(57)【要約】【課題】複合界面割れを起こさず、かつ充分な硬さを維持でき、複合化された合金鋼の靱性を向上できるＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗合金と合金鋼の複合化方法を提供する。【解決手段】Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼を１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理するＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。また、Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼を１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理により複合化し、その後７５０〜９００℃で熱処理するＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼を１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理することを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。
【請求項２】
Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼を１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理により複合化し、その後７５０〜９００℃で熱処理することを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。
【請求項３】
Ｎｉ基合金には少なくとも、質量％で、
Ｃｒ：５〜４０％、
Ｍｏ：１５〜４０％、
Ｂ：０．５〜５．０％
の３元素を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐食性、耐摩耗性に優れたＮｉ基合金と合金鋼の複合化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｉ基マトリックスにホウ化物などの硬質粒子を分散させた耐食耐摩耗合金が各種提案されている。例えば特開平８−１５７９９１号公報（特許文献１）に記載されているように、重量％で、Ｍｏ：２５〜４０％、Ｂ：０．５〜２．０％、Ｃｒ：２０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｆｅ：１２％以下、残部がＮｉ及び不可避の不純物からなる表面硬化用塩酸耐食合金や特許第２６３１７９１号公報（特許文献２）に記載されているように、硼化物よりなる硬質相３５〜９５重量％と、該硬質相を結合するＮｉ基の結合相からなる硬質焼結合金において、全硬質相量のうち正方晶系のＭ３  Ｂ２  型（Ｍ：Ｍｏ、Ｎｉの他はＣｒおよび／またはＶ）複硼化物を６０％以上含み、残部が斜方晶系のＭ３  Ｂ２  型複硼化物あるいは他の硼化物よりなる耐食性に優れた高強度硬質焼結合金が開示されれいる。
【０００３】
さらに、特許文献３には、炭化物および硼化物を主体とする硬質相がＮｉ基のマトリックスで結合された複合材料であって、前記硬質相およびマトリックスは、総量で、Ｂ：１．５〜５重量％、Ｃｒ：５〜１５重量％、Ｍｏ：２５〜５０重量％、Ｗ：１０〜２５重量％、Ｆｅ：２〜４重量％を含有し、残部がＮｉと不可避的不純物とからなる耐摩耗耐食性複合材料が開示されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１（特開平８−１５７９９１号公報）
（２）特許文献２（特許第２６３１７９１号公報）
（３）特許文献３（特開平５−１３２７３４号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１〜３に開示されているこれら合金は主に溶射、肉盛りなどの方法により合金鋼と複合化し使用されることが多い。しかしながら、溶射、肉盛りによる複合化ではポアの残留や肉盛割れなどの問題がある。一方、これらの複合化方法以外にもＨＩＰや熱間押出しなどによる方法があり、これらの方法を用いる場合、高密度に固化成形されることが期待される。しかし、ＣｒやＭｏをはじめとした合金元素を多量に含み、かつホウ化物が多量に析出した耐食耐摩耗合金は熱間変形抵抗が極めて高く、熱間延性が悪く複合化が困難である。
【０００６】
さらに、Ｍｏを主体としたホウ化物などは熱膨張係数が小さく、Ｍｏを多量に含むＮｉ基マトリックスも熱膨張係数が小さい。従って、このようなＮｉ基ホウ化物析出耐食耐摩耗合金は複合化される合金鋼より熱膨張係数が小さくなってしまうことが多く、このような熱膨張係数の差異により、ＨＩＰや押出の後の冷却時に複合界面割れを生じてしまうという問題がある。また、ＨＩＰによる複合化１界面の接合力を向上させるため高温での処理が必要となる。しかしながら、１０００℃を超えるような処理を行なうと複合化される合金鋼の結晶粒が粗大化するため著しく靱性が低下するという問題がある。さらに、この種のＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗合金は熱履歴により硬度が著しく変化するが、この挙動に関する例は殆ど見られないのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、本発明では、複合化挙動に及ぼすＨＩＰ処理温度の影響、Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗合金の硬度に及ぼす熱履歴の影響を詳細に検討し、複合界面割れを起こさず、かつ充分な硬さを維持でき、複合化された合金鋼の靱性を向上できるＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗合金と合金鋼の複合化方法を見出した。その発明の要旨とするところは、
（１）Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼を１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理することを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。
【０００８】
（２）Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼を１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理により複合化し、その後７５０〜９００℃で熱処理することを特徴とするＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法。
（３）Ｎｉ基合金には少なくとも、質量％で、Ｃｒ：５〜４０％、Ｍｏ：１５〜４０％、Ｂ：０．５〜５．０％の３元素を含むことを特徴とする前記（１）または（２）に記載のＮｉ基ホウ化物分散耐食、耐摩耗性合金の複合化方法にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について成分組成の限定理由を詳細に説明する。
