超硬製採掘ボタン炭化物ボタンまたは炭化タングステンボタンとも呼ばれるこの摩耗部品は、採鉱機械や設備に不可欠なコンポーネントです。炭化タングステンから構成され、これらの高強度摩耗部品は、過酷な採掘作業中の摩耗や衝撃応力からドリルビットや他の地面に係合するツールを保護します。
このガイドでは、超硬合金製採掘用ボタンの組成、特性、製造基準、鉱物、金属、石炭、骨材部門における用途、世界のサプライヤー、コストについて包括的に説明しています。技術的な比較により、十分な情報に基づいた選択が可能になり、専門家による分析により、さまざまな岩石条件におけるボタンの性能を最適化するための工学的洞察が得られます。
超硬ボタンの構成
炭化タングステンは、しばしば化学式WCで表され、超硬ボタンのベース複合材料を形成している。これは、粉砕、プレス、高温焼結の粉末冶金技術によって炭素原子（C）と合金化されたタングステン（W）の原子で構成されています。
炭素の正確な割合は、硬度、靭性、耐摩耗性の値を決定します。一般的な業界標準では、採掘ボタン用のタングステンカーバイトグレードで5.5～6.5%の炭素含有量が必要です。
| エレメント | 重量比 % |
|---|---|
| タングステン（W） | 94 – 95% |
| カーボン（C） | 5.5 – 6.5% |
表1：超硬ボタンの材料組成
耐侵食性や熱伝導性のような特定の特性を補強するために、他の耐火性金属が少量配合される：
- 炭化チタン（TiC） 耐薬品性を向上させ、耐摩耗性、耐腐食性の高い条件下での使用に適しています。
- 炭化タンタル（TaC） 硬度を犠牲にして延性と耐衝撃性を高める
- 炭化ニオブ（NbC） 焼結時の粒度制御を助ける
| 合金元素 | 組成範囲 | 改良された主要物件 |
|---|---|---|
| 炭化チタン（TiC） | 0 – 8% | 耐食性 |
| 炭化タンタル（TaC） | 0 – 6% | タフネス |
| 炭化ニオブ (NbC) | 0 – 5% | 耐摩耗性 |
超硬製ボタンの特性
タングステンの耐火特性とカーボンの金属硬化傾向を組み合わせることで、衝撃の大きい採鉱作業に適した優れた物理的特性を持つ独自のグレードの超硬合金が生まれます。
| プロパティ | 測定 |
|---|---|
| 密度 | 14.3 - 15.1 g/cc |
| 圧縮強度 | 5.5 - 6.1 GPa |
| 硬度 | 86 - 91 HRA |
| 破壊靭性 | 9 - 15 MPa√m |
| 最高使用温度 | 500°C |
| 熱伝導率 | 60 - 90 W/mK |
| 熱膨張係数 | 5.3 - 6.1 x 10-6 /K |
硬度 ダイヤモンドに迫る数値は、超硬合金を最高の耐摩耗性にし、研磨性の高い鉱石の取り扱いに耐えることができる。 タフネス 急激な衝撃荷重に対するダメージトレランスを与える。 高温 耐久性に優れているため、岩石の掘削や破砕などの高温の作業環境でも、安定した超硬ボタンの性能を発揮します。
熱特性 ボタンがタンブリング素材との摩擦によって繰り返し熱サイクルを発生させる場合、熱伝導率が重要になります。十分な導電率は過熱を防ぎ、膨張係数は熱亀裂を最小限に抑えます。
超硬ボタン規格
グレードが重鉱業条件に必要な品質特性を持つことを保証するため、超硬ボタンは以下の業界分類に適合するように製造および試験されています：
| スタンダード | 説明 | 申し込み |
|---|---|---|
| ISO 513:2004 | 炭化タングステンの技術仕様 | すべての国および地域の基準の基礎 |
| ASTM B777 | WC-Co組成分析 | 北米リファレンス |
| GB/T 4861-2006 | 中国規格 | アジア市場で広く採用 |
