WO2023219034A1 - フローティングシール材およびその製造方法 - Google Patents

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WO2023219034A1
WO2023219034A1 PCT/JP2023/017067 JP2023017067W WO2023219034A1 WO 2023219034 A1 WO2023219034 A1 WO 2023219034A1 JP 2023017067 W JP2023017067 W JP 2023017067W WO 2023219034 A1 WO2023219034 A1 WO 2023219034A1
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WO
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weight
floating seal
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less
seal material
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/017067
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English (en)
French (fr)
Inventor
次郎 岡戸
剛史 森崎
靖 藤原
Original Assignee
イーグル工業株式会社
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Publication date
Application filed by イーグル工業株式会社 filed Critical イーグル工業株式会社
Publication of WO2023219034A1 publication Critical patent/WO2023219034A1/ja

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member

Definitions

  • the present invention relates to a floating seal material and a method for manufacturing the same.
  • Floating seal devices are used as seals for track rollers of construction machinery or vehicles, and are used to prevent muddy water, dirt, etc. from entering the rollers, and to prevent lubricating oil filled inside the rollers from leaking to the outside. The purpose is to prevent leaks.
  • the floating seal device consists of a pair of fixed-side floating seal rings and rotating-side floating seal rings, and is installed on the outer periphery of the shaft in a state in which it does not contact the shaft, that is, in a state in which it floats from the shaft.
  • each of the floating seal rings on the stationary side and the rotating side has a sliding surface as an opposing surface that can be in sliding contact with each other, and is used in a state where they are opposed to each other via this sliding surface. be done.
  • the floating seal rings on the stationary side and the rotating side are respectively incorporated into the stationary side mechanism and the rotating side mechanism via O-rings, and both floating seal rings are connected via sliding surfaces. They are pressed together by the elastic force of the O-ring. Therefore, regardless of whether it is rotating or not, it is possible to create a seal between the stationary side mechanism and the rotating side mechanism, preventing muddy water, dirt, etc. from entering the roller, and preventing lubricating oil from leaking to the outside. This makes it possible to prevent
  • Patent Document 1 states that carbon, silicon, manganese, nickel, and chromium are essential components, and the content of each element is set within a specific range.
  • a cast iron material that has high hardness and excellent wear resistance and abrasive resistance by controlling the surface area, and a floating seal material made of this cast iron material.
  • an object of the present invention is to provide a floating seal material that maintains high hardness and has excellent moldability and seizure resistance, and a method for manufacturing the floating seal material.
  • the present inventors have conducted repeated studies to solve the above problems, and have discovered that the above problems can be solved by adjusting the ratio of elements in the material constituting the floating sealing material within a specific range, and have completed the present invention. I let it happen.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • [1] Contains at least Fe, C, Si, Mn, Cr, and Mo, The C content is 2.3% by weight or more and 3.8% by weight or less, the Si content is 0.7% by weight or more and 2.5% by weight or less, and the Mn content is 0.3% by weight.
  • Cr content is 3 wt% or more and 13 wt% or less, Mo content is 1.8 wt% or more and 15 wt% or less, and the balance is Fe and unavoidable impurities. is, Floating seal material.
  • M3C and M7C3 M is Fe, Si , Mn, Cr, or Mo
  • a carbide represented by M 6 C (M is Fe, Si, Cr, or Mo) composed of at least a part of the Fe, Si, Cr, or Mo and at least a part of the C.
  • the floating seal material according to [1] or [2].
  • It has a phase-separated structure in which at least one kind of dispersed phase is included in the matrix phase,
  • the dispersed phase includes a granular phase consisting of at least one kind of carbide represented by M 3 C, M 7 C 3 and M 6 C and having an average particle size of 1 ⁇ m or less, [2] Or the floating seal material according to [3].
  • a floating seal device comprising the floating seal material according to any one of [1] to [4].
  • [6] Contains at least Fe, C, Si, Mn, Cr, and Mo,
  • the C content is 2.3% by weight or more and 3.8% by weight or less
  • the Si content is 0.7% by weight or more and 2.5% by weight or less
  • the Mn content is 0.3% by weight.
  • Cr content is 3 wt% or more and 13 wt% or less
  • Mo content is 1.8 wt% or more and 15 wt% or less
  • the balance is Fe and unavoidable impurities.
  • a method for manufacturing a floating sealant including: [7] The method for manufacturing a floating seal material according to [6], wherein in the casting step, the molten metal is poured into the mold by a centrifugal casting method. [8] The method for manufacturing a floating seal material according to [6] or [7], which includes a step of cooling the mold to cool and solidify the molten metal after the casting step.
  • the present invention it is possible to provide a floating seal material that maintains high hardness and has excellent moldability and seizure resistance (particularly seizure resistance under high loads), and a method for manufacturing the floating seal material.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a floating seal device according to one embodiment. This is an electron micrograph showing an example of the structure of a floating sealant (photograph substituted for a drawing).
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of a floating seal material. 1 is an electron micrograph of floating sealants according to Examples 1 to 4 (photograph substituted for a drawing). 3 is an electron micrograph of floating sealants according to Examples 5 to 7 (photograph substituted for a drawing).
  • the floating seal material (hereinafter also simply referred to as "floating seal material") that is an embodiment of the present invention contains at least Fe, C, Si, Mn, Cr, and Mo,
  • the C content is 2.3% by weight or more and 3.8% by weight or less
  • the Si content is 0.7% by weight or more and 2.5% by weight or less
  • the Mn content is 0.3% by weight.
  • Cr content is 3 wt% or more and 13 wt% or less
  • Mo content is 1.8 wt% or more and 15 wt% or less
  • the balance is Fe and unavoidable impurities. is, It is a floating seal material.
  • the floating seal material contains C (carbon). By changing its content, C can control the amount of carbides constituting the chill structure, and C has the effect of promoting dendrite crystallization of crystal grains and adjusting the matrix structure. has.
  • the content of C in the floating seal material is not particularly limited as long as it is 2.3% by weight or more and 3.8% by weight or less, but it is preferably 2.5% by weight or more, and 2.7% by weight or more.
  • the content is more preferably 2.9% by weight or more, further preferably 3.6% by weight or less, more preferably 3.5% by weight or less, and 3.4% by weight or less. It is more preferable that it is the following.
  • the content of C When the content of C is below the above range, excellent formability tends not to be obtained, and when it exists as carbide crystals, the content of the carbide in the fine structure decreases, resulting in poor wear resistance. and the machinability of the base material tends to deteriorate.
  • the carbide crystal include M 3 C, M 7 C 3 , or M 6 C, and at least one of the carbides represented by M 3 C, M 7 C 3 , and M 6 C. (M is, for example, Fe, Cr, Si, Mn or Mo).
  • M is, for example, Fe, Cr, Si, Mn or Mo.
  • the floating seal material contains Si (silicon).
  • Si has the effect of liberating carbon from pig iron and promoting graphitization of cast iron after casting, and at the same time has the effect of converting crystal grains into dendritic or columnar crystals.
  • the content of Si in the floating seal material is not particularly limited as long as it is 0.7% by weight or more and 2.5% by weight or less, but it is preferably 1.0% by weight or more, and 1.5% by weight or more. It is more preferably 1.7% by weight or more, even more preferably 1.9% by weight or more, and preferably 2.4% by weight or less, 2.3% by weight or less. It is more preferably at most 2.2% by weight, even more preferably at most 2.2% by weight.
  • the floating seal material contains Mn (manganese).
  • Mn manganese sulfide
  • S sulfur
  • the content of Mn in the floating seal material is not particularly limited as long as it is 0.3% by weight or more and 1.3% by weight or less, but it is preferably 0.5% by weight or more, and 0.7% by weight or more.
  • the content is more preferably 0.9% by weight or more, further preferably 1.25% by weight or less, more preferably 1.20% by weight or less, and 1.15% by weight or less. More preferably, it is less than % by weight. If the Mn content is below the above range, there is a tendency that excellent hardness, moldability, and seizure resistance cannot be obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds the above range, there is a tendency that excellent formability and seizure resistance cannot be obtained, and the structure becomes noticeably finer, resulting in embrittlement of cast iron and poor machinability. tends to decrease.
  • the floating seal material contains Cr (chromium). Cr forms fine carbides with high hardness and has the effect of improving wear resistance and base strength.
