(57)【要約】【課題】寿命が更に長いカットワイヤ式の長寿命ショットおよびその製造方法を提供する。【解決手段】カットワイヤ式の長寿命ショットは、線材を長さ方向において切断して形成されたカットワイヤ式のショットであって、マルテンサイト組織を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を長さ方向において切断して形成されたカットワイヤ式のショットであって、マルテンサイト組織を有することを特徴とするカットワイヤ式の長寿命ショット。
【請求項２】
請求項１において、硬さがＨｖ４００〜１０００の範囲内であることを特徴とするカットワイヤ式の長寿命ショット。 
【請求項３】
請求項１または２において、断面においてファイバフローが実質的に形成されていないことを特徴とするカットワイヤ式の長寿命ショット。
【請求項４】
長さ方向に沿ってファイバーフローが延設された延設組織を有する線材を用意する工程と、前記線材をマルテンサイト化処理する工程と、前記線材をこれの長さ方向において切断して多数のショットを形成する工程とを含むことを特徴とするカットワイヤ式の長寿命ショットの製造方法。
【請求項５】
長さ方向に沿ってファイバーフローが延設された延設組織を有する線材を線材の長さ方向において切断してカットワイヤ式の多数のショット素材を形成する工程と、多数のショット素材をマルテンサイト化処理して各ショット素材においてマルテンサイト組織を形成する工程とを含むことを特徴とするカットワイヤ式の長寿命ショットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカットワイヤ式の長寿命ショットおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融状態の融液をアトマイズ処理して形成されたショットが提供されている。また、長さ方向に沿ってファイバフローが延設された延設組織を有する線材を線材の長さ方向において切断してショットを形成するカットワイヤ式のショットが知られている（特許文献１）。カットワイヤ式のショットは、伸線加工により強化されているため、アトマイズ処理で形成されるショットよりも、寿命が長い利点を有する。産業界では、寿命が更に長いショットの開発が要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７６２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、寿命が更に長いカットワイヤ式の長寿命ショットおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るカットワイヤ式の長寿命ショットは、線材を長さ方向において切断して形成されたカットワイヤ式のショットであって、マルテンサイト組織を有することを特徴とする。
【０００６】
ショットの硬さはＨｖ４００〜１０００の範囲内、Ｈｖ５００〜８００の範囲内であることが好ましい。硬さの下限値としては、Ｈｖ４５０，Ｈｖ４７０，Ｈｖ５００，Ｈｖ５５０が例示される。上記した下限値と組み合わせ得る硬さの上限値としては、Ｈｖ９００，Ｈｖ８５０，Ｈｖ７８０，Ｈｖ７５０，Ｈｖ７２０，Ｈｖ６９０が例示される。組成としてはマルテンサイト組織を発現できる組成であれば良く、鉄−炭素系、鉄−炭素−マンガン系、鉄−炭素−クロム系、鉄−炭素−シリコン系が挙げられ、共析鋼系、亜共析鋼系、過共析鋼系が例示できる。炭素は２．０％未満，１．７％未満であることが好ましい。
【０００７】
ショットの組成としては、例えば、質量％で、炭素が０．４〜１．５０％、マンガンが０．３０〜４．００％（０．３０％以上）、シリコンが０．９０％以下、リンが０．１０％以下、イオウが０．１０％以下が挙げられる。リンおよびイオウは不純物として機能することが多いため、少ない方が好ましい。ここで、炭素は、０．４〜１．１０％の範囲内とすることもでき、他の元素の含有量によっても相違するものの、下限値としては０．５％、０．６％が例示され、上限値としては１．４０％、１．３０％、１．２０％、１．１０％、１．００％、０．９０％が例示される。従って、炭素は０．４〜１．３０％の範囲内、０．４〜１．１０％の範囲内、更には０．５〜１．００％の範囲内、０．６〜０．９％の範囲内、０．７〜０．９％の範囲内が例示される。マンガンは下限値としては０．３％、０．５％、０．６％が例示され、上限値としては２．５０％、２．３０％、更には、１．８０％、１．５０％、１．３０％、１．２０％が例示される。シリコンは下限値としては０．０５％、０．１％が例示され、上限値としては０．８０％、０．７０％、０．５０％、０．４０％が例示される。
