耐摩耗用高炭素ハイス系合金の組織制御と特性評価

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

耐摩耗用高炭素ハイス系合金の組織制御と特性評価

山本, 郁

九州大学工学材料物質プロセス

https://doi.org/10.11501/3166738

出版情報：Kyushu University, 1999, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：

3 

耐摩耗用高炭素ハイス系合金の 組織制御と特性評価

山 本 郁

目 次

第 一 章 緒 論

1 

l.1 緒言

1.2 本 論 文 の 構 成 6 

参 与論文 8 

第 二 章 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 機 構 2.1  緒 一

2.2  実 験 方 法

2.3  実 験 結 果 お よ び 考 察 2.3.1 品 出 炭 化 物 の 同 定

2.3.2  液 中 目 面 に 関 す る 状 態 図 と 凝 固 機 構

2.3.3  凝 固 に お け る 合 金 元 素 の 挙 動 と 共 晶 反 応

9

9 9 2 2 4 1 4 5  

1 i 1 i 1 i

ペ ノμ

弓 ノ ム ペ

L

2.4 結，‑‑‑:"j 参 考 文 献

第 三 章 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 機 構 に 及 ぼ す 合 金 元 素 の 影 響 3.1  緒 戸

3.2 実 験 方 法

3.3  実 験 方 法 お よ び 考 察

3.3.1  凝 固 組 織 に 及 ぼ す W，Co， Niの 影 響

3.3.2  凝 固 過 程 に 及 ぼ す W，Co， Niの 影 饗 3.4 結

参 考 文 献

PO

ぶ り ぶ り 勺 / 勺

/ O A U A U

T

f o qr

﹄

ペ ノ 臼 今 / 臼 勺

ノ臼 勺 ノ 臼 勺

L 4 3 4 1 u

第 四 章 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 に お け る 黒 鉛 晶 出 機 構 4.1 緒百

4.2  実 験 方 法

4.3  実 験 方 法 お よ び 考 察 4.3.1 合 金 組 成 と 黒 鉛 分 布

7

7 7 9 9  

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1 U 1

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3 1 }

4.3.2  黒 鉛 晶 出 型 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 過 程 お よ び 合 金 元 素 の 挙 動 41  4.3.3  凝 固 時 に お け る 残 液 の 黒 鉛 化 能 の 変 化 45  4.3.4  黒 鉛 晶 出 に 及 ぼ す 冷 却 速 度 と 接 種 の 影 響 49 

4.4 結 弄 51 

参 考 文 献 56 

第 五 章 熱 処 理 特 性に及 ぼ す 合 金 元 素 の 影 響 5.1  緒ア

5.2  実 験 方 法

5.3  実 験 方 法 お よ び 考 察

5.3.1  凝 固 直 後 の 初 品 オ ー ス テ ナ イ ト

I t l

の 合 金 元 素 分 布 5.3.2  γ +炭 化 物 域 で の二次 炭 化 物 の 析 出 と 合 金 濃 度 変 化 5.3.3  連 続 冷 却 変 態 図 に 及 ぼ す W，Coの 影 響

5.3.4  焼 入 れ 温 度 と 硬 さ お よ び 残 留 オ ー ス テ ナ イ ト 量 の 関 係 5.3.5  焼 き 戻 し 硬 さ に 及 ぼ す W，Co， Niの 影 響

5.4 結 青 参 考 文 献

守F

勺 / 勺 / 勺 ん ぺ

/‑ F コ ハ

U 1 i F

コ 勺

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5

5 5 6 6 6 7 7 7 7 8  

第 六 章 機 械 的 性 質 に 及 ぼ す 合 金 元 素 の 影 響 6.1  緒 言二

6.2  実 験 方 法

6.3  実 験 方 法 お よ び 考 察 6.3.1  高 温 で の 機 械 的 性 質

6.3.2  室 温 で の 曲 げ 強 さ 6.4 結

参 考 文 献

4 E

1 1 1 1 A

斗A

斗 ハ

U戸

︑

J f o

no

n δ 0 6 n δ n δ n y O J Q J  

第 七 章 総 括

97 

謝辞

100 

第 一 章 緒 論

1. 1 緒 言

高 合 金 白 鋳 鉄 は ， 焼 入 れ 硬 化 能 の 良 い 高 炭 素 オ ー ス テ ナ イ ト 中 に 炭 化 物 が 分 散 し た 組 織 に 凝 固 し ， 極 め て 高 硬 度 の 材 質 に 制 御 で き る こ と か ら ， 耐 摩 耗 材 料 と し て 製 鉄 ・ エ ネ ル ギ ー ・ 鉱 業 等 の プ ラ ン ト で 広 く 利 用 さ れ て き た . い ず れ の 産 業 分 野 に お い て も ， と く に ア プ レ ー ジ ョ ン 摩 耗 を 受 け る 部 材 の 寿 命 は 短 く ， 生 産 性 向 上 の 面 か ら そ の 材 質 改 善 が 強 く 求 め ら れ て き た . と く に フ 厳 し い 国 際 競 争 に さ ら さ れ て い る 製 鉄 プ ラ ン ト で は ， 生 産 性 の 飛 躍 的 向 上 と と も に 製 品 の 高 級 化 が 強 く 求 め ら れ て お り ， 圧 延 工 具 と し て の 働 き を し ， 鋼 材 の 品 質 に 直 接 影 響 を 及 ぼ す ロ ー ル 材 の 高 性 能 化 が 望 ま れ て い る .

Fig.1‑1')に 示 す よ う に ， 熱 間 圧 延 ロ ー ル 材 料 と し て は ， 1960年 代 以 前 か ら ア ダ マ イ ト ロ ー ル 材 と グ レ ン ロ ー ル 材 が 使 用 さ れ て き た . ア ダ マ イ ト ロ ー ル 材 は ， 低 炭 素 ・ 低 ク ロ ム 鋳 鉄 で あ り ， 多 量 の デ ン ド ラ イ ト 状 オ ー ス テ ナ イ ト (γ) の 間 隙 に 共 品 セ メ ン タ イ ト ( ビ ツ カ ー ス 硬 度 1340‑1740HV) が 網 目 状 に 分 散

し た 組 織 と な っ て い る . 一方，グレンロール材は， 一 種の ニ ハ ー ド 鋳 鉄 で あ り ， デ ン ド ラ イ ト 状 の 初 晶 y と 多 量 の γ + M₃C 共 晶 ， そ れ に 少 量 の 共 品 黒 鉛 が Y + M³C セ ル 境 界 部 に 分 布 し た 組 織 に 凝 固 す る . さらに， Cr， Ni， Mo等 の 作 用 に よ り ， 凝 固 後 の 冷 却 過 程 で γが マ ル テ ン サ イ ト に 変 態 し て 便 化 す る . こ の 爪 鉛 は 圧 延 時 の 耐 肌 荒 れ 性 ， 耐 焼 付 き 性 を 改 善 し ， ク レ ー ジ ン グ の 進 行 を 抑 制 す る 効 果 が あ る と さ れ て い る . し か し ， こ れ ら の 材 料 で は 共 品 M

3C が 連 続 し て 品出するため， じ ん 性 に 劣 る 欠 点 を 持 っ て い た .

1980年代前半に， C 量 2.0~3.2% ， Cr 量 12~^18%の 高 ク ロ ム 鋳 鉄 が 熱 間 圧 延 用 ロ ー ル に 適 用 さ れ 始 め た . こ の 高 ク ロ ム 鋳 鉄 で は ， M

3C よ り 硬 質 な M

7C

3

型 の ク ロ ム 炭 化 物 ( ビ ツ カ ー ス 硬 度 1600‑2410HV) を 晶 出 さ せ る と こ ろ に 特 徴がある. M7C3は 共 晶 γ中 に 棒 状 ま た は 小 板 状 に 晶 出 し ， 共 晶 M

3C と は 異 な り 不 連 続 な 形 態 と な っ て い る . ま た ， 基 地 中 に は 多 量 の Crが 固 溶 す る の で³ 初 析 炭 化 物 は M₂₃C₆型 と し て 微 細 粒 状 に 析 出 し ， さ ら に 耐 食 性 も 向 上 し ， ア ダ マ イ ト や グ レ ン ロ ー ル 材 と 比 較 し て ロ ー ル の 長 寿 命 化 を も た ら し た . しかし，

共 品

M

₇

C

₃炭 化 物 は 熱 流 方 向 に 長 く 成 長 す る た め ， 圧 延 時 に 熱 衝 撃 や 繰 返 し 応

Years  1960  1970  1980  1990  2000 

Adamaite 

Fig. 1‑1 The evolution of ro11 materiaP). 

