(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：２．５％超え、３．５％以下、Ｃｒ：１１〜１８％、Ｍｏ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、かつＮ：０．０１〜０．１５％を必須添加元素として含有し、通常の不純物を含み残部がＦｅからなる耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄であって、粒径が０．１μｍ超えの晶出物および析出物を２０〜４０質量％含み、かつ前記鋳鉄基地中に固溶するＣｒが１〜８質量％、Ｍｏが０．２〜３．０質量％およびＮが０．００５〜０．２５質量％であることを特徴とする耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｎｉ：０．５％以下を含有する請求項１記載の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コーンクラッシャーやローラミルに代表される破砕機のライナ等のように、硬質の部材、例えば鉱石、岩石等を粉砕するために摺動摩耗を頻繁に受ける耐摩耗材として有用な耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
破砕機のライナ等の耐摩耗部材の素材としては、耐摩耗性と靭性を併せ持つ、ＪＩＳ  ＳＣＭｎＨ１１に代表される高Ｍｎ鋳鋼がよく使用されている。この高Ｍｎ鋳鋼はマトリックスがオーステナイトで靭性が非常に高く、また摩耗面近傍は衝撃および塑性変形による双晶変形や積層欠陥により顕著に加工硬化が生じて非常に硬くなることが知られている。すなわち、高Ｍｎ鋳鋼は表面が硬く内部が靭性に優れる特性を併せて有しており、こうした特性は破砕機ライナ等のように摺動摩耗や衝撃を頻繁に受ける耐摩耗部材には理想的な素材と考えられ広く使用されてきた。
【０００３】
しかしながら、破砕物によっては、その受ける衝撃が小さく高Ｍｎ鋳鋼に期待する加工硬化が生じずに摩耗が著しく大きくなる問題がある。逆に破砕能力を増大して受ける衝撃が大きくなる場合には、加工硬化は生じるものの、その表面硬さは摩耗に耐えうるほど高くはならず、やはり著しく摩耗が進行するという問題を抱えている。
【０００４】
そこで、そのような場合には、マルテンサイト系鋳鋼や高Ｃｒ鋳鋼といった初期硬さ（加工硬化前の硬さ）の高い材料を使用せざるを得ないが、材質の硬さの向上が耐摩耗性を改善するとの考えにより、Ｃｒ炭化物の晶出、析出により硬さを容易に高くできる高Ｃｒ鋳鉄（例えば、特公昭５６−４７９４４号公報に開示）や高Ｃｒ鋳鋼（例えば、特開平８−１２０４１８号公報、特公昭５５−５１４２０号公報に開示）が使用されている。これらの材料の組織の構成は、硬さの高い晶出および析出Ｃｒ炭化物とそれらを取り巻く基地組織よりなる。基地組織は熱処理によって硬さを変化させることが可能であり、硬さ向上が耐摩耗性を改善するとの基本的思想から、基地組織としては最も硬さの高いマルテンサイト（但し、マルテンサイトは硬さではＣｒ炭化物よりかなり低い）が得られるような熱処理を行なっている。
【０００５】
高Ｃｒ鋳鉄の場合、特公昭５６−４７９４４号公報では、Ｃ：２．５〜３．５質量％、Ｃｒ：８．０〜３０．０質量％を主成分とし、硬さを確保するために必要な元素を添加したものなどが使用されている。一方、高Ｃｒ鋳鋼の場合、前記特開平８−１２０４１８号公報では、Ｃ：１．２〜１．８質量％、Ｃｒ：２２．５〜２８質量％を主成分とし、硬さを確保するために必要な元素を添加するだけでなく、炭化物量等の組織構成を考慮した材料、あるいは特公昭５５−５１４２０号公報では、Ｃ：１．２〜１．