  • the content of Cr in the floating seal material is not particularly limited as long as it is 3% by weight or more and 13% by weight or less, but it is preferably 6.5% by weight or more, and preferably 7.0% by weight or more. More preferably, it is 7.5% by weight or more, further preferably 8.0% by weight or more, and preferably 9.8% by weight or less, and 9.6% by weight or less. It is more preferable that the amount is 9.4% by weight or less. By setting it within this range, the Cr concentration in the main carbide increases, resulting in a harder carbide.
  • the floating seal material contains Mo (molybdenum).
  • Mo can form carbides (M 6 C) etc. in cast iron, and also forms a solid solution in the matrix to increase hardness.
  • Cr also forms carbides, but if the Cr content exceeds 10% by weight, oxides will be generated during atmospheric dissolution and formability will deteriorate, so it cannot be increased too much. If Cr is less than 10% by weight, seizure resistance is insufficient, and to compensate for this, Mo is added which can form M 6 C, which increases seizure resistance without deteriorating formability.
  • Mo is dissolved in solid solution in the base, and preferably in the metal part (martensite).
  • the content of Mo in the floating seal material is not particularly limited as long as it is 1.8% by weight or more and 15% by weight or less, but it is preferably 2.0% by weight or more, and 3.0% by weight or more. It is more preferably 4.0% by weight or more, even more preferably 5.0% by weight or more, and preferably 14.95% by weight or less.
  • Mo content is below the above range, there is a tendency that excellent hardness, moldability, and seizure resistance cannot be obtained.
  • Mo carbide is reduced, and hardness and wear resistance are reduced.
  • the content of Mo exceeds the above range, the cost will be high and it will be easy to break.
  • the floating seal material contains Fe.
  • Fe is included as a main constituent element, and the balance other than the above-mentioned C, Si, Mn, Cr, and Mo, and each element other than C, Si, Mn, Cr, and Mo, which may each be present at 1% by weight or less, is Configure.
  • Fe constitutes the balance other than C, Si, Mn, Cr, and Mo, and unavoidable impurities.
  • the floating sealant may contain unavoidable impurities.
  • the type of unavoidable impurities is not particularly limited, and may be elements other than the above-mentioned Fe, C, Si, Mn, Cr, and Mo, as well as specific optional components, such as P (phosphorus) or S (sulfur). Can be mentioned.
  • the content of each unavoidable impurity in the floating seal material is preferably as small as possible, preferably 0% by weight (below the detection limit), but it may not be 0% by weight or more as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • P has a tendency to combine with iron to form steadite (Fe 3 P), reducing the machinability of cast iron and making it brittle, so it is preferable to have a small amount.
  • the content of P in the floating seal material is preferably 0.5% by weight or less, more preferably 0.3% by weight or less, and 0% by weight (below the detection limit).
  • the content may be 0% by weight or more as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • S tends to raise the freezing point of cast iron, deteriorate the fluidity of the metal melt, and make the cast iron brittle after casting, so it is preferable that the amount of S is small. Therefore, the content of P in the floating seal material is preferably 0.1% by weight or less, more preferably 0.05% by weight or less, and even more preferably 0.02% by weight or less.
  • the content is preferably 0% by weight (below the detection limit), it may be 0% by weight or more as long as the effects of the present invention can be obtained.
  • the floating sealing material may further contain at least one kind selected from the group consisting of V and W as an optional component (also referred to as "specific optional component") within the range where the effects of the present invention can be obtained. .
  • These components may be contained in one type or in two or more types, but it is preferable that only one type of these components is contained.
  • an "arbitrary component (arbitrary element)" is a component (element) that may or may not be included.
  • the optional component may be included as an unavoidable impurity or as any other optional additive component.
  • the content of each specific optional component in the floating seal material is preferably 1% by weight or less, and preferably 0.9% by weight or less, from the viewpoint of ensuring excellent hardness, moldability, and seizure resistance.
  • the floating sealing material includes at least Fe, C, Si, Mn, Cr, and Mo,
  • the C content is 2.3% by weight or more and 3.8% by weight or less
  • the Si content is 0.7% by weight or more and 2.5% by weight or less
  • the Mn content is 0.3% by weight.
  • the content of Cr is 6% to 10% by weight
  • the content of Mo is 1.8% to 15% by weight
  • the content of V and W is not less than 1.3% by weight.
  • each amount is 1% by weight or less, and the remainder is Fe and unavoidable impurities; It can be expressed as a floating sealant.
  • At least a part of the above Fe, Si, Mn, Cr, or Mo, together with at least a part of the above C, are M 3 C and M 7 C 3 (M is Fe, Si, Mn, Cr, or Mo; , especially at least one type of carbide represented by Fe or Cr).
  • At least a part of the above Fe, Si, Cr, or Mo together with at least a part of the above C constitute a carbide represented by M 6 C (M is Fe, Si, Cr, or Mo). Good too.
  • M is Fe, Si, Cr, or Mo.
  • This carbide has a cubic crystal system, is harder than the carbide represented by M 3 C or M 7 C 3 , has excellent wear resistance, and also has excellent thermal conductivity.
  • the above M in the floating seal material may form M 6 C carbide, but it does not exist as a solid solution in the above M 3 C or M 7 C 3 carbide, or/and martensite. It's okay.
  • the floating sealing material preferably has a phase-separated structure in which at least one kind of dispersed phase is contained in the matrix phase (main phase, metal matrix), and the above-mentioned M 3 C, M 7 C 3 , It is preferable that a phase consisting of at least one kind of carbide represented by M 6 C and M 6 C is included. Moreover, it is preferable that the dispersed phase is granular and has an average particle size of 1 ⁇ m or less. Specifically, for example, when manufacturing a floating seal material in the shape of a floating seal ring, which will be explained in the section of the floating seal device below, the sliding surfaces 5 and 10 (see FIG. 1), which will be the seal surfaces, are refined.
  • the tissue is formed in a dispersed manner.
  • a fine structure is a structure in which dendritic cementite and fine carbide mainly composed of Cr are dispersed, and the base structure is selected from pearlite, bainite, and martensite. , or a mixed structure of these is preferable, a mixed structure of pearlite, bainite, and martensite is more preferable, a mixed structure mainly composed of martensite, and a mixed structure of pearlite and martensite mainly composed of martensite is preferable. It is even more preferable that there be.
  • the metal part (martensite) flows plastically, leading to seizure.
  • the formation of the above-mentioned refined structure on the sliding surface can be achieved by making the component composition of the cast iron the composition of this embodiment, and in particular, by adding Cr. By controlling the amount, it becomes possible to stabilize the chill depth of the chill structure that forms the fine structure.
  • the average particle size of the dispersed phase can be determined by, for example, observing the floating sealing material using an electron microscope, arbitrarily selecting 100 dispersed phases, and measuring the particle size of each dispersed phase, and then calculating the average value of these particles. It can be obtained by calculating.
  • the method of dispersing the carbide represented by M 3 C or M 7 C 3 and/or the M 6 C carbide in the material is not particularly limited, but for example, a method of forming the carbide by precipitating it by heat treatment can be mentioned.
  • each element constituting the above floating seal material can be controlled by adjusting the amount of each element in the raw material when manufacturing the floating seal material.
  • the constituent elements of the above-mentioned floating sealing material can be analyzed by emission spectrometry.
  • the structure of martensite or the like in the floating seal material is determined by structure observation (for example, structure observation using a scanning electron microscope (SEM)) and hardness measurement.
  • FIG. 2 shows an example of a photograph of the structure of the floating seal material observed with a scanning electron microscope.
  • fine particles of M 3 C, M 7 C 3 , or M 6 C are dispersed in the main metal matrix phase (martensite) with an average particle size of 1 ⁇ m or less.
  • FIG. 3 A diagram for explaining the structure of each phase in the structure shown in FIG. 2 is shown in FIG. 3 (M in FIG. 3 is the same as M described above). Note that the organization in FIG. 3 is not described in correspondence to the organization in FIG. 2. Figure 3 shows that there are a phase of “M 3 C (or M 7 C 3 )” and a phase of “M 7 C 3 (or M 3 C),” but this , indicating that one phase is M 3 C and the other phase is M 7 C 3 . Note that the types of M in each phase in FIG. 3 may be the same or different. As shown in FIG. 3, when fine carbides are dispersed in martensite, the strength of martensite is increased and the seizure resistance is improved. Note that FIG.