| IS 6475:1971 | インド標準 | サブコンチネンタル・バイヤー用ボタン |
| BS EN ISO 513:2019 | 英欧規格 | ISOと並んで使用されることが増えている |
これらは、炭化タングステン（WC）工具材料のサブセットを次のようにグループ化して規定している。 P/Mグレード (粉末冶金法）は、主にコバルト（Co）バインダーの含有量と粒径などで区別される：
超硬合金グレードP/M-01は平均WC粒径1μm、Coバインダー％ < 6%
オペレーターは、採掘ストレスに確実に耐えるボタンを確保するために、地域調達に適した仕様を選択します。
超硬ボタンサイズ
削岩機や破砕機用の超硬ボタンには、寸法ではなく体積で測定される特定の寸法があります。一般的なサイズは以下のとおりです：
- 16mm3
- 20mm3
- 25mm3
- 32mm3
硬岩の地下掘削のような衝撃の大きい用途には、体積50mm3の大型ブロック状チップも利用できる。
次元の値はおおよそ次のようになる：
- 16mm3 = 直径4.5mm x 厚さ5.5mm
- 32mm3 = 直径6mm x 厚さ6.5mm
メーカーのカタログをチェックし、必要なサイズ仕様を満たす正確なボタン寸法を確認する。対応するドリルビットのシャンク径に合わせる。
超硬バトンのグレード
超硬合金の等級は、特定の岩石の特性や採掘条件にとって重要な特定の特性を強化するように調整されたWCマトリックスに配合された主要な補強元素の割合に基づいて区別される。
| グレード | 説明 | プロパティの改善 |
|---|---|---|
| C1/C2 | 純タングステンカーバイド | 硬度と耐摩耗性 |
| C3 | + 炭化チタン | 耐摩耗性に優れ、化学薬品に不活性 |
| C5 | + 炭化タンタル/ニオブ | 高衝撃荷重用タフグレード |
| C6/C7 | 穀物成長抑制剤 | 耐熱衝撃性 |
| C8/C9 | 細粒 < 1μm | 強度と耐摩耗性 |
さまざまな産業用途向けに、100を超える登録WCグレードが存在する。各掘削場所に最適なグレードを選択するために、サプライヤーに相談する：
- 岩石の硬度：花崗岩、玄武岩、石灰岩
- 鉱物の含有量：石英、ケイ酸塩
- 圧縮/引張強度
- 研磨性のレベル：非研磨性、半研磨性、高研磨性
- 埃と湿気のレベル
超硬材種を実際の現場条件に適合させることで、費用対効果の高い穿孔と最大限のボタン寿命を実現します。
超硬製ボタンの採鉱用途
地表鉱業
硬化鋼、多結晶ダイヤモンドコンパクト（PDC）、またはカーバイドボタンインサートをスタッドしたトリコンローラービットを装備した回転ドリルやパーカッションドリルは、埋もれた鉱床にアクセスするために、オーバーバーデンを貫通します。また、ビットクラウンの超硬ボタンは、機械的な岩石の破砕を支援し、クラッシャーの処理能力を向上させます。
一部の地表鉱業用ミルでは、内部にスタッド加工が施された合金製または鋼製の大型粉砕ドラムに超硬製ボタンを装着した半自在粉砕（SAG）システムを使用しています。スラリーが回転室に充満すると、内部で激しく揺れ動く固形岩石は、ドラム壁面に戦略的に配置された超硬ボタンによって微粒子に粉砕されます。
地下採掘
地下掘削用に設計されたトンネル掘削機（TBM）は、長方形の超硬ボタンインサートで補強された回転するスチールリングまたはチゼルから成るディスクカッターを備えています。超硬合金は、カッタ本体を摩耗から保護しながら、莫大な点荷重でトンネル切羽を打撃し、削り取ります。
狭い地下坑道で石炭を切断するロングウォール・シェアラーは、タングステンカーバイドのボタン先端のカッティングピックを頼りに、長い切羽を連続的に採掘している。激しい摩擦と温度は、露出した鋼鉄表面を急速に劣化させます。超硬チップは、重要な地面を掘削するピックの摩耗を抑制します。