８質量％として晶出する炭化物量を高Ｃｒ鋳鉄より少なく微細とし、炭化物の剥離、脱落を起こりにくくするだけでなく、Ｃ量が低いため熱処理後に基地組織中にオーステナイトを残留させずマルテンサイト単層とすることで基地硬さも高めて良好な耐摩耗性の発揮を狙った材料等が過去に報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高Ｃｒ鋳鋼では、たとえ炭化物量等の組織構成を考慮しても、高Ｃｒ鋳鉄よりＣｒ炭化物量が少ないため材質の硬さ上昇には限界があり、被粉砕物が微細化した場合や、もともと被粉砕物の粒度が微細な場合には、Ｃｒ炭化物より硬さの低いマルテンサイトが選択的に摩耗されるため必ずしも高い耐摩耗性が得られないという問題がある。一方、高Ｃｒ鋳鉄においては、Ｃが高いために晶出する炭化物が粗大で量が多く硬さ上昇には有利な反面、基地素地中のＣ量が高いため、熱処理後に基地組織中に多量のオーステナイトが残留するため基地の硬さが低下し、結果的には材質の硬さが低下するため、やはり高い耐摩耗性が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、Ｃｒ炭化物量が多く硬さの上昇が期待できる高Ｃｒ鋳鉄に関し、材料成分と熱処理の最適化だけでなく、基地の硬さ上昇を目的に、炭化物の大きさと量、さらに基地組成をも最適化し、従来以上に耐摩耗性に優れ寿命の長い耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成しえた本発明の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄は、質量％で、Ｃ：２．５％超え、３．５％以下、Ｃｒ：１１〜１８％、Ｍｏ：１．０〜３．０％、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、かつＮ：０．０１〜０．１５％を必須添加元素として含有し、通常の不純物を含み残部がＦｅからなる耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄であって、粒径が０．１μｍ超えの晶出物および析出物を２０〜４０質量％含み、かつ前記鋳鉄基地中に固溶するＣｒが１〜８質量％、Ｍｏが０．２〜３．０質量％およびＮが０．００５〜０．２５質量％である耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄である。
【００１０】
さらに、質量％で、Ｎｉ：０．５％以下を含有する上記の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前述した高Ｃｒ鋳鉄の欠陥、すなわち、十分に基地の硬さが高められない問題点を解決するために種種の調査研究を行なった。その結果、基地の硬さを十分に高めるためには、従来技術のように材料の全化学成分と熱処理条件の規定だけでは不十分であり、基地中に含まれる合金元素含有量を適切に制御する必要があること、および基地の硬さ上昇には基地中に固溶するＮの効果が大きいことが判明した。なお、基地の化学成分は、晶出および析出する炭化物の化学成分や量によって制御可能であり、鋳造および熱処理条件を適宜最適化することで可能である。
【００１２】
先述のように、高Ｃｒ鋳鉄において硬さをできるだけ高めて必要な耐摩耗性を確保するためには、熱処理中にオーステナイトとなる基地組織を冷却過程で硬さの高いマルテンサイト組織へ十分に変態させることが必要であり、そのため基地硬さが低くなるオーステナイトが残留したり、あるいはパーライト、ベイナイト変態を防止することがポイントとなる。こうした点も踏まえ決定した本発明の高Ｃｒ鋳鉄の化学成分の限定理由を以下に説明する。
【００１３】
