JPH0320434A

JPH0320434A - 摺接部を有する製品用耐食性ニッケル基合金とその製造方法

Info

Publication number: JPH0320434A
Application number: JP15319589A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimizu; 康夫清水
Original assignee: Nakamura Kinzoku Kogyosho Inc
Current assignee: Nakamura Kinzoku Kogyosho Inc
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1991-01-29
Also published as: JPH0459377B2

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、例えばロータリーボンブのローター等の摺接
部を有する鋳物製品を始めとする種々の用途に供される
ニッケル基合金材料、特に厚肉鋳物用として好適な合金
材料とその製造方法に関する．（従来の技術）化学工業や食品工業で汎用される自吸式ロータリーポン
プのローター用等として、本来的には二律背反する耐ゴ
ーリング性と耐食性とを兼ね備えた極めて実用性の高い
合金材料が特公昭５４−１５８４９号公報、同５４−１
５８５０号公報において開示されている，すなわち、上記合金材料は、重量割合でニッケル４０．
０〜８０．０％、カーボン０．１５％以下、シリコン３
．０％以下、マンガン０．２〜１５．　０％、モリブデ
ン０．１〜５．０％、１１４１２．０％以下、ビスマス
０．０５〜１０．０％、錫０．５〜１５．０％、クロム
ｉｏ．ｏ〜３０．０％、残部鉄および不可避的不純物か
ら威るニッケル基合金であり、特に上記組戒中のビスマ
スの存在が耐ゴーリング性の向上に大きく寄与しており
、また錫が固溶度に乏しいビスマスの分布を助威してそ
の作用をより有効に発揮させる機能を果たしている．そ
して、このニッケル基合金では、ビスマスと錫とが他の
威分からなるベースメタルに対して介在層として分散し
た組織形態をとっている．（発明が解決しようとする課
題）しかしながら、このようなニッケル基合金の鋳造に際し
、構造上の緩冷部で上部の錫−ビスマス介在層の偏析を
生じ易く、特に冷却速度の遅い厚肉鋳物ほど緩冷部での
偏析が著しくなって局部的に不均質になり、硬度のばら
つきが大きくなる等の機械的特性の低下を招き、また錫
一ビスマス介在層が組織断面でベースメタルを取囲む網
目状や鎖状等に連続した形態あるいは長大不規則な帯状
形態をとり易く、前者の形態では硬く脆ななって靭性が
低下する一方、後者の形態では硬度が不充分になるとい
う難点があった．本発明は、上述のニッケル基合金の緩冷部における錫一
ニッケル介在層の偏析軽減ならびに均斉分散化を図るこ
とにより、該緩冷部が適度な硬度を有して、かつ全体と
して硬度のばらつきが少なく靭性に冨み機械的特性に優
れたニッケル基合金鋳物を提供することを目的としてい
る。

（課題を解決するための手段）本発明のニッケル基合金は、上記目的を達威するために
、重量割合でニッケル４０．０〜８０．０％、カーボン
０．１５％以下、シリコン３．０％以下、マンガン０．
２〜１５．０％、モリブデン０．１〜５．０％、銅１２
．０％以下、ビスマス０．０５〜ｌ０．０％、錫０．５
〜１５．０％、クロム１０．０〜３０．０％、希土類元
素０．０００１〜０．０７％、残部鉄および不可避的不
純物から威る組戒を有する構成を採用するものである．また、本発明では、上記ニッケル基合金の希土類元素が
セリウムまたは／およびランタンを主体とする構戒を好
適ａ様としている．一方、本発明のニッケル基合金の製造方法は、上記目的
を達成するために、重量割合でニッケル４０．０〜８０
．０％、カーボン０．１５％以下、シリコン３．０％以
下、マンガン０．２〜１５．０％、モリブデン０．１〜
５．０％、ｌｉｉ１２．０５％以下、ｌ：”　ス？　ス
０．０５　〜１０．０％、錫０．５〜１５．０％、クロ
ム１０．０〜３０．０％、残部鉄および不可避的不純物
から成る溶融物質に、希土類元素を合金中含有率がｏ．
ｏｏｏｔ〜０．０７％となるように添加配合することを
特徴としている．また、上記製造方法においては、希土類元素を果ツシュ
メタルとして添加配合する構威を好適態様としている。