  • Example 2 is a photograph of the structure of a floating seal material according to Example 1, which will be described later, observed with a scanning electron microscope.
  • the above-mentioned average particle diameter when the observation object is not circular, it may be the diameter of a circle having the same area (including approximately the same area) as the observation object.
  • the shape of the floating seal material is not particularly limited, and any known shape may be adopted, for example, a ring shape that can be applied as a known floating seal ring.
  • the size of the floating seal material can be changed as appropriate depending on the purpose.
  • the thickness at the innermost diameter part of the ring can also be changed as appropriate depending on the purpose.
  • the floating seal material according to this embodiment may be expressed as a floating seal material made of a cast iron material that satisfies the conditions for the above constituent elements.
  • the "floating seal material" in the above description of the constituent elements can be replaced with "cast iron material.”
  • the hardness of the floating seal material is not particularly limited, but is usually 64 HRC or higher, preferably 65 HRC or higher, more preferably 67 HRC or higher, and even more preferably 68 HRC or higher in terms of Rockwell hardness HRC. .
  • the hardness of the floating seal material can be measured using a Rockwell hardness meter.
  • the material (cast iron material) constituting the floating seal material described above can be suitably used not only for floating seal applications but also for other applications where hardness, formability, and seizure resistance are required.
  • the method for manufacturing the above floating seal material is not particularly limited, and any known method can be applied.
  • An example of a method for manufacturing a floating seal material is a method for manufacturing a floating seal material (also simply referred to as a "method for manufacturing a floating seal material") which is another embodiment of the present invention.
  • Si, Mn, Cr, and Mo The C content is 2.3% by weight or more and 3.8% by weight or less, the Si content is 0.7% by weight or more and 2.5% by weight or less, and the Mn content is 0.3% by weight.
  • a molten metal preparation step for preparing a molten metal a casting step of casting the molten metal into a mold;
  • a method for manufacturing a floating sealing material comprising: Conditions such as the content of each component constituting the molten metal can be similarly applied to the conditions such as the content of each component in the explanation of the structure of the floating sealing material described above, including specific optional components. An example of this manufacturing method will be described in detail below.
  • the method for manufacturing a floating sealing material includes a molten metal preparation step of preparing the molten metal described above.
  • the method of preparing the molten metal is not particularly limited, and for example, raw materials may be prepared so that each of the above elements has the content within the above range, and these raw materials are put into a melting furnace, etc., and heated to a temperature at which the raw materials melt. Examples include a method of obtaining a molten metal bath (molten metal) by heating.
  • the form of the raw material is not particularly limited, and examples include coke, pig iron, and ferroalloy.
  • the heating temperature is not particularly limited as long as it can melt the raw materials.
  • the heating time is not particularly limited.
  • the heating atmosphere is not particularly limited and may be air, but preferably an inert gas such as argon gas or nitrogen gas. Furthermore, by using the molten metal having the composition according to the present embodiment, it is possible to use a molten metal with a smaller amount of Cr than a molten metal used for manufacturing general high-Cr casting (approximately 13% by weight or more). As a result, the melting point of the material can be lowered, improving moldability and melt flow.
  • the method for manufacturing a floating sealing material includes a casting step of casting the molten metal obtained in the above-mentioned molten metal preparation step into a mold.
  • the method of casting the molten metal into the mold is not particularly limited, and for example, a centrifugal casting method can be adopted.
  • the method of casting molten metal into a metal mold (mold) using the centrifugal casting method is not particularly limited, and any known method can be applied. Further, the rotation speed of centrifugal casting is not particularly limited.
  • the shape of the mold is not particularly limited, and the size can be selected depending on the size of the desired floating sealant, and known materials can be used.
  • the floating seal material when the floating seal material is manufactured as a floating seal ring, if there is deposits similar to molten metal slag components containing a large amount of Si, Cr, and Mn on the inner diameter of the ring, it is assumed that casting was performed by centrifugal casting. be able to. Further, if the grain size of carbide in the finally obtained floating seal material is small and dispersed throughout the structure, it can be inferred that casting was performed by centrifugal casting.
  • the method for manufacturing a floating seal material may include, after the above-mentioned casting step, a cooling step of cooling the mold to cool and solidify the molten metal cast into the mold.
  • the method of cooling is not particularly limited, and examples include cooling by leaving it as it is, cooling using a blower or cooler, cooling by pouring into liquid such as water, etc.
  • methods for forcibly and preferentially cooling the sliding surface position include, for example, cooling the sliding surface by flowing a refrigerant near the sliding surface position, or cooling the sliding surface in a casting method such as centrifugal casting. Examples include a method of arranging the mold so that the position is preferentially cooled.
  • the sliding surfaces of the floating seal ring can be cooled. It becomes possible to form a fine structure.
  • the cooling rate of the mold into which the molten metal is cast is not particularly limited, and is 300° C./min. It is preferably at least 500°C/min, more preferably at least 500°C/min, and preferably at most 700°C/min. If the cooling rate is too slow or too fast, the above-mentioned fine structure tends to be difficult to form, so the cooling rate is preferably within the above range. In the embodiment of FIG. 1, it is important that the above-mentioned cooling conditions form the above-mentioned fine structure on the sliding surfaces 5 and 10.
  • cooling under the above conditions does not allow the formation of the above-mentioned fine structure. It is sufficient to carry out the process up to a temperature of about 400 to 500°C. That is, the cooling conditions after the fine structures are formed on the sliding surfaces 5 and 10 are not particularly limited and may be determined as appropriate. Furthermore, under the above cooling conditions, the sliding surface has a fine structure in which dendritic cementite and fine carbides mainly composed of Cr are dispersed, thereby making it possible to improve the strength and hardness of cast iron. In particular, since fine cementite and fine carbides mainly composed of Cr are formed, it effectively prevents the shedding of coarse cementite and ablation wear caused by brittle structures, such as those found in white pig iron. be able to.
  • the cooling rate (°C/min) at the sliding surface position of the floating seal material in Fig. 1 is set as C R 1
  • the cooling rate at other parts other than the sliding surface position is (°C/min) as C R 2, preferably 1 ⁇ C R 1/C R 2 ⁇ 2.5, more preferably 1 ⁇ C R 1/C R 2 ⁇ 2.0, even more preferably The relationship may be 1 ⁇ C R 1/C R 2 ⁇ 2.0.
  • the aspect of the floating seal device is not particularly limited, and as an example, it may include an annular fixed-side housing fixed to a fixed shaft, and an annular rotating-side housing that rotates concentrically with respect to the fixed shaft, A pair of floating seal rings are arranged inside the housing and the rotating side housing with an annular gap with respect to the fixed shaft and slide against each other (hereinafter, floating seal rings arranged on the fixed housing side are referred to as "fixed side").
  • floating seal ring also referred to as a "floating seal ring”, and a floating seal ring disposed on the side of the rotating side housing is also referred to as a "rotating side floating seal ring”
  • floating seal devices such as floating seals, especially floating seal rings.
  • FIG. 1 the configuration of a floating seal device taken as an example will be explained using FIG. 1.
  • the floating seal device according to this embodiment is not limited to this configuration.
  • the floating seal device shown in FIG. 1 has a pair of fixed-side floating seal ring 2 and rotating-side floating seal ring 7, and each floating seal ring is attached to the outer periphery of shaft 20 in a state in which it does not contact shaft 20, that is, a shaft It is installed floating from 20.
  • the fixed side floating seal ring 2 is combined with the fixed housing 12 via an O-ring 18, while the rotating side floating seal ring 7 is combined with the rotating housing 15 via an O-ring 19. There is.
  • the fixed-side floating seal ring 2 has an annular structure with an inner diameter larger than the outer diameter of the shaft 20, and a groove 3 of a predetermined depth is provided on the outer peripheral surface.
  • the bottom surface of this groove 3 is formed with a tapered surface 4 that gradually approaches the shaft 20 as it moves away from the rotating side floating seal ring 7.
  • the rotating side floating seal ring 7 also has an annular structure with an inner diameter larger than the outer diameter of the shaft 20, and a groove 8 of a predetermined depth is provided on the outer peripheral surface. , a tapered surface 9 is formed.
