(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
［Ｃ］２〜６重量％、［Ｓｉ］０．３〜３重量％、［Ｍｎ］０．３〜３重量％、［Ｃｒ］１５〜３５重量％、［Ｍｏ］２〜１０重量％、［Ｖ］２．５〜１０重量％、［Ｗ］４．２３〜１０重量％、［Ｎｉ］２．０３〜１０重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなると共に、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝≦２の式を満足することを特徴とする耐塊鉱物摩耗材料。
【請求項２】
［Ｃ］２〜６重量％、［Ｓｉ］０．３〜３重量％、［Ｍｎ］０．３〜３重量％、［Ｃｒ］１５〜３５重量％、［Ｍｏ］２〜１０重量％、［Ｖ］２．５〜１０重量％、［Ｗ］４．２３〜１０重量％、［Ｎｉ］２．０３〜１０重量％の８種類と、［Ｎｂ］０．５〜５重量％、［Ｔｉ］０．５〜５重量％、［Ｚｒ］０．５〜５重量％の３種類の中から選んだ１種又は２種以上、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなると共に、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝≦２の式を満足することを特徴とする耐塊鉱物摩耗材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの耐摩耗性を著しく高めた耐塊鉱物摩耗材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、耐塊鉱物摩耗材料としては、［Ｃ］２．５〜５．５重量％、［Ｃｒ］１５．０〜３５．０重量％を主成分とし、これに若干の合金元素（Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂなど）を添加した高炭素・高クロム鋳鉄が広く使われている。本出願人が提案した特開平５−２１４４８３号公報において、［Ｃ］３．０〜７．０重量％、［Ｓｉ］０．３〜３．０重量％、［Ｍｎ］０．３〜１．５重量％、［Ｃｒ］１５．０〜３５．０重量％、［Ｍｏ］３．０〜１０．０重量％、［Ｖ］０．５〜２．０重量％、［Ｗ］３〜１０．０重量％を含有した耐塊鉱物摩耗材料は前記高炭素・高クロム鋳鉄に比べて、約２倍の耐久性を有している。
なお、前記耐塊鉱物摩耗材料は、鋳造によるもの、溶接ワイヤー肉盛によるもの、溶湯を用いた鋳掛け肉盛によるものなど各種の製造法で製作されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどは、大量の硬質塊鉱物が衝突し通過していくため、耐摩耗性が非常に重要である。前記ライナー、プレートなどの材質の耐摩耗性を向上すると、これらの部品の取り替え頻度が少なくなり作業効率が上がる。
前記高炭素・高クロム鋳鉄においては、益々高くなってきた要求レベルを満足するものではなく、前記特開平５−２１４４８３号公報においても、更に耐摩耗性を向上する必要がある。即ち、該耐摩耗材においては、Ｍｏ、Ｗの添加によって生成した炭化物により耐摩耗性は向上するが、粗大なクロム炭化物も存在しているため、前記炭化物の割れ、剥離によって摩耗が進行する場合があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性を高位の水準に高め、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの耐久性を著しく高めた耐塊鉱物摩耗材料を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る耐塊鉱物摩耗材料は、［Ｃ］２〜６重量％、［Ｓｉ］０．３〜３重量％、［Ｍｎ］０．３〜３重量％、［Ｃｒ］１５〜３５重量％、［Ｍｏ］２〜１０重量％、［Ｖ］２．５〜１０重量％、［Ｗ］４．２３〜１０重量％、［Ｎｉ］２．０３〜１０重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなると共に、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝≦２の式を満足する。
また、第２の発明の耐塊鉱物摩耗材料は、［Ｃ］２〜６重量％、［Ｓｉ］０．３〜３重量％、［Ｍｎ］０．３〜３重量％、［Ｃｒ］１５〜３５重量％、［Ｍｏ］２〜１０重量％、［Ｖ］２．５〜１０重量％、［Ｗ］４．２３〜１０重量％、［Ｎｉ］２．０３〜１０重量％の８種類と、［Ｎｂ］０．５〜５重量％、［Ｔｉ］０．５〜５重量％、［Ｚｒ］０．５〜５重量％の３種類の中から選んだ１種又は２種以上、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなると共に、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝≦２の式を満足する。
耐塊鉱物摩耗材料は、炭化物の量、形状、サイズと炭化物を保持する基地の硬さ、強度、靱性などによって、耐摩耗性が決まる。本発明者らは、各種合金元素の効果を試験し、炭化物の量、形状、サイズと基地の硬さ、強度、靱性を改善するために、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｉ等を適量に添加すること、及び｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝又は｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝の値を適正な範囲に限定することが極めて有効であることを見出した。
