JPS634045A - 鍛造２相系析出強化型ステンレス鋼製の製紙用サクションロール素材 - 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） 本発明は特に耐食性と高い疲労強度の要求される製紙用
サクションロールに使用される鍛造ステンレス鋼製の製
紙用サクションロール素材に関するもので、特にサクシ
ョンロールの機械加工工程における素材の機械加工性を
十分に考慮したサクションロール素材を提供しようとす
るものである。

（従来の技術） 製紙用サクションロールは、パルプ液中の水分を脱水す
るためウェットパートとプレスパートにおいて組込まれ
ている中心となるロールである。

抄紙速度の高速化にともない、サクションロールに作用
するＮＩＰ圧の上昇あるいは長時間の使用を保証する高
い腐食疲労強度が要求されるようになった。また、白水
中には硫酸基、Ｃ１−イオン、その他、ステンレス鋼と
いえども腐食してしまうＮａｚＳｔＯｚ、　ＮａｚＳｔ
Ｏｚ等が存在しているため、その雰囲気中で長時間の使
用に耐えられる材料が必要である。

これらのニーズに従って、従来からサクションロール用
素材として多くの２和合金が開発され、使用されてきた
が、それらの多（は遠心鋳造法により製造されたもので
あり、代表的なものとしては、製紙用サクションロール
の使用条件を考慮し合金組成を限定した特公昭５７−５
８７３号記載の２相系ステンレス鋳鋼が挙げられる。

前記特公昭５７−５８７３号公報に示される２相系ステ
ンレス鋳鋼の特徴とするところは、化学成分の調整によ
りフェライト量を２０〜４０％となるように限定したと
ころであり、その効果として耐食性および靭性の改善が
行われたとしている。

しかしながら耐食性は合金成分であるＣｒ量に依存する
もので、１３％Ｃｒ以上では対硫酸の耐食性が改善され
る事は当時既に公知の事実であるため、前記公報記載の
発明の特徴とするところは強靭性を得るためにフェライ
ト量を２０〜４０％と限定した点にある。しかしながら
この材料は１０００℃付近の溶体化加熱温度から急冷さ
れる必要があるため、製品の残留応力レベルが極めて高
（、母相のオーステナイトが軟かいために、次工程にお
いて特に重要な機械加工性が悪い。

最終仕上げを行う機械加工メーカーの間では、材料の機
械加工性が重要であるということは従来から指摘されて
おり、材料の機械加工性が悪いと、ドリリングの際事故
が起き易くなる。そのような事故が起こると腐食の原因
となる表面疵ができたり応力集中する場所ができるよう
になる。

従来からサクションロールの折損事故に対スる解析では
腐食孔の形成が事故の主因とされてきたが、その発生場
所の特性については配慮されたことがなかった。応力集
中源がサクションロールとして使用される前から存在す
るとすれば、使用直後から腐食孔の形成が極めて容易で
あるために、これに対処すべ〈従来技術では耐食性の改
善を行ってきた。しかしながら、鋳造品では製造工程上
絶対に回避出来ない鋳造欠陥がロール表面付近に存在す
ることもあり、素材の機械加工性や耐食性を改善する以
前の問題が残っているのである。

（発明が解決しようとする問題点） 耐食性と耐折損性を考慮した２相系合金は、強度・靭性
に優れている。しかしながら素材の段階では全（問題と
ならない機械加工性が、現在の仕上加工に関する機械加
工技術にとって大きな問題となっている。従って本発明
は従来の鋳造技術を主体とするサクションロールの解決
できなかった耐食性、耐折損性を保持しつつ素材の健全
性および均一性を解決するととも機械加工性を解決しよ
うとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上のような従来品の問題点を解決することを
目的としてなされたものであり、その特徴とするところ
は、重量でＣ０．０８％以下、Ｓｉ　１．０％以下、Ｍ
ｎ　１．５％以下、３０．０１５％以下、Ｎｉ５．０〜
７．５％、Ｃｒ　２０．０〜２３．０％、Ｍｏ　１．５
〜２．５％、Ｃｕ　１．０〜３．５％、ＲＥＭＩ　０〜
１１０ｐｐａ＋　、残部実質的にＦｅより成る鋳造材に
、鍛錬成形比の積算合計が３以上となるパイプ鍛造の後
、熱処理し、析出強化されたフェライト相の基地中にオ
ーステナイト相を体積百分率で１５〜３０％含有するこ
とを特徴とする２相系ステンレス鋼製の製紙用サクショ
ンロール素材にある。