力 を 受 け る と ， こ の 炭 化 物 を 起 点 と し て き 裂 が 発 生 ・ 成 長 し ， ロ ー ル の 摩 耗 や ， 場 合 に よ っ て は ロ ー ル の 損 傷 を ひ き 起 す . し た が っ て ， 耐 摩 耗 性 と 同 時 に 強 度

と じ ん 性 を 高 め る た め に は ， M₇C: l よ り も 微 細 に 凝 固 し ， 硬 度 も 高 い 炭 化 物 を 利 用 す る 必 要 性 が 高 ま っ て き た

1980年 後 半 に は 高 速 度 鋼 と 同 じ 合 金 元 素 (W，Mo， V) を 合 有 し ， さ ら に 炭 素 量 を 増 加 さ せ て 炭 化 物 量 を 増 し た 高 炭 素 高 速 度 鋼 ( ハ イ ス ) 系 合 金 が 開 発 さ れ た . 本 合 金 で は ， V 量 を 増 し て 微 細 で 高 硬 度 の M C ( ビ ッ カ ー ス 硬 度 2800HV) の 晶 出 量 を 増 加 さ せ ， か つ ， 高 速 度 鋼 特 有 の M₂C お よ び MoC を品 出させている. さ ら に 焼 入 れ ・ 焼 戻 し に よ り 高 硬 度 の 基 地 に す る こ と が で き る

こ と か ら ， 優 れ た 耐 摩 耗 性 と 強 じ ん 性 を 併 せ 持 っ て い る . 本 合 金 の 熱 間 圧 延 ロ ー ル は 高 ク ロ ム 鋳 鉄 ロ ー ル の 数 倍 の 寿 命 を 有 し て お り ， し か も ， 内 層 材 を 従 来 の 球 状 黒 鉛 鋳 鉄 か ら 鋼 に 変 え る こ と に よ り ， 高 負 荷 圧 延 に も 耐 え 得 る よ う に な っ て い る . 高 速 度 鋼 系 ロ ー ル 合 金 と し て は ， 比 較 的 合 金 元 素 量 の 少 な い セ さ ノ イ ス と 呼 ば れ る も の も 合 め て 種 々 の 組 成 の も の が 用 い ら れ て い る が ， 各 合 金 冗 素 の 役 割 は 必 ず し も 明 確 に は さ れ て い な い . 材 質 お よ び 製 造 コ ス ト の 面 か ら 総 合 的 に 最 適 な 合 金 設 計 を 行 う た め に は ， 各 元 素 の 作 用 を 明 ら か に す る 必 要 が あ る . さ ら に ， 高 ク ロ ム 鋳 鉄 が 各 種 の 耐 摩 耗 部 品 に 広 く 利 用 さ れ て い る よ う に ，

‑2‑

本 合 金 も 組 成 の 適 正化によ り 高 負 荷 の 下 で 厳 しい摩 耗 を 受 け る 各 種 部 品 へ 応 用 が 拡 大 す る 可 能 性が高い.

高速度鋼は， 1900年 に 米 国 の Taylorと Whiteが そ れ ま で の 鋼 の 熱 処 理 の 常 識を破って， l%Cの高 C‑W‑Cr鋼 を 溶 融 開 始 温 度 直 下 の 温 度 か ら 塩 浴 中 に 焼 入 れ る こ と に よ っ て 高 い高 温 硬 さ を 得 る こ と に 成 功 し て，鋼 の 熱 処 理 に一大革 命を与え た 切 削 工 具 の 代 表 的 な 鋼 で あ り 2)，0.7"‑'0.85%C‑18%W‑4%Cr‑1%V  組 成 の 18‑4‑1型 が 世 界 的 に 標 準 成 分 と さ れ て き た . そ の 後 さ ら に 多 く の 改 良 が 加 え ら れ ， 種 々 の 合 金 組 成 の も の が 開 発 さ れ ， 現 在 で は ， 一般 お よ び重切 削 工 具 用 でWを 多 量 に 添 加 し たW系 ， じ ん 性 を 必 要 と す る 切 削 工 具 用 で Moおよ び W を そ れ ぞ れ 5"‑'6%添 加 し た Mo系 に 分 け ら れ て い る . こ れ ら の 合 金 組 成

と 組 織 の 関 係 に つ い て は 多 く の 研 究 が な さ れ て お り ， Horn と Brandisは Fe‑

4%Cr‑5 %Mo‑6% W ‑2% V‑C系 の 擬二 元系 状 態 図 を 作 成 し て い る 3) また， H. F  Fishmeister らは， AISIの ほ と ん ど の 高 速 度 鋼 と Nb合 有 高 速 度 鋼 で ? 合 金 五 成 と 凝固温度， 初 晶 デ ン ド ラ イ ト の 合 金 組 成 ， 共 品 炭 化 物 の 種 類 ・ 量 ・組成な

ど の 関 係 に つ い て 研 究 を 行 っ て い る 4)

圧 延 ロ ー ル 用 の 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 で は ， 耐 摩 耗 性 の一層の 向 上 を 目 的 と して炭化 物量を 増 加 さ せ る た め ， 通 常 の高速 度 鋼 よ り も C 量を高め ， こ れ に 応 じ て 合 金 元 素 量 を 調 整 す る 必 要 が あ る .

Table1‑1に ヲ 炭 化 物 の 種 類 と 硬 さ を 示 す 5) 炭 化 物 形 成 元 素 を 添 加 す る と ， そ の 元 素 を 主 体 と す る 炭 化 物 が 晶 出 す る 可 能 性 が 高 く ， M₃Cや M₇C₃型 炭化物 よ り も 高 硬 度 の 炭 化 物 と し て M C型 炭 化 物 が あ り ， こ の 形 成 元 素 で あ る V，Nb，  Tiの 添 加 に よ り ， こ れ ら の 元 素 で 構 成 さ れ る M Cを 晶 出 で き る と 考 え ら れ る .

し か し ， 本 系 合 金 に は Cr，Mo， W 等 の 炭 化 物 形 成 元 素 も 多 く 添 加 さ れ て い る の で ， 種 々 の 炭 化 物 が 晶 出 す る 可 能 性 が あ り ， 凝 固 過 程 も 複 雑 に 変 化 す る も の と 予 想 さ れ る . 本 合 金 系 に つ い て 凝 固 組 織 の 調 査 が 行 わ れ て は い る が 6)‑9)， 聞 出 炭 化 物 の 種 類 と 量の 制 御 の た め に は ， 状 態 図 の 作 成 や 凝 固 に 関 す る 系 統 的 な 研 究 が 必 要 で あ る . さ ら に ， 高 ク ロ ム 鋳 鉄 の 場 合 に 見 ら れ る よ う に ， 特 定 の 分 野 で 開 発 さ れ た 耐 摩 耗 材 は 他 の 分 野 で も 利 用 さ れ る こ と が 多 い の で ， 本 研 究 で は 開 発 要 求 の 強 い 鉄 鋼 の 熱 間 圧 延 ロ ー ル 材 を 念 頭 に 置 い て ， 高 速 度 鋼 系 多 元 ム 金 白 鋳 鉄 の 組 織 制 御 に 関 す る 基 礎 的 研 究 を 行 っ た .

Table 1‑1 The species， system of symmetry， densityヲhardnessof carbides⁵). 

Element  Carbide  System  Density， g!cm³  Vickers  measured (theoretical)  hardness  B  B4C  tetra只onal 2.51  5000  Si  SiC  tetragonal  3.12  4200 

hexagonal 

Ti  TiC  I、~aCl 4.90‑4.93 (4.938)  3200  4.9 

V  V4C3  NaCl  2800 

(V，Fe)4C3  2730 

、

^V"C NaCl  5.36 (5.81)  2100  5.8  2800  Cr  Cr3C2  orthorhombic  6.68  1300  6.7  1300  CnC3  orthorhombic  6.92 

hexagonal 

(Cr，Fe)7C3  1600‑1800  2305‑2410  Cr23C6  cubic  6.97 

(Cr，Fe)23C6  2520‑1600 

恥1n Mn3C  orthorhombic  6.89 

Fe  Fe3C  orthorhombic  7.4  1340  7.64 

(Fe，Cr)3C  1450‑1740  Fe2C  orthorhombic  7.67  1150  Zr  ZrC  NaCl  6.9 (6.44‑6.51)  2600  2800  Nb  NbC  NaCl  7.76 (8.2)  2400  7.86  2400  Mo  M02C  hexagonal  8.2‑8.9 (9.2)  1500  9.2  2250  1800  (Fe，Mo)2C  cubic  1820‑1950  Hf  HfC  NaCl  12.6 (12.7)  2900 

12.7  2830  2600  Ta  TaC  NaCl  14.49 (14.53)  1800  14.5  1800  W  W C   hexagonal  15.6 (15.5‑15.7)  2400  15.8  2740  2400  W2C  hexagonal  17.2  3000  (Fe，W)6C  cubic  1890‑2060 

‑4‑

ま た ヲ 熱 間 圧 延 ロ ー ル に は 肌 荒 れ 性 や 耐 焼 付 き 性 が 要 求 さ れ る . ロ ー ル 表 面 が 荒 れ て く る と 鋼 板 の 表 面 形 状 が 劣 化 し， 焼 付 き の 原 因 と も な る . グ レ ン ロ ールに分 散 品 出 さ せ た 黒 鉛 は ， 潤 滑 作 用 お よ び 黒 鉛 サ イ ト を 起 点 と す る 表 面 酸 化 物 (黒皮) の均 一欠 け 落 ち 作 用 を有 し ， 耐 肌 荒れ 性 や 耐 焼 付 き 性 を 改善 しヲ ク レ ー ジ ン グ の 進 行 を 抑 制 す る 効 果 が あ る と い わ れ て い る 10)・13) 高ク ロ ム 鋳 鉄 に お いて も ， 組 織 中 に 黒 鉛 を 数%分散さ せ る こ と に よ り ， ス テ ン レ ス 鋼の 熱 間 圧 延 で 均一な 圧 延 肌 が 得 ら れ て い る 12) 高 ク ロ ム 鋳 鉄 は ， 黒 鉛 化 阻 害 元 素 の Crを多量に合有しているが， Siお よ び Ni量 を 増 す こ と に よ り ， 黒鉛 を 聞 出 さ せ て い る 14) 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 で は さ ら に 多 く の 炭 化 物 形 成 元 素 (Nb， V， Mo， W， Cr) を 添 加 し て い る た め ， 黒 鉛 を 品 出 さ せ る こ と は 困 難 と 考 え

ら れ る が ， 黒 鉛 を 晶 出 で き れ ば ， 焼 付 き が 問 題 と な っ て い る ス テ ン レ ス 鋼 の 熱 間 圧 延 用 ロ ー ル 材 等 へ の 適 用 が 期 待 さ れ る . そ の た め に は ， こ の 合 金 で の 黒 鉛 日日出に必要な Ni，Si等 の 黒 鉛 化 助 長 元 素 量 や 接 種 の 影 響 を 調 査 す る と と も に 黒鉛晶出 の メ カ ニ ズ ム を 明 ら か に す る 必 要 が あ る .