超硬マイニングボタン サプライヤー
中国、インド、米国が超硬部品のトップ生産国である。超硬ボタンインサートの主なメーカーとOEMサプライヤーは以下の通り：
中国
- 珠州京剛超硬合金有限公司
- 株洲ベタータングステン・カーバイド有限会社
- 株洲ケライト超硬合金有限公司
- 成都工具研究所
インド
- モディ超硬工具
- ヴォルジスキー研磨工場
- ミダス・ミンメット
米国
- ロックモア超硬ボタン
- CRインダストリーズ
- ウェスタン・ドリル工具
また、アリババやメイド・イン・チャイナのようなプラット フォームのオンライン・ショップを通じた小売も多い。転売業者は、大量注文の前に少量ロットの試用サンプルを提供する。
超硬ボタンインサートのコスト
超硬合金製採掘ボタンのコスト 5～9米ドル をベースにした：
- サイズ：大型の32mm3ボタンは、小型の16mm3バージョンに対して価格がほぼ倍増
- グレード：プレミアム耐摩耗性C3グレード10-15%は、ベーシックなC1グレードより高価。
- ご注文数量：5000個以上の大量注文は割引料金の対象となります。
- 地域関税：中国のカーバイド価格は、アメリカやEUのサプライヤーと比べて非常に競争力がある。
| パラメータ | 価格帯（USD/個） |
|---|---|
| サイズ別 | |
| 16mm3 | 4.0 - 6.0 |
| 20mm3 | 5.5 - 8.0 |
| 25mm3 | 6.0 - 9.0 |
| 32mm3 | 7.5 - 12.0 |
| 50mm3 | 13.0 - 18.0 |
| グレード別 → （英語 | |
| C1/C2 | 5.0 - 7.0 |
| C3 | 6.5 - 9.0 |
| C5 | 7.0 - 10.0 |
| オーダー数量別 → （英語 | |
| < 1000個未満 | 8.0 - 15.0 |
| 1000～5000個 | 6.0 - 10.0 |
| > 5000個 | 4.0 - 8.0 |
表6： 超硬採掘ボタン 予想価格
超硬製ボタンの長所と短所
| メリット | デメリット |
|---|---|
| 極めて硬く、摩耗に強い | 化学腐食に弱い |
| 金属と岩石の接触により、ドリルの過熱を最小限に抑えます。 | もろいため、破損やひび割れの危険性がある |
| 高い圧縮強度が重荷重を支える | 高タングステン含有により製造コストが上昇 |
| さまざまな条件に対応する複数のグレードオプションがある | 他の超合金より若干低い温度限界 |
| 粉末加工によるリサイクル可能な組成物 | ローラーコーンインサートと異なり、業界標準サイズがない |
表7：超硬ボタンの長所と短所の比較
超硬ボタンの性能を最大限に引き出すための専門家のアドバイス
ベテランの鉱山技師とドリルオペレーターが、超硬ボタンアプリケーションを最適化するための現場ベースのベストプラクティスを提供します：
急激な掘削過負荷を避ける
硬い岩石にボタンを徐々にはめ込んでいき、下地の鋼材が露出すると、すぐに応力による亀裂が発生し、早期摩耗につながるのを防ぐ。パーカッションハンマーまたは超硬ボタン付きローラーコーン歯が、圧痕の圧力を増加させる前に、岩石表面を穏やかにニップさせます。
岩石の掘削性に応じてボタンを選択
褐炭や石灰岩のような軟らかい堆積岩には、コストを最小限に抑えるため、基本的なC1カーバイドグレードのみが必要です。より高いシリカ/石英を含む硬い火成岩/変成岩タイプでは、チタンやニオブの炭化物を含むプレミアム超微粒子カーバイドグレードが要求され、摩耗性能が向上します。
大きなボタンは必要なときだけ使う
