially available Co-based alloy powders were used to prepare alloy ingots (diameter 34 mm, about 50 g) in the same manner as in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.
  • Table 1 shows the nominal alloy compositions of Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and Reference Examples 1 and 2.
  • Examples 1 to 4 are Cr-based alloy materials satisfying the alloy composition of the present invention
  • Comparative Example 1 is a Cr-based alloy material (not containing the W component) which deviates from the alloy composition of the present invention.
  • Reference Examples 1 and 2 are commercially available Co-based alloy materials. Impurities (N, O, P, S) were included in the main component content (Bal.) After confirming that the total was 0.1% by mass or less.
  • a plate material (15 mm ⁇ 20 mm ⁇ 2 mm) was cut out from the alloy block prepared above and surface-polished to prepare test evaluation samples of Examples 1 to 4, Comparative Example 1 and Reference Examples 1 and 2.
  • FIG. 4 is an SEM backscattered electron image showing an example of the cross-sectional microstructure in the test evaluation sample of Example 2
  • FIG. 5 is an SEM backscattered electron showing an example of the cross-section microstructure in the test evaluation sample of Example 3. It is a statue. Note that FIG. 1 described above is for the test evaluation sample of Example 1.
  • the parent phase is a mixed phase of a ferrite phase ( ⁇ phase) and an austenite phase ( ⁇ phase), and the mother phase is the same as in FIG.
  • the Nb charcoal phase is dispersed and precipitated in.
  • the Nb carbide phase has a granular or branched shape.
  • the precipitation amount of the Nb carbide phase is 7.4 area% in Example 2 and 5.1 area% in Example 3 (measurement by the GNU image editing program (GIMP, free software)).
  • the Nb carbide phase is not formed or precipitated because it does not contain the Nb component, and the Cr carbide phase is precipitated instead. It was confirmed.

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Abstract