これにより、Ｃｒ炭化物（Ｍ7Ｃ3）及びＭｏ、Ｗ炭化物（Ｍ2Ｃ）の粗大化を抑制し、ＭＣ炭化物を多量に晶出させ、炭化物の量、形状、サイズを大幅に改善することができる。また、Ｎｉを適量に添加することによって、基地の硬さ、強度、靱性を改善し、炭化物を強く保持し、炭化物の割れ、剥離を防止することができる。そして、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性は顕著に向上し、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの寿命を著しく向上させる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る耐塊鉱物摩耗材料は、化学成分が、［Ｃ］２〜６重量％、［Ｓｉ］０．３〜３重量％、［Ｍｎ］０．３〜３重量％、［Ｃｒ］１５〜３５重量％、［Ｍｏ］２〜１０重量％、［Ｖ］２．５〜１０重量％、［Ｗ］４．２３〜１０重量％、［Ｎｉ］２．０３〜１０重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなり、｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝の値の範囲を−２以上、２以下に限定した。これにより、Ｃｒ炭化物（Ｍ7Ｃ3）及びＭｏ、Ｗ炭化物（Ｍ2Ｃ）の粗大化を抑制し、ＭＣ炭化物を多量に晶出させて、炭化物の量、形状、サイズを大幅に改善することができた。
またＮｉを適量に添加することにより、耐塊鉱物摩耗材料の基地の硬さ、強度、靭性を改善し炭化物を強く保持し、炭化物の割れ、剥離を防止することができた。
【０００６】
また、本発明の第２の実施の形態に係る耐塊鉱物摩耗材料は、前記第１の実施の形態に係る耐塊鉱物摩耗材料の効果に加えて更に炭化物の量、形状、サイズを改善するために、前記実施の形態の化学成分に、［Ｎｂ］０．５〜５重量％、［Ｔｉ］０．５〜５重量％、［Ｚｒ］０．５〜５重量％の３種類の中から選んだ１種又は２種以上を添加し、｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝値の範囲を−２以上、２以下に限定した。
【０００７】
次に耐塊鉱物摩耗材料の化学成分を前記のように限定した理由について説明する。
（１）ＣはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒとＭ7Ｃ3、Ｍ2Ｃ、ＭＣ型の極めて硬い炭化物を形成し、耐摩耗性を向上させる。また、Ｃは、耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、焼入れ性を向上させると共に、耐塊鉱物摩耗材料の基地の強度、硬さを向上させる。下限を２重量％としたのは、炭化物が減少し耐摩耗性が低下するためであり、また、上限を６重量％としたのは、炭化物が多くなり、靭性が低下するためである。
（２）Ｓｉは脱酸剤として必要であるが、Ｓｉは０．３重量％未満では効果がなく、３重量％を超えると、耐摩耗性が低下することから、下限を０．３重量％、上限を３重量％とした。
（３）Ｍｎは脱酸剤として働くほか、不純物として混入する有害なＳをＭｎＳとして固定するが、Ｍｎは０．３重量％未満では効果がなく、３重量％を超えると、ＭｎＳが多くなることで、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性が低下することから、下限を０．３重量％、上限を３重量％とした。
【０００８】
（４）Ｃｒは一部、耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、硬化性を高めると共に、Ｃと結びついて耐摩耗性に有効なＭ7Ｃ3炭化物を形成するが、Ｃｒは１５重量％未満ではその効果が小さく、３５重量％を超えると靭性を低下させるため、下限、上限をそれぞれ１５重量％、３５重量％とした。
（５）Ｍｏは一部、耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、焼戻し軟化抵抗を高め、またＣと結びついて耐摩耗性に有効なＭ2Ｃ炭化物を形成する。Ｍｏは２重量％未満ではその効果が小さく、１０重量％を超えるとＭ2Ｃ炭化物が顕著に粗大化することから、下限、上限をそれぞれ２重量％、１０重量％とした。
（６）Ｖは最も炭化物の形成傾向が大きく、耐摩耗性に有効なＭＣ炭化物を形成する。Ｖは２．５重量％未満ではＭＣの量が少なく、十分な耐摩耗性が得られず、またＣｒ、Ｍｏ、ＷとＣとの間で形成されるＭ7Ｃ3、Ｍ2Ｃ炭化物の粗大化を抑制することができない。さらにＶは１０重量％を超えるとＭＣ炭化物を粗大化させ、機械的性質を低下せしめることから、下限を２．５重量％、上限を１０重量％とした。
【０００９】
（７）Ｗは、Ｍｏと同様に、焼戻し軟化抵抗を高めると共に、耐摩耗性に有効なＭ2Ｃ炭化物を形成する。Ｗは１０重量％を超えるとＭ2Ｃ炭化物が粗大化することから、上限を１０重量％とした。
（８）Ｎｉは、大部分が耐塊鉱物摩耗材料の基地に固溶し、耐塊鉱物摩耗材料の基地の強度、硬さ及び焼入れ性を向上させるが、１０重量％を超えると残留オーステナイトの増加をもたらし、早期摩耗や割れなどの問題を生じることがあるため、上限を１０重量％とした。
（９）［Ｎｂ］０．５〜５重量％、［Ｔｉ］０．５〜５重量％、［Ｚｒ］０．５〜５重量％の中の１種又は２種以上のＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒを添加することが、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性を向上させるのに有効である。Ｎｂ、Ｔｉ、ＺｒはＶと同様Ｃと結合しやすく、ＭＣ炭化物を形成することにより、耐摩耗性を向上させる。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの添加量は実用的に認められる下限として０．５重量％とした。Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒは５重量％を超えるとＭＣ炭化物が顕著に粗大化することから、上限を５重量％とした。また、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒは共に高価なものであるため、コストとの関連で、実用的にはＮｂ、Ｔｉ、Ｚｒの中の１種又は２種以上とした。