  • the fixed-side floating seal ring 2 and the rotating-side floating seal ring 7 have a sliding surface 5 and a sliding surface 10, respectively, on the outer peripheral side of their opposing surfaces, and both floating seal rings each have a sliding surface 5 and a sliding surface 10, respectively. 5 and the sliding surface 10 are interposed therebetween.
  • a tapered surface 11 is formed on the inner circumferential portion of the surface of the rotating floating seal ring 7 facing the stationary floating seal ring 2 that is continuous with the sliding surface 10.
  • the fixed housing 12 is fixed to one end of the shaft 20, and its inner circumferential surface surrounds the outer circumferential surface of the fixed floating seal ring 2.
  • a groove 13 of a predetermined depth is provided on the inner peripheral surface of the fixed housing 12, and this groove 13 has a tapered surface 14 that slopes in the same direction as the bottom surface of the groove 3 on the outer peripheral surface of the fixed side floating seal ring 2. is formed.
  • the rotating housing 15 is rotatably provided at the other end of the shaft 20 via a bearing (not shown), and its inner circumferential surface surrounds the outer circumferential surface of the rotating side floating seal ring 7.
  • a groove 16 of a predetermined depth is provided on the inner peripheral surface of the rotating housing 15 over the entire circumference, and this groove 16 extends in the same direction as the bottom surface of the groove 8 on the outer peripheral surface of the rotating side floating seal ring 7.
  • a tapered surface 17 is formed.
  • the fixed side floating seal ring 2 and the fixed housing 12, and the rotating side floating seal ring 7 and the rotating housing 15 are combined via an O-ring 18 and an O-ring 19, respectively.
  • 18 and 19 are made of an elastic material. Due to the elastic force of the O-rings 18 and 19, the stationary side floating seal ring 2 and the rotating side floating seal ring 7 are pressed together via the sliding surfaces 5 and 10, and both sliding surfaces The moving surfaces 5 and 10 are configured to be sealed regardless of whether the rotary housing 15 is rotating or not.
  • the floating seal device 1 having the fixed-side and rotating-side floating seal rings 2 and 7 described above can be suitably used, for example, as a seal for a track roller of a construction machine or a vehicle.
  • the measurement sample is held in an environment similar to the environment to be measured for 48 hours or more before measurement.
  • the measurement temperature, measurement humidity, and measurement pressure are normal temperature (22 ⁇ 2°C), normal humidity (60 ⁇ 5%RH), and normal pressure (atmospheric pressure) unless otherwise specified. .
  • the rotating test piece was rotated at a rotational speed of 1 to 5 m/s, and as a result, those that did not cause seizure (rapid increase in torque, rapid temperature rise) were designated as "A”, and seizure occurred.
  • the item was rated as "B”.
  • the evaluation results are shown in Table 1.
  • the dispersed phase has a phase-separated structure in which at least one type of dispersed phase is included in the matrix phase, and the dispersed phase is composed of any one of M 3 C, M 7 C 3 , and M 6 C, and has an average particle size of 1 ⁇ m or less. It was confirmed that a granular phase was included. Specifically, as shown in Table 2, it was confirmed that three types of carbide phases and matrices were present. In Table 2, the "fine phase” is a granular phase with an average particle size of 1 ⁇ m or less. In addition, in some examples, there were cases in which Phase 1 satisfied the condition that the average particle size was 1 ⁇ m or less. Further, in Example 5, both phase 2 and phase 3 are M 3 C, which indicates that two M 3 C having different compositions were present. The present inventors speculate that the reason why M 7 C 3 does not exist in Example 5 is because the amount of Cr is small.

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Abstract

少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である、フローティングシール材。

Description

フローティングシール材およびその製造方法
　本発明は、フローティングシール材およびその製造方法に関する。
　フローティングシール装置は、建設機械、又は車両等のトラックローラー用のシールとして使用され、ローラー内部への泥水や土砂等の侵入を防止すること、およびローラー内部に充填されている潤滑油の外部への漏洩を防止することを目的としている。フローティングシール装置は、一対の固定側フローティングシールリングおよび回転側フローティングシールリングからなり、シャフトの外周に、シャフトに接触しない状態、すなわち、シャフトから浮いた状態で設置される。また、上記固定側および回転側の各フローティングシールリングは、それぞれ対向面として、互いに摺動接触可能な摺動面を有しており、この摺動面を介し、相互に対向させた状態で使用される。
