(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．８〜１．６％、
Ｓｉ：１．０％以下（０％を含む）、
Ｍｎ：０．５７％以下（０％を含む）、
Ｃｒ：２２〜２８％、及び
Ｎｉ：３．４７〜４％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする耐熱耐摩耗鋳鉄。
【請求項２】
さらに、質量％で、
Ｍｏ：３．０％以下（０％を含む）、及び
Ｗ  ：３．０％以下（０％を含む）
の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１に記載の耐熱耐摩耗鋳鉄。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の耐熱耐摩耗鋳鉄からなる鋳物製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐エロージョン摩耗性及び耐熱性に優れた鋳鉄に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用削減の試みとして、バイオマス資源の活用が検討されている。バイオマス資源は、無駄に廃棄されている資源の再活用の意味もあり、これを燃焼に活用することが、化石燃料の使用削減に結びつき注目されている。
【０００３】
バイオマス資源を活用したエネルギー設備として、バイオマスボイラが使用されている。バイオマスボイラとしては、砂等の不活性無機物を熱媒体となるベッド材として火炉に充填し、炉床からエアノズルを通して燃焼ガスを吹き込んでベッド材を撹拌して流動層を形成し、このベッド材を所望温度に保持しつつ、処理対象物をこの層に投入し燃焼する流動層ボイラが知られている。流動層ボイラは、効率よく処理対象物を燃焼できる形式であり、広く利用されている。
【０００４】
エアノズルは、上述のとおり、高温でバイオマス資源が存在する環境で使用されるため、耐熱性、耐食性が重要となる。
【０００５】
特許文献１には、耐溶融塩腐食性の優れた耐熱鋳鉄が開示されている。
【０００６】
さらに、エアノズルは、上述のとおり、高温度域で砂等が流動する環境で使用される。そのため、珪砂等によるサンドエロージョン摩耗に対する耐性が必要となる。
【０００７】
特許文献２には、ロール材のような大型肉厚部材に好適な耐摩耗鋳鉄が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２６８５０８号公報
【特許文献２】特開平６−２４０４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
バイオマスボイラの炉床で用いるエアノズルの摩耗現象は、高温度域中での低入射角度の珪砂による引っ掻き摩耗による延性破壊である。しかしながら、これに対応できる十分な高温域での硬度及び強度を有する鋳鉄は得られていない。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑み、高温域で十分な硬度を有する、耐熱耐摩耗鋳鉄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】
【００１１】
本発明は、優れた耐エロージョン摩耗性及び耐熱性を有する鋳鉄の成分組成について鋭意検討した結果、高クロム鋳鉄の（１）オーステナイト中の固溶Ｃｒ量を多く含有させるためにＣｒ／Ｃの最適比の検討、（２）オーステナイトが安定するようにＮｉの添加、（３）高温硬さをより高めるためにＭｏ、Ｗの添加によってなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
［１］質量％で、Ｃ：０．８〜１．６％、Ｓｉ：１．０％以下（０％を含む）、Ｍｎ：１．０％以下（０％を含む）、Ｃｒ：２２〜２８％、及びＮｉ：２．５〜４％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であることを特徴とする耐熱耐摩耗鋳鉄。
【００１３】
［２］さらに、質量％で、Ｍｏ：０．５〜３．０％、及びＷ：０．５〜３．０％の１種又は２種を含有することを特徴とする前記［１］の耐熱耐摩耗鋳鉄。
【００１４】
［３］前記［１］又は［２］の耐熱耐摩耗鋳鉄からなる鋳物製品。
【００１５】
本発明によれば、高温での耐摩耗性に優れた耐熱耐摩耗鋳鉄、及び鋳物製品を得ることができる。本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄は、特にバイオマスボイラのエアノズル等、高温環境下で砂等が流動する過酷な条件において使用される製品に好適である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。はじめに、本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄の成分組成について説明する。以下、成分組成についての「％」は「質量％」を意味するものとする。
【００１７】
Ｃは、Ｃｒと結合して炭化物を形成し、また、マトリックスに固溶して鋳鉄の硬さを上げる元素である。十分な硬さを得るためには、Ｃの含有量を０．８％以上とする必要がある。Ｃの含有量が多くなりすぎると、鋳鉄の靭性が低下し、脆化するとともにオーステナイト中の固溶Cr量が減少して耐酸化性を低下させるので、上限は１．６％とする。より好ましいＣの含有量の範囲は、１．２〜１．６％である。
【００１８】
Ｓｉは、溶解鋳造時の脱酸剤として作用する。また、マトリックスに固溶して硬さを向上する効果もある。Ｓｉは積極的に含有させる必要はない。積極的に含有させなくとも、一般的には、不純物として０．０１％程度のＳｉが含有する。Ｓｉの含有量が多すぎると鋳鉄の靭性が低下するので、上限は１．０％とする。
【００１９】