【０００８】
炭素が過剰であると、オーステナイトが残留し易く、また炭化物が粒界に析出し易くなり、硬さの低下や靱性の低下を招くおそれがある。また、炭素が過剰であると、伸線工程で断線するおそれがあり、伸線性が低下するおそれがある。炭素が過少であると、固溶する炭素量が減り、充分なマルテンサイトの硬さが得られないとともに、炭化物が減少するため、ショットサイズが大きい程、マンガン濃度を高めることが好ましい。マンガンが過少であると、良好なるマルテンサイト組織が得られにくくなり易い。シリコンは製鉄時に脱酸剤として用いられるほか、フェライト素地の強度向上に寄与するが、伸線加工時における割れ等を発生させるおそれがあり、伸線性の低下を招き易いので、伸線性を考慮する限りできるだけ低いことが好ましい。また、焼き入れ性を向上させるために、場合によっては、クロムを０．１〜２．０％、０．３〜０．６％含有することもできる。
【０００９】
様相２の本発明に係るカットワイヤ式の長寿命ショットの製造方法は、長さ方向に沿ってファイバーフローが延設された延設組織を有する線材を用意する工程と、線材をマルテンサイト化処理する工程と、線材をこれの長さ方向において切断して多数のショットを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
様相３の本発明に係るカットワイヤ式の長寿命ショットの製造方法は、長さ方向に沿ってファイバーフローが延設された延設組織を有する線材を用意する工程と、線材をこれの長さ方向において切断してカットワイヤ式の多数のショット素材を形成する工程と、多数のショット素材をマルテンサイト化処理して各ショット素材においてマルテンサイト組織を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記したショットは、円柱形状でも良いし、ラウンド化処理により丸みをつけて球状化させたものでも良い。上記したマルテンサイト化処理としては、加熱させた後に急冷させる処理が好ましい。急冷は、水冷、油冷、強風冷が例示される。マルテンサイトは焼き戻しマルテンサイトが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投射回数が増加したとしても、摩耗や割れが少なく、高い球状化率およびサイズを維持できる長寿命なカットワイヤ式のショットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係り、ショットの硬さのばらつきを示す図である。
【図２】寿命試験に係り、ショットの投射回数と累積補充量との関係を示すグラフである。
【図３】寿命試験中における投射回数とショットの経時変化との関係を示す図である。
【図４】線材のＣ断面おける顕微鏡写真（倍率：１００倍および４００倍）を示す図である。
【図５】線材のＬ断面おける顕微鏡写真（倍率：１００倍および４００倍）を示す図である。
【図６】線材のＬ断面およびＣ断面における顕微鏡写真（倍率：１００倍および４００倍）を示す図である。
【図７】線材のＬ断面およびＣ断面における顕微鏡写真（倍率：１０００倍）を示す図である。
【図８】焼き戻した後における線材の組織における顕微鏡写真（ＳＥＭ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態に係るカットワイヤ式の長寿命ショットは、線材を長さ方向において切断して形成されたカットワイヤ式のショットであって、内部まで、全体的に焼き戻しマルテンサイト組織とされている。ショットの硬さがＨｖ５００〜１００の範囲内である。ショットの破損防止、また、均一なピーニング効果またはブラスト効果を発現し、相手攻撃性の低減等を図るためには、ショットの硬さのばらつきは小さい方が好ましい。ここで、硬さの標準偏差はＨｖ１０以下，Ｈｖ８以下，Ｈｖ５以下，Ｈｖ４以下が好ましい。ここで、伸線加工されたマルテンサイト化処理前に係る線材の内部組織において発生しているファイバフローが消失していれば、三次元的な異方性が消失し易く、上記した硬さなどのパラメータのばらつきを所定範囲内に抑え易い。