Co基合金材料よりも低コスト化を可能とし、かつ従来のCo基合金材料よりも耐摩耗性に優れるCr基合金材料を用いた耐摩耗性部材および該耐摩耗性部材を利用した機械装置を提供する。本発明に係る耐摩耗性部材は、Cr基合金材料からなり、該Cr基合金材料は、40質量％超65質量％以下のCrと、15質量％以上40質量％以下のNiと、10質量％以上30質量％以下のFeと、5質量％以上16質量％以下のNbと、0.1質量％以上0.9質量％以下のTiと、0質量％超2.5％未満のWと、0.6質量％以上2.5質量％以下のCと、3質量％以下のMoと、2質量％以下のMnと、不純物とを含み、前記Nbと前記Tiとの質量比Ti／Nbが0.063以下である、ことを特徴とする。

Description

耐摩耗性部材およびそれを用いた機械装置
　本発明は、耐摩耗性材料の技術に関し、特にCr（クロム）基合金材料からなる耐摩耗性部材および該耐摩耗性部材を用いた機械装置に関するものである。
　機械装置において、摺動部材や転動部材やバルブ部材は、当該機械装置の動作精度を左右すると共にメンテナンス周期に強く影響を及ぼす非常に重要な部材である。そして、摺動部材や転動部材やバルブ部材における耐摩耗性は、当該部材の寿命に関わる重要な特性の一つである。
　耐摩耗性に優れた材料として、例えば、従来からステライト（登録商標）やトリバロイ（TRIBALOYは登録商標）などのCo（コバルト）基合金材料が広く利用されている。ただし、Coは材料コストが比較的高い材料であり、コスト低減の観点から、より安価な材料を求める声も大きい。
　Co基合金材料に比してコスト低減が期待できる材料として、Coの代わりにCrを含有する合金材料がある。例えば、特許文献１（特開2009-052084）には、質量％で、Cr：35超～50％、Al（アルミニウム）：0.1～6％、Fe（鉄）：0.1超～1％、C（炭素）：0.001～0.015％、Si（ケイ素）：0.01～0.2％、Mn（マンガン）：0.01～0.2％、Mg（マグネシウム）：0.001～0.03％、N（窒素）：0.001～0.01％を含有し、さらに必要に応じて（イ）Mo（モリブデン）：0.1超～2％、（ロ）Cu（銅）：0.1超～5％、上記（イ）～（ロ）の内の１種または２種を含有し、残部がNi（ニッケル）および不可避不純物からなり、不可避不純物として含まれるS（硫黄）量を0.005％以下、O（酸素）量を0.003％以下に調整した成分組成を有するNi-Cr-Al系合金からなる樹脂成形用金型部材、が開示されている。
特開２００９－０５２０８４号公報
　特許文献１によると、特許文献１のNi-Cr-Al系合金は、従来のNi-Cr-Al系合金とほぼ同等の硬さを有し、さらに従来のNi-Cr-Al系合金に比べて耐食性が一層優れるとされている。そして、当該Ni-Cr-Al系合金からなる金型を用いることにより、樹脂（特にフッ素樹脂）を成形する際の金型の消耗を低く抑えることができ、使用寿命が長い金型部材を提供することができるとされている。耐摩耗性、耐食性および粉末肉盛溶接性に優れた高靱性ハードフェーシング材を得ることができる、とされている。
　しかしながら、近年では、機械装置の性能向上や効率向上の要求がますます高まっており、必然的に摺動部材や転動部材やバルブ部材への要求レベルも従来以上に高くなっている。また、当然のことながら、摺動部材や転動部材やバルブ部材において低コスト化は最重要課題の一つである。
　これらのことから、本発明の目的は、Co成分を含まず（すなわち、Co基合金材料よりも低コスト化を可能とし）、従来のCo基合金材料と同等以上の耐摩耗性を有するCr基合金材料を用いた耐摩耗性部材および該耐摩耗性部材を利用した機械装置を提供することにある。
　（I）本発明の一態様は、Cr基合金材料からなる耐摩耗性部材であって、
前記Cr基合金材料は、
40質量％超65質量％以下のCrと、
15質量％以上40質量％以下のNiと、
10質量％以上30質量％以下のFeと、
5質量％以上16質量％以下のNb（ニオブ）と、
0.1質量％以上0.9質量％以下のTi（チタン）と、
0質量％超2.5％未満のW（タングステン）と、
0.6質量％以上2.5質量％以下のCと、
3質量％以下のMoと、
2質量％以下のMnと、
不純物と、を含む合金組成を有し、
前記Nbと前記Tiとの質量比Ti／Nbが0.063以下である、
ことを特徴とする耐摩耗性部材、を提供するものにある。
　本発明は、上記の本発明に係る耐摩耗性部材（I）において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（i）前記合金組成は、前記Niの含有率が前記Feの含有率よりも高く、前記Nbと前記Cとの質量比C／Nbが0.11以上0.16以下であり、前記質量比Ti／Nbが0.0062以上である。