一方 ， 耐 摩 耗 性 を 高 め る た め に は 基 地 部 の 硬 化 も 重 要 で あ り ， 高 速 度 鋼 は ， 般 に 焼 入 れ ・ 焼 戻 し 処 理 が 施 さ れ て い る . ま ず ， オ ー ス テ ナ イ ト 基 地 中 に ム 金 元 素 を 十 分 に 固 溶 さ せ る た め 1443"‑'1573Kに 加 熱 保 持 し た 後 に 焼 入 れ を 行 い ， 基 地 を マ ル テ ン サ イ ト と 若 干 の 残 留 オ ー ス テ ナ イ ト と の 混 合 組 織 と す る . この後， 823K以 上 に 焼 戻 す と ヲ 次 の よ う な 現 象 が 生 じ る . ( 1 ) マ ル テ ン サ イ トが低炭素マ ル テ ン サ イ ト とη炭 化 物 に 分 解 す る . (2) 残 留 オ ー ス テ ナ イ ト が フ ェ ラ イ ト と セ メ ン タ イ ト に 分 解 す る . (3) 低 炭 素 マ ル テ ン サ イ ト が フ ェ ラ イ

ト と セ メ ン タ イ ト に 分 解 す る . (4)セ メ ン タ イ ト が 他 の 合 金 炭 化 物 へ と 遷 移 し ， 角 速 度 鋼 特 有 の 焼 戻 し 二 次 硬 化 が 現 れ る . 基 地 中 に 析 出 し た 炭 化 物 は ， 二次 硬 化 を も た ら す だ け で な く ， 耐 摩 耗 性 や ク リ ー プ 抵 抗 を 高 め る と さ れ て い る .

高 速 度 鋼 の 焼 戻 し 二 次 硬 化 に つ い て は 多 く の 研 究 15)・18)が行われており，

焼 戻 し 時 に 析 出 す る 炭 化 物 は ， M Cと M₂C と さ れ て い る が 18)，高 炭 素ハ イ ス 系 合 金 で は二次 硬 化 機 構 に 関 す る 研 究 は ほ と ん ど 行 わ れ て い な い た め ， 熱 処 理 特 性 を 調 査 す る こ と は 合 金 設 計 を 行 う 上 で 極 め て 重 要 と 考 え ら れ る . ま た ， 熱 処 理 に よ る 組 織 の 変 態 に は ， 基 地 に 固 溶 し て い る 合 金 元 素 が 大 き く 影 響 す る が ， 焼 入 れ 処 理 に 際 し て 高 温 保 持 す る と ， 二次 炭 化 物 が 析 出 し ， 熱 処 理 後 の 合 金 濃

度 は 凝 固 後 か ら 大 き く 変 化 す る と 考 え ら れ る . し た が っ て ， 凝 固 か ら 熱 処 理 ま で の 系 統 的 な 研 究 が 必 要 と 考 え ら れ ， 熱 処 理 特 性 に 及 ぼ す 各 合 金 元 素 の 役 割 や 挙動 の調査 が 重 要 で あ る .

高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 機 械 的 性 質 に つ い て も 研 究 が な さ れ て い る 19)，20)が， ほ と ん ど が 摩 耗 に 関 す る も の で あ り ， い ず れ も V 添 加量 を 増 加 さ せ る と M C 炭 化 物量が 増 し ， 耐 摩 耗 性 が 向 上 す る と い う も の で あ る . 熱 間 圧 延 ロ ー ル で は ，

ロ ー ル 表 層 部 の 温 度 は 瞬 間 的 に 高 温(773"‑'873K) に 達 す る . し た が っ て ， 摩 耗 特 性 だ け で な く ， 高 温 度 域 で の 硬 さ や 強 度 特 性 が 重 要 と な る . ま た ， 本 合 金 は 熱 間 圧 延 用 ロ ー ル 材 だ け で な く ， 高 温 耐 摩 耗 用 部 材 に も 応 用 が 広 が る と 考 え ら れ ， そ れ ら の 用 途 に 対 応 し た 機 械 的 性 質 が 要 求 さ れ る . し た が っ て ， 各 種 ム 金 元 素 が 高 温 硬 さ ， 高 温 強 度 ， じ ん 性 等 の 機 械 的 性 質 に 及 ぼ す 影 響 を 調 査 し ， 最 適 合 金 設 計 の た め の 指 針 を 得 る 必 要 が あ る .

本 研 究 で は こ れ ら を 踏 ま え て ， (1 ) 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 機 構 ， (2) 両

炭 素 ハ イ ス 系 合 金 に お け る 黒 鉛 晶 出 機 構 ， (3) 熱処理特性， (4) 機 械 的 性 質 に つ い て 系 統 的 な 研 究 を 行 う こ と に よ り ， 本 合 金 の 用 途 に 応 じ た 組 織 制 御 を 行 う た め の 指 針 を 与 え る こ と を 目 的 と し た .

1.2 本 論 文 の 構 成

第一章 で は ， 本 研 究 の 背 景 と 目 的 お よ び 本 論 文 の 構 成 と 概 要 に つ い て 述 ベ た . 第二章 で は ， 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 機 構 に つ い て 調 査 し た . JIS規 格 SKH51"‑' 53に準じて， Cr， Mo^ヲ W 量 は 約 5%で一定とし， Cお よ び V量 を 変 化 さ せ た 合 金 を 作 製 し ， そ の 鋳 造 試 料 の 凝 固 組 織 を 観 察 し ， 品 出 炭 化 物 を 同 定 し た . さ ら に 各 合 金 の 凝 固 過 程 を 熱 分 析 お よ び 凝 固 途 中 か ら の 急 冷 実 験 に よ っ て 解 析 し ， そ の 結 果 に 基 づ い て 初 晶 面 に 関 す る 状 態 図 お よ び M(Fe，Cr， Mo，  W， V)‑C系 擬二元 状 態 図 を 作 成 し た .

第三章 で は ， 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 主 要 元 素 で あ る W，Coお よ び 黒 鉛 品 出 の た め に 必 要 な Ni の 凝 固 組 織 に 及 ぼ す 影 響 を 調 査 し た . Fe‑2%C‑5.5%V‑

5%Cr‑5%Mo‑5%W合 金 を 基 本 合 金 と し ， こ れ に 5%Coま た は 5%Niを 添 加 し た 合 金 お よ び 5%Wを 除 去 し た 合 金 を 作 製 し ， そ の 凝 固 過 程 と 合 金 元 素 の 挙 動 を解析した.

‑6ー

圃・圃・圃圃圃

第四章で は ヲ 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 に お け る 黒 鉛 晶 出 機 構 を 調 査 し た . Fe‑

2.8 % C‑3 % V ‑1"‑' 5 %Cr‑O"‑' 5 %Mo‑1 "‑' 2 %Nb ‑0"‑' 5 % W ‑0"‑' 5 %Co‑6% Ni ‑3 "‑' 4 %Si 

合 金 に つ い て ， 冷 却 速 度 を 変 化 さ せ て 凝 固 さ せ ， 黒 鉛 の 品 出 量 お よ び 形 態 に 及 ぼす合金組成と冷却速度， Si接 種 の 影 響 を 調 査 し た . さ ら に ， 凝 固 過 程 に お け る 各 合 金 元 素 の 挙 動 を 明 ら か に す る と と も に 融 液 の 黒 鉛 化 傾 向 を 溶 鉄 の 炭 素 溶 解 度 に 及 ぼ す 合 金 元 素 の 影 響 を 定 量 的 に 表 し た 溶 解 度 パ ラ メ ー タ を 用 い て 評 価 し ， 黒 鉛 の 晶 出 挙 動 と の 関 連 を 調 査 し た .

第 五 章 で は ， 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 熱 処 理 特 性 に つ い て 調 査 し た . 高 速 度 鋼 で は 添 加 合 金 元 素 を 有 効 利 用 す る た め ， 約 1373Kに 加 熱 し た 後 に 焼 入 れ ， さ ら に 焼 戻 し 処 理 を 行 う . 本 研 究 で は ， ま ず ， 最 終 凝 固 す る 共 晶 の 融 点 直 下 ま で の 種 々 の 温 度 に 加 熱 保 持 し た 時 の 初 析 炭 化 物 の 析 出 状 態 を 調 査 し ， 透 過 型 電 子 顕 微 鏡 (TEM) および EDXを 用 い て 初 析 炭 化 物 を 同 定 し た . こ れ ら 初 析炭化 物 の 析 出 後 の 冷 却 過 程 に お け る オ ー ス テ ナ イ ト の 変 態 過 程 を 熱 膨 張 試 験 機 で 測 定し， CCT図 と し て 示 し た . さ ら に ， 高 温 保 持 中 に 焼 入 れ 処 理 し た 試 料 を 673

"‑' 923 K に 焼 戻 し た と き の 硬 さ と 残 留 γ量 の 変 化 を 調 査 し た . 同 時 に ， 凝 固 直 後 お よ び 熱 処 理 過 程 に お け る 基 地 中 の 合 金 元 素 分 布 を 調 査 し ， 固 相 変 態 過 程 と の関連を調査した.