【００１５】
本実施形態に係るカットワイヤ式の長寿命ショットの製造方法は、次のように形成できる。まず、長さ方向に沿ってファイバフローが延設された延設組織を有する線材（線径：０．２５〜３．０ミリメートル）を用意する。線材はダイスにより伸線加工を経て形成されたものであり、長さ方向に沿って伸びるファイバフローを全断面において有する。伸線加工では、減面率は５０％以上または７５％以上とすることができる。ファイバフローは線材の径方向の内部まで形成されており、長さ方向と径方向とで異方性が高く、ショットの硬さのばらつきを誘発させ易い。
【００１６】
この線材を出発点として、カットワイヤ時の長寿命ショットは、次のような２つの方法のどちからで形成できる。第一の方法として、線材の長さ方向において切断手段でほぼ円柱形状に切断し、カットワイヤ式の多数のショット素材を形成する。次に、多数のショット素材をマルテンサイト化処理し、各ショット素材の内部においてマルテンサイト組織を形成する。更に、必要に応じて、このショット素材を被処理物に投射させるか、転動を繰り返して、ショット素材に丸みをつけラウンド処理を施すこともある。
【００１７】
第二の方法として、線材の長さ方向において切断手段で切断する前に、線材の状態で線材をマルテンサイト化処理して、線材の内部にマルテンサイト組織を形成する。更に、その線材をこれの長さ方向に切断して多数のショットを形成する。必要に応じて、このショットを被処理物に投射させるか、転動を繰り返して、ショットに丸みをつけラウンド処理を施すこともある。
【００１８】
このような二つの方法において、多数のショット素材または線材を、無酸化雰囲気または真空雰囲気において、オーステナイト生成温度以上で液相生成温度未満の温度領域に所定時間加熱して均熱化させる。オーステナイト生成温度以上であるため、ショットまたは線材の内部にはオーステナイトが生成される。液相生成温度未満であるため、ショットまたは線材の内部において液相が発生せず、液相による欠損が抑えられている。ショット素材または線材を加熱する加熱温度としては、素材の化学成分、ショットのサイズまたは線材の線径、ショットに要請される硬さなどの要因に応じて設定されるものの、例えば、１２００℃以下、１１５０℃以下、１１００℃以下、更には１０５０℃以下、１０００℃以下、９５０℃以下、９００℃以下、８５０℃以下、８００℃以下、７５０℃以下にできる。
【００１９】
加熱時間としてはショットのサイズまたは線材の線径、組成、加熱方式、加熱雰囲気などによって相違するものの、１．５秒〜６０分間の範囲内、あるいは、５秒〜１０分間の範囲内、あるいは、１０秒〜５分間の範囲内にできる。
【００２０】
最終品であるショットに形成されているマルテンサイト組織は、サイズが大きなバルク品のマルテンサイト組織と比較して微細である。ショット素材または線材の径のサイズがバルク品のサイズと比較してかなり小さいため、加熱速度および冷却速度が高くなるため等である。更に伸線加工時に強い冷間加工を受けるため、マルテンサイト化処理前の炭化物が微細化されていることも、影響していると考えられる。
【００２１】
ここで、線材を形成する伸線加工はダイス等で鉄系素材を伸線させるので、過酷な冷間加工に相当し、結晶粒界が線材の長さ方向に沿って伸びたり、炭化物が微細に破壊されて細かくなるものと考えられる。冷間加工の度合が強い場合には、ファイバフローが形成されるように結晶粒が変形されており、またマルテンサイト化処理前の組織における炭化物が破壊されて微細化されている。このためショット素材がオーステナイト生成温度以上に加熱されたとき、一般的には、ショット素材を構成する母材への炭化物の溶け込みが速くなり、オーステナイト相の組成の均質化に貢献できる。ひいては、焼き戻した状態では、過飽和な炭素が炭化物の形で生成するが、このとき微細な炭化物が均一に分布され、ショットの靱性が向上するとともに、耐摩耗性が優れたショットの製造が実現できるものと推察される。このように微細な炭化物がショットの組織に多数発生していれば、製造されたショットの硬さおよび靱性が高めとなると共に、ショットの硬さおよび靱性のばらつきが低減され、更にショットの引張強度および耐摩耗性のばらつきが低減され、更に割れの起点も少なくなるものと推察される。炭化物の粒径は１０００ナノメトール以下、５００ナノメトール以下が例示される。