（ii）前記Cr基合金材料は、フェライト相とオーステナイト相とを母相とし、粒状および／または枝状の形状を有するNb炭化物相が4面積％以上30面積％以下で析出している。
（iii）前記合金組成は、0.1質量％以上5質量％以下のCu（銅）、0.1質量％以上1質量％以下のSi、0.02質量％以上0.3質量％以下のSn（スズ）、および0.005質量％以上0.05質量％以下のAlのうちの少なくとも一種を更に含む。
（iv）耐摩耗性部材は、摺動部材、転動部材またはバルブ部材である。
　（II）本発明の他の一態様は、摺動部材、転動部材またはバルブ部材を有する機械装置であって、
前記摺動部材、前記転動部材または前記バルブ部材が、上記の耐摩耗性部材であることを特徴とする機械装置、を提供するものにある。
　本発明によれば、Co基合金材料よりも低コスト化を可能とし、かつ従来のCo基合金材料と同等以上の耐摩耗性を有するCr基合金材料を用いた耐摩耗性部材および該耐摩耗性部材を利用した機械装置を提供することができる。
本発明における耐摩耗性部材の断面微細組織の一例を示す走査型電子顕微鏡（SEM）による反射電子像である。 本発明に係る機械装置の一例である動力伝達装置を示す断面模式図である。 本発明に係る機械装置の他の一例である動力伝達装置を示す断面模式図である。 本発明に係る機械装置の他の一例であるバルブ装置を示す断面模式図である。 本発明に係る機械装置の一例であり、他のバルブ装置を示す断面模式図である。 本発明に係る耐摩耗性部材の製造方法の一例を示す工程図である。 実施例２の試験評価用試料における断面微細組織の一例を示すSEM反射電子像である。 実施例３の試験評価用試料における断面微細組織の一例を示すSEM反射電子像である。
　本発明者等は、Coを含まずCrを主成分（最大含有率の成分）とするCr基合金材料、特にCrを40質量％超含むCr基合金材料を用いた部材において、化学組成、金属組織形態、および耐摩耗性の関係について鋭意調査検討し、本発明を完成させた。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は、ここで取り挙げた実施形態に限定されるものではなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で公知技術と適宜組み合わせたり公知技術に基づいて改良したりすることが可能である。
　［Cr基合金材料の化学組成］
　本発明で用いるCr基合金材料は、上述したように、Crを最大含有率成分とする合金であり、Crの他にNi、Fe、Nb、Ti、W、Cを必須成分とし、Mo、Mnを任意成分とし、不純物を含む合金である。また、追加的任意成分として、Cu、Si、Sn、Alの一種以上を更に含んでもよい。不純物の合計含有率は、1質量％以下が好ましい。言い換えると、意図的に含有させる成分の合計は、99質量％以上が好ましい。
　以下、本発明で用いるCr基合金材料の組成（各成分）について説明する。なお、以下で説明する元素以外の残部成分は、制御が難しい不純物となる。
　Cr：40質量％超65質量％以下
　Cr成分は、本発明のCr基合金材料の最大含有率成分であり、Coよりも安価であることから従来のCo基合金材料よりも材料コストを低減できる利点がある。また、Crを最大含有率成分とすることで、耐摩耗性部材の表面に不動態の酸化被膜が形成し易くなって耐食性が向上する作用効果もある。
　Cr含有率は、40質量％超が好ましく、45質量％以上がより好ましく、50質量％以上が更に好ましい。Cr含有率が40質量％以下になると、コスト低減効果が弱まると共に、耐食性向上の作用効果が不十分になる。一方、Cr含有率が65質量％超になると、合金の融点が高くなり過ぎて耐摩耗性部材の製造性が悪化するため（製造コストが増大するため）、Cr含有量は65質量％以下が好ましい。
　Ni：15質量％以上40質量％以下
　Ni成分は、本発明のCr基合金材料の母相（フェライト相とオーステナイト相との混相）を構成する主要成分の１つであり、母相の延性・靱性の向上に寄与する成分である。Ni含有率は、上述したCr含有率よりも低くかつ後述するFe含有率よりも高いことが好ましい。具体的にはNi含有率は、15質量％以上が好ましく、20質量％以上がより好ましく、25質量％以上が更に好ましい。Ni含有率が15質量％未満になると、耐摩耗性部材の延性・靱性が不十分になる。一方、Ni含有率が40質量％超になると、耐摩耗性部材の耐摩耗性が不十分になるため、Ni含有率は40質量％以下が好ましい。
　Fe：10質量％以上30質量％以下