第 六 章 で は ， 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 機 械 的 性 質 に つ い て 調 査 し た . 高 温 で の 特 性 と し て ， 高 温 硬 さ お よ び 高 温 圧 縮 強 さ を 測 定 す る と と も に ， 室 温 に お け る 強 さ と じ ん 性 の 評 価 を 曲 げ 試 験 に よ り 行 い ， 機 械 的 性 質 に 及 ぼ す 合 金 元 素 の 影 響 を 調 査 し た.圧 縮 強 さ は 硬 さ と 強 い 関 係 が あ る が ， 曲 げ 強 さ は 試 料 の 硬 さ だ け で は な く ， 共 晶 炭 化 物 の 分 布 が 大 き く 影 響 す る こ と を 明 ら か に し た .

第 七 章 で は ， 本 研 究 の 総 括を行い， 結論とした.

参 考 文 献

1)  K. Ogi and H. Miyahara:圧 延 ロ ー ル の 技 術 は ど こ ま で 進 歩 し た か ( 日 本 鉄 鋼 協 会 基 礎 研 究 会 圧 延 ロ ー ル 研 究 部 会 ) (1995) 1 

2)矢 島 悦 次 郎 ， 市 川 理 衛 ， 古 沢 浩 一 :若 い 技 術 者 の た め の 機 械 ・金 属 材 料 ( 丸 善 株 式 会 社 ) (1979) 195 

3) E. Horn and H. Brandis: DEW‑Tech. Ber.， 11 (1971) 147 

4) H. F.  Fishmeister， R. Riedl and S.  Karagりz:Metall.  Trans.， 20A (1989) 133  5)大 城 桂 作 : 鋳 物 66(1994) 764 

6) 武宏 強 ， 篠 栗 信也 ， 橋 本 光 生 ヲ 松 原 安宏 : 鋳造工 学 69(1997)917 7) 宮 坂 喜和， 江 南和幸 ， 谷川 俊 宏 :鋳 造 工 学 69(1997) 201 

8)  Pedio Ding， Gongqi Shi and Shouze Zehou: Metall.  Trans.， 24A (1993) 1265  9) 武宏 強 ， 橋 本光 生，篠 栗 信 也 ， 松 原 安 宏 : 鋳 造工 学 68(1996) 637 

10)橋本隆，片山 博 彰 ， 森 永 長 ， 前 家 信 朗 ， 中 川 義 弘 : 鋳 物 講 演 概 要 集 114(1988) 94 

11)  S.  K. Chang， D. G. Kim and J.  W. Choi: ISIJ 1nter.， 32 (1992) 1163  12) 橋 本 隆 ， 片 山 博 彰 ， 森 永 長 ， 前 家 信 朗 ， 中 川 義 弘 : 鋳 物 63(1991) 622  13)  T. Himemiya， T. Umeda， G. Matunoshita and Y. Kimura  1S1J 1nternationa1  32(1992) 1141 

14 ) 小 野 幸 徳 ， 清 水 亮 ， 村 井 典 子 ， 大 城 桂 作 : 鋳 物 63(1991) 340 

15)  G.  A.  Roberts， J.  C.  Hamaker and A.  R.  J ohnson:  Too1 Stee1  (American  Society for Meta1) (1962) 593 

16)  W. Rong， H‑O. Anden， H. Wisell and G. L.  Dun1op: Acta Meta11，・40(1992)  1727 

1 7)  A. ‑M. R a k a y b y a n d B. M i 11 s:  M a t e r i a 1 s S c i e n c e a n d T e c n 0 10 gy 2 (1986) 1 75  18)  K.  Stiller， L‑E.  Svensson， P.  R. Howe11， W. Rong， H‑O. Anden and G. L  Dun1op: Acta Meta11.  32 (1984) 1457 

19)  K. Goto， K. Sakamoto and Y. Sugimoto: ISIJ 1nternationa1 32 (1992) 1184  20) 田 中 拓 ， 飯干宋 逸 ， 岡 本 潤ー， 森 田 顕二 :鋳造工 学 68 (1996)  130 

‑8‑

第 二 章 高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 機 構

2.1  緒 言

局 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 で は ， 高 速 度 鋼 と [nJじ 合 金 元 素 を 添 加 し ， さ ら に 炭 素 」

を 増 す こ と よ り ， 通 常 の 高 速 度 鋼 よ り も 多 く の 炭 化 物 を 品 出 さ せ ， 同 時 に 基 地 に 固 溶 し た Mo，W， V 等 の 作 用 に よ り 焼 入 れ ・ 焼 戻 し 硬 さ を 高 め て い る . 耐 摩耗性には， と く に 高 硬 度 で 微 細 に 晶 出 す る M C炭 化 物 の 寄 与 が 大 き い と 考 え ら れ て お り ， こ の M C炭 化 物 の 品 出 量 を 増 す た め ， Vを 多 く 添 加 し て い る .

しかし， Cr， M o， 

W

等 の 炭 化 物 形 成 元素 も 合 有 して い る こ と か ら ， 合 金 組 成 に よ っ て 晶 出 炭 化 物 の 種 類 が 変 化 す る と 考 え ら れ ， 凝 固 機 構 を 理 解 す る の は 難 で あ る . 沢 本 ら は ， 5%Crお よ び 15% Cr合 有 の ク ロ ム 鋳 鉄 に V，Nb， W を

そ れ ぞ れ 単 独 で 0'"'"32%添 加 し た Fe‑5/15%Cr‑M‑C4元 系 合 金 の 凝 固 機 構 を 研 究し， Crを一定 と し た 液 相 面 状 態 図 を C量 と V，Nbお よ び W 量 と の 関 係 で 表 し ， そ の 凝 固 過 程を 明 ら か に し て い る 1)‑4) そ こ で 本 研 究 で は ， Mo系 高 速 度 鏑 の JIS規 格 SKH51'""'53に 準 じ て Cr，M o， W を 5%として， C量を 1.0'""'4.4%，

V を 0'""'11%に 変 化 さ せ た 合 金 試 料 を 作 製 し ， 熱 分 析 実 験 お よ び 凝 固 途 中 か ら 急 冷 し た 試 料 の 組 織 観 察 を 行 う こ と に よ り 各 合 金 の 凝 固 の 進 行 過 程 を 調 査 し ， 本 合 金 系 の 合 金 組 成 と 凝 固 過 程 の 関 係 を 表 す こ と の で き る 状 態 図 を 作 成 す る と と も に ， 凝 固 時 に お け る 合 金 元 素 の 挙 動 と 結 晶 化 過 程 と の 関 連 に つ い て 調 査 し た.

2.2 実 験 方 法

電 解 鉄 ， 電 解 鉄 と 高 純 度 黒 鉛 を 用 い て 溶 製 し た Fe‑5.3%C中 間 合 金 ， 純 ク ロ ム ， フ エ ロ パ ナ ジ ウ ム ， フ エ ロ タ ン グ ス テ ン ， フ エ ロ モ リ ブ デ ン を 原 料 と し て ，

Cr， Mo， W 量を 5%で一 定 とし，Cお よ び V量 を そ れ ぞ れ 1.0'""'4.4%，0'""'11% に 変 化 さ せ た 試 料 を ア ル ゴ ン 雰 囲 気 の タ ン マ ン 炉 で 溶 製 し ， 直 径 12mm， 長 さ 100mm の 金 型 に 鋳 造 し た . 試 料 の 化 学 組 成 を Table 2‑2‑1に ぷ す . ま た ， こ れ

ら の 合 金 の 品 出 過 程 を 調 査 す る た め ， 各 金 型 試 料 30gを Fig.2‑2‑1に 示 す ア ル ゴ ン 雰 囲 気 の シ リ コ ニ ッ ト 炉 で 溶 解 温 度 よ り 約 100K高 い 温 度 で 再 溶 解 後 ， 冷 却 速 度 0.17K/sで 冷 却 し た 時 の 熱 分 析 曲 線 に よ り 結 品 化 温 度 を 測 定 し た . ま た

Table 2‑2‑1  The chemical compositions of specimens.  Specimen Chemical Composition(mass%) 

Number 

C  Carbide  V  Cr  Mo ^羽/

NO.1  1.01  一一 4.32  4.98  5.20  M6C  NO.2  1.29  一一 4.57  4.95  5.18  M6C+M7C3  NO.3  1.39  3.03 4.23  4.90 4.77  MC+M2C  No.4  1.87  6.45 4.53  4.80 5.35  MC+M2C  NO.5  1.93  8.52 4.41 4.90 5.34  MC+M2C  NO.6  1.99  3.06 4.16  4.94 4.30  MC+M2C  NO.7  2.02  6.24 5.09  4.98 3.78  MC+M2C  NO.8  2.07  11.13 4.82  4.77 4.62  MC+M2C  NO.9  2.11  8.48 5.00  4.64 5.09  MC+M2C  NO.10  2.48 5.31 5.17  5.27 4.73  MC+M2C+M7C3  NO.11  2.50  3.13 4.49 5.21  5.05  MC+M2C+M7C3  NO.12  2.57  6.93 4.38  4.83  5.02  MC+M2C  NO.13  2.91  7.16 5.09  5.28 4.42  MC+M2C  NO.14  3.27  3.42 4.06  5.06 3.85  MC+M2C+M7C3  NO.15  3.76  3.26 4.64  4.96  5.10  MC+M2C+M7C3  NO.16  3.81  3.24 4.54  4.80 4.84  MC+M2C+M7C3  NO.17  4.13  一一 4.68  4.88 4.81  M3C+M7C3  NO.18  4.16  3.44 4.69  4.50 5.02  MC+M2C+M7C3  NO.19  4.16  3.77 4.61  4.82 4.64  MC+M2C+M7C3  NO.20  4.31  一一 4.57  4.90 4.77  M3C+M7C3  NO.21  4.31  1.22 4.63  4.83  5.39  M3C+M7C3  NO.22  4.35  3.40 4.62  4.83  5.60  MC+M2C+M7C3 

Table 2‑2‑2 The results of color etching.  Carbide  Murakami  Picric acid 

reagent  alkali solution  M C  

M2C  black 

M3C  brown 

M6C  dark brown  light brown  M7C3  brown 

ハU

句lム

a 

nu d 

VE A 

A a ‑

••••••••••• ‑

1 

4 

Ar gas 

除 d

Fig.2‑2‑1 Experimental apparatus for the study of solidification process. 