【００２２】
マルテンサイト化させるにあたり、ショット素材または線材を冷却媒体（水，油等）に接触させて急冷させる。これにより多数のショット素材の内部までマルテンサイト化処理し、各ショット素材または線材の内部までマルテンサイト組織を形成する。その後、焼き戻し温度（Ａ１変態点未満）に加熱させることにより焼き戻し、焼き戻しマルテンサイトを形成する。
【００２３】
焼き戻しマルテンサイト組織は、バルク品の焼き戻しマルテンサイト組織と比較して微細である。組織では、微細な炭化物が均一に分散して生成しており、ショットの硬さを高めに維持させつつショットの靭性を高めている。更に、マルテンサイト組織を形成したショットでは、ファイバフローが完全に消失しており、三次元的な異方性が消失している。かかる意味においても、ショットの硬さのばらつき、耐摩耗性のばらつき、相手攻撃性のばらつきも低減される。ショットの組成として、質量％で、炭素が０．５９〜０．９６％、マンガンが０．３０〜１．００％、シリコンが０．５０％以下、リンが０．１％以下、イオウが０．１％以下とすることができる。
【実施例１】
【００２４】
本実施例では、線材（線径０．８ミリメートル）を誘導加熱炉の内部を通過させ、マルテンサイト化処理を実施した後、焼き戻した。それぞれの加熱時間は、通線速度を変化させることによって所定の硬さが得られるように調整した。更に説明を加える。ファイバフローが長さ方向に沿って形成されている線材（線径：０．８ミリメートル）を用いた。次に、線材を誘導加熱でオーステナイトか温度まで加熱させた後に急冷することにより、マルテンサイト化処理し、線材の内部においてマルテンサイト組織を形成した。この場合、線材を無酸化雰囲気において、オーステナイト生成温度以上で液相生成温度未満の温度領域に所定時間加熱して均熱化処理してオーステナイト化させた。その後、線材を冷却媒体（水）に投入して急冷させた。これにより線材の内部までマルテンサイト組織を形成した。その後、焼き戻し温度に加熱させることにより焼き戻し処理し、円柱状をなすショットを形成した。これにより焼き戻しマルテンサイト組織をショットの表層から内部にまで形成した。
【００２５】
この組織では、過飽和な炭素が微細な炭化物として多数分散して生成しており、ショットの硬さを高めに維持しつつ、ショットの靭性が高められている。ここで、マルテンサイト組織を形成したショットでは、ファイバフローが消失しており、三次元的な異方性が低減されており、硬さの均一化、引張強度の均一化、圧縮強度の均一化、耐摩耗性の均一化が図られている。線材およびショットの組成は、質量％で、炭素が０．８％、マンガンが０．５０％、シリコンが０．３５％以下、リンが０．０１％以下、イオウが０．０１％以下の組成であった。
【００２６】
図１に示すように、製造されたショットの硬さはＨｖ５４４〜５５３の範囲内であり、１０点の硬さの平均値はＨｖ５４８．８であり、標準偏差はＨｖ５以下（Ｈｖ３．４）であり、硬さのばらつきは極めて小さかった。硬さのばらつきが極めて小さい理由としては、ファイバフローが消失しており、三次元的な異方性が消失していること、伸線加工時における発熱や外部応力のばらつきに起因する硬さのばらつきが低減されているため、ショットのサイズが小粒であるため、加熱速度のばらつき、急冷速度のばらつきが抑制されるためと推察される。ショットの平均サイズは０．８ミリメートルであった。なおＨｖは荷重５００グラムで測定した。
【００２７】
比較例として、組成がほぼ同一の従来品のショットについても、硬さを測定した。図１に示すように、比較例では、製造されたショットの硬さはＨｖ５０４〜５８３の範囲内であり、１０点の硬さの平均値はＨｖ５４２．８であり、標準偏差はＨｖ２３．５であり、硬さのばらつきは大きかった。従来品のショットの材質は硬鋼線材であり、マルテンサイト化処理は施されていない。