　上記固定側および回転側の各フローティングシールリングは、Ｏ－リングを介し、それぞれ、固定側の機構、および回転側の機構に組み込まれており、両フローティングシールリングは、摺動面を介して、Ｏ－リングの弾性力により、圧接されている。したがって、回転時、非回転時に関わらず、固定側の機構と回転側の機構との間のシールをすることができ、ローラー内部への泥水や土砂等の侵入、および潤滑油の外部への漏洩を防止することが可能となる。
　このようなフローティングシールリングを構成する材料には様々な特性が要求され、例えば、特許文献１には、炭素、珪素、マンガン、ニッケル、及びクロムを必須成分として各元素の含有量を特定の範囲で制御することで、硬度が高く、耐摩耗特性や耐アブレーシブ性に優れた鋳鉄材およびこの鋳鉄材で構成されたフローティングシール材が開示されている。
特開２００５－２４００６５号公報
　上述したように、フローティングシール材には様々な特性が要求され、特許文献１において要求される特性に優れる材料のみならず、高い硬さを維持しつつ、成形性や耐焼き付き性に優れる材料の開発も望まれている。本発明者らの検討により、特許文献１に開示されるＮｉ（ニッケル）ハード鋳鉄では、高負荷用途では焼付きが生じてしまい、これらの特性を満足するものが得られないことが分かった。具体的には、特許文献１のＮｉハード鋳鉄では、化学的安定が比較的低く、また、硬さが低いため、耐焼付き性が低い。また、残留オーステナイトが数％含まれるため、この点からも耐焼付き性が低くなる。さらに、マルテンサイトも比較的高負荷となると塑性流動して焼付きが発生してしまう。また、焼付きを抑制するためには、高Ｃｒ（クロム）鋳鉄を用いることが知られているが、Ｃｒを多量に含有するため、製造段階における大気溶解中の酸化物の生成が激しい。よって、溶湯内の酸素含有量も多くなり、最終的に得られる成形体に酸化物の巻き込みやピンホール等の鋳造欠陥が発生しやすくなり、成形性が低くなる。
　そこで本発明では、高い硬さを維持しつつ、成形性及び耐焼き付き性に優れるフローティングシール材、および該フローティングシール材の製造方法を提供することを課題とする。
　本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ね、フローティングシール材を構成する材料中の元素の比率を特定の範囲に調整することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
　即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］　少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である、
　フローティングシール材。
［２］　前記Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部と前記Ｃの少なくとも一部とで構成されるＭ３ＣおよびＭ７Ｃ３（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏ）で表される炭化物のうち少なくとも１種を含む、［１］に記載のフローティングシール材。
［３］　前記Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部と前記Ｃの少なくとも一部とで構成されるＭ６Ｃ（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏ）で表される炭化物を含む、［１］又は［２］に記載のフローティングシール材。
［４］　マトリクス相中に少なくとも１種の分散相が含まれる相分離構造を有し、
　前記分散相として、前記Ｍ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、およびＭ６Ｃで表される炭化物のうち少なくとも１種からなり、平均粒径が１μｍ以下である粒状の相が含まれる、［２］又は［３］に記載のフローティングシール材。
［５］　［１］～［４］のいずれかに記載のフローティングシール材を含む、フローティングシール装置。
［６］　少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である溶湯を準備する溶湯準備工程、
　前記溶湯を金型に鋳込む鋳込工程、
　を含むフローティングシール材の製造方法。
［７］　前記鋳込工程において、前記金型への前記溶湯の鋳込みが、遠心鋳造法により行われる、［６］に記載のフローティングシール材の製造方法。
［８］　前記鋳込工程の後に、前記金型を冷却して前記溶湯を冷却固化させる工程を含む、［６］又は［７］に記載のフローティングシール材の製造方法。
　本発明により、高い硬さを維持しつつ、成形性や耐焼き付き性（特に、高負荷における焼付き性）に優れるフローティングシール材、および該フローティングシール材の製造方法を提供することができる。
一実施形態に係るフローティングシール装置の断面図である。 フローティングシール材の組織の一例を示す電子顕微鏡写真である（図面代用写真）。 フローティングシール材の組織を説明するための図である。 実施例１～４に係るフローティングシール材の電子顕微鏡写真である（図面代用写真）。 実施例５～７に係るフローティングシール材の電子顕微鏡写真である（図面代用写真）。
　以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
　本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味し、「Ａ～Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下であることを意味する。
　また、本明細書では複数の実施形態を説明するが、適用できる範囲で各実施形態における種々の条件を互いに適用し得る。
＜フローティングシール材の構成＞
　本発明の一実施形態であるフローティングシール材（以下、単に「フローティングシール材」とも称する。）は、少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である、
　フローティングシール材である。
　フローティングシール材はＣ（炭素）を含む。Ｃは、その含有量を変化させることにより、チル組織を構成する炭化物の量を制御することができ、また、Ｃは、結晶粒の樹状晶化を促進し、母材組織を調整する効果を有する。
　フローティングシール材中のＣの含有量は、２．３重量％以上、３．８重量％以下であれば特段制限されないが、２．５重量％以上であることが好ましく、２．７重量％以上であることがより好ましく、２．９重量％以上であることがさらに好ましく、また、３．６重量％以下であることが好ましく、３．５重量％以下であることがより好ましく、３．４以下であることがさらに好ましい。Ｃの含有量が上記範囲を下回ると、優れた成形性が得られなくなる傾向があり、また、炭化物の結晶として存在する場合、微細化組織中の該炭化物の含有量が少なくなり、耐摩耗性や母材の被削性が悪化する傾向にある。この炭化物の結晶としては、例えば、Ｍ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、又はＭ６Ｃが挙げられ、Ｍ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、およびＭ６Ｃで表される炭化物のうち少なくとも１種からなることが好ましい（Ｍは、例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ又はＭｏ）。一方で、Ｃの含有量が上記範囲を上回ると、優れた成形性が得られなくなる傾向があり、また、チル組織中の炭化物セメンタイトが粗大化し、微細化組織中に再溶融による巣が生じ易くなり、さらに、黒鉛量が多くなり、鋳鉄の強度が低下する傾向にある。
　フローティングシール材はＳｉ（珪素）を含む。Ｓｉは、銑鉄中から炭素を遊離させ、鋳造後の鋳鉄の黒鉛化を促進する効果を有すると同時に、結晶粒を樹状晶化または柱状晶化する効果を有する。
　フローティングシール材中のＳｉの含有量は、０．７重量％以上、２．５重量％以下であれば特段制限されないが、１．０重量％以上であることが好ましく、１．５重量％以上であることがより好ましく、１．７重量％以上であることがさらに好ましく、１．９重量％以上であることが特に好ましく、また、２．４重量％以下であることが好ましく、２．３重量％以下であることがより好ましく、２．２重量％以下であることがさらに好ましい。Ｓｉの含有量が上記範囲を下回ると、優れた成形性が得られなくなる傾向があり、また、母材の硬化が促進せず、母材自体が微細化し、被削性が著しく低下する傾向にある。一方で、Ｓｉの量が上記範囲を上回ると、優れた硬さ、成形性、及び耐焼き付き性が得られなくなる傾向があり、また、炭素の遊離が過剰に進行し、靱性が低下する傾向にある。
　フローティングシール材はＭｎ（マンガン）を含む。Ｍｎは、不純物としてＳ（硫黄）が含まれる場合、Ｓと化合して硫化マンガンを形成し、鋳鉄中へのＳの混入による悪影響を抑制する効果、組織を微細化する効果、およびＮｉが含まれる場合、Ｎｉ添加により生じ得る黒鉛化を抑制し、基地を改善する効果を有する。
　フローティングシール材中のＭｎの含有量は、０．３重量％以上、１．３重量％以下であれば特段制限されないが、０．５重量％以上であることが好ましく、０．７重量％以上であることがより好ましく、０．９重量％以上であることがさらに好ましく、また、１．２５重量％以下であることが好ましく、１．２０重量％以下であることがより好ましく、１．１５重量％以下であることがさらに好ましい。Ｍｎの含有量が上記範囲を下回ると、優れた硬さ、成形性、及び耐焼き付き性が得られなくなる傾向がある。一方で、Ｍｎの含有量が上記範囲を上回ると、優れた成形性、及び耐焼き付き性が得られなくなる傾向があり、また、組織の微細化が顕著に起こり、鋳鉄が脆化したり、切削性が低下したりする傾向にある。
　フローティングシール材はＣｒ（クロム）を含む。Ｃｒは、高硬度で微細な炭化物を形成し、耐摩耗特性や基地強度を向上させる効果を有する。
　フローティングシール材中のＣｒの含有量は、３重量％以上、１３重量％以下であれば特段制限されないが、６．５重量％以上であることが好ましく、７．０重量％以上であることがより好ましく、７．５重量％以上であることがさらに好ましく、８．０重量％以上であることが特に好ましく、また、９．８重量％以下であることが好ましく、９．６重量％以下であることがより好ましく、９．４重量％以下であることがさらに好ましい。この範囲とすることにより、主要な炭化物中のＣｒ濃度が増してより硬い炭化物となる。Ｃｒの含有量が上記範囲を下回ると、優れた硬さ、及び耐焼き付き性が得られなくなる傾向がある。一方で、Ｃｒの含有量が上記範囲を上回ると、優れた成形性が得られなくなる傾向があり、また、大気溶解中の酸化物の生成が激しく、溶湯内の酸素含有量も多くピンホール、及び酸化物の巻き込み等の鋳造欠陥が発生しやすくなる傾向がある。
