マンガン鋼部品の鋳造におけるさまざまな元素の影響

マンガン鋼の鋳造では、元素が異なれば機能も異なります。 マンガン鋼部品の鋳造には、さまざまな元素の影響があります。

マンガン鋼部品における炭素元素の影響

炭素 はマンガンと並んでマンガン鋼の2つの最も重要な元素の1つです。 マンガン鋼は炭素の過飽和溶液です。 ほとんどの標準マンガン鋼グレードでは、炭素とマンガンはおおよそMn / C = 10の比率です。 したがって、これらの鋼は通常、12％Mnおよび1.2％Cです。この比率は、主に初期の製鋼制限によって設定されたものであり、固定比率は実際には重要ではありません。 炭素含有量を増やすと、降伏強度が上がり、延性が低下します。 13％マンガン鋼の特性に及ぼす炭素含有量の増加の影響については、下の図を参照してください。

ただし、炭素含有量の増加の主な重要性は、ガウジング耐摩耗性を高めることです。以下を参照してください。 ほとんどのマンガン鋼は、ガウジング摩耗や高衝撃摩耗の状況で使用されるため、メーカーは炭素含有量を最大化しようとします。 実用的な限界が存在し、炭素含有量が1.3％を超えると、亀裂が発生し、未溶解の粒界炭化物がより一般的になります。 マンガン含有量の高いプレミアムグレードのマンガン鋼は、炭素の上限を1.3％をはるかに超えています。

マンガン鋼部品におけるマンガン元素の影響

マンガンはオーステナイト安定剤であり、この合金ファミリーを可能にします。 オーステナイトからフェライトへの変態温度を下げるため、室温で完全なオーステナイト構造を維持するのに役立ちます。 13％Mnおよび1.1％Cの合金は、-328°F未満のマルテンサイト開始温度を持っています。 普通オーステナイト系マンガン鋼のマンガン含有量の下限は10％近くです。 マンガンレベルを上げると、鋼への窒素と水素の溶解度が上がる傾向があります。 より高い炭素含有量と追加の合金元素を備えたプレミアム合金は、16〜25％のマンガンレベルのマンガンで存在します。 これらの合金は、メーカー独自のものです。

マンガン鋼部品におけるシリコン元素の影響

マンガン鋼では通常、1％までのシリコン含有量が安全であると考えられていますが、シリコンは機械的特性に目立った影響を及ぼしません。 2.2％のシリコン含有量で、エイブリーは強度と延性の急激な低下を示しました。 報告されている実験のほとんどは、シリコン含有量を考慮した場合、1インチ未満の小さなセクションサイズで行われ、重いセクションサイズは、シリコン含有量の増加に伴って衝撃強度が大幅に低下する可能性があります。 6インチのセクションサイズに1.5％のSiを追加した場合の効果については、次の図を参照してください。

データは、シリコンがこのレベルまで増加すると、衝撃エネルギーが75％減少することを示しています。 1インチを超えるセクションサイズを製造する場合は、マンガン鋼のシリコンレベルを0.6％未満に低く保つことをお勧めします。

マンガン鋼部品におけるクロム元素の影響

クロムはマンガン鋼の引張強さと流動抵抗を高めるために使用されます。 最大3.0％の追加がよく使用されます。 クロムは溶体化処理された硬度を増加させ、マンガン鋼の靭性を低下させます。 クロムは、最大加工硬化硬度レベルまたはひずみ硬化率を増加させません。 炭化クロムは溶液に溶解しにくいため、クロム軸受グレードではより高い熱処理温度が必要です。 一部の用途では、クロムが有益な場合がありますが、多くの用途では、マンガン鋼にクロムを添加することに利点はありません。

マンガン鋼部品におけるニッケル元素の影響

ニッケルは強力なオーステナイト安定剤です。 ニッケルは、焼入れ中の冷却速度を下げても、変態や炭化物の析出を防ぐことができます。 これにより、セクションサイズが重い製品でニッケルを有用な添加物にすることができます。 ニッケル含有量の増加は、靭性の増加、引張強度のわずかな低下に関連しており、降伏強度には影響しません。 ニッケルは、マンガン鋼のフィラー材料の溶接にも使用され、堆積したままの材料に炭化物が含まれないようにします。 望ましい結果を生み出すために、これらの材料の炭素レベルを低くし、ニッケルを高くするのが一般的です。