　Fe成分も、本発明のCr基合金材料の母相を構成する主要成分の１つであり、靭性や硬さの確保に寄与する成分である。Fe含有率は、10質量％以上が好ましく、12質量％以上がより好ましく、15質量％以上が更に好ましい。Fe含有率が10質量％未満になると、耐摩耗性部材の耐摩耗性が不十分になる。一方、Fe含有率が30質量％超になると、脆性の金属間化合物であるσ相（FeCr相を基本とする金属間化合物相）が生成し易くなり、耐摩耗性部材の延性・靱性が著しく低下する（いわゆるσ相脆化）。Fe含有率は、20質量％以下がより好ましく、17質量％以下が更に好ましい。
　Nb：5質量％以上16質量％以下
　Nb成分は、後述するC成分と化合してNb炭化物相（例えばNbC相）を生成・析出し、耐摩耗性部材の硬化・耐摩耗性向上に寄与する重要な成分である。また、母相中に固溶したNb成分は、靭性の向上に寄与する作用効果もある。Nb含有率は、5質量％以上が好ましく、6質量％以上がより好ましい。Nb含有率が5質量％未満になると、耐摩耗性部材の硬化・耐摩耗性向上が不十分になる。一方、Nb含有率は、16質量％以下が好ましく、12質量％以下がより好ましい。Nb含有率が16質量％超になると、耐摩耗性部材の延性・靱性が不十分になる。
　また、Nb含有率は、後述するC含有率との質量比C／Nbが0.11以上0.16以下であることが好ましく、0.12以上0.14以下がより好ましい。質量比C／Nbが0.11未満であると、Nb炭化物相の生成量が不足して、耐摩耗性部材の硬化・耐摩耗性向上の作用効果が不十分になる。質量比C／Nbが0.16超であると、過剰のC成分がCr炭化物相（例えばCr7C3相、Cr23C6相）を生成・析出させて、耐摩耗性部材の耐食性が低下する要因となる。
　Ti：0.1質量％以上0.9質量％以下
　Ti成分は、耐摩耗性部材の内部の酸素と化合して微細なTi酸化物粒子を形成し、正の作用効果に寄与しない余剰分の酸素を捕捉・安定化する役割（いわゆる、脱酸素の役割）を担う成分である。加えて、分散形成したTi酸化物粒子は、Nb炭化物相の生成の起点（種）として機能し、Nb炭化物相の微細分散析出に貢献する作用効果がある。なお、本発明は、Ti成分の一部が炭化物（例えばTiCや(Nb,Ti)C）を形成する可能性があることを否定するものではない。
　Ti含有率は、0.1質量％以上が好ましく、0.2質量％以上がより好ましい。Ti含有率が0.1質量％未満になると、Ti酸化物粒子の生成量が不足してNb炭化物相の微細分散析出が不十分になり（大きい塊状のNb炭化物相粒子が析出し易くなり）、その結果、耐摩耗性部材の硬化・耐摩耗性向上が不十分になる。一方、Ti含有率は、0.9質量％以下が好ましく、0.7質量％以下がより好ましく、0.5質量％以下が更に好ましい。Ti含有率が0.9質量％超になると、Ti酸化物粒子が粗大化し易くなって、Nb炭化物相と共に耐摩耗性部材の凝固表面に偏在し易くなり、耐摩耗性部材の耐食性や耐摩耗性が低下する要因となる。
　また、Ti含有率は、前述したNb含有率との質量比Ti／Nbが0.0062以上0.063以下であることが好ましく、0.01以上0.05以下がより好ましい。質量比Ti／Nbが0.0062未満であると、塊状のNb炭化物相粒子が粗大化し易くなる。質量比Ti／Nbが0.063超であると、Ti酸化物粒子が粗大化し易くなって、Nb炭化物相と共に耐摩耗性部材の凝固表面に偏在し易くなる。
　W：0質量％超2.5質量％未満
　W成分は、本発明のCr基合金材料の必須成分（0質量％超）であり、母相に固溶して硬度を向上させる作用効果がある。W含有率は、0.5質量％以上がより好ましく、1質量％以上が更に好ましい。一方、W含有率は、2.5質量％未満が好ましく、2.3質量％以下がより好ましく、2.1質量％以下が更に好ましい。W含有率が2.5質量％以上になると、σ相を形成して延性・靭性の低下要因となる。
　C：0.6質量％以上2.5質量％以下
　C成分は、前述したNb成分と化合してNb炭化物相を生成・析出し、耐摩耗性部材の硬化・耐摩耗性向上に寄与する重要な成分である。また、C成分は、母相中に固溶しても耐摩耗性部材の硬化に寄与する作用効果もある。C含有率は、0.6質量％以上が好ましく、0.7質量％以上がより好ましい。C含有率が0.6質量％未満になると、耐摩耗性部材の硬化・耐摩耗性向上が不十分になる。一方、C含有率は、2.5質量％以下が好ましく、2質量％以下がより好ましく、1.5質量％以下が更に好ましい。C含有率が2.5質量％超になると、Cr炭化物相を過剰に生成・析出させて、耐摩耗性部材の耐食性が低下する要因となる。
　また、上述したように、C含有率は、Nb含有率との質量比C／Nbが0.11以上0.16以下であることが好ましく、0.12以上0.14以下がより好ましい。
