JPH0459377B2

JPH0459377B2 -

Info

Publication number: JPH0459377B2
Application number: JP15319589A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimizu
Original assignee: Nakamura Kinzoku Kogyosho Inc
Current assignee: Nakamura Kinzoku Kogyosho Inc
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1992-09-22
Also published as: JPH0320434A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、例えばロータリーポンプのローター
等の摺接部を有する鋳物製品を始めとする種々の
摺接部を有する製品用途に供される耐食性のニツ
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の摺接部を有する鋳物
製品用として、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−
15850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、重量割合でニツケ
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ニツケル基合金であ
り、特に上記組成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成してその作用
をより有効に発揮させる機能を果たしている。そ
して、このニツケル基合金では、ビスマスと錫と
が他の成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つている。（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このようなニツケル基合金の鋳
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つて局部的
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−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つて
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つた。本発明は、上述のような摺接部を有する製品用
としてのニツケル基合金の緩冷部における錫−ニ
ツ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富
み機械的特性に優れた耐食性ニツケル基合金鋳物
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）本発明の摺接部を有する製品用耐食性ニツケル
基合金は、上記目的を達成するために、重量割合
でニツケル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構成を採用するも
のである。また、本発明では、上記ニツケル基合金の希土
類元素がセリウムまたは／およびランタンを主体
とする構成を好適態様としている。一方、本発明の摺接部を有する製品用耐食性ニ
ツケル基合金の製造方法は、上記目的を達成する
ために、重量割合でニツケル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
特徴としている。また、上記製造方法においては、希土類元素を
ミツシユメタルとして添加配合する構成を好適態
様としている。（作用）本発明のニツ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−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
ツ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図はニツ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−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
を含まないニツケル基合金組織であり、第１図は
錫−ビスマス介在層が長大不規則な帯状形態とな
つ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つ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No.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、つまりミツシユメタルに由来する元素成
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−ビスマス介在層の均斉分散化作用
が却つて低下すると共に、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
合量が0.01〜0.07％の範囲では、例えば最大肉厚
30mm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、上記配合によつて上
記最大〜最小値範囲内で約30〜35程度のばらつき
に抑えられ、また最大肉厚60mm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成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、ニツケルは、合金ベ
ースとして安定したオーステナイト構造を形成す
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つて鋳物製
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15.0％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、0.1％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。銅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つても付与され
ることから、微少量でもよいが、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成分であるが、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−
ニツケル介在層を形成して固溶度に乏しいビスマ
スの分布を助成するものであり、一部がニツケル
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。上記ニツケル基合金の製造手段としては、ニツ
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、最初から他の成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
がつて、必要最小限の添加量で確実な効果を発揮
させる上で、予め他の成分を溶融せた溶融物に対
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ツシ
ユメタルとして添加することが推奨される。すな
わち、ミツシユメタルは一般に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Sm他）、ランタン強化品（La90％以
上、Nd6％程度、Pr3％程度、残余Sm他でCeは
痕跡程度）、セリウム強化品（Ce90％以上、La3
％程度、Nd4％程度、残余Pr、Sm他）があり、
これら３種の市販品ならびに上記組成外のものの
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ば、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、本発明のニツケル基合金によつてロー
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つ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
成分を前記含有率範囲となるように配合して溶融
し、この溶融物に下記第１表に記載量のミツシユ
メタル（普通品）を添加混合（No.１，No.７は無添
加）し、これを所要の鋳型に注湯凝固させて鋳造
し、この鋳物にシヨツトピーニング、熱処理、機
械加工を施す方法により、各No.につき３点ずつ製
作した。なお、No.１〜６は最大肉厚約30mmの小
物、No.７〜12は最大肉厚約60mm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
く合金組成を分析したところ、いずれも、ニツケ
ル48.0〜61.0％、カーボン0.08％以下、シリコン
0.5〜2.0％、マンガン2.4〜6.5％、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
不可避不純物の組成範囲にあつた。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No.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No.
２〜６では全てNo.１の最大硬さの間（ブリネル硬
さ170〜210）、No.８〜12では全てNo.７の最大硬さ
と最小硬さの間（同175〜220）に入る値であつ
た。

【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No.２〜５ならびにNo.８〜11は、対応する
従来品のNo.１またはNo.７に比較し、緩冷部の錫−
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、摺接部を有する各種製品
用として優れた機械的特性を具備することが明ら
かであり、特に厚肉鋳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、No.６及びNo.12
の結果から示唆されるように分散層の均斉度が却
つて低下し、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No.７、第３図は上記No.10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
つているのに対し、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
断面の王水腐蝕試験ではNo.６，12のものはNo.２〜
５及びNo.８〜11のものに比較して錫−ビスマス介
在層の腐蝕が大きかつた。次に、前記No.７及びNo.10の鋳造に用いたニツケ
ル基合金とステンレスSCS14につきJIS Ｋ 0102
に従つて沸騰正リン酸中での溶出試験を行つて溶
出成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。

【表】上表より、本発明のニツケル基合金は、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）本発明のニツケル基合金は、介在層を形成する
錫およびビスマスを含む特定組成からなる合金成
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、もつて均質で硬度のばらつきが
少なく靭性に富み機械的特性に優れ、また上記組
成本来の耐ゴーリング性と耐食性を兼備してお
り、摺接部を有する製品用、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成では、希土類元素の配
合に入手容易なミツシユ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、上記の優れた耐食
性ニツ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ツシユメ
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ツケ
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緩冷部の金属断面組織を示す
顕微鏡写真図である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量割合でニツケル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である摺接
部を有する製品用耐食性ニツケル基合金。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記載の摺接部を有する製
品用耐食性ニツケル基合金。３重量割合でニツケル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
特徴とする摺接部を有する製品用耐食性ニツケル
基合金の製造方法。４希土類元素をミツシユメタルとして添加配合
する請求項３記載の摺接部を有する製品用耐食性
ニツケル基合金の製造方法。