（作　用）本発明のニッケル基合金中に含有される希土類元素は、
その微少量の存在により、鋳物緩冷部における錫一ビス
マス介在層の偏析を著しく軽減すると共に、その不存在
下では連続ないし長大な帯状となる緩冷部の上記介在層
を分断して且つ均斉分散させるという作用を示す．その
結果、このニッケル基合金からなる鋳物は、緩冷部が適
度の硬度を有して、全体として均質で硬度のばらつきが
少なく、かつ球状黒鉛鋳鉄から類推できるように上記介
在層の均斉分散により靭性に富むものとなり、また上記
介在層の存在に基づき耐ゴーリング性と耐食性を兼備し
ており、優れた機械的特性を示す．なお、上記の希土類
元素による作用は、鋳物が大物つまり厚肉になるほど顕
著に発現される．第１図〜第３図はニッケル基合金鋳物
の緩冷部である湯口兼押湯直下位置の水平断面を王水腐
蝕させて得られた断面組織の顕微鏡写真（１００倍）で
あり、これら図における淡色部がベースメタルのデンド
ライト、濃色部が錫一ビスマス介在層である．そして、
第１図、第２図は共に希土類元素を含まないニッケル基
合金組織であり、第１図は錫一ビスマス介在層が長大不
規則な帯状形態となって硬度が不充分な組織の典型例、
第２図は同介在層がベースメタルのデンドライトを取囲
む網目状に連続した形態となって硬く脆い組織の典型例
を示しており、いずれも該介在層の偏析が著しいことが
明瞭である．これに対し、第３図は後述する実施例の献１０の希土類
元素を含有する鋳物製品の組織であり、錫−ビスマス介
在層が分断されてかつベースメタル中に均斉分散してお
り、偏析の度合も非常に軽度であることが判る．上記の希土類元素としては、特に限定されないが、セリ
ウムまたは／およびランタンを主体とするもの、つまり
ミッシュメタルに由来する元素威分が好適で，ある．ま
た、希土類元素の合金中含有量（重量割合、以下％は全
て同義でるあ）は、０．０００１−０．０７％の範囲と
すべきであり、０．０００１％未満では実質的な配合効
果が現れず、逆に０．０７％を越えると錫一ビスマス介
在層の均斉分散化作用が却って低下すると共に、該介在
層の耐食性も劣化する．なお、希土類元素配合による鋳物全体としての硬度のば
らつきの低減作用に関し、希土類元素配含量が０．０１
−０．０７％の範囲では、例えば最大肉厚３０一程度の
小物の場合には無配合においてブリネル硬さで最大〜最
小値が１７０〜２１０程度と約４０のばらつきを有して
いたものが、上記配合によって上記最大〜晟小値範囲内
で約３０〜３５程度のばらつきに抑えられ、また最大肉
厚６０＋＋ｕｓ程度の大物の場合には無配合で同１７５
〜２２０程度と約４５のばらつきを有していたものが、
同様に約５〜１５のばらつきに抑えられるというデータ
が得られている．希土類元素以外の各威分の作用は前記
の特公昭５４−１５８４９号及び同５４−１５８５０号
の公報に開示されるとおりである．すなわち、ニッケル
は、合金べ一スとして安定したオーステナイト構造を形
戒するもので耐アルカリ性に優れるが、耐ゴーリング性
の立場からも４０．０％以上を要し、逆に８０，０％を
越すと溶湯のガス吸収作用が著しくなって鋳物製品では
鋳巣を多発することになる．カーボンは耐食性の面より
０．１５％以下とする．シリコンは脱酸と流動性の改善
に寄与するが、３．０％を越えると靭性が低下すると共
に加工性も劣化するので３．０％以下とする．マンガン
はオーステナイト安定化元素であり、シリコンと同様の
脱酸作用を果たし、また合金の融点を低下させてビスマ
スの歩留り向上に貢献するが、０．２％未満では充分な
作用が発現されず、逆にｔＳ．Ｏ％を越えると耐食性が
低下することになる．モリブデンは非酸化性酸に対する
耐食性を増大させると共に、結晶粒を微細化して固溶強
化するが、０．ｌ％未満では充分な作用を発現せず、ま
た５％を越えると靭性を低下させ加工上不利となる．ｗ
４は非酸化性酸に対する耐食性をマンガンとの共存下で
向上させる機能を持つが、この耐食性はモリブデンによ
っても充分に付与されることから、Ｏｗｔ％つまり含有
させなくてもよく、かつ１２．０％を越えると耐食性を
低下させることから、１２．０％以下とする．ビスマス
は既述のように耐ゴーリング性付与のために必須となる
戒分であるが、０．０５％未満では効果が不充分であり
、１０．０％を越えてもそれ以上の効果を期待できない
．錫は既述のように錫一ニッケル介在層を形威して固溶
度に乏しいビスマスめ分布を助威するものであり、一部
がニッケル側に固溶して消費されるために０．５％未満
では効果に乏しく、１５．０％を越えると耐食性がやや
低下すると共に合金組織を脆弱なβ相に移行させて実用
性を阻害する要因となる。

