JPS6254861B2

JPS6254861B2 -

Info

Publication number: JPS6254861B2
Application number: JP12005581A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Odohira; Isao Hirata
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1981-07-31
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1987-11-17
Also published as: JPS5822362A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、酸性腐食環境下に於いて優れた耐食
耐摩耗性を有するフエライト−オーステナイト型
２相ステンレス鋳鋼に係るものである。最近の省資源、省エネルギーの要求により、低
品質油や石炭を応用する技術が重要となつていた
が、これらに用いられる排煙脱硫装置、排煙脱硝
装置、重質油、粉粒石炭等の輸送システム等の中
で腐食性を有するスラリーを移動させるポンプの
ような機器は、次の２つの問題がある。ａ腐食ｂ腐食によつて加速される摩耗従来、かかる部材の材料としては、SCS14（オ
ーステナイト系鋳鋼）やSCS11（オーステナイト
−フエライト２相系ステンレス鋳鋼）が使用され
ていた。しかしこれらの材料は、耐食性の点での
問題は少ないが、硬さが低く、耐摩耗性について
は全く考慮されていないために、最近の腐食及び
摩耗環境の苛酷化により短時間の運転で、摩耗に
よる補修或いは廃却を行わなければならないとい
う欠点が生じて来ている。一方、耐摩耗性を重視
し耐食性をいくぶんそなえた材料としては、従来
高Cr系白鋳鉄が他の摩耗部材に広く応用されて
いる。しかし、本発明の対象とするPH３〜４のよ
うな腐食環境の厳しい場合、このような材料にお
いても腐食によつて摩耗が著るしく加速され摩耗
速度が大きくなるという欠点が依然としてあつ
た。この点に対処するため、従来の耐食材料の耐
摩耗性を向上させる方法として、SCS11のような
オーステナイト−フエライト２相ステンレス鋳鋼
を600〜700℃に加熱し、フエライト相の部分をシ
グマ相化させることによつて硬化させる材料の検
討がなされている。しかしこのような処理を行つ
た材料においては材質的に非常に脆化し、機器部
材としての適用が制限されることおよびシグマ相
が脆く摩耗がシグマ相の塊状脱落と共に進行する
ので、硬さが高に割には耐摩耗性がほとんど改善
されないことが判明している。本発明は、以上のような従来の耐摩耗性、耐食
性鋳鋼が包含する欠点を是正した耐食耐摩耗鋳鋼
を提供しようとするもので、その組成が重量％
で、Ｃ：0.1％以下、Si：0.5〜1.5％、Mn：0.5〜
1.5％、Cr：22〜28％、Ni：８〜15％、Mo：1.5
〜3.5％、Al：0.8〜２％、残部Fe及び不純物から
なり、フエライトの体積率が40〜70％でNiAl系
金属間化合物が析出していることを特徴とする耐
食耐摩耗性を有するフエライト−オーステナイト
型２相ステンレス鋳鋼とするものである。本発明
の耐食耐摩耗鋳鋼は２相ステンレス系で、従来の
オーステナイト系鋳鋼（SCS14）或いは２相ステ
ンレス鋳鋼（SCS11）に比べて耐食性に優れ、か
つ耐摩耗性も２〜３倍優れた材料である。次に、本発明に於ける数値限定理由について説
明すると、Ｃは、出来るだけ少ない方が耐食性を維持する
ために望ましく、0.1％を超えると従来の材料と
同様に耐食性が劣化する。従つてＣは0.1％以下
と限定する。 Siは、有効な脱酸剤であり通常の製鋼過程に於
いて、0.5％程度は必然的に含有されるものであ
り、また1.5％超えて含有されるとシグマ相の生
成傾向を大にし、溶体化処理過程において材料を
脆化させる。従つてSiは0.5〜1.5％と限定する。 Mnは、Siと同様、製鋼過程に於ける脱酸や鋳
鋼過程の流動性を維持させる効果及び本発明の目
的とする耐摩耗特性を発揮させるための必須元素
であるAlを有効に作用させるという２つの効果
があるが、0.5％未満ではこれらの効果が発揮で
きなくなる。また、1.5％を超えるとシグマ相の
析出が起り易くなり、溶体化処理における冷却速
度如何によつてはシグマ相を析出して脆化すると
ともに耐摩耗性を低下させる。従つて、Mnは0.5
〜1.5％と限定する。 Crは、耐食性を維持させるのに重要な元素で
あるが、22％未満では本発明所望の耐食性を得る
事ができない。また、本発明の耐食耐摩耗鋳鋼中