【００１０】
本発明の実施の形態の特徴は、前記各合金元素の含有量を限定すると共に、第１の実施の形態においては、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝≦２の式を満足すること、及び第２の実施の形態においては、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝≦２の式を満足することにある。前記（  ）内の数値は、前記合金元素が炭化物として化学量論的にバランスするＣ量（％）である。Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒは、それぞれＭ7Ｃ3、Ｍ2Ｃ、Ｍ2Ｃ、ＭＣ、ＭＣ、ＭＣ、ＭＣを形成するので、炭化物の種類及び各合金元素の原子量によって、表１に示すような炭化物係数（前記式の各合金元素の係数）が得られる。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
第１の実施の形態における｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝の値及び第２の実施の形態における｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝の値が２より大きい場合は、炭化物が顕著に粗大化し、炭化物欠落による摩耗が大きく、耐摩耗性を劣化させる。一方前記｛  ｝の値が−２より小さい場合は、炭化物の量が少なく、また焼入れ性の低下によって、耐塊鉱物摩耗材料の基地の強化を十分もたらさず、耐摩耗性を劣化させるため好ましくない。後述の実施例からも明らかなように、、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝≦２の式、又は−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝≦２の式を満足した本発明に係る耐塊鉱物摩耗材料（発明材）は、試験材、従来材に比べて、極めて優れた耐摩耗性を有している。
【００１３】
【実施例】
以下に、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性を確認するために行った実施例（発明材）を、比較例（試験材又は従来材）と共に説明する。
表２は鋳造法による発明材、試験材及び従来材（特開平５−２１４４８３号公報）の化学成分を示し、Ｃｂａｌ（％）は｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝の値である。これらの発明材（Ａ〜Ｅ）、試験材（Ｆ〜Ｈ）及び従来材（Ｉ）は、砂型鋳型により３００ｍｍ×３００ｍｍ×３０ｍｍのライナーを鋳造し、いずれも所定の焼入れ、焼戻し処理を施した後、該ライナー製品から、それぞれのサンプルを切り出し、摩耗試験を行い、材料の耐摩耗性を評価した。
【００１４】
【表２】
0004367992.tif 000003
【００１５】
摩耗試験は、インペラー回転式ショットブラスト試験機（投射速度：６３ｍ／ｓ、投射材径：φ１．７ｍｍ、投射角度：４０度）を用いて、サンプル表面をショットすることによって、サンプル表面を摩耗させ、１時間試験した後に、摩耗減量をサンプル表面積で除した値を求め、耐摩耗性を評価した。図１は摩耗試験結果を示したもので、発明材は、試験材に比べて２倍以上、従来材に比べて２．９倍以上の耐摩耗性を有することがわかった。摩耗試験の結果から、発明材は、試験材、従来材に比較して、極めて優れた耐摩耗性を有していることが明らかで、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの耐久性を向上することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の耐塊鉱物摩耗材料においては、以上の説明から、［Ｃ］２〜６重量％、［Ｓｉ］０．３〜３重量％、［Ｍｎ］０．３〜３重量％、［Ｃｒ］１５〜３５重量％、［Ｍｏ］２〜１０重量％、［Ｖ］２．５〜１０重量％、［Ｗ］４．２３〜１０重量％、［Ｎｉ］２．０３〜１０重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物元素からなる化学成分を有し、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ）｝≦２の式を満足することにより、耐塊鉱物摩耗材料の耐摩耗性が顕著に向上した。その結果、製鉄業やセメント製造業において塊鉱物、粉体を処理する設備に利用されるライナー、プレートなどの寿命を著しく向上させた。
請求項２記載の耐塊鉱物摩耗材料においては、請求項１記載の化学成分に、［Ｎｂ］０．５〜５重量％、［Ｔｉ］０．５〜５重量％、［Ｚｒ］０．５〜５重量％の３種類の中から選んだ１種又は２種以上を加え、−２≦｛Ｃ−（０．０９９Ｃｒ＋０．０６３Ｍｏ＋０．０３３Ｗ＋０．２３６Ｖ＋０．１２９Ｎｂ＋０．２５１Ｔｉ＋０．１３２Ｚｒ）｝≦２の式を満足することで、更に、耐摩耗性を向上させた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る耐塊鉱物摩耗材料である発明材、試験材及び従来材の単位面積当たりの摩耗減量に及ぼすＣｂａｌ（％）の値の影響を示すグラフである。
【図１】
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