　Mo：3質量％以下
　Mo成分は、Cr基合金材料の任意成分であり、母相に固溶して耐食性の向上に寄与する成分である。Moは必須成分ではないが（含有率0質量％でもよいが）、Mo含有の作用効果を確実に発揮させるには、Mo含有率は0.2質量％以上が好ましく、0.5質量％以上がより好ましく、1質量％以上が更に好ましい。一方、Mo含有率は、3質量％以下が好ましく、2.5質量％以下がより好ましく、2質量％以下が更に好ましい。Mo成分が3質量％超になると、σ相を形成して延性・靭性の低下要因となる。
　Mn：2質量％以下
　Mn成分は、Cr基合金材料の任意成分であり、硫黄や酸素と化合して該化合物の微細粒子を形成し、正の作用効果に寄与しない余剰分の硫黄や酸素を捕捉・安定化する役割（いわゆる、脱硫・脱酸素の役割）を担う成分である。硫黄や酸素を捕捉・安定化することにより、耐摩耗性部材の腐食性や延性・靭性の向上に寄与する。
　Mnは必須成分ではないが（含有率0質量％でもよいが）、Mn含有の作用効果を確実に発揮させるには、Mn含有率は0.05質量％以上が好ましい。一方、Mn含有率は、2質量％以下が好ましく、1質量％以下がより好ましく、0.5質量％以下が更に好ましい。Mn含有率が2質量％超になると、硫化物（例えばMnS）の粗大粒子を形成して耐摩耗性部材の耐食性や延性・靭性の低下要因になる。
　不純物：合計1質量％以下
　本発明のCr基合金材料における代表的な不純物としては、N、O、P、SおよびTaが挙げられる。次に、これら不純物について簡単に説明する。
　N：0.04質量％以下
　N成分は、Cr基合金材料の構成成分と化合して窒化物相（例えば、Cr窒化物相）の粗大粒子を形成した場合に、耐摩耗性部材の機械的特性（例えば、延性、靱性）を低下させる不純物成分である。一方、N含有率を0.04質量％以下に制御することで、母相中に固溶したり窒化物相の微細粒子を形成したりすることが可能になり、機械的特性（例えば、硬さ）を向上させる作用効果もある。
　O：0.02質量％以下
　O成分は、Cr基合金材料の構成成分と化合して酸化物相（例えば、Fe酸化物）の粗大粒子を形成した場合に、耐摩耗性部材の機械的特性（例えば、延性、靱性）を低下させる不純物成分である。一方、O含有率を0.02質量％以下に制御することで、酸化物相の微細粒子を形成することが可能になり、機械的特性（例えば、硬さ）を向上させる作用効果もある。
　P：0.04質量％以下
　P成分は、Cr基合金材料の結晶粒界に偏析し易く、機械的特性（例えば、延性、靱性）や結晶粒界の耐食性を低下させる不純物成分である。P含有率を0.04質量％以下に制御することで、それらの負の影響を抑制することができる。
　S：0.005質量％以下
　S成分は、Cr基合金材料の構成成分と化合して比較的低融点の硫化物（例えば、Fe硫化物）を生成し易く、耐摩耗性部材の機械的特性や耐食性を低下させる不純物成分である。S含有率を0.005質量％以下に制御することで、それらの負の影響を抑制することができる。
　Ta：0.2質量％以下
　Ta成分は、ニオブ鉱（例えば、パイロクロア）に含まれる成分の一種であり、Nb原料に混入し易い不純物成分である。Ta含有率が0.2質量％以下であれば、特段の悪影響はない。言い換えると、Ta成分は、積極的に含有させる成分ではないが、0.2質量％以下の含有は許容される成分である。
　追加的任意成分
　前述したように、本発明のCr基合金材料は、追加的任意成分として、Cu、Si、Sn、Alの一種以上を更に含んでもよい。次に、これら追加的任意成分について簡単に説明する。
　Cu：0.1質量％以上5質量％以下
　Cu成分は、Cr基合金材料における追加的任意成分の１つであり、耐食性の向上に寄与する成分である。Cuを含有する場合、その含有率は0.1質量％以上5質量％以下が好ましい。Cu含有率が0.1質量％未満になると、Cuに基づく作用効果が明確化しづらいだけである（特段の不具合は生じない）。一方、Cu含有率が5質量％超になると、Cu析出物を生成し易くなり、耐摩耗性部材の延性・靭性の低下要因になる。
　Si：0.1質量％以上1質量％以下
　Si成分も、Cr基合金材料における追加的任意成分の１つであり、脱酸素の役割を担う成分である。Siを含有する場合、その含有率は、0.1質量％以上1質量％以下が好ましい。Si含有率が0.1質量％未満になると、Siに基づく作用効果が明確化しづらいだけである（特段の不具合は生じない）。一方、Si含有率が1質量％超になると、酸化物（例えばSiO2）の粗大粒子を形成して耐摩耗性部材の延性・靭性の低下要因になる。
　Sn：0.02質量％以上0.3質量％以下