　フローティングシール材はＭｏ（モリブデン）を含む。Ｍｏは、鋳鉄中で炭化物（Ｍ６Ｃ）等を形成し得るとともに基地中にも固溶して硬さを増す。Ｃｒも炭化物を形成するがＣｒの含有量が１０重量％を超えると大気溶解中に酸化物を生成して成形性を悪化させるためあまり多くできない。Ｃｒが１０重量％以下では耐焼き付き性が不十分でありこれを補うため，成形性を悪化させずに耐焼き付き性を増すＭ６Ｃを形成し得るＭｏを入れる。
　Ｍｏは、上述したように、基地中に固溶するが、好ましくは、金属部（マルテンサイト）に固溶する。Ｍｏがマルテンサイトに固溶すると、格子を歪ませていわゆる固溶強化して高硬度化する。
　フローティングシール材中のＭｏの含有量は、１．８重量％以上、１５重量％以下であれば特段制限されないが、２．０重量％以上であることが好ましく、３．０重量％以上であることがより好ましく、４．０重量％以上であることがさらに好ましく、５．０重量％以上であることが特に好ましく、また、１４．９５重量％以下であることが好ましい。Ｍｏの含有量が上記範囲を下回ると、優れた硬さ、成形性、及び耐焼き付き性が得られなくなる傾向がある。また、Ｍｏの含有量が上記範囲を下回ると、Ｍｏ炭化物が少なくなり、硬さ及び耐摩耗性が低下する。また、Ｍｏの含有量が上記範囲を上回ると、高コストとなり、割れやすくなる。
　フローティングシール材はＦｅを含む。Ｆｅは主たる構成元素として含まれ、上記のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏ、並びにそれぞれ１重量％以下で存在し得るＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏ以外の各元素以外の残部を構成する。好ましくは、Ｆｅは、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｏ、並びに不可避不純物以外の残部を構成する。
　フローティングシール材は、不可避不純物が含まれ得る。不可避不純物の種類は特段制限されず、上記のＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏ、並びに特定任意成分以外の元素であってよく、例えば、Ｐ（リン）又はＳ（硫黄）等が挙げられる。フローティングシール材中の各不可避不純物の含有量は、少ない方が好ましく、０重量％（検出限界未満）であることが好ましいが、本発明の効果が得られる範囲で、０重量％以上であってもよく、０．００１重量％以上であってもよく、０．００５重量％以上であってもよく、０．０１重量％以上であってもよく、また、１重量％以下であり、０．５重量％以下であることが好ましく、０．３重量％以下であることがより好ましく、０．１重量％以下であることがさらに好ましく、０．０５重量％以下であることが特に好ましく、０．０２重量％以下であることが殊更特に好ましい。
　特に、Ｐは、鉄と化合してステダイト（Ｆｅ３Ｐ）を形成し、鋳鉄の切削性を減少させたり、鋳鉄を脆くしたりする傾向があるため少ないことが好ましい。よって、フローティングシール材中のＰの含有量は、０．５重量％以下であることが好ましく、０．３重量％以下であることがより好ましく、また、０重量％（検出限界未満）であることが好ましいが、本発明の効果が得られる範囲で、０重量％以上であってもよい。
　また、Ｓは、鋳鉄の凝固点を高くし、金属溶浴の流動性を悪化させたり、鋳造後の鋳鉄を脆くしたりする傾向があるため少ないことが好ましい。よって、フローティングシール材中のＰの含有量は、０．１重量％以下であることが好ましく、０．０５重量％以下であることがより好ましく、０．０２重量％以下であることがさらに好ましく、また、０重量％（検出限界未満）であることが好ましいが、本発明の効果が得られる範囲で、０重量％以上であってもよい。
　フローティングシール材は、更に、本発明の効果が得られる範囲で任意成分（「特定任意成分」とも称する。）として、Ｖ、およびＷからなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。これらの成分は１種のみで含まれてもよく、２種以上で含まれていてもよいが、１種のみで含まれることが好ましい。本明細書において「任意成分（任意元素）」は、含まれていても、含まれていなくともよい成分（元素）である。該任意成分は、不可避不純物として含まれてもよく、それ以外の任意の添加成分として含まれてもよい。
　フローティングシール材中の各特定任意成分の含有量は、優れた硬さ、成形性、及び耐焼き付き性を確保する観点から、１重量％以下であることが好ましく、０．９重量％以下であってもよく、また、０重量％（検出限界未満）であってもよく、０重量％（検出限界未満）以上であってもよく、０重量％（検出限界未満）超であってもよい。
　上記の任意成分を不可避不純物と分けて扱い、各成分の含有量が１重量％以下であることを表す場合、本実施形態に係るフローティングシール材は、少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が６重量％以上１０重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、Ｖ、およびＷの含有量がそれぞれ１重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である、
　フローティングシール材と表すことができる。
　上記のＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部は、上記のＣの少なくとも一部とともにＭ３Ｃ及びＭ７Ｃ３（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏであり、特には、Ｆｅ又はＣｒ）で表される炭化物のうち少なくとも１種を構成していてもよい。
　上記のＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部は、上記のＣの少なくとも一部とともにＭ６Ｃ（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏ）で表される炭化物を構成していてもよい。この炭化物は、晶系が立方晶であり、上記のＭ３Ｃ又はＭ７Ｃ３で表される炭化物よりも硬く耐摩耗性に優れ、また、熱伝導性にも優れる。
　なお、フローティングシール材中の上記のＭは、Ｍ６Ｃ炭化物を形成してもよいが、上記のＭ３Ｃ又はＭ７Ｃ３炭化物中、又は／及びマルテンサイト中に固溶されて存在してもよい。
　フローティングシール材は、マトリクス相（主相、金属マトリクス）中に少なくとも１種の分散相が含まれる相分離構造を有することが好ましく、この分散材として、上記のＭ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、およびＭ６Ｃで表される炭化物のうち少なくとも１種からなる相が含まれることが好ましい。また、分散相は、粒状であり、平均粒径が１μｍ以下であることが好ましい。具体的には、例えば、フローティングシール材を後述のフローティングシール装置の項で説明するフローティングシールリングの形状で製造する場合、それぞれシール面となる摺動面５及び１０（図１参照）に微細化組織が分散して形成されることが好ましい。基地硬さを向上させる観点から、このような微細化組織としては、樹枝状セメンタイトとＣｒを主とする微細炭化物とが分散し、かつ、基地組織が、パーライト、ベイナイト及びマルテンサイトから選ばれる組織、又はこれらの混合組織であることが好ましく、パーライト、ベイナイトおよびマルテンサイトの混合組織マルテンサイトを主体とする混合組織であることがより好ましく、マルテンサイトを主体とするパーライトとマルテンサイトの混合組織であることがさらに好ましい。
　通常、金属部（マルテンサイト）が塑性流動して焼き付きに至る。しかし、マルテンサイト中に微細炭化物が分散しているとマルテンサイトの強度を増し、耐焼き付き性が向上する。
　なお、図１の態様においては、摺動面に上述した微細化組織を形成することは、鋳鉄を構成する成分組成を本実施形態の組成とすることにより達成可能であり、特に、Ｃｒの添加量を制御することにより、微細化組織を形成するチル組織のチル深さの安定化を図ることが可能となる。
　また、分散相の平均粒径は、例えば、電子顕微鏡を用いてフローティングシール材を観察し、１００個の分散相を任意に選定して各分散相の粒径を測定した後、これらの平均値を算出して求めることができる。
　Ｍ３Ｃ又はＭ７Ｃ３で表される炭化物又は／及びＭ６Ｃ炭化物を材料中に分散させる方法は特段制限されないが、例えば、熱処理により析出させて形成する方法が挙げられる。
　上記のフローティングシール材を構成する各元素の含有量は、フローティングシール材を製造する際の原料中の各元素の量を調整することにより制御することができる。
　また、上記のフローティングシール材の構成元素は、発光分光分析で分析することができる。
　また、上記のフローティングシール材中のマルテンサイト等の組織は、組織観察（例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた組織観察）、硬さ測定で判定する。
　フローティングシール材の組織を走査型電子顕微鏡で観察した写真の一例を図２に示す。図２の組織では、主となる金属マトリクス相（マルテンサイト）中に微細なＭ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、Ｍ６Ｃのいずれかが平均粒径１μｍ以下で分散している。この図２のような組織における各相の構成を説明するための図を図３に示す（図３におけるＭは、上述したＭと同様である）。なお、図３の組織は、図２の組織に対応させて記載したものではない。図３には、「Ｍ３Ｃ（またはＭ７Ｃ３）」の相と、「Ｍ７Ｃ３（またはＭ３Ｃ）」の相とが存在していることを示しているが、これは、いずれか一方の相がＭ３Ｃであり、もう一方の相がＭ７Ｃ３であることを示している。なお、図３中の各相のＭの種類は、同一であっても、異なっていてもよい。図３に示すように、マルテンサイト中に微細炭化物が分散しているとマルテンサイトの強度を増し、耐焼き付き性が向上する。なお、図２は、後述する実施例１に係るフローティングシール材の組織を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。