に含有されるNi、Al量の影響も考慮する必要が
あるが、Crが28％を超えると溶体化処理時の冷
却あるいは析出硬化処理によつてフエライト相が
シグマ相化してしまい耐摩耗性が劣化する。同様
に、その組識中のフエライト量が70％をこえるた
め、耐摩耗性がますます劣化する。従つてCrは
22〜28％と限定する。 Niは、耐食性を維持するために必要な元素で
あり、またAlと共にNiAl及びNi₃Alの金属間化合
物を形成し析出硬化によつて耐摩耗性を向上させ
るための元素であるが、８％未満では耐食性が不
充分であるのに加え、フエライト量が70％を超
え、さらに金属間化合物の析出も不充分となるた
め耐摩耗性も劣化する。また、15％を超えるとフ
エライト量が40％未満となるため、やはり耐摩耗
性が不充分となる。従つてNiは８〜15％と限定
する。 Moは、Crとの共存によつて局部腐食に対する
耐食性を著るしく向上させる元素であるが、1.5
％未満では耐局部腐食性が不充分となる。また、
3.5％を超えるとその効果が飽和する。従つてMo
は1.5〜3.5％と限定する。 Alは、本発明の耐食耐摩耗鋳鋼の析出硬化性
を与える元素で、Niと共にNiAl、Ni₃Al等の金属
間化合物を形成し耐摩耗性を向上させるが、0.8
％未満では所望の効果が得られない。また、金属
間化合物による硬化はオーステナイト相中よりも
フエライト相中のほうが著しいが、Alはフエラ
イト生成傾向が大きくCrと相乗してフエライト
量を著しく増加させる。従つて析出硬化性の点で
はAl含有量の多い程硬化能が大きくなるが、Al
含有量が２％を超えると鋳造時に酸化物を形成
し、湯流れ性の低下及びAl歩留りの低下をひき
おこしたり、フエライト相が増えすぎて耐摩耗性
が低下する。従つてAlは0.8〜２％に限定する。
なお、フエライト相が増えすぎた場合、オーステ
ナイト生成傾向の強いNiを添加する方法もある
がNiは非常に高価であり、また多量に必要とな
る。従つて経済性を失する。フエライトの体積率は、本発明の析出硬化能の
大小を決定し、腐食雰囲気下の耐摩耗性に最も大
きく影響する。後述の第２図でも示すとおり、フ
エライト量が40％未満でも析出硬化を起こすがそ
の程度は小さく、また摩耗減量も大きすぎる。従
つて、硬度、耐摩耗性とも本発明の耐食耐摩耗鋳
鋼所望の程度に達しない。一方、フエライト量が
多い程析出硬化能は著しく大きくなるが、70％を
超えると、第１にフエライト組織をもつ合金の本
質的な欠点、すなわち著しく脆化し易い点が顕著
となり機器部材の信頼性に欠ける事と、第２に析
出硬化処理中、あるいは溶体化処理の冷却中にシ
グマ相化し易くなるという２つの点で本発明の目
的とする性質をみたさなくなる。シグマ相化する
と、１つは耐食性の低下、２つめにはシグマ相間
が脆弱になり孔食性に摩耗が進むので硬度の割に
耐摩耗性が改良されなくなるという不利が生ず
る。従つて、靭性、耐食性を有し、しかも析出硬
化によつて耐摩耗性向上効果が顕著な範囲として
フエライト量を40〜70％と限定する。析出硬化処理温度は具体的な硬度を決定する因
子で、一般にその相が脆化しやすい場合を除い
て、硬度が高くなるに従つてその耐摩耗性も向上
する。第１図は本発明合金の析出硬化処理温度に
よる硬度の変化を示したものである。この図よ
り、本発明の耐食耐摩耗鋳鋼としては470℃未満
でも630℃を超えても充分な硬度が得られないこ
とが示されている。従つて、析出硬化処理温度は
470〜630℃と限定する。次に本発明の実施例を従来合金及び比較例と共
にあげ、本発明合金の特徴について詳述する。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合金の組成と前
述の結果から得られた熱処理条件とその熱処理に
よつて得られたフエライト体積率の測定結果を示
す。また、第２表には第１表の合金についての硬
さ、靭性及び次の条件におけるスラリー循環回転
式摩耗試験の結果を示す。スラリー循環回転式摩耗試験条件スラリー組成：PH３〜４、Cl^-1500ppm、
F^-500ppm、フライアツシユ0.5重量％、珪砂
40重量％（粒径30〜50μｍ）周速：５ｍ／sec テスト時間：400Hr 参考合金１〜５は本発明の耐食耐摩耗鋳鋼に近
くAl含有量を約1.5％とした合金であるがフエラ
イト量が限定範囲外のものであり、参考合金６は
逆にフエライト量を53％とした合金であるがAl
量を０％とした限定範囲外のものである。第２図
には、参考合金１〜６及び本発明合金の析出硬化
能と腐食環境中の摩耗減量がフエライト量によつ
て変化するようすをあらわしており、硬化能はフ
エライト量40％付近より急激に高まり、フエライ
