JPS5937743B2

JPS5937743B2 - 耐熱耐摩耗オ−ステナイト合金

Info

Publication number: JPS5937743B2
Application number: JP13606180A
Authority: JP
Inventors: 力蔵渡辺
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1984-09-11
Also published as: JPS5760060A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高温における耐摩耗性が犬である−と共に常温
での靭性を有し、かつ急熱急冷の繰返し衝撃に耐え長寿
命が期特出来る熱間治具及び加工具用として使用するの
に好適な耐熱耐摩耗性オーステナイト合金に関するもの
である。

このような特性を必要とする用途としてはミルガイド、
圧延ロール、継目無鋼管製造用穿孔機のガイドシュー等
が挙げられる。

ガイドシューは２個の同一方向に回転する傾斜ロールの
中心軸方向に相対して設けられ、穿孔過程においてだ円
に変形しようとする圧延素材を適正な変形量におさえる
ことを目的としている。

この場合圧延素材は約１２００℃に加熱されており、し
かも、傾斜ロールにより与えられる回転により、回転し
ながら穿孔とともに前進してゆく。このためガイドシュ
ーは常に回転にさらされると共に激しい素材からの摩擦
力を受ける。ガイドシューの表面は使用回数の増加と共
に次第に摩耗してゆく。また圧延素材に接する表面部は
温度が上昇し、その結果ガイドシューの側面および裏面
には温度勾配により大きな引張応力が発生し亀裂を生じ
遂には破壊に至る。また、加熱された表面部は圧縮塑性
変形し、圧延素材が通過後の冷却により亀甲状の亀裂が
入り、使用が進むにつれて深く進行して、亀裂の間隙に
圧延材が入り込み、鋼管の表面疵の一因となる。このよ
うにガイドシューに要求される特性としては高温におけ
る耐摩耗性と共に常温における靭性も必要とされる。従
来ガイドシュー等の熱間治具及び加工具用材料としては
Ｃｒ２５％、Ｎｉ３％を含有する高炭素高合金鋼が使用
されていた。

しかし、前記したような現象により寿命が短かく、特に
高炭素鋼や高合金鋼においてこの傾向が顕著で圧延効率
を阻害していた。本発明の目的は前記のような苛酷な条
件下において従来材質に比較して飛躍的な長寿命を具現
しうる耐熱摩耗合金を提供することにある。

本発明に％る耐熱耐摩耗オーステナイト合金は重量％で
Ｃ１．１〜２．０％、Ｓｉ２、Ｏ％以下、Ｍｎ２９Ｏ％
以下、Ｎｉ２７〜５０％、Ｃｒ１９〜４０、％を含み、
さらにＭｏ３、Ｏ％以下、Ｗ４８Ｏ％以下、Ｎｂ３、Ｏ
％以下、Ｔａ６、Ｏ％以下、Ｖ２、Ｏ％以下、Ｔｉｌ、
Ｏ％以下の１種又は２種以上と、Ｃｏ１０％以下を２７
％≦Ｎｉ十Ｃ０≦５０％になるように含有し、かつ２８
％≦Ｃｒ％±Ｖ％＋Ｔｉ％＋（ＭＯ％十Ｎｂ％
）＋ｉ（Ｗ％十Ｔａ％）≦４０を満足し、残部Ｆｅおよ
び不純物よりなるすぐれた高温での耐摩耗性と常温での
靭性に富んだ合金である。

次に本発明の合金成分組成範囲の限定理由を述べる。

ＣはＣｒ，ＭＯ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｖなどと共に
初晶および共晶炭化物を生成し、耐摩耗性を付与すると
同時に炭化物を析出してマトリックスの硬さと強度を上
昇せしめる働きがある。

１．１係未満では初晶炭化物の量が少ないため耐摩耗性
が不十分であり２％を越すと初晶炭化物が過度に増加し
靭性が劣化し亀裂が発生しやすくなるため１．１〜２．
０％に限定する。

Ｓｉは脱酸および耐酸化性の付与の目的で若干量は必要
であるが、２．０％を越えるとマトリックスが脆化する
ため２．０係以下とする。

Ｍｎも脱酸剤として若干量は必要であるが、２，０％を
越えるとマトリックスの脆化および耐酸化性の劣化が起
こるため２．０係以下とする。

Ｎ１はオーステナイトを安定化させるため不可欠な元素
である。２７％未満ではオーステナイトが不安定でσ相
の析出等により脆化しやすくなる。

５０％以上の添加ではオーステナイト中のＣの固溶量が
減少しＭ２３Ｃ６型炭化物による析出強化作用が減少し
てＮｉの固溶強化の増大分と相殺して経剤的に高価とな
る割には効果がない。

従って、２８％〜５０係と限定した。ＣｒはＣと結びつ
いておもにＭ２３Ｃ６型過共晶および共晶炭化物を生成
し、またオーステナイトマトリックスを固溶強化して高
温の耐摩耗性を付与する。