Ｃｒ：５〜４０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。しかし、５％未満ではその効果が十分でなく、また、４０％を超える添加は抗折力が低下することから、その範囲を５〜４０％とした。
Ｍｏ：１５〜４０％
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、耐食性を向上させる元素である。しかし、１５％未満ではその効果が十分でなく、また、４０％を超える添加は抗折力が低下することから、その範囲を１５〜４０％とした。
【００１０】
Ｂ：０．５〜５．０％
Ｂは、硬さを向上させる元素である。しかし、０．５％未満ではその効果が十分でなく、また、５．０％を超える添加は抗折力および熱膨張係数が低下し複合界面に亀裂を生じ易くなる。従って、その範囲を０．５〜５．０％とした。
Ｎｉは、基材であり、高い耐食性を得るために必要な元素である。
【００１１】
１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理
１０５０℃未満の温度でＨＩＰ処理すると、複合界面の拡散が十分でないため界面強度が十分でなく複合界面割れが生じ、１２００℃を超える温度でＨＩＰ処理すると原因は定かでないがＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗合金の硬さが低下する。従って、その範囲を１０５０〜１２００℃とした。また、ＨＩＰ処理により複合化した後、７５０〜９００℃で熱処理することで、合金鋼の結晶粒が微細となり靱性が向上する。さらに、原因は定かでないが、Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金の硬度が向上する。しかし、７５０℃未満では靱性の向上が十分でなく、９００℃を超えるとＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金の硬さが低下する。
【００１２】
上記熱処理は１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理した後に行ってもよく、また、連続的に１０５０〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理した後引続き７５０〜９００℃の温度で保持した熱処理をする場合でもよい。アトマイズ法で製造されたＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金は、急冷凝固されているため、Ｂがマトリックスに過飽和に固溶されており高硬度を有する。
【００１３】
以上、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｂ−Ｎｉ系の４元素について主に説明してきたが、本発明は、Ｎｉ基合金であればこの４元素に限定されることはない。この４元素の成分系に添加する代表的な元素を挙げると、例えば、硬さ向上のために、Ｃ，Ｓｉ，Ｖ，Ｗの１種または２種以上を添加する。しかし、過剰に添加すると耐食性または抗折力を低下させることから、その上限を５％とする。また、耐食性を向上させるために、Ｃｕを添加する。しかし、過剰に添加すると効果が飽和することから、その上限を５％とする。さらには、原料費を低減するためにＦｅを添加する。しかし、過剰に添加すると耐食性を低下させる。従って、その上限を２０％とする。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１のＮｏ．１に示す成分組成のＮｉ基合金を真空誘導溶解炉にて溶解し、溶解量２５ｋｇを出湯温度１６００℃にてアルゴン噴霧ガスを使用してガスアトマイズ法で作製した粉末を分級した後、ＳＣＭ４４０（φ４０）なる合金鋼の溶製材をφ８０×１１０ｍｍのＳＣ管の中心部に固定し、その外側に、上記ガスアトマイズ法で作製したＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金粉末を充填し、真空脱気し封入した。その後表２に示すＨＩＰ処理温度に加熱保持して１４７ＭＰａ−５時間のＨＩＰ処理を行った。その結果を表２に示す。
【００１５】
評価としては、複合界面割れ、および硬さで評価した。複合界面割れについては、ＨＩＰ材をＴ面で揺動切断し、カラーチェックによる目視で割れの有無を確認した。〇：割れなし、×：割れあり、で判定した。また、硬さはＨＩＰ処理により固化成形されたＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金を切り出し、ロックウェル硬さを測定した。表２に示すように、Ｎｏ．１およびＮｏ．６は比較例であり、Ｎｏ．２〜５は本発明例である。比較例Ｎｏ．１はＨＩＰ処理温度が低いため界面割れが発生した。また、比較例Ｎｏ．６はＨＩＰ処理温度が高いため硬度が低下した。これに対し、本発明例のいずれも界面割れは見られず、最適硬度が得られることが分かる。
【００１６】
【表１】
2004307874.tif 000002
【００１７】
【表２】
2004307874.tif 000003
【００１８】
（実施例２）
実施例１と同様に、表１のＮｏ．２に示す成分組成のＮｉ基合金を真空誘導溶解炉にて溶解し、溶解量２５ｋｇを出湯温度１６００℃にてアルゴン噴霧ガスを使用してガスアトマイズ法で作製した粉末を分級した後、ＳＣＭ４４０（φ４０）なる合金鋼の溶製材をφ８０×１１０ｍｍのＳＣ管の中心部に固定し、その外側に、上記ガスアトマイズ法で作製したＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金粉末を充填し、真空脱気し封入し、表３に示す各温度で１４７ＭＰａ−５時間保持するＨＩＰ処理を行った。その後引続き表３に示す熱処理温度で２時間保持した熱処理を行った結果を表３に示す。そのときの評価として界面割れの有無、Ｎｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金の硬さおよび靱性評価としてＳＣＭ４４０の衝撃値で表す。衝撃値はシャルピー試験（ＪＩＳ  ３号  ２ｍｍＵノッチ）を行った。
【００１９】
【表３】
2004307874.tif 000004
【００２０】
表３に示すように、Ｎｏ．１〜２およびＮｏ．６は比較例であり、Ｎｏ．３〜５は本発明例である。比較例Ｎｏ．１は熱処理がない場合であり、界面割れが発生し、衝撃値が低い。比較例Ｎｏ．２は７００℃と温度が低いために、衝撃値が低い。Ｎｏ．６は９５０℃と高いために硬さが低い。これに対し、本発明例であるＮｏ．３〜５はいずれも界面割れは見られず、最適硬度が得られ、かつ靱性も十分に得られることが分かる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると複合界面割れを起こすことなく、十分な硬さを有するＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金と合金鋼のクラッドを製造することが出来る極めて優れた効果を奏するものである。