ト量が増えるに従つて硬さも増加する。一方、耐
摩耗性は硬さの増加とは対応せず、フエライト量
60％まではフエライト量が増えるに従つて耐摩耗
性も向上するが、60％を超えるとフエライト量が
増えるに従つて耐摩耗性は逆に低下する。これは
表２に示すようにフエライト相そのものが材質的
に脆くなるとともに、フエライト相がシグマ脆化
し、孔食状に腐食と摩耗が進行することに原因が
ある。従つて、第１表、第２表及び第２図から本
発明合金の特徴であるフエライト体積率を40〜70
％とすることによつて、充分な硬度靭性を保ちな
がら、しかも顕著な耐摩耗性と耐食性を有する鋳
鋼の得られることが理解できよう。第１表、第２表における参考合金６〜１０は、
フエライト体積率を約60％で一定とし、そのAl
含有量を変化させたものである。第３図には、こ
の参考合金６〜１０と、本発明のものを用いて、
Al含有量による析出硬化能と耐摩耗性の変化を
示した。これによると析出硬化性はAl含有量が
0.7％程度から認められ、Al量が多い程硬化の程
度が大きくなる。しかし、耐摩耗性については、
硬さとは対応しておらず、Hv330〜380程度が最
も優れている。さらにAlを添加して硬さを高く
した場合、第２に示すように、材質的には非常に
脆くなることとAlによる鋳造欠陥、Alの偏析に
よる硬度のバラツキが起るために局部的な腐食摩
耗や孔食状の摩耗が発生し、かえつて摩耗を進行
させることがわかる。従つて、腐食環境下で摩耗
を受ける場合、硬さだけでなく材料の靭性、均質
性からも大きな影響を受ける。この点において本
発明の耐食耐摩耗鋳鋼の特徴であるAl含有量を
0.8〜2.0％とすることにより、局部的な腐食を防
止し、腐食摩耗を均一とし、顕著に耐食性、耐摩
耗性を改善していることが理解できよう。最後に、第１表及び第２表により、従来合金と
本発明合金との比較をおこなう。従来合金１は、オーステナイト系合金（SCS１
４）で耐食性に優れ、靭性も高いが硬さが低いた
めに全体的に摩耗が進み、本発明のものと比較し
て著しく耐摩耗性が劣る。従来合金２は、クロムニツケル鋼鋳鋼（SCS１
１）で従来のJISどおりの熱処理によつて得た材
料である。このSCS１１は耐食性及び靭性に優れ
ているが、硬度が低いために全体的に摩耗が進
み、本発明のものと比較して著しく耐摩耗性が劣
る。そこでこのSCS１１の硬度を最大とする条件
を得るため、析出硬化能の温度変化を図示したの
が第１図の破線である。これによると、SCS１１
は600〜700℃の加熱で本発明のもの以上の硬度を
示した。そこで、この析出硬化処理温度での硬
度、靭性、耐摩耗性を調べたものが、第１表、第
２表の従来合金３である。その結果、硬度は優れ
ていたが、靭性、耐摩耗性は本発明のものと比較
して著しく劣つている。これは、最初にのべたと
おり、従来合金３を650℃で熱処理すると組織が
シグマ相化して硬度は高くなるが、脆化が著しく
耐摩耗性を低下させるためである。従来合金４
は、高Cr鋳鋼で硬度が高く、広範囲な耐摩耗部
材に応用されている合金であるが、本発明のもの
と比較して靭性も劣り、PH３〜４の酸性腐食環境
では腐食が激しく摩耗と重さなつて著るしく減量
が起り、かかる雰囲気下の部材としては全く使用
に耐えないことが判るであろう。以上、記詳したように、本発明の耐食耐摩耗鋳
鋼は前述の組成をなし、オーステナイト相とフエ
ライト相の２相組織からなり、フエライト量を40
〜70％にコントロールし、Alを含有させ、Ni−
Al系の金属間化合物の析出硬度を起させること
によつて、優れた酸性腐食環境下の耐食性と耐摩
耗性をもち、硬さ、鋳造性をもそなえた合金で、
ポンプ類のような耐食耐摩耗の特性を必要とする
鋳鋼部材に広く使用できるものである。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明合金の析出硬化処理温度と硬
度の関係をあらわす図、第２図は、本発明の特徴
を示す、フエライト体積率による酸性環境下のス
ラリー摩耗減量及び析出硬化能の変化を示す図
で、第３図は、本発明の一つの特徴元素である
Al含有量による酸性環境下の摩耗減量及び析出
硬化能の変化を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１その組成が重量％で、Ｃ：0.1％以下、Si：
0.5〜1.5％、Mn：0.5〜1.5％、Cr：22〜28％、
Ni：８〜15％、Mo：1.5〜3.5％、Al：0.8〜２
％、残部Fe及び不純物からなり、フエライトの
体積率が40〜70％でNiAl系金属間化合物が析出
していることを特徴とする耐食耐摩耗性を有する
フエライト−オーステナイト型２相ステンレス鋳
鋼。