凝 固 途 中 か ら 急 冷 し た 試 料 の 組 織 観 察 ， EPMA分 析 を 行 い 品 出 相 の 同 定 を 行 い . 液 相 面 の 状 態 図 を 作 成 す る と と も に 凝 固 過 程 を 調 査 し た .

晶出相の同定は、 X線 回 折 法 ， 村 上 試 薬 お よ び ピ ク リ ン 酸 ソ ー ダ ア ル カ リ 溶 液 に よ る 着 色 エ ッ チ ン グ 法 お よ び EPMAに よ る 炭 化 物 中 の 組 成 分 析 に 基 づ い て行った.なお， X線 回 折 法 で は フ タ ー ゲ ッ トを Co， 印 加 電 圧 40kV， 管 球 電 流 40mA とし^p 試 料 は 粉 末 状 に 粉 砕 し て一部 は そ の ま ま で ， ま た 残 部 は リ ン 酸 で 基 地 部 を 溶 解 し て 炭 化 物 を 抽 出 し ， 実 験 に 供 し た . ま た ， 着 色 エ ッ チ ン グ 法 で は ， 村 上 試 薬 の 場 合 は 333Kで 180'"'‑'300s， ピ ク リ ン 酸 ソ ー ダ ア ル カ リ 溶 液 の 場 合 は 363Kで 480s腐 食 し た が ， 代 表 的 な 炭 化 物 の 識 別 法 を Table2‑2‑2 に示す. EPMA分 析 で は ， 試 料 か ら の 各 合 金 元 素 の 特 性 X線 強 度 と 純 金 属 か

らの特性 X線 強 度 の 比 ( 相 対 強 度 ) を 求 め ， ZAF法 に よ る 補 正 を 施 し て 定 量 値とした.

2.3  実 験 結 果 お よ び 考 察 2.3.1  品 出 炭 化 物 の 同 定

本 合 金 系 で は ， 微 細 に 少 量 晶 出 す る 炭 化 物 も あ る た め ヲ 炭 化 物 の 同 定 に は 村 上 試 薬 お よ び ピ ク リ ン 酸 ソ ー ダ ア ル カ リ 溶 液 に よ る 着 色 エ ッ チ ン グ 法 ，

x

線 回折法， EPMAに よ る 炭 化 物 の 合 金 元 素 濃 度 分 析 を 併 用 し た . そ の一例 と し て， Fe‑2.48%C‑5.3 % V ‑5 .2%Cr‑5.3%Mo‑4. 7% W 試 料 の X 線 回 折 プ ロ フ ァ イ ル を Fig.2‑3‑1 に 示 す . 本 合 金 で は M C，M₂C， M₇C₃型 炭化 物 か ら の 回 折 ピ ー ク が 認 め ら れ る . ピ ー ク の 中 に は二 種 類の 炭 化 物 か ら の 回 折 X 線 が 重 な っ て い る も の も あ る が ， そ れ ぞ れ の 炭 化 物 に 固 有 の 強 い ピ ー ク が 得 ら れ て お り ，

X

線 回 折 法 で 各 炭化 物 の存 在 を 知 る こ と が で き る . Fig.2‑3‑1 に 示 す よ う に リ ン 酸 処 理 に よ り 炭 化 物 を 抽 出 し た 場 合 の 方 が シ ャ ー プ な ピ ー ク が 得 ら れ て お り ， リ

ン 酸 処 理 に よ る 炭 化 物 量 の 相 対 的 変 化 は ほ と ん ど 生 じ な か っ た .

次 に ， 各 品 出 炭 化 物 の EPMA分 析 を 行 っ て ， 炭 化 物 中 に 占 め る 金 属 元 素 量 の 割 合 を 求 め た 結 果 の 例 を Fig.2‑3‑2に示す. M C型 炭 化 物 は V の 固 溶 量 が 多 く， M2Cは Moと W をほぼ同量合み， M₇C₃は M₃Cと 比 較 し て Cr量 が 多 い 特 徴 を 有 し て お り ， H. F.  Fishmeister ら に よ る 高 速 度 鋼 に 晶 出 し た 炭 化 物 の EPMA分 析 結 果 5)と よ く 対 応 す る . 以 上 の と と か ら ， 上 記 の三つ の 方 法 を 組 合

‑12‑

どL

o 

MC  6  M2C  口 M7C3

ム

ロ

ム

ロ

。

35  40  45  50  55  60  65  70  75  80  85  90  95  100  28 

Fig.2‑3‑1  X‑ray diffraction spectra of carbides  in Fe‑2.48%C‑5.3% V ‑5.2%Cr 

‑5.3%Mo‑4.7%Walloy. 

MC  M2C  M7C3 

。

20  40  60  80  100  Fig.2‑3‑2 EPMA analysis of carbides in specimen. 

‑13‑

わせるこ とにより，炭化物の同定を高精 度 で 行 う こ とができ る.

そこ で ， 前 掲 Table2‑2‑1の各 試料 を融点以上 100Kに 再 溶 解 後 10K/minで 冷却し， 凝 固 完 了 直後に急 冷 して品出相を同定 した結果， Table2‑2‑1 中に示す ように，試料 組 成 に 応 じ て M C，M2C， M₆C， M₇C₃お よ び M₃C が品出 し て い た. C量が 2.1%ま で の も の は M Cと M₂Cが品出し，そ れ 以上では M₇C₃も品 出した. しかし，

v

量を 7%まで上 昇させると ，M₇C₃は品出 せ ず に M Cおよ び M₂Cだ け と な る . ま た，Vの増加 と と も に M C量は増加 し，M₂C量は減少 し た . こ れ ら の 炭 化 物 の品出 機 構 に つ い て は ， 以 下 に お い て 本合金系 の 状 態 図 や凝固過程を調 査す る こ と に よ り 解 析 し た .

2 . 3 . 2 

液 相 面 に 関 す る 状 態 図 と 凝 固 過 程

Table2‑2‑1 に 示 し た実験 試 料 に は ， 初 品 と し て デ ン ド ラ イ ト 状 の dとγ， Fig.2‑3‑3に示す よ う な デ ン ド ラ イ ト 状 の M Cお よ び 板 状 の M₃Cが晶出 し て い た.本合金系 で は Cr，Mo， W 量を そ れ ぞ れ 5%で一定と し て い る の で， 試料 の Cお よ び V 濃 度 と 初品の種類 と の関係を Fig.2‑3‑4の よ う に M(Fe‑5%Cr‑

5%Mo‑5%W)‑V‑C擬三元状 態 図 と し て プ ロ ット し た . 図 中 の記 号の 内 側 の 数 字は試料 番号を表 し て お り ， ム は a，

0

は γ， 口 は M C，マは M]C が初日¹で あ る こ と を 示 し て い る . ま た，試 料 番号の 近 く に そ の試料 の 初品J疑問開 始 温度 を 付 記 し た . 試 料 NO.7と NO.10で は 少量の デ ン ド ラ イ ト 状 の γと M Cがとも

Fig.2‑3‑3 Morphology of primary MC. 

‑14‑

に 認 め ら れ ， 共 晶 組 成 に 近 い 亜 共 晶 と 考 え ら れ た . こ れ ら の 品 出 相 の 同 定 結 果 に 基 づ い て ， 各 初 品 の 晶 出 す る 組 成 範 囲 を 決 定 し ， Fig.2‑3‑4 中 に 実 線 で 示 し た . こ の 状 態 図 は Fig.2‑3づ に 示 す よ う に，Fe‑V‑C系三元 合 金 6)お よ び Fe‑ 59るCr‑V‑C系 四 元 合 金 の 状 態 図 4)と 比 較 し て γの 初品 面が や や 狭 く な っ て い る が2 よ く 似 た 構 成 に な っ て い る . 5%Crを 添 加 す る と，Fe‑V‑C二三元 系 と 比 較

して γ +M C共品 線が高 V側 に 移 動 し ， 初品 γ領 域 が 広 くなり ヲさらに， 5%Mo， 5%W を 添 加 す る と 共 品 線 は 低 V側 に 移 動 し て O%Crと ほ ぼ 同 じ に な った. d 

と M Cヲ γと M C， γと M₃C の 境 界 線 は 擬二元 系 共 晶 線 で あ り ， こ れ ら の 線 上 の 組 成 の 合 金 はp そ れ ぞ れ L→ d+MC， L→ y +MC， L→ γ + M₃C の 共 品 反 応 に よ り 凝 固 を 開 始 す る . ま た ， 。 と γの 境 界 線 は L+d→ γの 包 晶 線 で あ る . Fig.2‑3‑4か ら ， 合 金 組 成 が 決 ま れ ば 初 晶 の 種 類 が 明 ら か に な り ， そ の 後 の 凝 固 過 程 に つ い て も あ る 程 度 の 推 定 が 可 能 で あ る . 例 え ば ， 耐 摩 耗 性 と と も に 強度が要求される部材には， γの 液 相 面 上 の 組 成 の 亜 共 晶 合 金 が 選 ば れ る の で3