クロムは酸化性酸に対する耐食性の増大に寄与するが、
１０、０％未満では効果が不充分であり、逆に３０．０
％を越えると靭性を低下し加工困難となる．上記ニッケ
ル基合金の製造手段としては、ニッケル、カーボン、シ
リコン、マンガン、モリブデン、銅、ビスマス、錫、ク
ロム、残留鉄および不可避的不純物がそれぞれ前記重量
割合となるように配合された溶融物質に、希土類元素を
０．０００１〜０．０７％の含有量となるように添加配
合する本発明方法が最適である．すなわち、希土類元素は、ベースメタルより比重が低く
かつ脱酸素作用を有するため、酸化してベースメタルの
溶湯上に浮上しやすい性質があり、最初から他の或分と
共に配合する場合には酸化消失分を過剰に配合する必要
があるが、この消失割合が変動しやすく効果が不安定に
なる．したがうて、必要最小限の添加量で確実な効果を
発揮させる上で、予め他の威分を溶融させた溶融物に対
して後で添加することが望ましい．しかして上記の希土類元素は、単体として添加すること
もできるが、原料コストの点からミッシュメタルとして
添加することが推奨される．すなわち、ミッシュメタル
は一般に９３％以上の希土類元素と鉄、マグネシウム、
シリコン等の残余不純物とを含む発火合金として知られ
るもので、市販品としてセリウムとランタンを主体とす
る普通品（Ｃｅ４５％以上、Ｌａ３０％程度、Ｎｄ１５
％程度、Ｐｒ４％程度、残余Ｓ■他）、ランタン強化品
（Ｌａ９０％以上、Ｎｄ６％程度、Ｐｒ３％程度、残余
Ｓｌｌ他でＣｅは痕跡程度）、セリウム強化品（Ｃｅ９
０％以上、Ｌａ３％程度、Ｎｄ４％程度、残余Ｐｒｏ　
Ｓ一他）があり、これら３種の市販品ならびに上記組威
外のもののいずれをも使用できる．なお、希土類元素以外の成分中、錫とビスマスとを二元
合金の形で添加すれ１ｉ′、沸点の低いビスマスを単体
で添加した場合の燃焼消失による歩留り低下を低減でき
る利点がある。

（実施例）以下に、本発明のニッケル基合金によってロータリーポ
ンプのローターを製造した実施例と希土類無添加の合金
によって同様にローターを製造した比較例を示す．ローターは、まず高周波炉にて希土類以外の各威分を前
記含有率範囲となるように配合して熔融し、この溶融物
に下記第１表に記載量のξツシュメタル（普通品）を添
加混合（Ｎａｌ，ｋ７は無添加）し、これを所要の鋳型
に注湯凝固させて鋳造し、この鋳物にショットビーニン
グ、熱処理、機械加工を施す方法により、各階につき３
点ずつ製作した．なお、Ｎ［ＬＬ〜６は最大肉厚約３０
ｍの小物、弘７〜１２は最大肉厚約６０ｏｎの大物であ
る。

