JPH0342194A - 舶用プロペラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は海水中で使用される舶用プロペラに’ｊＩｊ’
Ｌ／　、詩に現月の銅合金プロペラよりも４Ｓれた呵食
疲労強度と、耐エロージヨン性を有する加用プロペラに
関する。

〔従来の技術〕

従来から舶用プロペラ材料には銅合金材が使用され、そ
の中でも最つとも多く使用されるニッケルアルミニウム
青銅でも海水中の疲れ強さは１８ｋｇｆ／慎２（繰返数
２　Ｘ　１０’回）程度である。プロペラ翼厚は海水中
疲れ強さをもとに決められておシ、もし海水中疲れ強さ
の高い材料が開発されれば軽量で高効率なプロペラ製作
が可能となる。

又、銅合金製プロペラに）いては、プロペラ回転中に発
生するキャビテーション気泡の崩壊に起因するエロージ
ョンによるプロペラ翼端部後進面（プロペラの前、すな
わち船首側から見た面）の損傷を避けることは不可能で
ある。最近、船舶が高速化するに伴って銅合金中では優
しタ耐エロージョン性ヲ有するアルミニウム青銅プロペ
ラでも短時間で翼端にエロージョンを受け、補修を必要
とするようにＺつできている。

ろ１１疹するとしても補修に伴う船舶の渠費、体船によ
る損失負担も大きいし、損傷対策として工ローション損
傷部を切除して補修などの処置をしているが、エロージ
ョン損傷部を切除するとプロペラの推進効率が低下する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在量も多く使用されている銅合金プロペラ材のニッケ
ルアルミニウム青銅は耐海水腐食性、工作性に優れてい
るが、機械的性質は引張強さ７０ｋｇｆ／ｍ’が最高で
海水中疲れ強さも２０ｋｌ？ｆ／ｍ”（繰返数２　Ｘ　
１０？回）以下である。（後記第３表凪１１参照） マタ、耐エロージヨン性に訃いても、硬さがプリネル硬
さで１５０〜１６０でキャビテーションの激しい環境で
の浸れた耐エロージヨン性は期待できない。

本発明は上記技術水準に鑑み、従来の銅合金プロペラ材
では得られなかった高い腐食疲れ強さを有すると共に、
耐エロージヨン性の優れたプロペラ材を提供し、銅合金
プロペラでは達成不可能な高効率舶用プロペラを提供し
ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は重量％で、Ｃ：ａ０８％以下、Ｓｉ：（Ｌｌ　
〜ｔ５％、Ｍｎ：［ｌＬ１〜３％、Ｃｒ：１６〜１９％
、Ｎｉ：５〜７．５’！６、Ｍｏ：　（Ｌ　５〜３％を
含有し、残部が実質的にＦｅ　よりなるステンレヌ鋼製
舶用プロベヲ素材のエロージョン損傷を受ける部分に、
重量％で、Ｃｒ：２０〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｃ：
１１７〜５％、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：１．５％以下、
Ｎｂ：ｃｓ　〜ｔｓ％、残部が実質的にＣＯよりなるコ
バルト基合金を溶接肉盛してなることを特徴とする舶用
プロペラである。

本発明のプロベフ素材にかいて、その合金組成に規定し
たのは以下の理由による。

Ｃニクロム炭化物を形成し、粒界に析出して耐食性へ腐
食疲労強度を下げるのでその含有量を００８％以下とす
る。

Ｓｔ：溶解時の脱酸剤として［１１％以上添加する必要
がある。しかし添加量が１．５％を越えると脆化するの
で上限を１，５％とする。

Ｍｎ　：　Ｓ　ｉと同様、脱酸剤として０１％以上の添
加が必要であるが、３％を越えると脆化をもたらすので
上限を３′！Ａにする。

Ｃｒ：この発明にかいて耐食性を確保するのに最も重要
な元素であシ、その量が増加するほど材料の耐食性は向
上する。良好な釧食性を保持するには１６％以上は必要
であるため丁丑を１６％とし、１９％を越えると耐食性
は増すが引張強さが低下するので上限を１９％とする。