　なお、上記の平均粒径について、観察対象が円形でない場合には、観察対象と同一面積（略同一面積を含む）を有する円の直径としてよい。
　フローティングシール材の形状は特段制限されず公知の形状を採用することができ、例えば、公知のフローティングシールリングとして適用できるようなリング形状であってよい。フローティングシール材のサイズは、目的に応じて適宜変更することができる。リング形状である場合、リングの最内径部における厚さも、目的に応じて適宜変更することができる。
　本実施形態に係るフローティングシール材は、上記の構成元素の条件を満たす鋳鉄材料から構成されるフローティングシール材と表現してもよい。この場合、上記の構成元素に関する説明における「フローティングシール材」を「鋳鉄材料」に換言することができる。
＜フローティングシール材の特性＞
［硬さ］
　フローティングシール材の硬さは特段制限されないが、ロックウェル硬さＨＲＣで、通常６４ＨＲＣ以上であり、６５ＨＲＣ以上であることが好ましく、６７ＨＲＣ以上であることがより好ましく、６８ＨＲＣ以上であることがさらに好ましい。
　フローティングシール材の硬さは、ロックウェル硬さ計により測定することができる。
　上述したフローティングシール材を構成する材料（鋳鉄材料）は、フローティングシールの用途だけでなく、硬さ、成形性、及び耐焼き付き性が要求される他の用途でも好適に使用することができる。
＜フローティングシール材の製造方法＞
　上記のフローティングシール材の製造方法は特段制限されず、公知の方法を適用することができる。
　フローティングシール材の製造方法の一例として挙げられるのが、本発明の別の実施形態であるフローティングシール材の製造方法（単に、「フローティングシール材の製造方法」とも称する。）は、少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である溶湯を準備する溶湯準備工程、
　前記溶湯を金型に鋳込む鋳込工程、
　を含むフローティングシール材の製造方法である。
　溶湯を構成する各成分の含有量等の条件は、特定任意成分を含め上述したフローティングシール材の構成の説明における各成分の含有量等の条件を同様に適用することができる。
　以下、この製造方法の一例を詳細に説明する。
［溶湯準備工程］
　フローティングシール材の製造方法は、上記の溶湯を準備する溶湯準備工程を含む。溶湯を準備する方法は特段制限されず、例えば、上記の各元素が上記の含有量の範囲となるように原材料を準備し、これらの原材料を溶解炉等に投入し、原材料が溶融する温度まで加熱することにより金属溶浴（溶湯）を得る方法が挙げられる。原材料の態様は特段制限されず、例えば、コークス、銑鉄、又は合金鉄等が挙げられる。
　加熱温度は、原材料を溶融させることができる温度であれば特段制限されない。
　加熱時間は特段制限されない。
　加熱する雰囲気は特段制限されず、空気であってもよいが、アルゴンガス又は窒素ガス等の不活性ガスであることが好ましい。
　また、本実施形態における成分組成を有する溶湯を用いることにより、特にＣｒの量が一般的な高Ｃｒ鋳造（約１３重量％以上）を製造するための溶湯よりもＣｒの量が少ない溶湯を用いることにより、材料の融点を下げることができるため、成形性や湯流れが改善される。
［鋳込工程］
　フローティングシール材の製造方法は、上記の溶湯準備工程で得られた溶湯を金型に鋳込む鋳込工程を含む。金型への溶湯の鋳込みの方法は特段制限されず、例えば、遠心鋳造法を採用することができる。
　遠心鋳造法により溶湯を金型（鋳型）に鋳込む方法は特段制限されず、公知の方法を適用することができる。また、遠心鋳造の回転数は特段制限されない。
　金型の態様は特段制限されず、目的のサイズのフローティングシール材のサイズに応じてサイズを選定することができ、また、材質も公知のものを採用することができる。
　なお、フローティングシール材をフローティングシールリングとして製造した場合、リング内径に、Ｓｉ、Ｃｒ、及びＭｎを多く含んだ溶湯スラグ成分に類似した付着物があれば、遠心鋳造により鋳込みが行われたと推測することができる。また、最終的に得られたフローティングシール材中の炭化物の粒径が小さく、組織全体に分散していれば、遠心鋳造により鋳込みが行われたと推測することができる。
［冷却工程］
　フローティングシール材の製造方法は、上記の鋳込工程後に、金型を冷却して金型に鋳込まれた溶湯を冷却固化させる冷却工程を含んでいてもよい。冷却する方法は特段制限されず、放置による冷却、送風機もしくは冷風機等を用いた冷却、又は水等の液体への投入による冷却等が挙げられる。
　冷却する際、例えば、フローティングシール材を後述のフローティングシール装置の項で説明するフローティングシールリングの形状で製造する場合、それぞれシール面となる摺動面５及び１０（図１参照）が、他の部分と比較して速い冷却速度で、強制的かつ優先的に冷却されるような構造を有する金型を使用し、該摺動面位置を、他の部分と比較して優先的に冷却することが好ましい。上記金型において、摺動面位置を強制的かつ優先的に冷却させる方法としては、例えば、摺動面位置付近に冷媒を流して冷却する方法、又は遠心鋳造法等の鋳造法において摺動面位置が優先的に冷却されるように金型を配置する方法等が挙げられる。また、このような金型を使用し、摺動面５及び１０を、他の部分と比較して速い冷却速度で、強制的・優先的に冷却することにより、フローティングシールリングの摺動面に微細化組織を形成することが可能となる。この微細化組織は、上述のフローティングシール材の構成の項で説明した微細化組織と同様である。
　溶湯が鋳込まれた金型（好ましくは金型中の材料、さらに上記の図１の態様においてより好ましは摺動面５及び１０）の冷却速度は、特段制限されず、３００℃／分以上であることが好ましく、５００℃／分以上であることがより好ましく、また、７００℃／分以下であることが好ましい。冷却速度が、遅すぎても、速すぎても上述した微細化組織が形成され難くなる傾向にあるため、冷却速度は上記範囲とすることが好ましい。
　なお、図１の態様においては、上記冷却条件により、摺動面５及び１０に上述した微細化組織が形成させることが重要であり、したがって、上記条件による冷却は、微細化組織が形成される温度である４００～５００℃程度まで行えばよい。すなわち、摺動面５及び１０に微細化組織が形成された後における冷却条件は、特に限定されず、適宜決定すればよい。また、上記冷却条件により、摺動面に、樹枝状セメンタイトおよびＣｒを主とする微細炭化物が分散した微細化組織することにより、鋳鉄の強度および硬度を向上することが可能となる。特に、微細なセメンタイトおよびＣｒを主とする微細な炭化物が、形成されるため、たとえば白銑鉄にみられるような、粗大なセメンタイトの脱落や、脆い組織が原因となるアブレーション摩耗を有効に防止することができる。
　また、冷却固化を行う際の冷却速度としては、図１におけるフローティングシール材の摺動面位置の冷却速度（℃／分）をＣＲ１とし、摺動面位置以外の他の部分の冷却速度（℃／分）をＣＲ２としたときに、好ましくは１≦ＣＲ１／ＣＲ２≦２．５、より好ましくは１≦ＣＲ１／ＣＲ２≦２．０、さらに好ましくは１＜ＣＲ１／ＣＲ２≦２．０の関係とすることができる。
＜フローティングシール装置＞
　本発明の別の実施形態に係るフローティングシール装置（単に「フローティングシール装置」とも称する。）であり、上述したフローティングシール材、特にフローティングシールリングを含む（有する）フローティングシール装置である。フローティングシール装置の態様は特段制限されず、一例として、固定軸に固定された環状の固定側ハウジングと、前記固定軸に対して同心的に回転する環状の回転側ハウジングとを備え、前記固定側ハウジングと前記回転側ハウジングの内側で、前記固定軸に対して環状隙間を空けて配置され、互いに摺動する一対のフローティングシールリング（以下、固定ハウジング側に配置されるフローティングシールリングを「固定側フローティングシールリング」とも称し、回転側ハウジングに側に配置されるフローティングシールリングを「回転側フローティングシールリング」とも称する。）を備え、前記一対のフローティングシールリングのうちの一方のフローティングシールリングが上述したフローティングシール材、特にフローティングシールリングである、フローティングシール装置が挙げられる。
　以下、図１を用いてこの一例として挙げたフローティングシール装置の構成を説明する。ただし、本実施形態に係るフローティングシール装置は、この構成に限定されない。
　図１に示すフローティングシール装置は、一対の固定側フローティングシールリング２および回転側フローティングシールリング７を有し、各フローティングシールリングは、シャフト２０の外周に、シャフト２０に接触しない状態、すなわち、シャフト２０から浮いた状態で設置される。
　固定側フローティングシールリング２は、Ｏ－リング１８を介して、固定ハウジング１２と組み合わされており、一方、回転側フローティングシールリング７は、Ｏ－リング１９を介して、回転ハウジング１５と組み合わされている。
　固定側フローティングシールリング２は、内径がシャフト２０の外径よりも大径きい環状構造を有し、外周面には所定の深さの溝３が設けられている。この溝３の底面は、回転側フローティングシールリング７から離れるに従って漸次シャフト２０に近づくテーパ面４が、形成されている。
　同様に、回転側フローティングシールリング７も、内径がシャフト２０の外径よりも大径きい環状構造を有し、外周面には所定の深さの溝８が設けられており、この溝８には、テーパ面９が形成されている。
　固定側フローティングシールリング２および回転側フローティングシールリング７は、それぞれの対向面のうち外周側の部分にそれぞれ摺動面５および摺動面１０を有し、両フローティングシールリングは、それぞれ摺動面５および摺動面１０を介して、互いに対向している。
　また、固定側フローティングシールリング２の回転側フローティングシールリング７との対向面のうち摺動面５に連続する内周側の部分には、シャフト２０に近づくに従って漸次回転フローティングシートから離れるテーパ面６が形成されている。
　同様に、回転側フローティングシールリング７の固定側フローティングシールリング２との対向面のうち摺動面１０に連続する内周側の部分には、テーパ面１１が形成されている。
