JPS58161751A - 耐食耐磨耗鋳鋼 - 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】 本発明は析出硬化型耐食耐磨耗鋳鋼に関し、特に腐食環
境下のスラリー中で優れた耐磨耗性を有する耐食耐轡耗
鋳鋼を提供せんとするものである。

近年の省資源、省エネルギーの要求により、低品質油や
石炭の利用が増加しそれに伴ない排脱装置や重質油９石
炭の輸送システムの中の腐賞囲を有するスラリーを取扱
うポンプ、弁類に於いて腐食によって加速される磨耗が
問題になっている。

従来かかる腐食性を有する流体を取扱うポンプ類は、８
Ｃ８１４等のオーステナイト鋳鋼、やＳＣ８Ｉ　１で代
表されるフェライト−オーステナイト２相ステンレス鋳
鋼２局部的に適用されているゴムライニング、セラミッ
クスがあるが各々以下のような欠点を有していた。

（１）オーステナイト系鋳鋼：耐食性については問題は
少ないが、排脱装置のポンプ のようにＣｔ−を含む環境で は、応力腐食割れの危険が あると共に硬さが低く、耐 一耗性の考慮がされていな いので寿命が短い。

１２）２相ステンレス鋳鋼：耐応力腐食割れ感受性に於
いて：は開明なく、硬さもオ ーステナイト系よりは硬く、 またフェライトを／グマ相 化することによって更に硬 化することができるため当 該分野で最も広く使用され ているがシグマ相化させる と材質的に非常に脆くなり 機器材料としての適用が制 限される。またシグマ相化 による硬化は、シグマ相が 脆く、塊状のシグマ相が選 択的に腐食、脱落すること によって磨耗が進行するの で、硬さが高い割には耐− 純性の改善が少なく、寿命 延長が望まれている。

（３）ゴムライニング、セラミック　：　耐食性　、耐
磨耗性共に問題ないが、形状的に制限され ることと、はく離、ゴムラ イニングの経年変化等が起 るために、ポンプのケーン ングのゴムライニングや、 弁類にセラミックスが局部 的に応用される場合がある が、信頼性に欠は現状では 金属製のものが主体である。

その他耐磨耗性の点から高硬度が得られる１７−４　ｐ
）（鋼、高Ｃｒ　　鋳鉄等も検討されたが、腐食環境が
緩やかな場合優れた耐磨耗性を示すハｐＨ３〜４になる
と腐食によって磨耗が著しく加速され、硬さの小さいオ
ーステナイト系鋳鋼や２相系ステンレス鋳鋼よりはるか
に大きな嗜−耗速度になる。

そこで本発明者は、腐食環境下のスラリー中で優れだ耐
磨耗性を有する耐食耐−耗鋳鋼を提供すべく下記の諸点
、すなわち、 （１）耐応力腐食割れ感受性の小さいフェライト−オー
ステナイト２相ステンレス鋳鋼に於いて、靭性、強度低
下を奔えた析出硬化順によって耐磨耗性の向上 １２）析出硬化能とフェライト−オーステナイト置の関
係による適正組成の決定 （３）析出硬化元素としてＢ、Ｎｂの利１４ｆ　（Ｎ１
ｚＢ、Ｎｂ２Ｂの金属間化合物の析出硬化） （４）析出硬化性を損なわずして耐食性を維持する基本
組成の決定 （５）上記組成範囲内に於ける製造技術（６）従来のオ
ーステナイト系鋳鋼（ｓｃｓ１４）或いは２相系ステン
レス鋳鋼に比べ耐食性に優れかつ耐磨耗性が２〜３倍優
れる析出硬化型２相ステンレス鋳鋼の提供、 に着目し、鋭意研究の結果、本発明を完成するに到った
。