ＣはＦｅ、Ｃｒ、Ｍｏ等と結合してＭ7Ｃ3系、Ｍ23Ｃ6系、Ｍ3Ｃ系（Ｍ：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ）等の硬さが極めて高く耐摩耗性の高い各種の炭化物を形成するとともに、基地中に固溶しオーステナイトから硬さの高いマルテンサイト変態を支配する元素であり、本発明では極めて重要な元素である。一般にマルテンサイトの硬さは固溶するＣ量が多いほど高くなることが知られているが、２．５質量％以下の場合は、基地中に固溶するＣ量が不足し基地硬さが不足するだけでなく，晶出および析出する炭化物も少ないため硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られない。一方、３．５質量％を超えると生成する炭化物が粗大化して脆弱となり脆性破壊が生じてしまうとともに、基地中に固溶するＣ量が多すぎるため硬さの低いオーステナイトが多量に残留するため、やはり硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られない。従って、Ｃ量は２．５質量％超え、３．５質量％以下の範囲に限定した。
【００１４】
なお、Ｃ量の下限は２．５質量％であるが、好ましくは２．６質量％以上、より好ましくは２．７質量％以上、さらに好ましくは２．８質量％以上である。一方、上限については３．５質量％であるが、好ましくは３．４質量％以下、より好ましくは３．３質量％以下、さらに好ましくは３．２質量％以下、最も好ましくは３．１質量％以下である。なお、硬さをやや犠牲にして加工性に重点をおく観点からは、Ｃ量を１．５〜２．５質量％のレベルにまで低下させることもできるが、この場合には耐摩耗性重点の本発明の主旨と適合しないものとなる。
【００１５】
ＣｒはＣと同様に、耐摩耗性の高い各種炭化物を形成するとともに、基地中に固溶してオーステナイトが硬さの低いフェライトに変態するのを抑制する効果を有しているため極めて重要な元素である。従って、必要な硬さが得られるに十分な炭化物量を形成させるとともに、フェライト変態防止に有効な量のＣｒを基地中に固溶させる必要がある。Ｃｒが１１質量％未満の場合は、基地中に固溶するＣｒ量が不足するため基地のフェライト変態が生じ基地硬さが低下するだけでなく、晶出および析出する炭化物も少ないため硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られない。一方、Ｃｒが１８質量％を超えると生成する炭化物が粗大化して脆弱となり脆性破壊が生じてしまうとともに、基地中に固溶するＣ量が減少して基地硬さが低下し、やはり硬さ不足を招来して必要な耐摩耗性が得られなくなる。従って、Ｃｒ量は１１〜１８質量％の範囲に限定した。なお、Ｃｒ量の下限は１１質量％であるが、好ましくは１２質量％以上、より好ましくは１３質量％以上、さらに好ましくは１３．５質量％以上である。一方、上限については１８質量％であるが、好ましくは１７質量％以下、より好ましくは１６．５質量％以下、さらに好ましくは１６質量％以下、最も好ましくは１５．５質量％以下である。
【００１６】
ＭｏはＣｒと同様に、耐摩耗性の高い各種炭化物を形成するとともに、基地中に固溶してオーステナイトが硬さの低いパーライトに変態するのを抑制する効果を有しているため極めて重要な元素である。従って、必要な硬さが得られるに十分な炭化物量を形成させるとともに、パーライト変態防止に有効な量を基地中に固溶させる必要がある。Ｍｏが１．０質量％未満の場合は基地中に固溶するＭｏ量が不足するため、基地中のパーライト変態が生じ基地硬さが低下するだけでなく、晶出および析出する炭化物も少ないため硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られない。一方、Ｍｏが３．０質量％を超えると基地中に固溶するＣ量が減少して基地硬さが低下し、やはり硬さ不足を招来して必要な耐摩耗性が得られなくなる。従って、Ｍｏ量は１．０〜３．０質量％の範囲に限定した。なお、Ｍｏ量の下限は１．０質量％であるが、好ましくは１．２質量％以上、より好ましくは１．４質量％以上、さらに好ましくは１．６質量％以上である。一方、上限については３．０質量％であるが、好ましくは２．８質量％以下、より好ましくは２．６質量％以下、さらに好ましくは２．４質量％以下、最も好ましくは２．３質量％以下である。
【００１７】
