鋳宅…ゞ￥愚み接合法を：ふよる鍛鉄複禽樹料葛篭製造藍渚卑怯辞儀

仙一一高温ひ㌘碍鮒摩耗性を有する解体輸送ペン唇菅野開発山
高橋芳朗＊1司田正樹牒∵清高稔瀾声㌧北坂ギげ 片岸庄史＊＊も清水 一道＊＊＊
輿涌凝兼郡∴隼株い幡ハイキ㍗スト ＊＊竹雄

二大分工業高等専門学校

ニ駕舶蔓笈鰻ぎノ盈藍を済ぎ一藍漁訂泣組§璧篭7恋好漁怠紅二醜貌㌢表鑑琶ノe㌢J歪＄豪墓監蹴れも′盆芸組通せ畳縫首鼠§離宮C臨§豪富㌘蒔孤対′蔓遜を㌘豊富灯￠農愚息野￠§畳僚e掬償毯を監㌻重盗恩＄

そ、r∵ き，L■・ t・∴さ Lごぎ＝1−∴・、・

通路痛準郡離紆…勒鉾湖澗脛那廟柁撃痛紺随感敵組柁盛紺い鞠陀紬ぼ靴㈲蝕仁腑相野押測施㌢70Shi㌃√）「甘ノ曳＿鼠Å旦ま鬼S賢■す＊。討鼠昆Sakう Sく〕NO鼠〕A＊り T仁きSh…kat2毒し亘 K首YOTAKÅ率ぅ Manabu監‡甘ASÅ院Å＊，§ho毒盲 …丈ATAG且S紺甘＊＊ amd 陀azumichiSHを甑管首ZU＊率＊攣飽ぬ㍍転っむ癒溌邪壷g m擁融淵ラ 銅坑血拍＝重igil〔二as乞で1ノ71ヱ）；号音−d＊＊＊りit㌶NationaiCoi−ege oデT、ecilnOl（うgy

徳質な炭化タングステン粉末を耐摩耗性が要求される部位にねずみ鋳鉄や高クロム鋳鉄で鋳ぐるんだ粉体輸送配管材料を作製した

また，得られた材料の組織き 室温から高温における碩さ夕 高温酸化特性などを評価し，従来の鉄鋼材料と比率交Lた。その結果，貰艶気によって使用可能過渡範囲が削約されるものの∴得られた材料ほ従来の鉄鋼材料に比べて点滴凋摘下で優れた諸特性をホすことが分かった。て。 はじめにを応用Lて累種村料や部材凍複怜化する液僻複合法の製鉄プラントなどの粉体輸送配管ベント部では㌢一つでありヲ 鋳造部1≒デ1の高機能化巳高付加価値化をは5ぐタ〔jへ1引）をj〔rニを超えるアッシュエロ町ジョンによ′狛蜜耗が著

かる七で非常に有効な⊥業釣手法とされている三｝。特に

しノい エロし−ジョンとは〜 粉体の衝突により配管など耐摩粍性が安求される鋳造部品でほ，機械装置の高速の材料の豪亜が損傷撃 除去される摩耗浅象のつであ化㍉須㍍か化に対応するためにその財嚢の直」二が求めるが，このような現象が起二って配管などに孔が開くられておりチ 単 ∩の合金では限界があることから，近と操業が停iぎこするとと婆）に，高熱なガスや粉体の噴出

年では耐摩耗性が要求される部位に超碓やセラミックにより大事故を招く危険一夏生もあるu したがって才 走難スなどの硬質粉末ヤプロックを鋳ぐるんだ複合材料の釣なメンテナンスやエローー∵ン≡ぎン寿命の予測とともに，研究が精加裾二行われている3卜8）プラントの長寿命化を町能とする肘エロ＼一〉・ジョン摩耗