すなわち本発明はＣ：Ｑ、１％以下、ｓｌ；α８〜１５
％、＋　Ｍｎ　：　０．５〜１５％、Ｃｒ：２４〜２８
％ｌＮ１；８〜１４％、　Ｍｏ　：　１．５〜１５％、
Ｎｂ；０８〜１．５％、　Ｂ　；　Ｏ，ｓ　〜ｔ　ｓ％
、Ｚｒ：α１〜０３％（車座°％）残部Ｆｅ　　及び不
純物からなり、且つフェライトの体積率が３０〜６０％
からなることを特徴とする析出硬化型耐食耐嘗耗鋳訓を
要旨とするものである。

本発明の耐食耐豐粍鋳鋼は、石炭焚排脱装置の吸収塔、
ポンプ部分及び石炭、重質油輸送用ポンプ部品などに有
利に適用しうる。

以下、本発明の耐食耐吻耗鋳鋼の構成について詳述する
。下記説明中、％は特にことわっていない場合は重量％
を意味する。

（１）　Ｃ；０．１０％以下 ＣはＣｒ　　炭化物を形成し、孔食を起し易くするので
、できるだけ少ない方が、耐食性を維持するために望ま
しい。０１％以上のＣは従来合金と同様本発明に於いて
も耐食性を著しく低下させるので上限はｏ、　ｉ％とす
る。

ｆ２１　　Ｓｉ；０．８〜１．５％ Ｓ１　　は有効な脱酸剤であり、通常の製鋼渦程に於い
て、０．５％程度は必然的に含有されるものであり、ま
た本発明は、ｃ唆が低く、Ｃｒ　　量が多いために脱酸
元素としては０．８％以上は必要である。また、１，５
％以上を含有すると、Ｎｉ量Ｉ　Ｃｒ　計の関係もある
が、シグマ相を析出させ脆化する傾向にあるので、１５
％以下とする。

（３１Ｍｎ　；　Ｏ，，５〜１．５％ ＭｎはＳｌと同様に製鋼過程に於ける脱酸−？鋳造中の
流動性を維持させる元素である。しかし、０．５〜１，
５％の範囲は鋳物材料として通常の範囲であり、特に本
発明に於いて特別な役割は持っていない。

（４１Ｃｒ：２ｄ　〜２８％ Ｃｒ　　は耐食性を維持させるために重要な元素で、Ｃ
ｒ曖が多い程一般的な耐食性は良くなる。しかし磨耗と
重なる腐食については、一般的な耐食性よりも孔食粒界
侵食部が選択的に磨耗し、基地や脱落が起るので、局部
的な腐食がないことと、基地脱落が起きない゛ように靭
性が必要である。従って、材料の靭性を維持し孔食や粒
界腐食を防ぐためには、オーステナイト組織が望ましい
が、硬さが低く、耐磨耗性が劣ると共に、応力腐食割れ
感受性が高まる。まだフェライト鋼は、優れた析出硬化
性を示すが孔食や粒界腐食、靭性低下の点で難点／）（
あり、両者の特性の中間を有するフェライト−オーステ
ナイト２相系が耐食耐磨耗鋼として適当である。Ｃｒ　
　はフェライト生成の傾向が強く、Ｎ１旨との間作もあ
るバＣｒ　　３１が多い程、フェライトになシ易すく、
２相組織を維持できなくなるので、熱＠歴によってもシ
グマ相の析出がなく２相組織が得られる２８％を上限と
する。また２４％以下では全体的な耐食性が不充分で、
偶食によって磨耗が進行するので、耐食性が維持できる
最少１として２４％を下限とする。

（５）　　Ｎｉ　：　８〜１４％ 旧　は耐食性を維持するためと、本発明に於ける特徴で
ある析出硬化性の賦与及びオーステナイト−フェライト
２相組織を得るだめの基本元素である。析出硬イし性は
、析出硬化元素であるＢと、Ｎｉ２Ｂ等の金属間化合物
を形成することによって得られ、ががる金属間［ヒ合物
の析出のため１て４”ｌ：Ｎｉ’：が５％以上必シネで
ある。しかし本発明においては硬さ、靭性、耐食性（含
耐応力腐食割れ性）の鑞からフェライト−オーステナイ
トの２相組織を推持する必要があり硬さ、靭性、耐食性
・′り点がらつも唆れた範囲であるフェライト体積率３
０〜６０％金得るためにはＣｒ、Ｍｏ量との関係によっ
てＮｉ　　８〜１４％の範囲になる。