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、溶解鋳造時の脱酸剤として作用する。Ｍｎは積極的に含有させる必要はない。積極的に含有させなくとも、一般的には、不純物として０．０１％程度のＭｎが含有する。Ｍｎの含有量が多すぎると鋳鉄が脆化するので、上限は１．０％とする。
【００２０】
Ｃｒは、炭化物形成元素として、また、オーステナイトに固溶して高温硬さの向上に重要である。さらに、固溶ＣｒはＣｒ酸化物皮膜の形成により耐高温腐食性(耐酸化性と言葉を統一)に寄与する。Ｃｒの含有量が少ないと高温硬さが高く、適度なＣｒ炭化物量をもつ組織が得られず、優れた耐摩耗性が得られないので、２２％以上のＣｒを含有させる。Ｃｒの含有量が多すぎると靭性が低下するので、上限は２８％とする。より好ましいＣｒの含有量は２４〜２８％である。Ｃｒ炭化物量は１０〜３０％が好ましい。Ｃｒ炭化物量が少ないと耐摩耗性が低下し、Ｃｒ炭化物量が多いと鋳鉄が脆化する。
【００２１】
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素である。また、加工硬化量を増し、耐摩耗性を高める効果がある。さらに、靭性を改善する。この効果を得るために、Ｎｉの含有量は２．５％以上とする。Ｎｉの含有量が多すぎると、コスト高となるので、上限は４．０％とする。
【００２２】
本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄は、さらに、Ｍｏ及びＷの１種又は２種を含有してもよい。
【００２３】
Ｍｏは、Ｃｒとともに炭化物を生成するとともに、オーステナイト中に固溶して、耐摩耗性を高める効果があるので、添加してもよい。この効果を効果的に得るためには、Ｍｏの含有量は０．５％以上とすることが好ましい。Ｍｏの含有量が多くても、効果は飽和し、また、偏析による靭性低下を生じるので、上限は３．０％とする。
【００２４】
Ｗは、Ｍｏと同様に、Ｃｒとともに炭化物を生成するとともに、オーステナイト中に固溶して耐摩耗性を高める効果があるので、添加してもよい。Ｗの添加は、特に、５００℃を超える高温域における高硬度、高耐摩耗性を得るのに有効である。この効果を効果的に得るためには、Ｗの含有量は０．５％以上とすることが好ましい。Ｗの含有量が多すぎても効果は飽和し、さらに、靭性が低下するので、上限は３．０％とする。
【００２５】
成分組成の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物とは、本発明で規定する成分組成を有する鋳物を工業的に製造する際に、原料や製造環境等から不可避的に混入するものをいい、たとえば、Ｐ、Ｓがあげられる。Ｐ、Ｓは、通常０．０３０％以下程度、鋳物に不可避的に混入する。
【００２６】
本発明の金属組織は、好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上がオーステナイトである。なお、本発明の鋳鉄の成分組成ではＭｓ点はほとんど室温以下となるので、冷却の際のマルテンサイト変態量は少ない。
【００２７】
本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄の製造方法は、特に限定されるものではなく、常法によればよい。
【００２８】
はじめに、上述した成分組成を有する溶湯を調整し、溶湯を鋳型に注湯し、注湯された溶湯を冷却して凝固させる。本発明鋳鉄は原則として鋳放しのまま使用されるが、必要に応じて溶体化、焼入焼戻しなどの熱処理をすることができる。
【００２９】
本発明の成分組成を有する鋳鉄であれば、特別な製法を用いることなく、耐熱、耐摩耗性に優れた鋳鉄を得ることが可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例を用いて、本発明をより具体的に説明する。以下に挙げる例は本発明の実施態様の一例であり、本発明が以下の実施例により制限されるものでないことはいうまでもない。
【００３１】
［実施例１］
表１に記載の成分組成を有する鋳鉄を、鋳造、溶体化処理、焼入れ、焼戻しを施すことにより、２０ｋｇ製造した。表１中の「＜０．０１」は、意図的に添加されたものではなく、含有量が不純物レベルであることを示す。なお、比較例７はＪＩＳ  ＳＣＨ２２、比較例８はＪＩＳ  ＳＣＳ１３Ａに相当する。
【００３２】
得られた鋳鉄の中心部分より試験片を採取し、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、及び９００℃における硬度を調査した。硬度はビッカース硬度計を用い、荷重１０００ｇで、試験片の表面硬度（Ｈｖ）を５点測定し、平均化して評価した。また、鋳鉄中のＣｒ炭化物量、及び一部の試験片について９００℃における酸化増量を測定した。結果を表２に示す。
【００３３】
【表１】
0006678426.tif 000002
【００３４】
【表２】
0006678426.tif 000003
【００３５】
表２に示すように、本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄は、高温域において高い硬さ、少ない酸化増量、適度なＣｒ炭化物量を示しており、耐熱性、耐摩耗性に優れていることが確認できた。一方、本発明の成分組成の規定を満たさない鋳鉄は、高温での硬さが低く、炭化物も少ないために耐摩耗性が劣り、酸化増量も多いことが確認できた。
［実施例２］
【００３６】
表１に記載のＮｏ．１、３、５、６、７、及び８の成分組成を有する、エア吹き出し角度８．４°、天板厚さ１０ｍｍのエアノズルを鋳造法で作製し、バイオマスボイラの炉床に設置して運転し、寿命を評価した。寿命は、天板部の厚さの減少量を超音波厚さ測定器（オリンパス製、２７ＭＧ）を使用して測定し、比較例７の減少量を１として比で表した。評価結果を表３に示す。
【００３７】
【表３】
0006678426.tif 000004
【００３８】
表３に示すように、本発明の耐熱耐摩耗鋳鉄を用いたエアノズルは、バイオマスボイラ中で使用した場合であっても摩耗量が小さく、高温域における耐摩耗性に優れていることが確認できた。