3~3.3%の試料 No.3 ， 6， 1 ，1 14に つ い て ， 初 晶 γの 晶 出 に と も な う 残 液 の V と C の濃 度 変化 の 評 価 を 試 み た . ま ず ， こ れ ら の 試 料 の 初 品 デ ン ド ラ イ ト 芯 部 の 合 金 濃 度(Cつを EPMA分 析 し ， 試 料 の 平 均 濃 度 C_oとの比 (KM=C牢/C_o)

を求めた結果， Fig.2‑3‑6の よ う に V，Cr， Mo， W の KMは い ず れ も 1よ り 小 さく，試料の C濃 度 の 増 加 と と も に 減 少 し ， Fe‑C‑Cr‑M(M=V， Mo， Mn， Ni，  Si等 ) 四 元 系 合 金 で 得 ら れ た 炭 化 物 形 成 元 素 の 初 晶 γに 対 す る 平 衡 分 配 係 数

( K

^e) 7)と 類 似 し て い る . 初 晶 yに 対 す る

C

の 分 配 係 数 に つ い て は ， 本 実 験 試 料 に つ い て は 求 め な か っ た が ， Fe‑Cr‑C系 の 広 い 組 成 範 囲 の 合 金 に つ い て 測 定 した結果 8)から判断して， 0.35で一定 と し た . Cは γ内 で の 拡 散 係 数 が 大 き い の で ， 凝 固 中 に 十 分 に 拡 散 し て γ中 は 均 ーで あ る と し ， 置 換 型 に 固 溶 す る V は 固 相 内 拡 散 が 生 じ な い と し て ， 凝 固 割 合 0.005毎 に γと 残 液 の C，V 濃 度 を 計算した. Vの 分 配 係 数 Ky は ， 残 液 の C濃 度 に 応 じ た 値 を Fig.2‑3‑6か ら 求 めた. したがって， Cに 関 し て は 平 衡 計 算 式 ，

v

^{に 関 し て は Scheilの 式 9)を用}

い，分配係数 Ky

は凝固の進行とともに変化させたことになる

• ^{Fig.2‑3‑7に 残} 液 の 組 成 が y+MC共 晶 線 に 達 す る ま で 計 算 し た 結 果 を 示 す . 残 液 の 組 成 は い ず れ の 合 金 に お い て も 初 晶 γの 晶 出 と と も に C お よ び V が 増 加 す る 万 向 に 変 化し， γ+MC共 品 線 に 達 す る と L→ γ+MCの 反 応 が 開 始 す る の で ， 初 品 の

15 

。 。

5Cr

・

5Mo

・

5W

言

¹⁰

ro 

E 

M C  

戸 ︑

J

JZωHCOU﹀

8 

1  2  3  5  6 

C contentヲmass%

Fig.2‑3‑4  The diagram for liquidus surfaces of Fe‑5%Cr‑5σ1oMo‑5%W‑V 

‑C alloy system. 

̲1755K 

(¥  L..ーーー

"  1766K (1685K) 

o 

¹ 

一一一̲'

Fe‑V‑C  Fe

・

5Cr

^圃

V‑C Fe

・

5Cr

・

5

九

1 0

‑5W‑V‑C 

15 

~

_u) ¹⁰ 

(Ij 

g 

戸 ︑

J

吉ω

言 ︒

υ﹀

8 

^九

^1C

2  3 

C  c o n t e n t ，  mass% 

Fig.2‑3‑5 Influence of Cr， Mo and W on the diagram for  liquidus surfaces  of Fe‑X‑V‑C alloys (X = Cr， Mo， W). 

5  6 

幽16‑

ー口一一一一‑‑[コ一一一口 口一

kFe 

1.2 

1.0 

，、 v

.......  11 

qぷ

~

6 '  

0.8  bぷ

われ

る己主υ.￥ 

5 4 0 6  

エ ギ....... 

L園小

~ > 

仏 ぷ

0.4 

2.0  3.0  C content， mass%  0.2 

1.0 

Fig.2‑3‑6 Partition coefficients of alloying elements to primary 

5Cr・5Mo・5W

九1C

0  0'‑'  ~ 0 

~^-OV ー圃.

#臼.‑‑口

⑥ ⑪   ⑭  Y 

y vs. C content. 

戸 ︑ 8 

J

Gφ

∞ ∞ 宮己

J己

記ロ 0 υ

﹀

3  C contentヲmass%

Fig.2‑3‑7  The changes in  V and C contents of residualliquid  during the solidification of primary y. 

4 

‑ E 2 

ムハU

j今金組成から γ+MC共 晶 線 ま で の 距 離 が 長 い ほ ど 初 品 yの 品 出量が 多 い と 判 断される.また， L→ γ+MC反 応 は Fig.2‑3‑Sの 高 炭 素 側 の E*点 に 向 っ て 進 行し， E本点以降は γ + M₃C共 品 が 晶 出 す る . し た が っ て ， 共 晶 M Cを 多 く 晶 出させるには， L→ γ+MC共 品 線 に 沿 っ た 凝 固 が 長 く な る よ う に ， 合 金 組 成 を低 C でこの共晶線に近い組成，すなわち C~2% ， V~6% とすると良いと判断

される

一方 ， 初 晶 M Cが 晶 出 す る 過 共 晶 組 成 の 合 金 で は ， 初 品 M Cの 晶 出 と と も に 残 液 の 組 成 は 低 C， 低 V濃度側ヘ変化し， γ+MC共品線に達して， γ+MC 共 品 反 応 が 開 始 す る .

しかし， 本 合 金に は S%Cr，S%Mo， S%Wを 合 有 し て お り 凝 固 に 伴 っ て 残 液中の こ れ ら 元 素 の 濃 度 も 変 化 す る た め フ 凝 固 過 程 は Fig.2‑3‑4か ら ず れ た も の と な り ， 新た な 凝 固 反 応 も 生 じ る l可 能 性 が あ る .そこで， Fig.2‑3‑7に示 し た 3"'‑'4%V合 有 の 試 料 ① ⑬ に つ い て 熱 分 析 し ， 凝 固 過 程 を 調 査 し た . 各 試 料 に つ い て 得 ら れ た 凝 固 反 応 の 種 類 と 反 応 開 始 温 度 お よ び完 了 温 度 を， Fe‑C  擬二元 状 態 図 と し て Fig.2‑3‑8に 示 す . 図 中 に は ， Horn と Brandisが Fe‑

4%Cr‑S%Mo‑6% W‑2% V‑O"'‑' 1.4%C合 金 に つ い て 測 定 し た 結 果 10)も示 したが，

本 実 験 試 料の 方 が C量 も 多 い た め L+d→ γの 包 晶 反 応 は生じず， また V 毘

が多いため，初 品 γの品出後， L→ γ+MCの 反 応 が 明 瞭 に 生 じ ， そ の 後 に L

→ γ +M2C および L → γ+M7^C3 ^{が生じている • Fig.2‑3‑9に示}す よ う に ， 共 市71

MC

は 棒 状 ま た は 板 状 で 共 晶

M

₂

C

は 板 状 を呈 し て お り ， 最 終 段 階 で 凝 固 す る 共品 M₇C₃は ラ メ ラ ー 状 を呈 し ， 通 常 の高ク ロ ム 鋳 鉄 に 見 ら れ る よ り も 複 雑 な 構造に な っ て お り ，M₂C炭 化 物 に 隣 接 し て 凝 固 し て い る .

また， C量が 2%で， V量が 3"'‑'11%の試料を用いて， Fe‑V系 擬二 元状 態 図 と し て 凝 固 過 程 に 及 ぼ す V量の 影 響 を示すと ，Fig.2‑3‑10のようになる.初日日 γおよ び 初 晶 M Cの 凝 固 開 始 温 度 は 共晶 組成 に 向 って 緩 や か に 低 下 し ， 亜 共 品組成 域 で は V量の 増 加 と と も に L→ γ +M C共 品 お よ び L→ y+ M₂C共 品の 開始 温 度 が高 く な る . 合 金 の 初 期 組 成 に よ って 各 共晶が 開 始 す る と き の 融 液 の 組 成 が 変 化 し ， 共 晶 温 度 は 各 合 金 元 素 に 影 響 さ れ る た め 単 純 で は な い が ， 亜 共 品 組 成 域で L→ γ+MCの 開 始 温 度 が V 量の 増 加 と と も に 上昇するのは，

Fig.2^・3‑4か ら も う か が わ れ る よ う に V 量 の 増 加 に よ り と の 反 応 が よ り 低 い 炭

・18‑

園 田 園 田 園 ー ー 一ー

1973 

o 

y 

1873 

LFe・4Cr・5Mo・6W‑2V‑C¹⁰)

ロ

y+MC

d Y +M2C 

o 

^Y +M7C3 

と~ 1773 

ω 

号

1673

包 α

巳司

ε1573 

ト~

1473  1373  1273 

0.0  0.4  0.8 

マ

Solidus

Fe‑5Cr・5Mo・5W‑3V‑C

2.4  2.8  3.2  3.4  C content， mass% 

Fig.2‑3‑8  Phase diagram for Fe‑5%Cr‑5%Mo‑5%W‑3‑4%V‑C alloy system. 