大径のインサートは、小径のタイプよりも優れた耐衝撃性を示すことは間違いない。しかし、1個当たりの価格が高くなるのは、小さなボタンが急速に磨耗して鋼の母材が露出するような研磨性の高い条件下においてのみであり、経済的な意味はありません。恣意的にサイズを大きくするのではなく、超硬合金を適切に等級分けする。
極寒環境での予熱
アラスカやスカンジナビアのような地域では、研磨材と岩石との相互作用による摩擦熱が凍結温度を多少補う。それでも専門家は、熱衝撃による亀裂の可能性を最小限に抑えるため、非常に高い回転数でビットを使用する前に、プロパントーチを使用して数分間穏やかに予熱することを推奨している。
詰まりを防ぐため、定期的に清掃する
粉塵と水が混ざった研磨スラリーは、ボタンエッジの間に付着し、ビットヘッドの隙間を埋めます。定期的な手動洗浄または高圧エアジェット洗浄により、目詰まりを防止し、パーカッシブな負荷と冷却液のドリルビット全体へのスムーズな伝達を保証します。
わずかな摩耗にもかかわらず再利用 摩耗が深さ0.5mmに達したら、ボタンを交換するのが理想的である。しかし、高価であるため、オペレーターは1mmの摩耗にもかかわらず、全体の直径が2mm小さくなるまでインサートを再利用している。このような長時間の使用は、安定した均質な地層でのみ可能である。そうでない場合、削岩性は著しく低下する。
よくあるご質問
Q:なぜ他の材料ではなく超硬合金なのですか？
- 超硬合金は、ダイヤモンドに近い硬度と、鉱業のような重工業での長時間の過酷な使用における穴あけの完全性に必要な金属的靭性という理想的な組み合わせを持っています。窒化ケイ素のようなセラミックは、硬度は高いが脆い傾向がある。ステンレス鋼は、強度を犠牲にして靭性を提供しています。
Q: 超硬製ボタンが摩耗する原因は何ですか？
- 岩石中のシリカ/石英粒子による摩耗は、まずバインダーであるコバルトをこすり落とし、摩耗を加速させる多孔質の炭化タングステン・マトリックスを露出させる。高温はコバルトをさらに軟化させます。応力のかかる衝撃は、最終的に亀裂を引き起こし、破損の原因となります。
Q: オリジナルの超硬ボタンの品質をチェックする方法は？
- 品質保証のため、ブランド・メーカーから直接ボタンを購入することを推奨する。第三者から入手したボタンについては、電子顕微鏡で微細構造を検査し、微細で均一なWC粒度を確認する。次に、ロックウェル硬度計を使用して、硬度の数値が指定された炭化物グレードの予想範囲内にあることを確認します。これらのチェックにより、最低限の品質基準が満たされていることが証明される。
Q: 再生可能な超硬ボタンビットとは何ですか？
- 特殊なドリル・ビットで、ルース・ボタンがスチール・マトリックスに沿った十字穴にはめ込まれる。使用により露出したボタンが侵食されると、回転により新しいボタンが露出します。この更新により、ビット全体の交換に伴うダウンタイムが短縮される。しかし、ルーズボタンの動きは、不均一な摩耗のリスクがある。また、価格も高いままである。
Q: 磨耗した超硬ボタンは再利用できますか？
- はい、リサイクルは再利用を可能にします。少なくとも30%カーボンを含む摩耗したインサートは、タングステン自体は粉末冶金ルートを通じて新しいボタンを製造するための新鮮な超硬合金原料に還元され、浸炭されながら、粉末のためのAPT / ADTのようなタングステンの中間体を分離する溶解方法を経る。
Q: 超硬合金の等級は鉱業セクターによって違うのですか？
- 石炭は金属鉱山よりも軟らかく、それ自体が非金属鉱物や骨材採石場よりも研磨性の低い鉱石を掘削する。したがって、剪断機のドラムに一般的に使用されているC1やC2のような6%コバルトバインダーを使用した基本グレードで石炭には十分である一方、採石作業にはC8やC9のような最高級のチタン・ニオブ強化超微粒子グレードが必要である。