本発明合金においてはＣｒが１９係未満では上述の効果
がなく、また４０係以上ではオーステナイトが不安定化
し、σ相の析出等により脆化するのでＣｒの範囲を１９
〜４０係に限定する。ＭＯはマトリックスに固溶しオー
ステナイトを固溶強化すると共にＣと結びついてＭ２３
Ｃ６型炭化物をオーステナイト中に析出し高温強度を高
める。また初晶および共晶炭化物中にも一部固溶し、炭
化物の硬度を上昇し、合金の耐摩耗性を高める。しかし
、３係を越えると初晶および共晶炭化物がＭ２３Ｃ６や
Ｍ６Ｃに変化して耐摩耗性を減少すると同時にマｌ−
ＩＪツクスの耐酸化性の劣化をきたすので３．０係以下
に限定する。ＷはＭＯと同様オーステナイトに固溶して
オーステナイトを固溶強化し、またＭ２３Ｃ６炭化物の
析出によるマトリックスの析出強化に寄与する。

さらに初晶および共晶炭化物に固溶して炭化物を硬化し
耐摩耗性を高める。しかし４０％を越えるとオーステナ
イトを不安定化させるので４．０％以下に限定する。Ｎ
ｂは初晶および共晶炭化物に固溶してこれを硬化し、耐
摩耗性を高める作用があるが、３．０％を越すとオース
テナイトを不安定化させると同時に耐酸化性を著しく劣
化させるので３．０係以下とする。

ＴａもＴｂ同様初晶および共晶炭化物を硬化し耐摩耗性
を高めるが６．０％を越えるとオーステナイトを不安定
化させると同時に耐酸化性を劣化させるので６．０％以
下とした。

Ｖも初晶および共晶炭化物を硬化し耐摩耗性を高めるが
、２．０係を越えるとオーステナイトを不安定化させる
と同時に耐酸化性を劣化させるので２．０係以下とした
。

Ｔｉも初晶および共晶炭化物を硬化し耐摩耗性を上昇さ
せるが，１．０ｃ１０を越えるとオーステナイトを不安
定化させると同時に耐酸化性を劣化させるので１．０係
以下とする。

Ｃｒ，ＭＯ，Ｗ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉについては２８
係≦Ｃｒ＋Ｖ十Ｔｉ十’／２（ＭＯ十Ｎｂ）＋３４
。

（Ｗ十Ｔａ）≦４０％とした。これはこの値が２８％
以下では初晶炭化物が十分生成しないため耐摩耗性が低
く、一方４０％以上ではオーステナイトが不安定化しσ
相の生成等により脆化するためである。ＣＯは密着性の
良い酸化皮膜を得るために特に重要な元素である。

即ち、ＣＯは合金表面が高温にさらされた場合に生成す
る酸化皮膜と母材との境界に濃化して酸化皮膜と母材が
剥離し難くする作用があり、これにより安定した酸化皮
膜が得られる。ＣＯは他にオーステナイトの安定化、鋳
造組織の微細化に効果があるが価格が高いため経済面を
考慮して１０％以下とした。ＣＯは１０チ以下の量まで
Ｎｉと置換することが出来るが、Ｆｅの含有量を確保す
るために２７係≦Ｎｉ＋ＣＯ≦５０係の条件を満足しな
ければならない。

とくにＣＯは酸化皮膜の密着性を良好にし、圧延材との
接触面の潤滑および断熱に効果ががあり耐摩耗性を改善
する。次に本発明の合金を実施例により説明する。

まず通常の溶解鋳造法により従来合金扁１および２、本
発明合金／Ｖ）３を溶解、鋳造してガイドシュ一素材お
よび各種特性の調査用鋳物を鋳造した。この素材よりガ
イドシュ一および引張試験片を採取し、それぞれ確性試
験および実機による穿孔テストを行なった。その結果を
表に示した。寿命は米：（直径１１０φ〜１３０φ、長
さ２．３〜２．８ｍの素材を穿孔し５〜８ｍの中空素管
を得る際の棄却までの穿孔本数で表わした。表で明らか
な如く本発明合金屑３は従来合金扁１および２に比較し
て常温での伸び、高温硬度が大きいこと、およびＣＯを
含有することによる酸化皮膜特性の改善により従来合金
よりも飛躍的な長寿命を得ることが分る。

本発明は以上の如くであり、その効果を総合すると次の
とおりである。

（１）本発明による合金は高温硬度が高く、また酸化皮
膜の密着性が良好で耐摩耗性が著しく改善される。

（２）常温における靭性に秀れ熱応力による割損が少な
い。

（３）上記の特性から高温において加熱冷却を受けて、
摩耗や亀裂の発生が予想される損耗部材に適用すれば部
材寿命の大巾な延長が可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％でＣ１．１〜２．０％、Ｓｉ２．０％以下、
Ｍｎ２．０％以下、Ｎｉ２７〜５０％、Ｃｒ１９〜４０
％を含み、さらにＭｏ３．０％以下、Ｗ４．０％以下、
Ｎｂ３．０％以下、Ｔａ６．０％以下、Ｖ２．０％以下
、Ｔｉ１．０％以下の１種又は２種以上と、Ｃｏ１０％
以下を２７％≦Ｎｉ＋Ｃｏ≦５０％になるように含有し
、かつ２８％≦Ｃｒ％＋Ｖ％＋Ｔｉ％＋１／２（Ｍｏ％
＋Ｎｂ％）＋３／１０（Ｗ％＋Ｔａ％）≦４０％を満足
し、残部Ｆｅおよび不純物よりなることを特徴とする耐
熱耐摩耗ナーステナイト合金。