研究はいずれも複合材料の室温における組織評価が中材料の啓発が養家な説法となっている心であり警 高温エLト椚ジョン摩耗特性の指針となる高

これまでに官立大分L業鳥等暮門学校グ）清水研究斉

温環境下の語弊性はほどんど調査さ・れていないのが現て1ま；よク 各種鉄鋼材料〔ニおけるエロージョン摩耗特性に状である色

丁いて∴粉乳各榔料の機種豹性質と粉体明形状＼穣づ

したがって本研究では，高温での耐エロ∵−・ジョン摩耗特性を向上させるため7 硬質な．炭化タングステン（肌プ、蜜ミ，衝琴≡角度などとゲ〕関係に／ニ〆い㍉緑綬的に調嚢を一㌣n結美声 基衡烹凝登城エロルー¶。しかし，これらのンヨン歴

以下夕 簾′√仁二とする′）粉末を耐摩裏毛性が要求される部位にねずみ鋳鉄（以「ぎ ㌻C封鍾とする）や高タープム鋳鉄（

角度依存性がありチ 脆性材料と延性材料は墨なる使向をホヤことが分かつているじ またフ 粉

以下§ 2プC二㌃とする）で鋳ぐるんだ粉体輸送配管材料を

紘アン形メノ＼ や碓声なと、、の違 によってぎノ〜 エローー…ン／ヨ、ノ作製」パこ∴ そし／てク 得られた材料の縦縞夕 室温から高温における硬さ7 高湿穀化特性などを評価L7 従来の鉄鋼材料と比較Lた．、

蜜慕声メか∴ズムの解軋 試験装置のぎ葦発などの難Lさからチ 高温における試験評価はほとんどなされていな

2 髄試姻の作製いのが現状である．）

粒径の異なる二麓紫の犠／C粉末（（株う鳥純度化学研究−㌃∴鋳ぐるみ接合浅はゾ 鋳造による或灘昭雄頑は裾軋 新増給髄献湖∴印摘僧毎臥㌫＝頼朝雄75几

を準備し，表号に示す混合一比で配合した。ただし，儀7C粉末を耐摩耗性が要求される部位に固定するためには，H約の部位となる鋳型表面にW〔ニ粉末を塗布Lプ 成形する必要がある，したがって，W（二粉末の鋳型表面への塗布■成形性を良くするため，約1mass％の水ガラスと約0．3mass％の水を加えてペー′・一スト状にしたものを実験に供Lた4）
し射に示すように，ペ山一スト状の箪／〔「粉末はあらかじめ目的の形状に塗布。成形した後，舶℃で5時間以上放置してから錮℃で2時間乾燥した巳 得られたW〔二瓶末の回i V花粉末の乾燥成形体

乾燥成形体は，図2に示す炭酸ガス鋳型†刃に固定Lチ 表
供武村

2に示す鋳鉄溶湯で鋳ぐるんだ。ただL夕 鋳鉄溶揚の鋳込温度はがC200が約1380へ呈420℃タ 27〔二㌻が約摘凝ト」網︵芸×筐×山喜ヨヨ︶

OrCとした止 またぎ 鋳造時に水ガラス成分であるナトリウムなどが気化してガスを発生L〉 その吹き上がりで鋳鉄洛湯が湯L」より吹きこぼれることに注意して試験片を作製した．

表1WC粉末の混合比（mass％比）

WC鋳ぐるみ層 煉獄餓×餌料
図2 炭酸ガス鋳型形状

較した匂 ただL9 試験片形状は約摘×用×川酢mとし
昇混迷度は300℃撒とする。

表2 鋳鉄溶湯の化学成分（mass％）

3．3 室温および高温硬さ試験

試料名 C Si Mn P S C㍑ Cr 田 Fe

エロし−ジョン摩耗に影響を及ぼす試験けの室温およFC20￠ 3．84 2． 6 0，卑2 （）．（）4 ■…仁」膵古（J 「W；‡三：．；一 阿 27仁二r 2．76 （j．46 0・ 3 0・ 2 F 27（） （）．4