Ｍｎは高Ｃｒ鋳鉄の焼入れ性を改善し、特に基地中に固溶してオーステナイトが硬さの低いベイナイトに変態するのを抑制する効果を有している。Ｍｎが０．６質量％未満ではその効果が発揮されないため下限は０．６質量％としたが、好ましくは０．７質量％以上、より好ましくは０．８質量％以上、さらに好ましくは０．９質量％以上である。一方、Ｍｎはオーステナイト安定化元素であり、過剰に添加すると基地中の残留オーステナイトが多量になり固さが低下するため上限は２．０質量％としたが、好ましくは１．８質量％以下、より好ましくは１．６質量％以下、さらに好ましくは１．４質量％以下、最も好ましくは１．２質量％以下である。
【００１８】
Ｓｉは鋳造時の溶湯の流動性確保および溶解・精錬時の脱酸に有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには０．２質量％以上含有させる必要があり、好ましくは０．３質量％以上、より好ましくは０．４質量％以上である。しかしながらＳｉはフェライト生成元素であり、多量の添加はフェライト変態を促進し基地硬さの低下を招来するばかりか、靭性低下をもたらす悪影響を有している。そのため上限を１．０質量％としたが、好ましくは０．９質量％以下、より好ましくは０．８質量％以下、さらに好ましくは０．７質量％以下、最も好ましくは０．６質量％以下である。
【００１９】
Ｎは高Ｃｒ鋳鉄の焼入れ性を改善し、特に基地中に固溶してオーステナイトが硬さの低いベイナイトに変態するのを抑制する効果を有している。Ｎが０．０１質量％未満では、その効果が発揮されないため下限は０．０１質量％としたが、好ましくは０．０２質量％以上、より好ましくは０．０３質量％以上、さらに好ましくは０．０３５質量％以上である。一方、Ｎはオーステナイト安定化元素であり、過剰に添加すると基地中の残留オーステナイトが多量になり硬さが低下するため上限は０．１５質量％としたが、好ましくは０．１３質量％以下、より好ましくは０．１２質量％以下、さらに好ましくは０．１１質量％以下、最も好ましくは０．１質量％以下である。
【００２０】
Ｎについては、鋳鉄を従来同様に製造した場合でも不純物として０．０１質量％未満程度は含まれることがあるが、本発明においてはＮを不純物レベルを超えて積極的に含有させることを特徴としている。なお、Ｎの添加方法としては、耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄の鋳造原料の選択（Ｃｒ窒化物等に代表される窒化物の添加等）、鋳造時のＮ2雰囲気制御、および電気炉によるアークの利用等があり、これらを適当に組み合わせることにより調整することができる。
【００２１】
Ｎｉは本発明において特に成分範囲を規定するものではないが、焼入れ性を向上させるだけでなく、基地中に固溶して耐摩耗性鋳鉄の靭性を高める効果があるため重要な元素ではある。しかしながら０．５質量％を超えて含有させると、残留オーステナイトの増加を招いて硬さ低下を招来し耐摩耗性を劣化させることになる。そのためにＮｉの含有量は０．５質量％以下であることが望ましく、特に靭性向上を期待しない場合には全く含まれない（０質量％に近い）ことが望ましい。
【００２２】
耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄の化学成分を上記範囲とすることで硬さが極めて高い炭化物を十分な量を生成させ、かつ基地組織を硬さの高いマルテンサイトとすることが可能となる。一方、炭化物は、鋳造過程での晶出および熱処理工程での析出により生成するが、そういった工程で生成する炭化物の量や化学成分は、鋳造時の冷却速度、すなわち、鋳込み温度や鋳塊サイズといった鋳造条件、また熱処理温度や時間といった熱処理条件により大きく変化する。
【００２３】