マンガン鋼部品におけるモリブデン元素の影響

マンガン鋼へのモリブデンの添加は、いくつかの変化をもたらします。 まず、マルテンサイトの開始温度を下げ、オーステナイトをさらに安定させ、炭化物の析出を遅らせます。 次に、モリブデンの添加により、材料が溶体化処理された後の再加熱中に形成される炭化物の形態が変化します。 通常、針状炭化物の粒界膜が形成されますが、モリブデンを添加した後、沈殿した炭化物が合体し、粒子全体に分散します。 これらの変更の結果、モリブデンを添加することで鋼の靭性が向上します。 モリブデン添加の別の利点は、鋳造時の機械的特性を改善することができます。 これは、鋳造生産の際に真のメリットとなる可能性があります。 より高い炭素グレードでは、モリブデンは初期融合の傾向を高めるため、結果として生じる機械的特性が大幅に低下するため、これを回避するように注意する必要があります。

モリブデンは、マンガン鋼で非常に重いセクションの厚さを生成する場合に役立ちます。 これらは、6インチを超えるセクションであり、特にセクションサイズが10インチを超えるセクションです。
これらのセクションサイズは、大きな一次旋回破砕機のマントルと厚いジョーダイの鋳造品に見られます。 これらの鋳物には、0.9％から1.2％の範囲でモリブデンを添加し、炭素含有量を0.9％から1.0％に減らすことをお勧めします。 モリブデンは、マンガン鋼で非常に重いセクションの厚さを生成する場合に役立ちます。 これらは、6インチを超えるセクションであり、特にセクションサイズが10インチを超えるセクションです。 これらのセクションサイズは、大きな一次旋回破砕機のマントルと厚いジョーダイの鋳造品に見られます。 これらの鋳物には、0.9％から1.2％の範囲でモリブデンを添加し、炭素含有量を0.9％から1.0％に減らすことをお勧めします。

マンガン鋼部品におけるアルミニウム元素の影響

マンガン鋼の脱酸にはアルミニウムを使用しており、ピンホールなどのガス欠陥を防ぐことができます。 取鍋に3ポンド/トンの追加を使用するのが一般的です。 アルミニウム含有量を増やすと、マンガン鋼の機械的特性が低下し、脆性と熱間引裂が増加します。 実際には、ほとんどのグレードのマンガン鋼では、アルミニウムの残留物をかなり低く保つことをお勧めします。 高レベルのアルミニウムと約30％のマンガンを含む新しい材料が、高強度で重量に敏感な用途向けに開発されています。 これらの場合、得られる合金の密度を下げるために、低密度のアルミニウムが使用されています。

マンガン鋼部品におけるチタン元素の影響

チタンはマンガン鋼の脱酸に使用できます。 さらに、チタンは窒化チタンに窒素ガスを閉じ込めることができます。 これらの窒化物は製鋼温度で安定した化合物です。 一旦拘束されると、窒素は鋳造物にピンホールを引き起こすために利用できなくなります。 チタンを使用して粒子サイズを調整することもできますが、重いセクションでは効果が最小限に抑えられます。

マンガン鋼部品におけるセリウム元素の影響

セリウムはマンガン鋼の結晶粒径を微細化するために使用できます。 セリウムの化合物は、他の化合物よりもオーステナイト系マンガン鋼との不整合が少ないため、この合金のより優れた結晶粒微細化剤になるはずです。 また、粒界炭化物の析出を抑制し、粒界を強化します。 セリウムと合金化したマンガン鋼の衝撃強度も改善されたと報告されています。

マンガン鋼部品におけるリン元素の影響

リンはマンガン鋼に非常に損傷を与えます。 オーステナイト粒界に弱いリン脂質共晶膜を形成します。 マンガン鋼からリンを除去することは困難であり、それを制御するための最も効果的な方法は、装入材料の慎重な選択です。 ASTM A128は、リンの最大値を0.07％としていますが、高品質のマン​​ガン鋼を製造する場合は、リンのレベルをこのレベルよりも十分に低く保つことをお勧めします。

マンガン鋼部品における硫黄元素の影響

硫黄はほとんどの鋼では効果がありませんが、マンガン鋼ではほとんど問題を引き起こしません。 マンガンレベルが高いと、球状タイプの硫化マンガン含有物に硫黄が拘束されたままになります。

マンガン鋼部品におけるホウ素元素の影響

ホウ素は、マンガン鋼の結晶粒微細化を試みるために使用されてきました。 しかしながら、ホウ素レベルが増加するにつれて、脆いホウ化物炭化物共晶が粒界に析出する。 ホウ素はまた、マンガン鋼を再加熱するとオーステナイトの分解を促進し、材料を溶接できなくなります。 マンガン鋼にホウ素を使用することはお勧めしません。

Mr. Nick Sun     [email protected]