　Sn成分も、Cr基合金材料における追加的任意成分の１つであり、耐摩耗性部材の表面の不動態皮膜強化の役割を担い、耐食性（例えば、塩化物イオンや酸性の腐食環境に対する耐性）の向上に寄与する成分である。Snを含有する場合、その含有率は、0.02質量％以上0.3質量％以下が好ましい。Sn含有率が0.02質量％未満になると、Snに基づく作用効果が明確化しづらいだけである（特段の不具合は生じない）。一方、Sn含有率が0.3質量％超になると、Sn成分の粒界偏析を生じさせて耐摩耗性部材の延性・靱性の低下要因になる。
　Al：0.005質量％以上0.05質量％以下
　Al成分も、Cr基合金材料における追加的任意成分の１つであり、MnやSiと組み合わせることで脱酸素作用の向上に寄与する成分である。Alを含有する場合、その含有率は、0.005質量％以上0.05質量％以下が好ましい。Al含有率が0.005質量％未満になると、Alによる作用効果が明確化しづらいだけである（特段の不具合は生じない）。一方、Al含有率が0.05質量％超になると、酸化物や窒化物（例えば、Al2O3やAlN）の粗大粒子を形成して耐摩耗性部材の延性・靱性の低下要因になる。
　［耐摩耗性部材の微細組織］
　図１は、本発明における耐摩耗性部材の断面微細組織の一例を示す走査型電子顕微鏡（SEM）による反射電子像である。図１に示したように、本発明のCr基合金材料からなる耐摩耗性部材は、母相がフェライト相とオーステナイト相との混相からなり、該母相の中にNb炭化物相が分散析出している。
　SEM反射電子像を詳細に観ると、Nb炭化物相は、粒状および／または枝状の形状を有しており、母相全体に微細分散析出している様子が分かる。本発明における耐摩耗性部材は、Nb炭化物相の微細分散析出に起因して、優れた耐摩耗性を示すものと考えられる。
　耐摩耗性部材の断面微細組織を観察した際に、Nb炭化物相の析出量は、4面積％以上30面積％以下が好ましく、5面積％以上20面積％以下がより好ましい。Nb炭化物相の析出量が4面積％未満になると、耐摩耗性部材の耐摩耗性向上の効果が十分に得られない。一方、Nb炭化物相の析出量が30面積％超になると、粗大粒状のNb炭化物相が析出し易くなり、耐摩耗性部材の延性・靱性が不十分になる。なお、図１におけるNb炭化物相の析出量は5.0面積％である（GNU画像編集プログラム（GIMP、フリーソフトウェア）による測定）。
　［耐摩耗性部材および機械装置］
　図２Ａは、本発明に係る機械装置の一例である動力伝達装置を示す断面模式図である。図２Ａに示したように、本発明のCr基合金材料からなる第一歯車110および第二歯車120（それぞれ本発明に係る耐摩耗性部材）を組み合わせることで、摩耗耐久性に優れる歯車機構100が得られる。なお、図２Ａでは平歯車による歯車機構を示したが、本発明に係る動力伝達装置は、平歯車に限定されるものではなく、他の歯車（例えば、内歯車、はすば歯車、ねじ歯車、かさ歯車など）であってもよい。
　図２Ｂは、本発明に係る機械装置の他の一例である動力伝達装置を示す断面模式図である。図２Ｂに示したように、本発明のCr基合金材料からなるチェーンプレート210、チェーンピン210およびチェーンローラ230（それぞれ本発明に係る耐摩耗性部材の一種）を用いることで、摩耗耐久性に優れるローラーチェーン200が得られる。
　図２Ｃは、本発明に係る機械装置の他の一例であるバルブ装置を示す断面模式図である。図２Ｃに示したように、本発明のCr基合金材料からなる燃料噴射弁310および燃料噴射弁座体320（それぞれ本発明に係る耐摩耗性部材の一種）を用いることで、摩耗耐久性に優れる燃料噴射装置300が得られる。
　図２Ｄは、本発明に係る機械装置の一例であり、他のバルブ装置を示す断面模式図である。図２Ｄに示したように、本発明のCr基合金材料からなる弁体410および弁座420（それぞれ本発明に係る耐摩耗性部材の一種）を用いることで、摩耗耐久性に優れるバルブ装置400が得られる。バルブ装置400において、制御する流体物質に特段の限定はない。
　［耐摩耗性部材の製造方法］
　次に、本発明の耐摩耗性部材を製造する方法について簡単に説明する。
　図３は、本発明に係る耐摩耗性部材の製造方法の一例を示す工程図である。図３に示したように、まず、耐摩耗性部材の基となるCr基合金材料を用意する合金材料作製工程S1を行う。所望の耐摩耗性部材を形成できるCr基合金材料が得られる限り、合金材料作製工程S1の詳細手順に特段の限定はないが、例えば、所望の合金組成となるように原料を混合・溶解して溶湯を形成する原料混合溶解素工程S1aと、該溶湯を凝固／固化させてCr基合金材料を用意する合金凝固素工程S1bとを含む。