炭化物にはＣとともにＣｒ、Ｍｏといった基地の焼入れ性、すなわち、基地がオーステナイトからマルテンサイトへの変態を支配する合金元素も含まれ、炭化物中に固溶するＣｒとＭｏの量は、それぞれ２０〜５０％、０．５〜６％程度の範囲である。従って、炭化物の生成挙動（生成量と化学成分）は基地中の合金元素含有量、すなわち、基地の変態にも影響を及ぼすことになる。マルテンサイトと比較し炭化物の方が硬さが高いため、硬さを高めて耐摩耗性を向上させるという観点では、できるだけ炭化物量を多くするように鋳造ならびに熱処理条件を設定しがちであるが、過剰に炭化物を生成させると、マトリックス中に固溶したＣｒ、Ｍｏといった合金元素が減少するため、基地組織が硬さの低いフェライト、パーライトあるいはベイナイトといった組織となるため、結果的に全体の硬さが低下し所望の耐摩耗性は得られなくなる。そのため高Ｃｒ鋳鉄の製造にあたっては、従来技術と同様に全化学成分の規定が重要であると同時に、炭化物量と基地成分の中でも特に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ含有量を規定することが極めて重要であるとの知見に基づき発明に至ったのが請求項２に相当する。なお、請求項２の本発明においてＭｎ、Ｓｉの基地化学成分範囲を規定していないのは、両元素とも炭化物中への溶解量がほとんどない、あるいは不可避的に含有される不純物（Ｔｉ等）と反応する量がほとんどなく、請求項１に示した化学成分範囲を規定することで、事実上、基地成分を決定することと同じことになるためである。こうした点を踏まえて決定した本発明の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄の炭化物量と基地化学成分中に含まれるＣｒ、Ｍｏ、Ｎ量の限定理由を次に説明する。
【００２４】
高Ｃｒ鋳鉄中に含まれる炭化物および基地中に固溶するＣｒ、Ｍｏ、Ｎ量の測定方法としては、例えば、電解抽出を利用して被試験材を溶解させ分析する抽出残渣法等が非限定的に例示される。他の成分測定方法としてＥＰＭＡあるいはオージェ等による被試験材を溶解しない分析法もあげられるが、これら任意の組織断面における分析法では、ある限られた一断面の情報しか得ることができない欠点がある。本発明の骨子は、特開平８−１２０４１８号公報等に開示されているように、任意断面の炭化物等を規定することではなく、高Ｃｒ鋳鉄の全体硬さに大きな影響を及ぼす炭化物量と基地中の合金元素固溶量を３次元的に規定することであり、そのような観点からＥＰＭＡ、オージェに代表される溶解を採用しない分析法では、本発明を特定する分析法としては適さない。そのため炭化物や基地中の合金元素固溶量の測定には抽出残渣等による被試験材を溶解し分析する方法が推奨される。以下は、抽出残渣法により測定した結果を引用して述べる。
【００２５】
本発明で実施した抽出残渣方法を具体的に述べると、以下のようになる。まず、被試験材を、一般的に使用される電解抽出法により晶出物および析出物を抽出し、０．１μｍのフィルターを用いて回収した。なお、ここで回収される晶出物および析出物には、Ｍ7Ｃ3系、M23Ｃ6系、Ｍ3Ｃ系（Ｍ：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ）等の晶出および析出した炭化物は勿論のこと、炭化物ではない、生成物（炭素を含まない生成物）が含まれている。抽出残渣法では、炭素を含まない生成物だけを分離することは難しいが、しかしながら、これらの晶出物・析出物の大半は炭化物と考えられることから、上記の如く、高Ｃｒ鋳鉄の全体硬さに大きな影響を及ぼす炭化物量を規定する手段としては、本発明の請求項２では、炭化物量ではなく、晶出物・析出量を採用している。なお、本方法では測定できない０．１μｍ以下の晶出物・析出物は主に熱処理後の冷却中に析出する炭化物である。基地の焼入れ性に重大な影響を及ぼすのは、主に熱処理冷却前の晶出物・析出物総量と基地合金組成である。冷却中に生成する炭化物は量も少なく、かつ冷却過程での生成であり、その影響をほとんど無視できるため本発明では考慮する必要がない。
【００２６】
上記抽出残渣法により回収した晶出物・析出物中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎの各質量％（〔Ａ〕％）をＩＣＰ法により分析し鋳鉄中に含まれる総Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎの各質量％（〔Ｂ〕％）を用いて、下記（１）式により晶出物・析出物総量を算出した。また基地中に固溶するＣｒ、Ｍｏ、Ｎ量は、下記（２）式により算出した。