＋６）　　ＭＯ：　１．５〜３．５％ ＭＯはＣｒとの共存によって局部腐食に対する耐食性を
著るし係上させる元素ｆあるバ１．５％以下では従来の
合金と同様、耐局部腐食性が充分でない。また＆５％以
上では、効果が飽和すると共に、フェライト量が増加し
型化するので上限７４３．５％とする。

（１）　　Ｂ　；　ｏ、”ｓ〜１５％ Ｂは本発明の析出硬化体を与える元素で、Ｎ１、Ｎｂと
共にＮｉ２Ｂ、　Ｎｂ２Ｂ等の金属間化合物を形成し１
耐食性、靭性を低下させずに耐轡耗註を向上させる。か
かる金属間化合物はオーステナイト組織でも析出硬化性
を示すが、その作用はフェライト組織より小さい。Ｎ１
　　及びＮｂ　　との析出硬化性は、８０９５％以上で
発現し■来るが、１．５％を越えると、非常に酸素、窒
素との親和力が大きいので、通常の方法では溶解鋳造が
内植１となり、鋳造欠陥の発生、表面性状の劣化が著る
しくなる。従って、８号は０．５〜１．５％とする。

１８）Ｎｂ；ｃｌ、８〜１，５％ Ｎｂは、Ｎ１、Ｂと共に本発明合金に於ける析出硬化性
を賦与する元素でＮｔ）２Ｂ単独では析出硬化性は小さ
いが一１Ｎ１２Ｂとの共存によって析出硬化性が増大す
る。その効果は０８％以上で発現し、１．５％を越える
とその作用は飽和し、Ｆｅ２Ｎｂ　　等の靭性低下を起
す有害な令礪間化合物を析出し、耐食性、耐轡耗性、靭
Ｉ生を低下させるのでｏ、８〜１．５％とする。。

（９１Ｚｒ：α１〜α３％ Ｚｒ（ｄＢを合金中に有効に作用する元老で酸素、窒素
と親和力が大きいＢが、１．１化物や酸化物とならずに
析出硬化作用を糸１［持させる重要な元素である。Ｚｒ
　　の叶としては０１％以上でその効果が得られ、上限
は将に市１１限ｊｄないが、０．６％を越えてもその効
果は大差なく、逆に、Ｚｒ　　酸化物の介在が増加し鋳
造；り一に対する態形ｑが出る傾向にあるので上限は０
３％とする。

１１０）　　フェライトの体積率：　３０〜６０％フェ
ライトの体積率は本発明の析出硬化能と靭性、耐食性の
点から腐食雰囲気下の耐磨耗性に最も影響するもので完
全オーステナイトの場合、靭性、耐食性は優れているが
、析出硬在注が小さいので硬度が低く、耐腐食磨耗性に
劣る。またフェライトが多いと析出硬化性が大きく、高
硬度になるが靭性、及び耐食性が低下すると共に、溶体
化処理中の冷却渦桿及び析出硬化処理中にシグマ相が析
出し、耐磨耗性を劣化させる。従ってフェライト体積率
５０％以下では析出硬化性が充分でなく、また６０％以
上では析出硬化性は、７グマ相の析出もあって大きいが
ｉ性、耐食性が低下するので耐腐食峠耗性に劣る。