Fig.2‑3‑9 Morphologies of eutectic M C  (a)， M2C (b) and M7C3 (c). 

4  6  V content， mass% 

Fig.2‑3‑10 Influence of V content on crystallization temperatures  of primary and eutectic phases. 

園田園・ーー一一ー

1673  1623 

半 1573 吋コ 司コ

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Fe‑5Cr・5Mo・5W‑2C‑V

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^{一 一 一 ・‑}

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2 

Oy 口y+MC

⑩y+(MC)ムy+九七C

・

^{M C}

^マ

^Solidus

8  10  12 

‑20‑

素 濃 度 で 開 始 す る た め と 考 え ら れ る .

なお，

v

量を 増 す と ， 亜 共 晶 合 金 で は 初 品 γ量が 減 少 し て y+MC共品 量が 増加し，過 共 晶 組 成 域 で は デ ン ド ラ イ ト 状 の 初 晶 M C量が増して， γ + M₂C  が減少した.

2 . 3 . 3  

凝 固 に お け る 合 金 元 素 の 挙 動 と 共 品 反 応

Fig.2‑3‑8より，試料の C量が 増 加 す る と 共 品 反 応 の 種 類 が 増 し て い る の で ， その原因を調査するため， 2.48%C‑5.31% Vを 合 有 し ， 共 晶 組 成 に 近 い 試 料 NO.10 を 用 い て 凝 固 過 程 と 残 液 の 組 成 変 化 と の 関 係 を 調 査 し た . Fig.2‑3‑11は， NO.10  を再溶解後， 0.17K/sで 冷 却 し た と き の 冷 却 曲 線 で あ る . ま た ， Fig.2‑3‑11 の A"‑'Cの 各 位 置 の 温 度 か ら 水 中 に 急 冷 し ， そ の 組 織 を 観 察 し た. Aで は ， 急 冷 目 リ に デ ン ド ラ イ ト 状 に 成 長 し た 初 晶 γと 若 干 の y+MCが認められ， こ の 共 品 は 急 冷 途 中 で 品 出 し た も の と 考 え ら れ る . B で は γ+MC共 品 量 が 著 し く 増 加 しており， C で は 新 た に 凝 固 し た γ + M₂C 共 晶 と 微 量 の γ + M₇C₃共 晶 が 認 め ら れ た . こ の 結 果 か ら ，1548Kで 初 晶 γが 品 出 し 始 め ， そ の 後 1492Kで γ+MC 共 品 反 応 が 始 り ， つ ぎ に 1437Kから γ + M₂C共 晶 ， さ ら に 1388Kで y+ M₇C₃  共 品 反 応 が 開 始 し ，1365 Kで 凝 固 が 完 了 し た と 判 断 さ れ る .

そ こ で ， 固 相 率 の 増 加 に 伴 う 残 液 組 成 の 変 化 を 調 査 す る た め ， Fig.2‑3‑11 に 不した A，B の 温 度 か ら 急 冷 し ， 試 料 の 急 冷 前 に 融 液 で あ った 領 域 お よ び C のγ + M7C3領 域 の 平 均 組 成 を EPMA面 分 析 法 に よ り 測 定 し た . A， B， Cでの 固相率は 0.25，0.77， 0.94であり， γ + M₇C₃共 晶 割 合 は 0.06であったので，

試料 NO.10の凝 固 に お け る 残 液 の 組 成 変 化 は Fig.2‑3‑12の よ う に な る . 国 相 率 の 増 加 と と も に 残 液 の 合 金 組 成 が 大 き く 変 化 し ，

A

で は ， 国 相 率 の 上 昇 と と も に 各 合 金 元 素 濃 度 は 上 昇 し た. しかし， Bま で 固 相 率 が 上 叫 す る と ， V は 減 少 し ， そ の 他 の 元 素 (Cr，Mo， W) は 上 昇 し て い る . さ ら に ， 固 相 率 が 上 昇 し た C では， Mo， W 濃度は減少するが， Cr濃 度 は 上 昇 し た . こ の 様 な 凝 固 に 伴 う 残 液 の 組 成 変 化 が 生 じ る 原 因 を 解 明 す る た め ， 凝 固 に お け る 合 金 元 素 の 分 配 挙 動 も 調 査 し た. 共晶 に 対 す る 分 配 係 数 を 求 め る た め ， 急 冷 試 料 を 用 い て 急 冷 直 前 に 晶 出 し た と 考 え ら れ る 共 晶 セ ル 外 周 部 の 共 品 γと M C，M₂Cの 合 金 濃 度を EPMA分 析 す る と と も に 共 品 中 に 占 め る γと M C，M₂C の 面 積 割 合 を 測

司 コ 司

3 4 3

勺 / 勺 / 勺 /

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イ 刊

Fig.2‑3‑11 Solidification sequences of Fe‑2.48%C‑5.3% V 

‑5.2%Cr‑5.3%Mo‑4.7%Walloy. 

0.2  0.4  0.6  0.8 

③ ③  

Fraction of solid， fs 

Fig.2‑3‑12 The changes in  alloying elements in residual  liquid during solidification of Fe‑2.48%C‑5.3% V ‑5.2%Cr 

‑5.3%Mo‑4.7%Walloy. 

‑22‑

定 し 共 晶 平 均 組 成 を 算 出 し た . ま た ， 各 共 品 中 に 占 め る 炭 化 物 の 面 積 割 合 を

測定した結果， M Cは 22%，M₂Cは 41%，  M₇C₃は 62%で あ った. た だ し， γ  + M₇C₃共 晶 中 に 占 め る 割 合 に つ い て は 試 料 No.10で は 測 定 困 難 で あ っ た た め ， M₇C]炭化 物 品 出量の 多 い 試 料 No.16で 測 定 し た . こ れ に よ って 得 ら れ た 結 果 をTable2‑3‑1に 示 す .

こ れ ら の 各 合 金 元 素 の 共 晶 に 対 す る 分 配 係 数 と Fig.2‑3‑6の 初 品 γに 対 す る 分 配 係 数 か ら Fig.2‑3‑12の融 液 の 組 成 変化 と 凝固 反 応 は 次 の よ う に 考 え ら れ る .

ま ず フ 初 晶 γが 面 積 割 合 で 25%晶 出 す る 聞 に ， Fig.2‑3‑6に 示 し た よ う に ， γ  へ の 分 配 係 数 が 1よ り 小 さ い Cr，M o， W， V が 残 液 中 に 排 出 さ れ ， C量 も 増 加 し て γ + M C共 晶 が 晶 出 す る よ う に な る . γ + M C共 晶 の 凝 固 の 進 行 に と も ない， Table  2‑3‑1の 分 配 係 数 に 応 じ て 残 液 の V量は減少し， M oと W 量 が 増 加して，固相率(fs)= 0.77で は W 等量(W+2Mo)が 約 33.5%と高くなり， γ + M₂C 共 晶 が 凝 固 し 始 める y+ M2C 共 晶 凝 固 が 進 行 す る と ， Table 2‑3‑1 に 示 し た よ う に 残 液 の M o，W 量は減少し， Cr量は 増 加 す る . Fs=O.94で の 残 液 濃 度 は 10.3%Mo，5.4 % W， 19.3%Crで あ り ， こ の Crに 富 む 融 液 か ら γ + M₇C₃共 品が 品 出 す る こ と に な る .

なお，Fig.2‑3‑8に示すように， 3.3%C合 金 ( 試 料 No.14) で は y+ M₂C共日1

に 先 行 し て γ + M₇C₃共 晶 が 凝 固 し て い る . こ れ は，C 量が増すと， γお よ び y+MC共 晶 成 長 時 に γ + M₇C₃共 晶 が 晶 出 で き る C量ま で 上 昇 し ， ま た ヲ 残 液 中の Mo，W が 十 分 に 凝 縮 す る よ り 先 に Cr濃 度 が 大 き く 上 昇 す る た め と 考 え

ら れ る . さ ら に C 量が増せば， Fig.2‑3‑4に 示 す よ う に ， 初 品 と し て M Cや，

M

3

C

が 品 出 す る .

Table 2‑3‑1 Partition coefficients of alloying elements to eutectic phases.  Y+孔1Ceutectic 

kv  kCr  kMo  kw  Y  I 0.26  0.52  0.22  0.32 

恥1C I 11.03  0.67  1.70  2.68  Y + MCI 2.65  0.56  0.55  0.84 

Y + M2C eutectic 

kv  kCr  kMo  kw  Y  0.17  0.31  0.23  0.43  M2C  3.66  0.83  3.52  5.84  Y + M2C 1.59  0.52  1.57  2.63 

2.4  結言

Cおよび V 量を 系 統 的 に変化 さ せ た Fe‑5%Cr‑5%Mo‑5%W‑V‑C合 金の凝 固 について調 査 し，次 の よ う な結 果を得た.

( 1 )本 合 金系 で は C，V 濃 度を 変 化 さ せ る こ と で，初品として 0， γ， M C，  M₃C が晶 出 し た . 各 初品 の品 出 す る 組 成範 囲 を 求 め ， 各 初 晶 の 液 相 面 を M(Fe‑5%Cr‑5%Mo‑5% W)‑V‑C系 擬三 元状 態 図 と し て 表 し た . こ の 状 態 図 は， Fe‑V‑C系 合 金 お よ び Fe‑5%Cr‑V‑C系 合 金 の 初 晶 面 の 状 態 図 と 類 似 し て い る .