【００２７】
0003844935.tif 000002
【００２８】
上記で説明したように、晶出物・析出物量とは、Ｍ7Ｃ3系、M23Ｃ6系、Ｍ3Ｃ系（Ｍ：Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ）等の極めて硬さの高い炭化物が大半であると考えられる晶出物・析出物の総量を意味し、晶出（一次炭化物）と析出（二次炭化物）の区別はなく、それらの総量として定義される。晶出物・析出物量が少ないと極めて硬さの高い非金属量が少なくなるばかりか、基地中に固溶するＣ量が過剰になり残留オーステナイトが増加することになる。そのため晶出物・析出物の総量は、２０質量％以上含まれていることが必要となる。
【００２９】
一方、硬さ上昇の観点では、極めて硬さの高い炭化物総量を多くすることは好都合となるが、炭化物中には、焼入れ性を確保するために必須のＣｒ、Ｍｏが含まれているため、過剰に炭化物が生成すると基地中の焼入れ性向上元素含有量が低下するため、基地の硬さが低下することになる。そのため晶出物・析出物の総量の上限は４０質量％とした。なお、下限は２０質量％であるが、好ましくは２２質量％以上、より好ましくは２４質量％以上、さらに好ましくは２６質量％以上である。一方、上限は４０質量％であるが、好ましくは３８質量％以下、より好ましくは３６質量％以下、さらに好ましくは３５質量％以下、最も好ましくは３４質量％以下である。
【００３０】
次に、基地中に固溶する各元素の固溶量について説明する。
基地中に固溶したＣｒは、オーステナイトが硬さの低いフェライトに変態するのを抑制する効果を有しており極めて重要でありながら、Ｃと結合して各種炭化物を形成するため、炭化物量により基地中への固溶量が変化することを十分に留意しておく必要がある。フェライト変態抑制効果を十分に発揮させるためには、基地中の固溶量が１質量％以上含まれていることが必要である。一方、基地中に固溶するＣｒ量が増加することは、基地のフェライト変態を抑制する観点から好都合であるが、基地中のＣｒ量が多いことは、すなわち、極めて硬さの高い炭化物の生成量が少ないことを意味することになり、結果的には硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られなくなる。そのような観点から、基地中に固溶するＣｒ量は１〜８質量％の範囲に限定した。なお、下限は１質量％であるが、好ましくは１．２質量％以上、より好ましくは１．４質量％以上、さらに好ましくは１．６質量％以上である。一方、上限は８質量％であるが、好ましくは７．５質量％以下、より好ましくは７．４質量％以下、さらに好ましくは７．２質量％以下、最も好ましくは７質量％以下である。
【００３１】
基地中に固溶したＭｏは、オーステナイトが硬さの低いパーライトに変態するのを抑制する効果を有しているため極めて重要でありながら、Ｃと結合して各種炭化物を形成するために、炭化物量により基地中への固溶量が変化することを十分に留意しておく必要がある。パーライト変態抑制効果を十分に発揮させるためには、基地中の固溶量が０．２質量％以上であることが必要である。一方、基地中に固溶するＭｏ量が増加することは、基地のパーライト変態を抑制する観点からは好都合であるが、基地中のＭｏ量が多いことは、すなわち、極めて硬さの高い炭化物の生成量が少ないことを意味することになり、結果的には硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られなくなる。そのような観点から，基地中に固溶するＭｏ量は０．２〜３．０質量％の範囲に限定した。なお、下限は０．２質量％であるが、好ましくは０．２５質量％以上、より好ましくは０．３質量％以上、さらに好ましくは０．３５質量％以上である。一方、上限は３．０質量％であるが、好ましくは２．８質量％以下、より好ましくは２．７質量％以下、さらに好ましくは２．５質量％以下、最も好ましくは２．４質量％以下である。