　原料混合溶解素工程S1aは、合金中の不純物成分の含有率をより低減する（合金を精錬する）ため、Cr基合金の溶湯を一旦凝固させて原料合金塊を形成する原料合金塊形成素工程の後に、該原料合金塊を再溶解して清浄化溶湯を用意する再溶解素工程を更に含んでいてもよい。合金の清浄度を高められる限り再溶解方法に特段の限定はないが、例えば、真空アーク再溶解（VAR）を好ましく利用できる。
　合金凝固素工程S1bは、次工程である成形加工工程S2で用いるのに適した形態（例えば、インゴット、粉末）のCr基合金材料が得られる限り、詳細手順に特段の限定はないが、例えば、鋳造法やアトマイズ法を好適に利用できる。
　Cr基合金材料としてロッド形状、ワイヤ形状、テープ形状のものを用意する場合、鋳造法を利用してCr基合金塊を形成する合金塊形成素工程を行った後に、所望形状のCr基合金材料となるように該合金塊に対して塑性加工を施す塑性加工素工程を行うことは好ましい。なお、Cr基合金材料として粉末を作製する場合、アトマイズ素工程（例えば、球形状粒子が得られるガスアトマイズや遠心力アトマイズ）の後に、所望の粒径範囲に整えるための分級素工程を行ってもよい。分級素工程は必須の工程ではないが、Cr基合金粉末の利用性向上の観点からは行うことが好ましい。
　つぎに、合金材料作製工程S1で得られたCr基合金材料を用いて、所望形状の成形加工体を形成する成形加工工程S2を行う。所望形状の成形加工体を形成できる限り、成形加工方法に特段の限定はない。例えば、Cr基合金材料がインゴットの場合、塑性加工（熱間加工、冷間加工など）や機械加工（打抜加工、切削加工など）を適宜利用できる。また、Cr基合金材料が粉末の場合、粉末冶金プロセスを好適に利用できる。
　つぎに、成形加工工程S2で形成したCr基合金の成形加工体に表面仕上げを施す表面仕上げ工程S3を行う。表面仕上げ方法に特段の限定はなく、従前の方法（例えば、研削加工や研磨加工など）を適宜利用できる。
　以下、実験例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。
　［実験１］
　（実施例１～４、比較例１および参照例１～２の作製）
　実施例１～４および比較例１では、合金原料を混合した後、水冷銅ハース上のアーク溶解法（減圧Ar雰囲気中）により合金塊（直径34 mm、約50 g）を作製した。このとき、合金塊均質化のために、合金塊の再溶解を6回繰り返した。また、参照例１～２では、市販のCo基合金粉末を用い、実施例１～４および比較例１と同様にして合金塊（直径34 mm、約50 g）を作製した。実施例１～４、比較例１および参照例１～２の名目合金組成を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例１～４は本発明の合金組成を満たすCr基合金材料であり、比較例１は本発明の合金組成から外れるCr基合金材料（W成分を含まない）であり、参照例１～２は市販のCo基合金材料である。不純物（N、O、P、S）に関しては、合計が0.1質量％以下であることを確認した上で、主成分の含有率（Bal.）に含めた。
　上記で用意した合金塊から板材（15 mm×20 mm×2 mm）を切り出し、表面研磨して実施例１～４、比較例１および参照例１～２の試験評価用試料を作製した。
　［実験２］
　（実施例１～４、比較例１および参照例１～２の性状調査）
　実験１で作製した実施例１～４、比較例１および参照例１～２の試験評価用試料に対して、微細組織観察とビッカース硬さの評価とを行った。
　（１）微細組織観察
　微細組織観察は、走査型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分析装置SEM-EDX（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、S-4300SE）を用いた。図４は、実施例２の試験評価用試料における断面微細組織の一例を示すSEM反射電子像であり、図５は、実施例３の試験評価用試料における断面微細組織の一例を示すSEM反射電子像である。なお、前述した図１は、実施例１の試験評価用試料のものである。
　図４および５に示した実施例２および３の試験評価用試料は、図１と同様に、母相がフェライト相（α相）とオーステナイト相（γ相）との混相からなり、該母相の中にNb炭化物相が分散析出している。Nb炭化物相は、粒状または枝状の形状を有している。Nb炭化物相の析出量は、実施例２が7.4面積％であり、実施例３が5.1面積％である（GNU画像編集プログラム（GIMP、フリーソフトウェア）による測定）。
　参照例１～２の試験評価用試料のCo基合金材料では、図示は省略するが、Nb成分を含有しないことからNb炭化物相は生成・析出せず、代わりにCr炭化物相が析出していることを確認した。