かくして製作されたローターの希土類元素を除く合金組
威を分析したところ、いずれも、ニッケル４８．０〜６
１．０％、カーボン０．０８％以下、シリコン０．５〜
２．０％、マンガン２．４〜６，Ｓ％、モリブデン０．
４〜３．０％、銅５．０〜７．０％、ビスマス１．３〜
４．５％、錫５．５〜１０．　０％、クロム１０．０〜
１２．６％、残部鉄および不可避不純物のｌＩ＄．範囲
にあった．次に各ローターにつき、鋳物緩冷部として湯
口兼押湯直下位置の水平断面部における錫−ビスマス介
在層の偏析度合、形状、分散状態を調べると共に、該緩
冷部と最速冷部を含む５ケ所のブリネル硬さ（ＨＢ）を
測定して最大硬さと最小硬さとの差を調べたところ、下
記第１表の結果が得られた．なお、硬さの差は各Ｎａの
ローター３点の最小差と最大差の範囲として示したが、
硬さ数値はＮα２〜６では全て磁１の最大硬さと最小硬
さの間（ブリネル硬さ１７０〜２１０）　、ｋ８〜１２
では全て阻７の最大硬さと最小硬さの間（同１７５〜２
２０）に入る値であった．第１表上記第１表の結果から、本発明の実施例による鋳造製品
胤２〜５ならびにｋ８〜１１は、対応する従来品の恥１
または阻７に比較し、緩冷部の錫一ビスマス介在層の偏
析が軽度で且つ該介在層が均斉分散していることから、
硬さのばらつきが少なく均質で靭性にも富み、優れた８
！械的特性を具備することが明らかであり、特に厚肉ｖ
？物において硬さのばらつきの縮小効果が顕著であるこ
とが判る．しかるに希土類元素含有量が多すぎる場合は
、Ｎｌｌ６及びＮｆｌ１２の結果から示唆されるように
分散層の均斉度が却って低下し、硬さのばらつきも漸増
傾向に転じることが判る．第２図は上記ＮＩｌ７、第３図は上記ｋｌｏのそれぞれ
ローターにおける緩冷部断面を王水腐蝕させて得られた
断面組織の顕微鏡写真（１００倍）であり、両図におけ
る淡色部がベースメタルのデンドライト、濃色部が錫−
ビスマス介在層である．両図から、希土類元素無添加の
鋳物緩冷部において、上記介在層がベースメタルの島状
部を取囲んだ連続網目状の形態をなしてかつ不均一な分
散状態となっているのに対し、希土類元素の配合により
上記網目状の形態が細かく分断されて均斉分散化されて
いることが明瞭に示されている．なお、緩冷部断面の王
水ｙａ蝕試験ではｋ６．１２のものは隘２〜５及び隘８
〜１ｌのものに比較して錫一ビスマス介在層の腐蝕が大
きかった．次に、前記ＮｌｌＬ７及びｋｌｏの鋳造に用いたニッケ
ル基合金トステンレスｓｃｓｉ４ニつき、ＪＩＳ　Ｋ　
０１０２に従って沸騰正リン酸中での溶出試験を行って
溶出威分を原子吸光分析したところ、下記第２表の結果
が得られた．上表より、本発明のニッケル基合金は、耐食性に優れて
おり、耐食材料としての用途にも適用性大であることが
判る．（発明特有の効果）本発明のニッケル基合金は、介在層を形威する錫および
ビスマスを含む特定組戒からなる合金戒分に対して更に
希土類元素を特定量含有させていることから、鋳物鋳造
における緩冷部での錫−ビスマス介在層の偏析が少なく
、かつ該介在層が均斉分散しており、もって均質で硬度
のばらつきが少なく靭性に冨み機械的特性に優れ、また
上記組威本来の耐ゴーリング性と耐食性を兼備しており
、特に厚肉鋳物用として適性大である．また、上記希土類元素がセリウムまたは／およびランタ
ン主体とする構或では、希土類元素の配合に入手容易な
逅ツシェメタルを使用できるという利点がある．一方、本発明方法によれば、上記の優れたニッケル基合
金を容易に高効率で製造できる。また、この方法におい
て希土類元素をミフシュメタルの形で添加配合すること
により、材料コストが低減されるという利点がある．

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は希土類元素無配合のニッケル基合金
鋳物における緩冷部の断面組織の典型例を示す顕微鏡写
真図、第３図は本発明の実施例で製作した鋳物製品の同
上顕ｖＩＬ鏡写．真図である．手続補正書（方式）２３，１Ｓ件の表示平成　１年　特　願　第１５３１９５号発明の名称ニソケル基合金とその製造方法補正をする者　事件との関係　　出願人名称二　株式会
社　中村金属工業所４．

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、重量割合でニッケル４０．０〜８０．０％、カ
ーボン０．１５％以下、シリコン３．０％以下、マンガ
ン０．２〜１５．０％、モリブデン０．１〜５．０％、
銅１２．０％以下、ビスマス０．０５〜１０．０％、錫
０．５〜１５．０％、クロム１０．０〜３０．０％、希
土類元素０．０００１〜０．０７％、残部鉄および不可
避的不純物から成る組成を有するニッケル基合金。
（２）、希土類元素がセリウムまたは／およびランタン
を主体とする請求項（１）記載のニッケル基合金。
（３）、重量割合でニッケル４０．０〜８０．０％、カ
ーボン０．１５％以下、シリコン３．０％以下、マンガ
ン０．２〜１５．０％、モリブデン０．１〜５．０％、
銅１２．０％以下、ビスマス０．０５〜１０．０％、錫
０．５〜１５．０％、クロム１０．０〜３０．０％、残
部鉄および不可避的不純物から成る溶融物質に、希土類
元素を合金中含有率が０．０００１〜０．０７％となる
ように添加配合することを特徴とするニッケル基合金の
製造方法。
（４）、希土類元素をミッシュメタルとして添加配合す
る請求項（３）記載のニッケル基合金の製造方法。