Ｎｉ：Ｃｒの添加量が上記のとおシ１６〜１９％の範囲
にある時、良好な衝撃値を得るには最低５％のＮ１が必
要である。一方との量が２５％を超えると残留オーステ
ナイト量が増加し強度の低下を招くのでＮｉ添加量の上
限を７．５％にする。

）ｌＯ：耐食性の向上にきわめて有効な元素で化５％以
上の添加が必要である。しかし５％を超えると強度が低
下し脆化するのでその上限を３％とする。

Ｎニオ−ステナイト相を安定にし、基地を強化させるの
に有効な元素であるので、０．０２％〜［Ｌ２％程度含
有されてもよい。但し、Ｎは必須条件ではない。

Ｃ：　０．０８％以下、Ｓｉ：０．１〜１．５％、）ｌ
］：Ｑ、１〜３％、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｎｉ：５〜７
．５％、Ｍｏ：（Ｌ５〜３％を含有し、残部が実質的に
Ｆｅ　よりなるステンレス潟＆！釦用プロベフ累＃の硬
さはプリネル硬さで２２０〜２５４と現用の銅合金の硬
さ１５０〜１６０に比較して高く、耐エロージヨン性は
著しく優れている。

しかしながら、高速艇用プロペラのように激しいキャビ
テーションを生ずる場合は、上記プロベフ素材でも後進
面翼端の後縁側にエロージョン損傷を発生し推進効率を
低化させる。その例を第１図によって説明する。

第１図は舶用プロペラを後進面から見た父で１はプロペ
ラが回転して海水を切る（ｉｌ；ｌのヌ縁である前縁、
２はその反対側の翼なである長トである。プロペラのキ
ャビテーションはプロペラの回転によってプロペ′７後
縁２周辺に減Ｅ部ができると、こｋＫ気泡が発生し、こ
の気泡が哨滅する時に高圧を発生して、衝撃波によって
プロペラ翼面を損傷する現象で、その結果がエロージョ
ンである。第１図において２ａが後進面後縁２に発生し
たエロージョン部を示し、通常、梨目状に損傷を受ける
が、激しい場合には６１Ｊ後進面を貫通したシ、前進面
側へ曲る場合もある。

これらのエロージョン対策としては、これ１でに■エロ
ージョン発生力端を切除して形状変更したり、■エロー
ジョン発生部表面をグラインダーで研摩した後、閉盛浴
接補修するなどの方法が採用されているが、■の方法は
推進効率が低下する問題があり、■の方法は肉盛溶接材
としてプロペラ材と同材が使用されるため、エロージョ
ン再発生の懸念がある。

そこで本発明は上記のステンレヌ鋼製プロペラ素材よう
硬さが高く、耐エロージヨン性が優れているコバ／ｌ／
）基合金をエロージョン損傷を受は易い部分に、プロペ
ラ製作過程で溶接肉盛して腐食疲労強度が高く、耐エロ
ージヨン性の優れた舶用プロペラにするものである。

第２図は本発明プロペラ素材を後進面から見た図であり
１エロージヨンが発生し易い後進面（Ｌ６Ｒ（Ｒはプロ
ペラ半径）から翼端側を硬さの高いコバルト基合金で溶
接肉盛した状態を示す。（通常、後進面のエロージョン
はプロペラ半径をＲとした場合、［Ｌ６Ｒよシ翼端先側
へ発生する）第２図に卦いて、１は前縁、２は後縁、３
は後進面、４は溶接肉盛したコバルト基合金部を示す。

