(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉盛層をもつ耐摩耗性に優れた肉盛ガイド部材であって、前記肉盛層がCoまたはCo基合金からなるマトリックスにＷ2 ＣとNbＣを体積比Ｗ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４を満たし合計で30〜60vol ％含有してなることを特徴とする肉盛ガイド部材。
【請求項２】
肉盛層をもつ耐摩耗性に優れた肉盛ガイド部材の製造方法であって、Ｗ2 Ｃ粉とNbＣ粉を体積比Ｗ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４を満たし合計で30〜60vol ％含有し、残部がCo粉またはCo基合金粉からなる混合粉末をプラズマ溶接により母材上に肉盛して肉盛層を形成することを特徴とする肉盛ガイド部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性に優れた肉盛層をもつ肉盛ガイド部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガイド部材、例えば熱間圧延用ガイドロールには、厳しい環境下で使用され、高い硬度と優れた靭性が要求される。このため、Ｈｉ-Cr ロール、ＷＣ粒を70〜90vol ％含有する超硬合金ロール、溶射ロールなどが用いられていた。特に、相手材料と互いに摺動する箇所に適用される熱間圧延用ライナーなどのガイド部材には、特に優れた耐摩耗性が必要とされる。
【０００３】
一般に鉄系材料では硬度と靭性とは互いに相反する特性と位置づけられておりその両立が困難である。従ってＨｉ-Cr 材料の材質改善ではガイドロールやライナーなどのガイド部材の耐摩耗性向上に限界があった。一方、ＷＣ粒を70〜90vol ％含有する超硬合金製ガイド部材は、耐摩耗性に優れているもののコストが高く、経済的でないという欠点があり、また、溶射ロールは、肉盛層と母材との接合強度が低いうえ、肉盛層の靭性が極めて低く、肉盛層の剥離や割れが発生しやすい欠点があった。
【０００４】
近年、これらに代わるものとして、特開昭61-46307号公報に示されているような、例えばＷＣなどの炭化物系金属を１種類だけ20〜60vol ％含み、残部がCoまたはCo基合金粉からなる混合粉末をプラズマ溶接により母材上に肉盛し、肉盛ガイド部材とする製造方法が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭61-46307号公報に示されている、炭化物系金属粉を１種類だけ20〜60vol ％含み、残部残部CoまたはCo基合金粉からなる混合粉末をプラズマ溶接により肉盛した肉盛ガイド部材は、広範囲のすべり速度領域で使用した場合、耐摩耗性が不十分で寿命が短いという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、広範囲のすべり速度において優れた耐摩耗性を有する肉盛ガイド部材およびそれを安価に製造することが可能な製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、肉盛層をもつ耐摩耗性に優れた肉盛ガイド部材であって、前記肉盛層がCoまたはCo基合金からなるマトリックスにＷ2 ＣとNbＣを体積比Ｗ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４を満たし合計で30〜60vol ％含有してなることを特徴とする肉盛ガイド部材である。
【０００８】
また、本発明は、肉盛層をもつ耐摩耗性に優れた肉盛ガイド部材の製造方法であって、Ｗ2 Ｃ粉とNbＣ粉を体積比Ｗ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４を満たし合計で30〜60vol ％含有し、残部がCo粉またはCo基合金粉からなる混合粉末をプラズマ溶接により母材上に肉盛して肉盛層を形成することを特徴とする肉盛ガイド部材の製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に係る肉盛ガイド部材の肉盛層について説明する。
本発明に係る肉盛ガイド部材の肉盛層は、CoまたはCo基合金マトリックス中に炭化系金属を含有するものである。マトリックスとして、CoまたはCo基合金マトリックスとする理由は、元来、このマトリックスはステライトに代表されるように耐熱性、耐食性、溶接性に優れるうえ、Ni基合金に比べて、特に耐摩耗性が優れているためである。また、炭化系金属のうちからＷ2 ＣとNbＣとを複合して用いるようにしたのは以下の知見による。
【００１０】
すなわち、Ｗ2 Ｃは高硬度でかつ強度が高く、低すべり速度域においてCoまたはCo基合金マトリックスの塑性流動を抑制し、摩耗速度の低減効果が大きいものの、高すべり速度域ではその効果はそれほど大きくない。本発明においては、高すべり速度域では、NbＣの潤滑作用によって摩耗速度の低減効果が大きいことを知見し、Ｗ2 ＣとNbＣとを複合して用い、Ｗ2 Ｃだけでは不十分であった高すべり速度域の耐摩耗性を向上させた。なお、NbＣの硬度はＷ2 Ｃより低いが、CoまたはCo基合金マトリックスよりも高硬度であり、摩耗速度の低減効果があるとはいうものの、低すべり速度域ではNbＣに割れが生じるため、NbＣのみでは低すべり速度域での摩耗抑制効果が不十分となる。よって、本発明では、Ｗ2 ＣとNbＣとを複合して用い、低すべり速度域での耐摩耗性と高すべり速度域での耐摩耗性を向上させた。なお、マトリックスは、CoまたはCo基合金であるが、Co基合金とはCo40質量％以上にNi、Cr、Mn、Si、Mo、Ｗなどの元素を含むものである。