以下本発明の鍛造２相系ステンレス鋼製の製紙用サクシ
ョンロール素材の成分組成を前記のように限定した理由
について詳述する。

ｃｓ０．ｏｓ％、ＳｉＳ２．０％ ＣおよびＳｉのこの範囲は通常のステンレス鋼の組成範
囲に属するもので、以下に述べる各合金成分の効果を有
効にするためには、この値が上限でありそれ以上では特
に耐食性の点で劣るからである。

ＭｎＳ２．５％、Ｓ≦０．０１５％ Ｍｎは靭性の改善に有効であるが、１．５％以上では可
及的少量存在するＳと化合し鍛造後の接線方向の強度を
低下させるのでこの値を上限とせねばならない。Ｓは０
．０１５％を超えるとＭｎの靭性の改善効果を発揮させ
ることができず、鍛造後の接線方向の強度を低下するた
めＳは０．０１５％以下と限定する。

５．０％≦Ｎｉ≦７．５％ ＮｉはＣｒとの複合効果で耐食性を向上させると共にオ
ーステナイト量を増加させ靭性の改善にも有効な元素で
あり本発明の成分の範囲では最低５．０％が必要である
が７．５％超ではオーステナイト量の増加により材料強
度の低下があるため７．５％を上限とする。

２０．０％≦Ｃｒ≦２３．０％ Ｃｒはステンレス鋼として重要な元素であり、フェライ
トを含む高強度でしかも耐食性の優れた素材を得るため
には、本発明の成分の範囲では最低２０．０％を含むこ
とが必要である。しかし２３．０％を超えると機械的性
質の劣化が起るため２３．０％を上限とする。

１．５％≦Ｍｏ≦２．５％ Ｍｏは耐局部腐食性を著しく改善するために有用な合金
元素であるが、２．５％を超えて添加されるとフェライ
トの形成が著しく機械的性質が劣化するので、これ以上
の添加は本発明の成分範囲内では有害である。しかしな
がら、耐局部腐食性を得るためには、少なくとも１．５
％の添加が必要である。このことがらＭｏの含有量を１
．５〜２．５％と限定した。゛ １０ｐｐｌＩ≦ＲＥＭ≦１１０ｐｐｍ ＲＥＭは鋳造組織を改善し、２相合金における相境界の
鋳造クランクの発生を防止する作用を有している。ＲＥ
Ｍを１０ｐｐｍ以上添加すると熱間割れが激減しクラフ
クの進展もほとんどなくなる。

粒界に残留するＲＥＭの効果でステンレス鋼特有の長い
加工チップが比較的短くなるため、本発明鋼の機械加工
性は著しく改善される。本発明鋼の成分範囲内でこの効
果は１１０ｐｐｎ＋超ではそれ以下と変わらないため、
１１０ｐｐｍを上限とする。

１、０％≦Ｃｕ≦３．５％ Ｃｕは、ステンレス鋼の粒界における耐食性を改善する
合金成分であるが、３．５％を超えて添加されると本発
明鋼の成分範囲内では、熱間脆性をひきおこし鍛造性が
極端に低下する。それゆえに、３．５％を上限とするが
、Ｃｕは析出強化元素であるためフェライト相の強化に
有効である。この析出によりフェライト相の機械加工性
を改善するためには最低限１．０％のＣｕを必要とする
。１．０％未満では析出強化の程度が低く機械加工性の
改善があまり期待できない。以上の理由により、Ｃｕは
１．０〜３．５％と限定された。

本発明鋼の熱処理後の組織は析出強化されたフェライト
とオーステナイトの２相混合組織であるが、フェライト
相は高強度低靭性の組織であるため、靭性の比較的高い
組織成分であるオーステナイト相を最低１５％含有する
必要がある。また、オーステナイト相が体積百分率で３
０％を超えるとオーステナイトの低強度の特性が強調さ
れるようになるため、本発明鋼の成分範囲内ではオース
テナイト量を３０％以下としなければ高い降伏強度を得
ることができない。また１５％未満では、靭性が十分得
られなくなる。このような理由から強度と靭性の両特性
を満足させるためにはオーステナイト相の量を１５〜３
０％と限定する。