び高温硬さを調べるためヲ 封㌔ 3鋸＼封用ヲ 鮒畑 ∈抽告 7掴），ROO℃におけか硬さむ組数舛劇枠毎紺路都鳥灘懐てルゴンガス中で測定L9 従来の鉄鋼材料と比較しノた。

3。莫験漬■法4。実験結果および 考察

3一号 組織観察

WC鋳ぐるみ層（以㌔W℃層とする）を含む快試材

射細腰腰察
蔓封3にA…・F〔二2￠れ複合材および嵐げC封酢複ヂ再小刀W℃膚湖の先端部から約5招×50×且5mmの形状の板材を切出し，断面を切断後ア 研磨して会席踵徴鏡によりⅤ祀層断面の面のミクロ組織をホす。そ鉦紅紫∴酬1噂表層部にいずミクロ組織を観察した。さらにァ 簾肥層を詳備に観察す

れもガス欠陥が存在しぅ 特にÅ血㌢1㌃二2（1り複合材では永ガるため，走査型電子顕楼蘭揉よぴそれに付随するX繰

ラスが大きく凝集しノた形跡単二j確認された魯 このようなマイクロアナライザを招いて分所した。

硯象ほ＼A一往惣狛複合材が！5りノ√∠11ノミク）ミ義′∈二粉末のみを佗用

3。2 高温酸化試験しており，WC粉末が槻く▲その間隙も大きいことからて

験を小型電
実際の使用環境を想定してタ 試片気炉阜

間隙に結合材である水ガラスが鋳鉄溶漫♂）熱で溶けてで5（〕勘 6離㍉ 8㈹℃に大気中でそれぞれ加熱Lプ 2時間

大きく凝集Lたことによる匂 さらニ㌣れに起因Lて保持した後に炉冷する酸化試験を実施したぢ そして，水ガラスの大きな凝集が鋳鉄溶湯の㌔筏／〔二粉末間隙への浸試験片の酸化量を試験前後の質量変化から貸出しヲ 試

透を阻害し夕 義軍部にガス欠隔を発生させたと考えら

験前後の組織および硬さについて従来の鉄鋼材料と比れる。また，EhFC2（タそ）複合材では5′′′mの微純な簡′rC粉末㌦76一

ク、ぅみをイ射手∫了ノていることから俵℃粉末の間7・畳も緻密であ∴ 鋳鉄溶虜が十分に浸透できず表層部にガス欠陥を発当二させたと考えられるB

肪 五千
100リm
園4 臣豊山宣一1〔二200複合材のW℃屠断面のミクロ観織㌔；㌻刹北㍉パーn20／メモⅥ

酪箋 A藩㍑㈹複合材およびE】主TC2（〉n複合材の「郎 簾r仁二層／Fく：200界面紆弧湖写真

噺こ囁断【自テのミク亡摘舶鼓プ∴ 凰4にB凹iごこ二20わ複合材のWこ二層断面のミクロ組織を示すが，W打撃は粗いWC覇末と徴紺なWC粉末が均一に分散しておりッ 水ガラスの凝集もA−F仁72り堅j複合材および有朋コ㈹複合材に比べて細かく均一に分散している。また7 鋳鉄溶湯はW〔：粉末の間隙に十分に浸透しタ 鋳鉄点滴高津祀灘末で強化された組織を呈している。
ニのような結果はき じ択昔測複合材および船脚コ郁複合
回6 27C㌻のミク甘組繊材でも同様に得られた。さらにプ 走杏型竃了工頗微鏡に付随するX線マイクこFアナライザを用いてWC頓の鋳鉄基地を分析Lたところ，Wが底地中に園潜しており）

園づに示すように鋳鉄との界而近傍では偽ーこ，Cと思われる炭化物も祈骨しLしバノたを｝。したが／Jて㌣ このように粗いWe粉／毒こと借欄なWぐ紆末を混合工て鋳鉄溶湯で鋳ぐる′んだ簾′C層亡ま，ガス欠隋や水ガラスの大きな凝集も少な（傭温モニ1ゝ