【００２８】
上記した実施例に係るショットを被投射物（鉄系鋳物，硬さＨｖ９００）に投射させて寿命試験を行った。破損して３００マイクロメートル以下になったショットを取り除き、取り除いた量を補充した。試験結果を図２に示す。図２において横軸はショットの投射回数を示し、縦軸はショットの累積補充量を示す。累積補充量が１００％になるまでの投射回数は、比較例では３７５９回であり、実施例では５９０４回であった。図２によれば、投射回数が１０００回未満あるいは２０００回未満であっても、本実施例にかかる長寿命ショットと従来品との間において、累積補充量において既に差が発生している。これは従来品のショットでは摩耗量が大きいものの、本実施例にかかる長寿命ショットでは摩耗量が少ないためと推察される。
【００２９】
図３は、上記した寿命試験中における経時変化と投射回数との関係を示す。図３に示すように、比較例では１０００回で亀裂が発生し、２０００回で小さなサイズのショットがかなりの頻度で発生していた。ショットのサイズが小さくなるのは、ショットの破損の影響である。これに対して、実施例では４０００回であっても、球状のショットの球状化率およびサイズが良好に維持されており、ショットの破損も少なく、小さなサイズのショットもほとんど発生していなかった。
【００３０】
図４は実施例に係るショットを形成する前の伸線加工された線材の組織についてＣ断面における顕微鏡写真（腐食液：ピクラル）を場所を変えて示す。図５は同線材の組織についてＬ断面における顕微鏡写真（腐食液：ピクラル）を場所を変えて示す。ここで、Ｃ断面は線材の径方向に相当する断面を示す。Ｌ断面はＣ断面に対して切断方向が約９０°異なり、線材の長さ方向に沿った断面を示す。このようにショットを形成する前の線材では、ファイバフローが全断面に生成されている。ファイバフロー自体はファイバフローの長さ方向に強いという利点もあるものの、硬さ、耐摩耗性等について異方性を誘発させる要因となる。
【００３１】
これに対して図６は実施例に係るマルテンサイト化処理した後の線材の組織における顕微鏡写真（腐食液：ピクラル）について切断面を変えて示す。図６および図７においてＣはＣ断面を示し、ＬはＬ断面を示す。図７は実施例に係るショットの組織における顕微鏡写真（腐食液：ピクラル）を倍率を変えて示す。
【００３２】
上記した顕微鏡写真から理解できるように、ショットを形成する前の線材によれば、図４および図５との比較から理解できるように、伸線は、ダイス等により高い減面率で伸線加工（強い冷間加工）されているため、硬さのばらつきを誘発させる要因となり得る顕著なファイバフローが形成されており、三次元的な異方性が発生し易い。これに対して、本実施例に係るショットでは、図６および図７に示すＣ断面およびＬ断面から理解できるように、ファイバフローが完全に消失し、三次元的な異方性が消失しており、異なる切断面においても三次元的に焼き戻しマルテンサイト組織が均一に生成していた。
【００３３】
図８は焼き戻した後の伸線の組織（ＳＥＭ）を示す。微細な白色部分は炭化物と考えられる。炭化物の粒径は１０００ナノメートル以下であり、具体的には５０〜５００ナノメートル程度、１００〜３００ナノメートル程度と考えられる。このように極めて微細な炭化物（セメンタイトと考えられる）が分散している。このように炭化物が極めて微細であることも、ショットの強度および靱性の向上に貢献でき、ショットの長寿命化に有効であると考えられる。
【実施例２】
【００３４】
本実施例は実施例１と同様の組成をもつ材料を使用している。まず、線材（０．８ミリメートル）の長さ方向において線材を切断し、カットワイヤ式の多数のショット素材を形成した。その後、各ショット素材をマルテンサイト化処理して各ショット素材の内部においてマルテンサイト組織を形成した。この場合、ショット素材を無酸化雰囲気において、オーステナイト生成温度以上で液相生成温度未満の温度領域に所定時間加熱して均熱化処理してオーステナイト化させた。その後、ショット素材を冷却媒体（水）に投入して急冷させた。これによりショット素材の内部までマルテンサイト組織を形成した。その後、焼き戻し温度に加熱させることにより焼き戻し処理し、円柱状をなすショットを形成した。これにより焼き戻しマルテンサイト組織をショットの表層からショットの内部にまで形成した。製造されたショットの組織は均一なマルテンサイト組織で、ファイバフローは消失していた。製造されたショットの硬さはＨｖ５３５〜５６０の範囲内であった。ショットの平均サイズは０．８ミリメートルであった。ショットの寿命試験においても長寿命が得られた。