【００３２】
基地中に固溶したＮは、オーステナイトが硬さの低いベイナイトに変態するのを抑制する効果を有しているため極めて重要でありながら、Ｃｒあるいは不可避的不純物として含有されることがあるＴｉ等と結合して窒化物を形成するために、窒化物量により基地中への固溶量が変化することを十分に留意しておく必要がある。ベイナイト変態抑制効果を十分に発揮させるためには、基地中の固溶量が０．００５質量％以上であることが必要である。一方、基地中に固溶するＮ量が過剰になると、Ｎはオーステナイト安定化元素であり、熱処理後の残留オーステナイトが増大するため、結果的には硬さ不足を招来し必要な耐摩耗性が得られなくなる。そのような観点から、基地中に固溶するＮ量は０．００５〜０．２５質量％の範囲に限定した。なお、下限は０．００５質量％であるが、好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．０２質量％以上、さらに好ましくは０．０３質量％以上である。一方、上限は０．２５質量％であるが、好ましくは０．２質量％以下、より好ましくは０．１８質量％以下、さらに好ましくは０．１５質量％以下、最も好ましくは０．１質量％以下である。
【００３３】
以上が含有成分、炭化物量と基地の化学組成を限定した理由であるが、このように成分組成や炭化物量を限定したことにより、本発明の鋳鉄は、極めて硬さの高い炭化物を含有するとともに基地をマルテンサイト変態させることにより硬さを高め、優れた耐摩耗性を発揮できるようになる。しかも基地中に含まれる合金元素含有量を限定することにより十分な焼入れ性（フェライトやパーライト、ベイナイト変態防止）確保が可能であり、熱処理の冷却において、空冷あるいは強制冷却、場合によっては炉冷に代表される、水冷と比べて速度が遅い方法を採用したとしても十分に高い硬さを得ることができ、従来材の急冷処理に伴う割れや歪みの発生を防止できる利点がある。また、従来材では、厚肉あるいは複雑形状の製品の場合、冷却速度の遅くなる肉厚の中心部ではベイナイト変態等が生じて硬さが低下する問題が避けられなかったが、本発明材を採用することで、このような問題も解決することができる。
【００３４】
上記のような、晶出物・析出物の量、基地の化学成分は、鋳造および熱処理により調整可能である。鋳型サイズや鋳込み温度により凝固時間は異なり、そのため晶出する炭化物総量が異なることがあり、そのような場合には、後工程の熱処理条件（温度と時間）を適宜調整することにより晶出物・析出物総量、すなわち、基地の化学成分含有量を任意に調整できる。本発明の骨子は、耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄の全化学成分含有量とともに、晶出物および析出物総量と、基地の化学成分組成を規定するものであり、特に鋳込みおよび熱処理条件を規定するものではないが、非限定的に各条件を記載すると、鋳込み温度は液相線温度直上〜１６００℃、熱処理条件は（８００〜１１００℃）×（１分〜２４時間）程度であり、従来の高Ｃｒ鋳鉄と同様に溶製および熱処理できるものであることを付記する。ここに記載した製造プロセス条件は、本発明を束縛するものではない。
【００３５】
以下本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、本発明の目的に徹して設計変更することは、いずれも本発明の技術適用範囲に含まれるものである。
【００３６】
【実施例】
実験に使用したサンプルは全て１５０ｋｇの舟形インゴット（幅：２０〜１２０ｍｍ×高さ：４００ｍｍ×長さ：５００ｍｍ）で、１４８０℃で溶製した。表１に溶製したインゴットの化学組成を示す。鋳造後、表１に示す条件で熱処理を行なったが、いずれも熱処理後は空冷である。なお、Ｎ量が０．０１質量％未満のサンプルについては、サンプルの溶製を真空溶解で行なうとともに、Ｃｒ窒化物の添加量を調整することによってＮ量の調整を行ない、Ｎ量が０．０１質量％以上のサンプルについては、サンプルの溶製を大気溶解で行なうとともに、Ｃｒ窒化物の添加量を調整することによってＮ量の調整を行なった。