【００１１】
発明に係る肉盛ガイド部材の肉盛層は、上記マトリックスに体積でＷ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４でかつＷ2 ＣとNbＣを合計で30〜60vol ％含有してなる。
上記マトリックスにＷ2 ＣとNbＣを合計で30〜60vol ％含有してなる理由は、Ｗ2 ＣとNbＣとを合計で30vol ％未満としたのでは、低すべり速度域での耐摩耗性向上効果と高すべり速度域での耐摩耗性向上効果が不十分となり、Ｗ2 ＣとNbＣとを容積の合計で60％vol 超えとした場合、プラズマ溶接により肉盛する際、肉盛層に割れなどの溶接欠陥が発生するためである。また、容積でＷ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４とする理由は、体積比でＷ2 Ｃ／NbＣを0.5 未満とした場合、低すべり速度域ので耐摩耗性向上効果が不十分となり、一方、容積でＷ2 Ｃ／NbＣを４超えとした場合、高すべり速度域での耐摩耗性向上効果が不十分となるからである。
【００１２】
上記の肉盛層は、母材上にＷ2 Ｃ粉とNbＣ粉の両方の炭化物粉をCoまたはCo基合金粉に混合した混合粉末をプラズマ溶接により母材上に肉盛して形成する。プラズマ溶接では使用する混合粉末の組成がそのまま肉盛層の組成となるから、混合粉末の組成は、Ｗ2 Ｃ粉とNbＣ粉を容積比Ｗ2 Ｃ／NbＣが0.5 〜４を満たし合計で30〜60vol ％含有し、残部がCo粉またはCo基合金粉からなる。本発明では、母材上に肉盛層をプラズマ溶接によりて形成したので、焼結により超硬合金製ガイド部材を製造した場合に比べ、安価なガイド部材とすることができる。なお、母材の材料は、各種鋼材を用いることができる。プラズマ溶接は、特開昭61-46307号公報に示されているようにキャリアガスとともに混合粉末をプラズマアーク部に供給し、シールドガスでプラズマアーク部の周囲を覆う方法で行うことができる。
【００１３】
【実施例】
上記した肉盛層の耐摩耗性を以下のようにして調べた。
熱間圧延用ガイドロールの母材上に50メッシュ以上の金属系炭化物含む混合粉末をプラズマ溶接により肉盛して、表１に示す組成の肉盛層を形成した。なお、肉盛層厚みは２mmとし、Co基合金粉、Ni基合金は100 〜325 メッシュの市販のものを用いた。Co基合金粉の成分はCo63.8質量％、Ni2.1 質量％、Cr27.1質量％、Mn0.5 質量％、Si0.7 質量％、Mo5.1 質量％、Fe0.4 質量％、Ｃ0.3 質量％である。上記肉盛のガイドロールから肉盛層を含む試験片を切り出して、図１に示す摩耗試験装置により摩耗試験を行った。図１は、摩耗試験装置の概略図である。符号１はガイドロールの母材である。
【００１４】
摩耗試験は、肉盛層1Aを上にした試験片に回転子２を一定押し付け力Ｐ＝125Nで押し付けつつ回転させ、すべり距離が2000ｍに到達したときの摩耗体積を測定し、耐摩耗性を評価した。なお、符号３は、試験片を固定する固定台、４は回転子２を押し付ける押し付け力の方向である。試験片寸法は、縦25mm×横25mm×厚み５mm（肉盛層厚み２mmを含む）とし、回転子２の材料はSUJ ２、回転子２の寸法は径が30mm、長さが20mmとし、すべり速度は1.1 ｍ／ｓと4.4 ｍ／ｓの２水準とした。上記発明例の組成を外れた肉盛層をプラズマ溶接により形成した比較例と従来例についても同様にして摩耗試験を行い、耐摩耗性を評価した。摩耗試験の結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003902080.tif 000002
【００１６】
表１に示すとおり、合計炭化物量が本発明の範囲より少ない比較例（No. ７）の場合、低すべり速度域と高すべり速度域のいずれの場合においても摩耗量が多い一方、合計炭化物量が本発明の範囲より多い比較例（No. ８）の場合、溶接時の肉盛層の割れが発生し、摩耗試験が行えなかった。また、Ｗ2 Ｃ／NbＣが本発明の範囲より小さい比較例（No. ９）の場合には低すべり速度域での摩耗量が多い一方、Ｗ2 Ｃ／NbＣが本発明の範囲より大きくてＷ2 Ｃだけを含む従来例（No. 11）の場合には高すべり速度域での摩耗量が多い。また、Ｗ2 Ｃ／NbＣが本発明の範囲より小さくてNbＣだけを含む従来例（No. 10）の場合には、低すべり速度域での摩耗量と低すべり速度域での摩耗量が共に多い。なお、従来例（No. 11）はマトリックスがNi基合金である。
【００１７】
これらに対して発明例（No. １〜６）では、低すべり速度域と高すべり速度域のどちらの場合においても摩耗量が少なく、耐摩耗性が良好であり、高範囲のすべり速度において優れた耐摩耗性を有することがわかる。
本発明は、熱間圧延用ライナーや熱間圧延用ガイドロールに限らず、優れた耐摩耗性が必要とされるガイド部材に適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の肉盛ガイド部材は、広範囲のすべり速度において優れた耐摩耗性を有する。また、本発明の肉盛ガイド部材の製造方法によれば、安価な肉盛ガイド部材を製造できる。この結果、安価でかつ高寿命の肉盛ガイド部材を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、摩耗試験装置の概略図である。
【符号の説明】
１  母材
1A  肉盛層
２  回転子
３  固定台
４  押し付け力の方向
【図１】
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