【実施例３】
【００３５】
本実施例は実施例１と基本的には同様の方法で形成されており、同様の構成、同様の作用効果を有する。ショットの組成は、質量％で、炭素が０．６５％、マンガンが０．８０％、シリコンが０．４５％、リンが０．０１％以下、イオウが０．０１％以下の組成であった。製造されたショットの硬さはＨｖ４５０〜４９０の範囲内であった。ショットの平均サイズは１．０ミリメートルであった。ショットの寿命試験においても長寿命が得られた。
【実施例４】
【００３６】
本実施例は実施例１と基本的には同様の方法で、同様の組成を有する材料をしようしており、実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。製造されたショットの硬さはＨｖ５３５〜５６０の範囲内であった。ショットの平均サイズは０．４ミリメートルであった。ショットの寿命試験においても長寿命が得られた。
【実施例５】
【００３７】
本実施例は実施例２と基本的には同様の方法で形成されており、同様の構成、同様の作用効果を有する。ショットの組成は、質量％で、炭素が０．６５％、マンガンが０．８０％、シリコンが０．４５％、リンが０．０１％以下、イオウが０．０１％以下の組成であった。製造されたショットの硬さはＨｖ４５０〜４９０の範囲内であった。ショットの平均サイズは１．０ミリメートルであった。ショットの寿命試験においても長寿命が得られた。
【実施例６】
【００３８】
本実施例は実施例２と基本的には同様の方法で、同様の組成を有する材料をしようしており、実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。製造されたショットの硬さはＨｖ５３５〜５６０の範囲内であった。ショットの平均サイズは０．４ミリメートルであった。ショットの寿命試験においても長寿命が得られた。
【実施例７】
【００３９】
本実施例は実施例１と基本的には実施例１と基本的には同様の方法で形成されており、同様の構成、同様の作用効果を有する。急冷させた後に、サブゼロ処理を実施し、残留オーステナイトをマルテンサイト化させている。サブゼロ処理後に、ショットを焼き戻し温度に加熱保持し、焼き戻しした。ショットの組成は、質量％で、炭素が０．８０％、マンガンが０．８０％、シリコンが０．４５％以下、リンが０．０１％以下、イオウが０．０１％以下の組成であった。製造されたショットの硬さはＨｖ５２０〜５５０の範囲内であった。ショットの平均サイズは１．２ミリメートルであった。ショットの寿命試験においても長寿命が得られた。
【実施例８】
【００４０】
本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えばショットのサイズは３ミリメートル以下、５ミリメートル以下、１０ミリメートル以下にもできる。但し、ショットのサイズが大きくなると、マルテンサイト化にあたり、加熱させる際における加熱効果、急冷させる際における急冷効果が変化するため、留意する必要がある。
【００４１】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
「付記項１」鉄および炭素を含むショットであり、粒径が１マイクロメートル以下の炭化物が多数分散していることを特徴とするカットワイヤ式の長寿命ショット。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明はショットピーニング、ショットブラスト処理等に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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