1畑㌻1、′ゝこじから〉 鋳鉄の郡分強化に有効であると考えられ
仁那 鰻 27〔：㌢複合材のW打哲断面のミクロ航続

るご次圭．≦ 2フ〔1て∧シ′jごク1コ組織をF離にき 色別2フ〔二㌻複合材のW（1酎野面のミヤ亡了組織を喜郎に示す。区極に示すようにぎ

づ・一2 高温酸イヒ試験

三J7こ二rJ≦よ亜Jこ、三j組漆呈であり。大きく樹枝状に晶出した初従滋の鉄鋼材料における高温酸化特性をL運蔓8に示すり

ただしプ 酸化量は試験前の試験片の質量を‖測としヲ 試

ぎゴ巨去ラノ／ご硬質なニ／†÷㌔／写す∵＋＋′雛＝宣ご∈プ〔二r′）共晶の混余一組織とるごつ）ぐいる㌢ノ し／かL5

験前後の試験汁の質量変化から算出L∴㍉十る

投㌍に示すように〜簾7打数末を分

また，▲般構造j紺土延銅を雛凝粧，機械欄藁′昭炭素鋼をS45〔1散させ♪5二とで簾′を二層の基地組織は微細となりマ 27仁：∑⊃の結晶成長を抑㈲することが確認できる。Lたが／つて，

機械構造躇炭封鋼 卜焼大町 を錮鍾凋，オ山ステナイ

二のようか金属結露の微細化は材料特性せ向上させる

ト系ステンレス鋼を§U§3日箪芦 ねずみ鋳鉄をF〔ご2研ぎ 球状黒鉛鋳鉄を溌笥搬摘さ 高ク1ブム鋳鉄を27仁：㌻としたり そ鋳ぐ、るまれた■鱗／C船末の特性と絹保って㌘宥げ用丹那針性を揖仁きせるここが期待できるじ牲結果9 餓椚二：まではいずれの試験′けもほとんど酸化L

77

ないことが確認された Lか∴ 加熱温度が上汁する
熱処理前 50く托ユ長汀 ホう0て：淡！ 80わてニ2b㌻にしたが／〕てチ Cr含有量の少ないSS4n（）ァ S45〔1ヲ S45〔、り，FC200，E二、C首〕450で酸化量が増し，特に踊げCではその傾向が顕著に伐れた。一九 Cr含有量の多いSUS304
および27〔二㌻は鋸拍℃でも酸化量が少なくタ 耐高温酸化満仲に優れていることが分かっ7∴
また㌢ 執rC軍の高温酸化特性を確認するた凍㍉」か釣∴
rlrl婚イナガヒをご〔「プ〔1rl紆摂深紫化特性を照射リヒを上戸 とご その結果，B−FC200複（手相は65（j℃までは基地となる打じ鉦わと同韓度の酸化特性を示すものの，鋸）〔丘：でWが計が激しく酸化しタ 耐高温酸化特性を道に低量丁させることが分かっ了∴ したがって，WC粉末を鋳ぐるんだ複合材料
はぎ 不活性ガス雰囲菅井で使用した場合には高温酸化が問題にならないものの，650℃以上の大気中で使用した場合には基地の高温酸化特性がいくら優れていても9WC層が激しく酸化するために使用できないと考えられる。