コバルト基合金の溶接肉盛状況を第３図によって説明す
る。

第３図（ａ）　Ｋ示すように、本発明の前述のプロペラ
素材の後進面３側を通常状態よシ最大１０−程度薄肉状
態にしたプロペラ素材を製作する。

次に第３図〜）に示すように、薄肉の後進面３上にコバ
ルト基台金４を溶接肉盛シし、最後に第３図（Ｃ）に示
すように肉盛部の余肉部を切削研摩加工して平滑に仕上
げる。この処理は他のプロペラ翼についても同様に施工
する。

本発明にシいて、このコバルト基合金は、重量％で、Ｃ
ｒ：２０〜３２％、Ｗ：３〜１６％。

Ｃ：０．７〜３％、　Ｓｉ：　２％以下、　Ｍｎ：　１
．５％以下、　Ｎｂ：　Ｑ、　５〜１．５％、残部が実
質的にＣｏ　よりなるコバ／１／）基合金が用いられる
。このコバルト基合金の組成割合は次に述べる環内によ
って決定した。すなわち、Ｃｒを含むコバルト基合金の
硬さは初晶の炭化物Ｃｒ、Ｃ，あるいはｃ　ｒ７Ｃ３と
Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗの共晶の１に影響される。したがって、
これらの組織割合、すなわち硬度とコバルト基合金の溶
接性により特にＣｒ、Ｗ、Ｃの量を決定した。

Ｃｒ：Ｃｒは添加によりＣｒｔ　ｃ’、の析出量が増加
し、溶接部の硬度が上昇すると共に溶接部の耐食性が増
加する。そこで肉盛部の海水中の耐食性を確保するため
Ｃｒは２０％以上含有する必要がある。一方、Ｃｒ　ｉ
が３２％を超えると溶接部に割れが発生しやすいのでそ
の上限を３２％とした。

７７　：Ｗはその添加量の増加に畔いＣｒ７　Ｃ３とＣ
ｏ−Ｃｒ−Ｗの共晶組織が増４１シて合金の硬度が上昇
する。しかしその量が１６％を超えると耐衝撃性が劣る
ので、その上限を１６％とした。−方、３％未満では硬
さ向上が期待できないので下限を３％とした。

Ｃ：＋１７％未満では炭化物析出が不十分であシ、３％
を超えると初晶のＣｒ、Ｃ，の及力；増加し溶接部が割
れやすいのでその上限を３％とした。

Ｓｉ：Ｓｉは脱酸剤として必要であるが、多すぎると溶
接割れを起し易いので２％以下とした。

Ｍｎ：Ｍｎは脱酸剤として必要な元素で添加量が１．５
％を超えると跪くなシ、割れが発生し易くなるのでｔ５
％以下とした。

Ｎｂ：ＮｂはＮｂ炭化物を析出させて硬さを高くしよう
としたもので、０．５％未満では硬さ向上が望めず、１
．５％を超えると溶接割れを起こし易いので上限を１．
５％とした。

〔実施例〕

次に本発明プロペラ素材の製造性の一実施例を示し、本
発明の詳細な説明する。

第１表は本発明プロペラ素材の化学成分を示したもので
、試料階１〜凪４は本発明材料、試料ｍ５〜凪１０は比
較材料、ｌ、ｋｌｌｌは現用プロベフ材料でその化学成
分を第２表に示す。これらの機械的性質、腐食疲うＪ麺
皮を第３表に示す。

第　　１　　表 第 表 第 表 以上の表よシ次のことが明らかである。

化学成分が本発明範囲外では供試付随５〜！ａ１０にみ
られるように、海水中の腐食疲労強度が２１　ｋｇｆ／
−”　　以下と本発明付随１〜階４の２９〜３０　ｋ！
９ｆ／ｍ”　　に比較して著しく低い。又太発明材ｍ１
〜）Ｃ４は現用銅合金材を社１１の１８−ｆ　／　ｔｓ
　”に対しテ２９〜３０　ｋｇ　ｆ　／ａｒｍ”　　と
１．６倍以上高く、軽量で高効率のプロペラ製作が可能
となる。