　（２）ビッカース硬さの評価
　耐摩耗性の指標として合金試料の硬さを試験・評価した。試験評価用試料に対してビッカース硬さ試験（JIS Z 2244（2009）に準拠）を行ってビッカース硬さ（HV）を測定した。マイクロビッカース硬度計（株式会社マツザワ製、AMT-X7FS）を用いて7点計測し（荷重：1 kgf、保持時間：10秒）、該7点のビッカース硬さのうちの最大値と最小値とを除いた5点の平均値を当該試料のビッカース硬さとした。
　ビッカース硬さに関しては、「440≦HV」の場合を「合格」と判定し、「HV＜440」の場合を「不合格」と判定した。結果を表２にまとめる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示したように、本発明に係る実施例１～４および参照例１～２は「合格」と判定される。一方、本発明の規定を外れる比較例１は「不合格」と判定さる。これらの結果から、本発明のCr基合金材料は、従来のCo基合金材料と同等の耐摩耗性を有すると考えられ、かつ当該Co基合金材料よりも低コスト化が可能になると言える。
　上述した実施形態や実験例は、本発明の理解を助けるために説明したものであり、本発明は、記載した具体的な構成のみに限定されるものではない。例えば、実施形態の構成の一部を当業者の技術常識の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に当業者の技術常識の構成を加えることも可能である。すなわち、本発明は、本明細書の実施形態や実験例の構成の一部について、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。
　100…歯車機構、110…第一歯車、120…第二歯車、200…ローラーチェーン、210…チェーンプレート、220…チェーンピン、230…チェーンローラ、300…燃料噴射装置、310…燃料噴射弁、320…燃料噴射弁座体、400…バルブ装置、410…弁体、420…弁座。

Claims (6)

  1. 　Cr基合金材料からなる耐摩耗性部材であって、
    前記Cr基合金材料は、
    40質量％超65質量％以下のCrと、
    15質量％以上40質量％以下のNiと、
    10質量％以上30質量％以下のFeと、
    5質量％以上16質量％以下のNbと、
    0.1質量％以上0.9質量％以下のTiと、
    0質量％超2.5％未満のWと、
    0.6質量％以上2.5質量％以下のCと、
    3質量％以下のMoと、
    2質量％以下のMnと、
    不純物と、を含む合金組成を有し、
    前記Nbと前記Tiとの質量比Ti／Nbが0.063以下である、
    ことを特徴とする耐摩耗性部材。
  2. 　請求項１に記載の耐摩耗性部材において、
    前記合金組成は、前記Niの含有率が前記Feの含有率よりも高く、
    前記Nbと前記Cとの質量比C／Nbが0.11以上0.16以下であり、
    前記質量比Ti／Nbが0.0062以上であることを特徴とする耐摩耗性部材。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の耐摩耗性部材において、
    前記Cr基合金材料は、フェライト相とオーステナイト相とを母相とし、粒状および／または枝状の形状を有するNb炭化物相が4面積％以上30面積％以下で析出していることを特徴とする耐摩耗性部材。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の耐摩耗性部材において、
    前記合金組成は、
    0.1質量％以上5質量％以下のCu、
    0.1質量％以上1質量％以下のSi、
    0.02質量％以上0.3質量％以下のSn、および
    0.005質量％以上0.05質量％以下のAlのうちの少なくとも一種を更に含むことを特徴とする耐摩耗性部材。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の耐摩耗性部材において、
    耐摩耗性部材が、摺動部材、転動部材またはバルブ部材であることを特徴とする耐摩耗性部材。
  6. 　摺動部材、転動部材またはバルブ部材を有する機械装置であって、
    前記摺動部材、前記転動部材または前記バルブ部材が、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の耐摩耗性部材であることを特徴とする機械装置。
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