・∴
皇冬き呈．5

卜二丁封狛り汀

重廃 モー胤5な三顧図川＋従棄の鉄鋼′廿里工イパ十る「痛L酸化詰張前後坑【1Lヲミクロ組織一ト．二隼肇
情朝潮＋鮎闇二 き濯紀嘩 §馴購掴 雲沌潮時 訂㍑服部 ㌘℃℃まであまり葵七藩見むれないも告げ㍉ 8輔℃で灘瀾がフェライト化し 結晶ノ掟も宥上た化してい薫） またノ ブ

i二離 従来の鉄鋼材料における高温酸化特性

ェ∵フ／1ト、こバレライ 巨からをそ膏射ばの′板織は9 シ測℃、ミい∴，∴、∴、∴L 、、＼．
［墨鱒賃塁麺およ乙蟻ぷパノ封針なまてフェライ トほが産み㍉ノプ｝ 焼ノ、、れこ、】。リ ル丁／ノし一′ノ ト㍑したらぅ〟㌻5ごく′きの組帝丘ミ1遥県 5㈲℃お㍍邦朝℃㌣川㌢れて農地Tr仁一ノ㌻化物が J＋ 5宜沃∴わよこ、〔〉うし！、ノ、ノ．¶ノ／、
lL 巨∴

徴ほ描
哲学．§

チ撃、・化F一／、ち々！ヨl竃含エバし ノ阻9 臣津（二2こ〉くう複合粛と㌘〔ニプ購の高温解ノ聴拝桂山ガン 高温環境ぎ、で材料を傍針子】る場合 上う巨し／／て：
高温酸化特性とは別に，材料の機械的性質に影響を及∴ 高雄漕雄藩腰 ぼす組織が章票な諜Eき亘となるr そこでに用いた試験片を切断卜研磨し／。各試験片の討灘薄絹における組織を観察しノた∴鞘〔〉に従シにの鉄鋼板科におこ∴ズ晶〔′う虫J共…主ヨ刀→パいぃ黒豆の縦波は、ける高温酸化試験前後のミクl了軌織を示す。その綜乳〔」おし しもあま ノ差烏り⊥しノれち∴→∴さ∴がポ㍍曇て∵㍉るよに∴プ。Lライトとパ山一ライトからなる駅翔測の組瀾パ㍉ 毎鮒

78一

増ノ 打．トJし√ 二′ ノり＝㌧＋jス−㌻、r」ノ 上〉2ヨ†贅L，大気加熱による転配二酸化差、ド∴∬U
いけJててが」．琵膏上環境．、で尋＼虹汝約に組織が安定しノておりマ 醸化﹂．て．

（釣723て二〕を超えたた好〕にノ荒貢がアー−

ブイトとノ㌣…ライトの二千巨用、レコア」ステナイト聾す十⁚

キざ笹㌫豪貰∵ふこ ㌫ こ ご ． で ㌧

J芦サケた これは布浮小針辛が1∴∫定言∈7に㌣gの棺化物b′吾ノ一交して−∴ヱトニと′がうナかっ／ふ】亡 し、曳i
2はニ〔7）ような昆号＝00複合亙の高湿酸化証紙前後′）服￠ン揖、もずな＼、ニ ニ7ノ、レっ耐高温工L一ン ゴン璧

し∴パが㌢できると考えられる。

さを比較「ノ丁こも（ンノてある7ノ 」〕「たしノ1土ノノ ーぅ 粁い ㌔′〜′ゝ

粉末は綿瀾が封1胱ノ罠j二J∴綾酎に−㌻セニニかイパ憂さがわ
ずか二」字デして さる しノかJ きミミ1（ノ〔ノでは酸化が麓L∨

ィト化、ニよ隼使きがわずかに低．すること方号H、ノしノたが／ノてン 凱沌誹神路合材の高温磯雄㍑㌧t一「†jミニ恨素が勘谷も拡散し く旨∫一丁ノこがj一戸するにしノたカって再「，…／療養が移動する まノウー 侶がL以上で濁℃粉末を牒打ヒさせて膏鋸希が牒目上 耐舘見張竹井性守ともに碓さを雄卜一させるこ考ス＿レノれる 侮り」 鋳鉄荘此ケ㌻
こ1ま〔賄う＼レ．2フ〔㌢に変え〔▲惟素の拡散を押えたとLごも9群C端末の兢れた表層部はが証L甘工て醇化する′㌧二αノ，天気←仁て′使用する場合は効果スノゝ低い ∴∴デニ∴ ヌく㌫引／キー