　固定ハウジング１２は、シャフト２０の一端部に固定されており、内周面で固定側フローティングシールリング２の外周面を包囲している。固定ハウジング１２の内周面には所定の深さの溝１３が設けられており、この溝１３は、固定側フローティングシールリング２の外周面の溝３の底面と同一方向に傾斜するテーパ面１４が形成されている。
　回転ハウジング１５は、シャフト２０の他端部に軸受（図示せず）を介して回転自在に設けられるものであって、内周面で回転側フローティングシールリング７の外周面を包囲している。回転ハウジング１５の内周面には所定の深さの溝１６が全周に渡って設けられるており、この溝１６は、回転側フローティングシールリング７の外周面の溝８の底面と同一方向に傾斜するテーパ面１７が形成されている。
　また、固定側フローティングシールリング２と固定ハウジング１２、および回転側フローティングシールリング７と回転ハウジング１５は、それぞれ、Ｏ－リング１８およびＯ－リング１９を介して、組み合わされており、このＯ－リング１８および１９は、弾性力を有する材料から構成されている。そして、このＯ－リング１８および１９の弾性力により、固定側フローティングシールリング２と回転側フローティングシールリング７とが、摺動面５および摺動面１０を介して、圧接されており、両摺動面５、１０間が、回転ハウジング１５の回転時、非回転時に関わらずシールされる構成となっている。
　以上で説明した固定側および回転側フローティングシールリング２及び７を有するフローティングシール装置１は、たとえば建設機械、又は車両等のトラックローラー用のシールとして好適に使用することができる。
　本明細書における各特性の測定では、特段言及されていない場合には、測定前に、測定する環境と同様の環境に測定サンプルを４８時間以上保持する。また、測定温度、測定湿度、及び測定圧力については、特段言及されていない場合には、常温（２２±２℃）、常湿（６０±５％ＲＨ）、及び常圧（大気圧）とする。
　以下、実施例を示して本発明について更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定して解釈されるものではない。
［フローティングシール材の製造］
　まず、表１に示す成分塑性となるように、原材料を準備し、これらの原材料を１５６０℃の温度で加熱処理（加熱溶解）して溶湯を得た。その後、遠心鋳造し、冷却速度３００～７００℃／分で冷却することにより、実施例１～７及び比較例１～１６のフローティングシール材を作製した。フローティングシール材中の表１に示した成分以外の成分は、Ｆｅ及び不可避不純物（Ｐ及びＳ等、いずれの元素も０．１重量％未満）である。
　前述の
［成形性］
　上記の各フローティングシール材について、シール形状に成形できたものを「Ａ」とし、成形できなかったもの、又は成形できたが割れ等が生じてシール材として用いることが難しいものを「Ｂ」として評価した。評価結果を表１に示す。
［硬さ］
　上記の各フローティングシール材のロックウェル硬さを測定し、フローティングシール材として所望の硬さである６５ＨＲＣ以上のものを「Ａ」とし、６５ＨＲＣ未満のものを「Ｂ」として評価した。評価結果を表１に示す。
［耐焼付き性］
　上記の各フローティングシール材について、φ７３のシールサイズ形状とした固定試験片、及び同形状の回転試験片を準備し、図１に示すフローティングシール装置を作製して耐焼付き性の評価を行った。この固定試験片及び回転試験片は、それぞれ、図１における固定側フローティングシールリング、及び回転側フローティングシールリングに相当する。
　試験雰囲気は、固定試験片及び回転試験片の内周側を潤滑油とし、外周側を大気とした。
　回転試験片を回転速度１～５ｍ／ｓの条件で回転させ、その結果、焼付き（急激なトルクの増加、急激な温度上昇）が生じなかったものを「Ａ」とし、焼付きが生じたものを「Ｂ」として評価した。評価結果を表１に示す。
［炭化物の評価］
　実施例１～７のフローティングシール材を用いて、前述した発光分光分析、及び組織観察（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた組織観察）を行った。ＳＥＭを用いた組織観察の結果を図４及び５に示す。これらの発光分光分析、及び組織観察により、粒状の炭化物が形成されていることが確認された。具体的には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部とＣの少なくとも一部とで構成されるＭ３Ｃ及びＭ７Ｃ３（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏ）からなる群から選択される少なくとも１つで表される炭化物、並びに、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部とＣの少なくとも一部とで構成されるＭ６Ｃ（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏ）で表される炭化物が形成されていることが確認された。さらに、マトリクス相中に少なくとも１種の分散相が含まれる相分離構造を有し、分散相として、Ｍ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、Ｍ６Ｃのいずれかからなり、平均粒径が１μｍ以下である粒状の相が含まれることが確認された。具体的には、表２に示すように、３種類の炭化物の相およびマトリクスが存在することが確認された。表２において、「微細な相」とは、平均粒径が１μｍ以下の粒状の相である。なお、実施例によっては、相１が平均粒径１μｍ以下の条件を満たすものも存在した。また、実施例５では、相２と相３のいずれもＭ３Ｃとなっているが、これは、異なる組成のＭ３Ｃが２つ存在していたことを示している。実施例５において、Ｍ７Ｃ３が存在しないのは、Ｃｒの量が少ないためであると本発明者らは推測している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１から、本実施形態に相当するフローティングシール材では、成形性、硬さ、及び耐焼付き性のいずれの特性にも優れていることが分かった。
　比較例４、５、及び１１から、Ｃの含有量が少なすぎると、成形性に劣ること、また、多すぎると、成形性に劣ることが分かった。
　比較例６及び７から、Ｓｉの含有量が少なすぎると、成形性が劣ること、また、多すぎると、成形性、硬さ、及び耐焼付き性に劣ることが分かった。
　比較例８及び９から、Ｍｎの含有量が少なすぎると、成形性、硬さ、及び耐焼付き性に劣り、また、多すぎると、成形性及び耐焼付き性に劣ることが分かった。
　比較例１及び２から、Ｃｒの含有量が少なすぎると、硬さ及び耐焼付き性に劣り、また、多すぎると成形性に劣ることが分かった。
　比較例３から、Ｍｏの含有量が少なすぎると成形性、硬さ、及び耐焼付き性に劣ることが分かった。
　比較例７及び１０～１６から、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏ以外の各成分の含有量について、１重量％以下であれば成形性、硬さ、及び耐焼付き性に優れるが、１重量％を超えるとこれらの特性のうちの少なくとも１つの特性に劣ることが分かった。
１・・・フローティングシール装置
２・・・固定側フローティングシールリング
３、８、１３、１６・・・溝
４、６、９、１１、１４、１７・・・テーパ面
５、１０・・・摺動面
７・・・回転側フローティングシールリング
１２・・・固定ハウジング
１５・・・回転ハウジング
１８、１９・・・Ｏ－リング
２０・・・シャフト

Claims (8)

  1. 　少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
    　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である、
    　フローティングシール材。
  2. 　前記Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部と前記Ｃの少なくとも一部とで構成されるＭ３ＣおよびＭ７Ｃ３（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、又はＭｏ）で表される炭化物のうち少なくとも１種を含む、請求項１に記載のフローティングシール材。
  3. 　前記Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏの少なくとも一部と前記Ｃの少なくとも一部とで構成されるＭ６Ｃ（Ｍは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、又はＭｏ）で表される炭化物を含む、請求項１又は２に記載のフローティングシール材。
  4. 　マトリクス相中に少なくとも１種の分散相が含まれる相分離構造を有し、
    　前記分散相として、前記Ｍ３Ｃ、Ｍ７Ｃ３、およびＭ６Ｃで表される炭化物のうち少なくとも１種からなり、平均粒径が１μｍ以下である粒状の相が含まれる、請求項２又は３に記載のフローティングシール材。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のフローティングシール材を含む、フローティングシール装置。
  6. 　少なくともＦｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＭｏを含み、
    　Ｃの含有量が２．３重量％以上３．８重量％以下であり、Ｓｉの含有量が０．７重量％以上２．５重量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．３重量％以上１．３重量％以下であり、Ｃｒの含有量が３重量％以上１３重量％以下であり、Ｍｏの含有量が１．８重量％以上１５重量％以下であり、残部がＦｅおよび不可避不純物である溶湯を準備する溶湯準備工程、
    　前記溶湯を金型に鋳込む鋳込工程、
    　を含むフローティングシール材の製造方法。
  7. 　前記鋳込工程において、前記金型への前記溶湯の鋳込みが、遠心鋳造法により行われる、請求項６に記載のフローティングシール材の製造方法。
  8. 　前記鋳込工程の後に、前記金型を冷却して前記溶湯を冷却固化させる工程を含む、請求項６又は７に記載のフローティングシール材の製造方法。
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