次に本発明のステンレス鋼を製造する方法について説明
する。前述の規定された成分を有する鋳塊を作製後、優
れた機械的性質および耐食性を有するサクションロール
用素材を得る目的で据え込み、穴ひろげ、中空鍛造とい
う一連のパイプ製造のためのパイプ鍛造を実施する。パ
イプ鍛造はマンドレルを利用した鍛造法で所定の径およ
び長さのパイプを得るために実施され、メタルフローは
サクシシンロールの強度上昇に役立つ材料の強化が行わ
れたことを示す。こ０ｊ鍛造の結果パイプ形状を得るが
、本発明の特徴とするところは、サクションロールの強
度的に改善されなければならない特性値が接線方向の疲
労強度であることに着目し、接線方向の強度上昇が十分
に期待できるように鍛錬成形比の積算合計を３以上と規
定するところである。すなわち、サクションロールはプ
レスロールとの線接触部の応力により与えられる潰れ応
力による接線方向における引張り圧縮の交番応力下で稼
動しているため、特に接線方向の高い疲労強度が重要で
ある。鋳造材の強度および靭性は鍛錬により改善される
事は良く知られており、本発明の素材に関しては十分な
再結晶が行なわれるため鍛錬成形比は３以上で鋳造状態
の性質を一段と改善することができる。鍛錬成形比５以
上では特に接線方向の性質がさらに改善される。

（実施例） 次に本発明鋼の特徴を実施例によって述べる。

下記第１表は本発明鋼の実施例の製品サイズおよび鍛錬
成形比の積算合計を示しており、製品長さに依存して、
中空鍛造による鍛錬効果の程度が増大し、積算の鍛錬成
形比は増加する伸開にある。

したがって、積算合計の鍛錬成形比を３以上とするため
製品サイズを考慮し使用する鋼塊のサイズ。

鍛造作業工程の選定を適切なものとしなければならない
。

第２表ｔよ本発明鋼の実施例と実際にサクションロール
として使用されている比較材の化学組成を示したもので
ある。第３表は第２表に掲げた本発明材の実施例の機械
的性質を示し、第４表は本発明材と遠心鋳造材の腐食試
験結果を示したものであり、第５表は比較材りの１３Ｃ
ｒ系素材の機械加工性を１００としてその他の素材およ
び本発明鋼の機械加工性を相対的に示したものである。

本発明材は通常の析出硬化型ステンレス鋼材と同様１０
２０℃〜１１００℃で加熱後焼入し４５０〜６００℃の
温度範囲で焼戻しを行っている。第３表からも明らかな
ように、強度および靭性はマルテンサイト系のサクショ
ンロール材に匹敵する強度および靭性を示しており、耐
食性としては２和合金として十分な性能を示し、しかも
機械加工性は従来の２和合金中最も優れた加工性を有し
ているといえる。

寸　　　　　　　　　　　　　　　塞 派　　　　　　　　　　　　　　　の 派 （発明の効果） 本発明材は以上のように、従来の素材の組成範囲と類似
しているにもかかわらず鍛造により、素材特性がすべて
の性質で改善されているのが特徴であるため製紙用サク
ションロールとして使用するのに極めて適するものであ
り、特に耐折損性が要求される抄紙機には熱処理条件の
選択により靭性を付加することの可能な材料である。し
かも仕上加工時に必要となる良好な切削性を有する本発
明によるステンレス鋼の工業的価値はきわめて大きいと
いえる。

抄紙機の生産性を向上する最も有効な方法は機械的に圧
力を加えて水を絞る方法であり、そのためにはロールに
加えられる圧力（ＮＩＰ）を増加しなければならない。

従来から一般的に使用されてきた鋳造材と比較すると同
一化学成分で製造された鍛造材には応力集中源となる鋳
造欠陥がなく、機械加工ミスをひきおこさない優れた機
械加工性を有するため、本発明による鍛造ステンレス鋼
製のサクションロール素材を利用することでこれまで以
上に高いＮＩＰ圧を用いた設計による操業が安心して実
施できる事になるので、本発明は産業上碑益するところ
が極めて大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量でＣ０．０８％以下、Ｓｉ１．０％以下、Ｍｎ１．
   ５％以下、Ｓ０．０１５％以下、Ｎｉ５．０〜７．５％
   、Ｃｒ２０．０〜２３．０％、Ｍｏ１．５〜２．５％、
   Ｃｕ１．０〜３．５％、ＲＥＭ１０〜１１０ｐｐｍ、残
   部実質的にＦｅより成る鋳造材に、鍛錬成形比の積算合
   計が３以上となるパイプ鍛造の後、熱処理し、析出強化
   されたフェライト相の基地中にオーステナイト相を体積
   百分率で１５〜３０％含有することを特徴とする２相系
   ステンレス鋼製の製紙用サクションロール素材。