【００３７】
熱処理後、インゴットからサンプルを採取し、炭化物量と基地中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎ含有量を前記発明の実施の形態の欄で記載した方法で測定した。その結果を表１に示す。さらにインゴットからサンプルを採取し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に準じ、押し込み荷重（試験力）３０ｋｇ（２９４．２Ｎ）でサンプル表面および内部のビッカース硬さをそれぞれ測定し、表面と内部で得られた最低の硬さで評価し、その結果を表１に示す。また、同一インゴットから試験片を採取し、摩耗試験も併せて行なった。以下に、摩耗試験条件を示す。
【００３８】
摩耗試験機は図１に示すように、上部のホッパー４から岩石３が連続的に供給され、供給された岩石は駆動装置５で左右方向に動く歯板２と固定されている試験片（試験歯板）１とで挟まれて破砕され、試験機の下部から連続的に排出される機構のものである。使用した岩石は流紋岩（岩石粒度：５〜２０ｍｍ）で、ばらつきの大きい初期摩耗の影響をなくすため、摩耗試験に先立って予備破砕を実施した。試験に使用した岩石量は２ｔｏｎである。試験片の摩耗量は質量減少量を摩耗面面積で除して求めた。その結果を表１に併記する。
【００３９】
【表１】
0003844935.tif 000003
【００４０】
表１に示すように、本発明の耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄は、水冷等に比べて冷却速度の遅い空冷でもビッカース硬さが８００を超え高い値を示し優れた耐摩耗性を示している。一方、従来材および比較材では空冷でのビッカース硬さは７００以下と低いため、耐摩耗性が本発明材と比較して劣っている。
【００４１】
なお、比較材の内、全化学成分中のＳｉ量が本発明の規定範囲を外れるものは、以下のような不具合も見られた。すなわち、Ｓｉ量が本発明範囲より少ないＮｏ．５では、脱酸不足ならびに湯流れ性の劣化から多数のブローホールが生成した。摩耗試験では、試験片に岩石破砕時の応力が負荷されることになるが、こうしたブローホールが応力集中の起点となり、ブローホール部からクラックが進展し試験片が破断した。また、Ｓｉ量が本発明範囲より多いＮｏ．３では、靭性が劣化したため、摩耗試験の際、試験片が破断してしまった。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明は既述のように、全化学成分ならびに耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄中に含まれる晶出物、析出物と基地化学組成を特定することにより従来材のように熱処理後急冷することなく徐冷（炉冷）で十分な効果が達成できる。従って、急冷に伴う割れ、歪み等を生じることなく厚肉ものや形状の複雑な製品においても耐摩耗性を与え得ることができる。
【００４３】
上記のような特性を発揮する本発明の高Ｃｒ鋳鉄は破砕機用ライナのみではなく、例えば建設機械用部材や耐摩耗構造部材として、ドラッグチェーン、バケット、バケットチース、無限軌道、レールクロッシング等、また、高炉用耐磨耗部材としてアーマープレート、ベル等に使用される高Ｍｎ鋳鋼の代替材料としてなど、従来の各種耐摩耗鋳鉄品および鋳鋼品の分野は勿論、新しい製品への適用も期待できる優れた耐摩耗性高Ｃｒ鋳鉄である。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐摩耗試験機の機構を説明する図である。
【符号の説明】
１…試験片、２…歯板、３…岩石、４…ホッパー、５…駆動装置、６…フライホイール。
【図１】
0003844935.tif 000004