(2) 本 合 金 系 の 合 金 組 成 と 凝固組 織 と の 関 連 が 明 瞭 に な り ， 目 的 と す る 組 織 を 得 る た め の 合 金 設 計 が 可 能 と な っ た . と く に ， 高 強 度 鋳 造 材 と し て 用 い ら れ る亜共晶組 成 に お い て ， 耐 摩 耗 性 向 上 に 有 効 で 分 散 性 に富む 共 晶 M Cを多 に晶出する合金は， M‑2%C‑6%V合 金 で あ る .

( 3) γの 初 品 面 上 に あ る 亜 共 品 合 金 で は ， 初 晶 γ， γ+MC共 晶 の 他 ， 液 相 面 の 状 態 図 に 現 れ な い γ + M₂C共晶， γ + M₇C₃共 品 が 品 出 す る . こ の 原 因 は， 残液の V，Cr， Mo， W 組 成 が 各 相 の 晶 出 に よ り 大 き く 変 化 す る た め で あ り ，

こ の 残 液 の 組 成 変 化 は ， 初 晶 γお よ び 各 共 晶 に 対 す る 各 合 金 元素の 分 配 係 数 に より説明できる.

‑24^喝

ー ‑

参考文献

1 ) 沢 本 章F 大 城 桂 作 ， 松 田 公 扶 : 鋳 物 54(1982) 726 

2)沢 本 章 ， 大 城 桂 作 ， 松 田 公 扶 : 日 本 金 属 学 会 誌 49(1985) 475  3) 沢 本 章 ， 大 城 桂 作 ， 松 田 公 扶 : 鋳 物 57(1985) 180 

4)  A. Sawamoto， K. Ogi and K. Matsuda: A. F. S.  Trans.， 94 (1986) 403  5)  H. F.  Fishmeister， R. Riedl and S.  Karag凸z:Metall.  Trans.^ヲ20A(1989) 133  6)大 屋 政吉 : 金 属 の 研 究 2(1930) 615 

7)  Y. Ono， N. Murai and K. Ogi: ISIJ 1nt.  32 (1992) 1150 

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10)  E. Horn and H. Brandis: DEW‑Tech. Ber.， 11 (1971) 147 

4

・

第

車 早

高 炭 素 ハ イ ス 系 合 金 の 凝 固 機 構 に 及 ぼ す 合 金 元 素 の 影 盤

3.1  緒 言

ハ イ ス 系 合 金 に は ， 耐 摩 耗 性 ， 熱 処 理 特 性 ， 高 温 強 度 特 性 等 の 向 上 を 目 的 と して， V， Cr， Mo， W 等の合金ノ乙素が添加 さ れ て い る が， 炭 素 量 を鋳 鉄 組 成 ま で 増 し ， 品 出 炭 化 物 量 の 多 い 合 金 系 に お け る 各 元 素 の 作 用 に つ い て は 十 分 に 照 解 さ れ て い ない . 第二章 で は ， 本 合 金 の 凝 固 組 織 に 及 ぼ す M C形 成元 素 の V と Cの影響について調査し， Fe‑V‑C 擬三元系状態図や， Fe‑C擬二元 系 状 態図を作成し， Vお よ び C量 と 凝 固 組 織 と の 関 連 を 明 確 に し た . M Cの密度 は 約 5.6で か な り 小 さ い こ と か ら ， 初 晶 M Cの 品 出 す る 合 金 を 用 い て ロ ー ル の よ う な 大 型 部 品 を 遠 心 鋳 造 法 で 製 造 す る 場 合 に は ， 著 し い M Cの 偏 析 が 生 じ る . し た が っ て ， 共 晶 M Cを 硬 質 相 と し て 利 用 す る こ と に な り ， 多 量 の 共 晶 M C を品出させるには， Fig.2‑3‑5の yの 初 晶 面 内 に あ っ て γ+MC共 晶 線 に 近 い 組 成 と す る 必 要 があ る . そ の よ う な 合 金 と し て ， 本 研 究 で は 2%C‑5.5%V‑5%Cr‑

5%Mo‑5%W合 金 を 選 び ， 基 本 試 料 と し た . Cr， Mo， Vは， M C， M₂Cの 生 成 や 基 地 の 熱 処 理 特 性 向 上 の 面 か ら 欠 く こ と は で き な い の で ， 本 合 金 系 の 基 本 成 分の一つで， M₂Cま た は M₆C形 成 元 素 で あ る W， 基 地 の 高 温 特 性 改善に 利 用 される Co， 黒 鉛 の 品 出 さ せ る た め に 使 用 さ れ る Niが 本 合 金 系 の 凝 固 機 構 に 及 ぼ す 影 響 を 研 究 し た.な お ， 耐 摩 耗 材 の 場 合 に は M C量の 多 い 合 金 の 方 が 望ましいと考えられるので，

V

量 を 増 し て 初晶 M Cを 品 出 す る 過 共 品 組 成 と

し た 合 金 に つ い て も ， 凝 固 過 程 を 調 査 し た .

3.2 実 験 方 法

原 料 と し て ， 電 解 鉄 ， 電 解 鉄 と 高 純 度 黒 鉛 を 用 い て 溶 製 し た Fe‑5.3%C中間 合金，純ク ロム³ フ エ ロ バ ナ ジ ウ ム ， フ エ ロ タ ン グステン，フ エロ モ リ ブ デ ンョ 純コバルト ，純 ニ ッケ ル を 原 料 と し て，Fe‑2%C‑5.5%V‑5%Cr‑5%Mo‑5%Wの 基本試料 ヲ こ れ に 5%Coま た は 5%Niを単 独 で 添加 し た 試 料，5%Wを 除 去 し た 試 料 お よ び 過 共 晶 組 成 の Fe‑2.3% C‑5 % Cr‑5 % Mo‑9% V ‑5% W ‑5 % Co試料 を ア ルゴン雰囲気のタンマン炉で溶解し， 直 径 12mm，長さ 100mmの金 型 お よび 肉厚 8m mの 1173K余 熱 砂型 に 鋳 造 した. 試 料の化学 組成 を Table 3‑2‑1に示

‑26‑

4

・

す . 各 試 料 の 凝 固 過 程 を 調 室 す る た め ョ 金 型 鋳 造 試 料 30gを ア ル ゴ ン 雰 同 気 の シリ コニ ッ ト炉 で 融 点 より約 100K 高 い 温 度 で 再 溶 解 後 ， 冷 却 速 度 0.17K/sで 冷却 した時 の 熱 分析 を 行 い ， 冷 却 曲 線上 に 現 れ た 変曲 点 ( ク ニ ツ ク ) に 基 づ い て 各 凝 固 反 応 の 開 始 温 度 を 求 め た . ま た ， 凝 固 途 中 か ら 急 冷 し た 試 料 の 組 織 観 察， EPMA分 析 を 行 い 晶 出 相 の 同 定 を 行 い， 凝 固 過 程を調 査 した.

Table 3‑2‑1  The chemical compositions of specimens.  Specimen  Chemical Composition(mass%) 

Carbide  Number  C  V  Cr  Mo ^明/ Co  Ni 

NO.1  1.94 4.67  5.07  5.36  5.32  MC+M2C  NO.2  1.86 5.64 4.94  5.26一一 MC+M2C  NO.3  1.93 5.29  4.95  5.37  5.10  5.13一一 MC+M2C  No.4  1.93 5.31  4.90  5.49 5.43 ‑ 5.21  MC+M2C  NO.5  2.14 5.33  4.77  5.26 ‑ 5.70一一 MC+M2C  NO.6  2.30 9.11  4.74  5.09  4.74  5.10一一 MC+M2C 

3.3  実 験 結 果 お よ び 考 察

3.3.1  凝 固 組 織 に 及 ぼ す W，Co， Niの 影 響

砂 型 に 鋳 造 し た Table 3‑2‑1の 各 試 料 の 組 織 を Fig.3‑3‑1に 示 す . 亜 共 品 試 料 NO.1""No.5 に は ， い ず れ も 図 中 の aに 示 す よ う に 鉄 基 地 中 に 粒 状 お よ び 棒 状 (立体的に棒状)の M Cと， bに 示 す 針 状 ( 立 体 的 に 板 状 ) の M2C が 分 布 し ている . W無 添 加 試 料 NO.2，NO.5では， M2C量が 少 な く な っ て い る . 過 共 品 試料 NO.6は， cに 示 す よ う な 組 大 で デ ン ド ラ イ ト 状 の 初 晶 M Cが 晶 出 し て い る 高 速 度 鋼 で は M₂Cの 代 り に M₆Cが 品 出 す る 例 が 多 く 報 告 さ れ て お り l)‑4)， 高 W/Mo比， Nb添加， Si添 加 お よ び 小 さ な 冷 却 速 度 で は M₆C の 晶 出 が 助 され，高 C， 高 V， 高 Mo/V比では， M2C が 晶 出 す る と 言わ れ て い る . 武 ら は， W/Mo比 が 10以 上 で M₆Cが 晶 出 し ， そ れ 以 下 で は M2Cが品出 し た と 報 告しており へ 本研 究 試 料 の W/Mo比 が 約 1と 小 さ い こ と が M2C生成 の主原 因と考えられる

合 金 元 素 に よ る 炭化 物量の 変 化 を 調 査 す る た め に 砂 型 鋳 造 試 料 を 研 磨 し 写 撮影 した後³ 画 像 解 析 装 置 に よ っ て M Cお よ び M2C炭 化 物量を そ れ ぞ れ 測 定

した結果を Fig.3‑3‑2に示 す.NO.l "" NO.4で は C と V 濃 度 が 同 程 度 で あ る た

勺 ペ 乙 ー