ガん雰酢気中では醇化や混歳が定こらないため，移牒する材料サ藩罠，り夏さ‡∴梢空㌻ノた酎童謡いい」r、ノ≡了ノ吾奉

村村性の向上が灘待て牒る
名 軍温。㌢よひ叢温た欒さ言式琶崇

三講究∴ §圭に特γ軒ごまで＝／こプ／∩子音警憲買1堂ト ゝ こ 云 こ こバご（ま碩㌧㌔和室⊥ニトが少亮∵∴＋鋸招℃て丹朝巨富ち′以卜の計硬瑳三7（〉∑心バせ′㍍∴ぺ雄佗粉末の鋳ぐるみによる鋳優美僧都沃

、

狛じ軋封指
ミ ■・てし＝なるFこ2ぐ）（）に比べて高徳度である。Lたが／ノを、ぐ三（さii′−プ）低！て〟が若Lいがタ 徴用な湖℃粉末が分散しげこいること、、外史舅墨ハ‖膏を／〕こt／rrいるぷ 一んぎ 噺び針甘基地は鋸酢じ以上で桟浮。

∴ハい′、少 しかしぎ 耶守雄祀署∴野分複合雄鳥㍉ 辛轟息纏さを上昇させることか仁j糾高温
いFロブ ー〆ア ユ プ

j√ちふゝ

ほ1i3

そこて㍉ 基地をづγ圭と」∵ 巨小椋二宮温纏さ細続をL∴た≡怒綿密宰㍉苧∴ごごごこ

紙業を〔射5にホす、そ刀給養㍉ 憐甘層宮沌拍恒引篭さが守ケ1〉一L ∈甜荘点上て牒膏の葉イが少なくヲ 舶根Ⅳ以上）
高徳度をホLた∴ まノ∴＋基地となる27〔ご㌻と比較して鮒〔j∴
封鱗てパ「（￠￠きミi7 丁¶ 辛 rr

℃揖上で碓きが高く勺かて巧更き坑ぺ王＼も与∵ンい二二とカ分か／J7∴r

緑膵
冬そき宅j

封錯

慮㌦ノこ

巨・：▼こ∴て、・1L．
∴こ：涼庶紅）耐高温エ†」−シ≡さン摩耗特性を向上一させるたれ 凛

凶相＋紘一盲＝〔て2「）悠複合材およひ領コ測の高牒灘悸′ぎ；なT㌢良7も1粉薬を紺碧耗性が婁求され亮育描にF（三2ぐ）くjや27㍉

金三てくノ㌻坑（ソニ7こ、！イ坑く、）∴ぐ亮んだ粉体輸送配管粛刺々作製

・∴得られた材料明灘瀾㍉

箪y（ニ／乏7仁：玉・（泌融iヤ＿）

J∵
高り巨丁−t酸化特性などを評庵

ハ＝り郎リnびところヲ 以下の結果が縛ら㌢した。

ハ＝り点り
梢U

Jをi′も27仁′一斗は耐高温酸化拓也に優れ，他の鉄鋼相和に比べて高温婚さも高く．かつ熱影響による組織および牒さグj変化も少か∨＼ニとかゝニノゝ姑寓溢エローーン′≡ン摩∴．

温度㌍）

拝寂料としT打撃である［ご三言上5 Bふ27こ：1餞莞′†号ヱづより∠フ〔ノー一の志濁凝悠

ぐるんで嶺鉄基地表層部を部分複合化するこことこに誹ノL卜と差等八子 ノし」∧千研究草j憎十論丈う（㌫招㌻ 7一＝Ⅵでは招が∴差ヒで激Lく喪雄するため
釣大気「㌢㌣糾㍊針ぐるみ村を牒用ぃ∵rも耐熱遍エて「き、17頃丹那叛 き汀昌二、ノぞ摘＝堅痛ゝ ニ甘一