実施例 （１）　　第１表は実施例としてあげた本発明合金と比
較材としてあげた、従来合金及び参考例合会の組成とフ
ェライト体積率の測定博果及び熱処理条件を示す。

（２）第２表は、第１表の合金について、硬さ、靭性、
及び以下の条件で腐食磨耗試験を実施した時の磨耗材歇
と表面の賽耗状況を示す。

（腐食−耗試験条件） 試験機ニスラリ−循環回転式磨耗試験機（回転側の評価
）　Ｃ１−：　１５　Ｄ　Ｏｐｐｍ　。

Ｆ−：　５００　ｐｐｍ スラリー：硫酸酸性スラリー、ｐＨ；　３〜４、Ｃ１−
１５Ｃｌ　Ｏｐｐｍ、　Ｆ−５００ｐｐｍフライアッシ
ュ；０５％、珪砂；４０ 容１％（粒径３０〜５０μ） 周　　　　速：　５　ｍ／式 ％式％ ＋３１　　発明合金１〜４は従来合金１〜４に比べ靭性
は同等であるが、１耗減城が著しく少なく腐食を耗−順
境下の耐験隨１１が１愛れている。従来合金３　（ｒ’
ｘ、硬さは亮いが、フェライトがシグマ相化しているた
めに孔食状に、磨耗が訪与耐−耗性に劣る。また従来合
金４は、マルテンサイト系の析出硬化引で硬さは大きい
が、耐食性が劣るために、腐食によって？・シが焦み襲
耗減号が大きい。

１’４１　　第１図は、本発明の−改であるフェライト
敬の影響を示すもので、参考列合金１〜５と本発明合金
１〜４の比較に於いてフェライト酸と硬さ、耐腐食磨耗
性を示すものである１゜図から明・らかなように硬さ即
ちＩＪ〒出硬化性（はフェライト号が多い程大さく、特
に参考側合金５〜６は硬化処理中に７グマ相・／）析出
もちるため脆化すると共に硬化も大きい。ｉｌｌ　Ｐ１
ｇ轡耗磨耗・まフェライト酸が６０％を越えるとシグマ
脆化により材質が脆化し、脱落し、孔食状に磨耗が進む
だめに、硬さ１ｄ高いが、〕・を耗減喰、ハ大きい。ま
たフエライ）ｔの少い範囲は硬さが低いため賽耗減険が
大きく本発明の範囲は硬さ、靭性、耐食性共に兼ねそな
えるため曖れた耐喝食１・４耗性を示す。

（５）参考側合金１２〜１３は本発明合金１〜４との比
較に於いて本発明に於けるＺｒ　　の影響を示す実施例
でＺｒ　　を含まない参考側合金に１４分析値としてＢ
量は含有されているが、析出＋ｉｌ化として作用する有
効８着が少ない（殆んどが窒化物、酸化物として存在）
ため、硬さも小さ°く、１ｋｋ１１Ｉｆ介在物のために
孔食状に＠陸が進み、耐腐食磨耗性が劣る。また、Ｚｒ
金含日″の多い話考例合金１３は析出硬化性は優れてい
るが、非令属介在物の喰が増θ口し磨耗が孔食状に進む
。

３）第３図は、本発明合金１〜４について各析出硬化処
理４度に１５時間加熱し析出τ」（化性を試験した結果
である。析出硬化性は６００℃以上７５０℃間で認めら
れるが、７００〜７５０℃でば７グマ相の、析出が認め
られるため、靭性、耐食性を損なわずして耐轡耗性を向
上させる析出硬化処理としては６００〜６５０℃が適当
である。

【図面の簡単な説明】 第１図はフェライト体積率（％）と硬さくＨＤ）、腐食
−純量（Ｗ　／　７１／　Ｈｒ　）　　の関係を示す図
表、第２図は本発明合金の析出硬化処理温度（℃）と硬
さくＨＤ）の関係を示す図表である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　先　− 第１図 フェライト体７ｇＩ卆％

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ；α１％以下、Ｓｉ：Ｑ、８〜１．５％、Ｍｎ：［１
   ５〜１．５％、Ｃｒ：２４〜２８％、Ｎｉ：８〜１４％
   。 Ｍｏ　：　ｔ　５〜５５％、Ｎｂ；α８〜１．５％；Ｂ
   ：Ｑ、５〜１．５％、　Ｚｒ：０．　ｊ　〜０．３％（
   重量％）残部Ｆｅ及び不純物からなり、且つフェライト
   の体積率が３０〜６０％からなることを特徴とする析出
   硬化型耐食耐磨耗鋳鋼。