腐食疲労試験は試験機としてウエラー式回転曲げ疲労試
験機（回転数ｓ、　４ｓ　ｏ　ｒｐｒｎ　）を用い、試
験片直線は＆Ｏｚ、試験捧返数は２　Ｘ　ｊ　Ｏ’、試
験液は天然海水を使用し、試験温度は常温である。

次に、上記本発明プロベラ素材に溶撰肉盛するコバルト
基合金の化学成分、硬さふ・よびエロージョン減量を第
４表に示す。

オた、第５表に肉盛なしの本発明プロベフ素材（第１表
ｍ１）の、第６表に肉盛なしの現用のプロベラ素材であ
るアルミニウム青銅（第２表ｍ１１）の化学成分とエロ
ージョン減量を示す。

第５表 第 ６ 表 以上の第４表、第５表および第６表から分るように本発
明の肉盛コバルト基合金は現用銅合金プロベラ材の３０
倍以上の耐エロージヨン性を有している。これらのエロ
ージョン試験はジェット式エロージョン試験装置で５０
時間（ｈ）試験した結果である。

エロージョン試験は試験液に水道水を使用し、試験片中
央の周速がｑｈｓｒｎ／ｓｓ噴射水の流速１！Ｌ　２　
ｍ　／　ｓ　ｓ試験片に卦ける相対速度９′１４ｍ　／
　ｓ　、温度１５〜２５°Ｃの条件で実施した。

この結果から明らかなように、Ｃｒ、Ｗ＞よびＮｂを含
む本発明にかけるコバルト基合金は本発明素材および銅
合金に比較して著しく高硬度でら）、これを本発明プロ
ペラ素材に溶接肉盛した場合、現用のニッケルアルミニ
ウムプロペラロベフよ）優れた耐エロージヨン性を示し
ている。

そこで本発明プロペラ素材のエロージョンが発生し易い
部分である０、８Ｒ（Ｒは半径）翼端部に、前述した第
５図に関して述べた手段によシ、本発明の溶接肉盛用コ
バルト基合金を肉盛することによシ、本発明舶用プロベ
ラとした。

以上詳述したように本発明プロペラは腐食疲労強度の優
れた本発明プロペラ素材のエロージョンによって損傷を
受ける部分に高硬度でＣｒ。

Ｗ、Ｎｂを含むコバルト基合金を溶接肉盛することによ
って、プロペラキャビテーションに起因する衝撃波をデ
ロペヲ翼が受けても潰食されない耐エロージヨンプロペ
ラを提供するものである。

〔発明の効果〕

本発明プロペラは現用銅合金プロペラに比較して海水中
の腐食疲労強度が著しく優れ、かつ耐エロージヨン性が
銅合金釦よびステンレス系プロペラより飛躍的に向上し
たものであり、その工業的効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の舶用プロペラの後進面から見た正面図、
第２図は本発明の一実施例の舶用プロペラの後進面から
見た正面図、第５図は本発明舶用プロペラの製造過程を
示す説明図で本発明舶用プロペラ素材にコバルト基合金
を溶接肉盛する工程を示す。 仁理人　　内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１〜１．
   ５％、Ｍｎ：０．１〜３％、Ｃｒ：１６〜１９％、Ｎｉ
   ：５〜７．５％、Ｍｏ：０．５〜３％を含有し、残部が
   実質的にＦｅよりなるステンレス鋼製舶用プロペラ素材
   のエロージョン損傷を受ける部分に、重量％で、Ｃｒ：
   ２０〜３２％、Ｗ：３〜１６％、Ｃ：１７〜３％、Ｓｉ
   ：２％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｎｂ：０．５〜１．
   ５％、残部が実質的にＣｏよりなるコバルト基合金を溶
   接肉盛してなることを特徴とする舶用プロペラ。