JPH049451A - 耐海水材料 - 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〕 本発明は海水中で使用される舶用プロペラ等海水用材料
に関するもので現用の銅合金にニッケル・アルミニウム
・青銅）より優れた耐エロージヨン性と腐食疲労強度を
有するステンレス鋼に関し、特にプロペラポンプ用イン
ペラ、ポンプケーシング、水車用ランナー及び高速艇用
水中翼の材料として有利に使用できる耐海水材料に関す
る。

〔従来の技術〕

従来から舶用プロペラ等海水用材料には耐食性の優れた
銅合金が使用されている。その中で最っとも多く使用さ
れるニッケル・アルミニウム・青銅でも船舶用プロペラ
の場合、船舶が高速化した現在、プロペラ翼端にエロー
ジョン損傷を生じ、補修又は取替え換装しなければなら
ナイ状態である。エロージョンはプロペラ回転中に発生
するキャビテーション気泡の崩壊に起因するものでプロ
ペラ翼端後進面に発生するものを回避することは困難で
ある。キャビテーションエロージョンが発生し難いプロ
ペラ形状にすると推進効率が大幅に低下する。そして、
エロージョンはポンプ、インペラ、ランナ、水中翼でも
発生する。

このエロージョン対策としては、■換装、■損傷部を切
除整形する等が実施されているが、換装、補修するとし
ても、それらのだめの船舶の入渠費、換装、補修費、体
船による乗組員の人件費、荷主への損失、負担等があり
、コストが嵩むという不具合が生じる。

又、プロペラ、ポンプ用インペラ等の機器では軽量化を
実現するため海水中の腐食疲労強度の優れた材料開発が
望まれている。これに対応するため、ステンレス系材料
として１２％Ｃｒマルテンサイト系ステンレス鋳鋼が検
討されたが、耐食性が十分でなく機械的性質は良好であ
るにもか＼わらず孔食発生等の欠点があった。

又１８％Ｃ［−８〜１２％Ｎ１のオーステナイト系ステ
ンレス鋳鋼は耐食性は良好であるが、機械的性質が１２
％Ｃｒ系ステンレス鋼より低い等の問題があった。

熱交換器材等に使用される２５Ｃｒ−２ＯＮｉ系の２相
合金は鍛造、圧延材としては耐食性が優れている。しか
し大型鋳物としては焼入れ冷却時の徐冷脆化に伴う耐食
性の低下がある。

このように公知のステンレス鋼には耐食性、強度および
耐エロージヨン性のいずれも具備した材料はなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の技術水準に鑑み、本発明は舶用プロペラ、インペ
ラ等海水で使用される大型鋳物材に高い機械的強度、靭
性、耐食性は勿論のこと、特に腐食疲労強度が高く、耐
エロージヨン性の優れた材料を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はＣ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１〜１５％、
　Ｍｎ：０．１　〜３　　％、　Ｃｒ：１７．１　〜１
９　　％、　Ｎｉ：　４．５〜７．５％、Ｍｏ：０．５
〜３％、Ｎｂ：Ｏｉ〜０．５％、Ｔｉ：０．０５〜０．
５％および通常の不純物を含有し、残部が鉄よりなり、
マルテンサイト十オーステナイト＋フェライト相を有す
る金属組織でオーステナイト相量が１０〜３５％残留し
てなる腐食疲労強度および耐エロージヨン性の優れた耐
海水材料であり、現用銅合金材より硬さが高いた約１エ
ロージョン性が優れており、又、海水中腐食疲労強度も
約１．５倍以上高いので、現用材の調合金製より小型、
軽量、高効率な海水用機器（プロペラ等）製作が可能と
なり、省エネルギーに寄与できるものである。

従来の銅合金の中で最も耐エロージヨン性の優れている
ニッケル・アルミニウム・青銅は１二ローション性に影
響する硬さがブリネル硬さで１５０〜１６０しかなく、
海水中のキャビテーションの激しい環境下での優れた１
二ローション性は期待できない。

これに対し、本発明材のブリネル硬さは２１７〜３２５
と優れている上、金属組織的に残留させた残留オーステ
ナイト相の加工硬化により耐エロージヨン性を約１．５
倍以上に向上させたものである。又、引張強さをニッケ
ル・アルミニウム・青銅が６６　ｋｇｆ／ｍｍ２である
のに対して、９５　ｋｇｆ／ｍｍ”以上と高めて海水中
の腐食疲労強度を１．５倍以上に向上させたものである
。高い腐食疲労強度を可能にしたものは、耐食性の基本
となるＣｒ量を１８％に保持したま＼Ｎ１当量（Ｎｉ＋
ＷＭｎ）を調節して金属組織上、マルテンサイト十オー
ステナイト＋フェライト相になるように各成分を調節し
ただ於てある。

本発明材の熱処理は鋳放し後、９００〜１０００℃で空
冷される。金属組織は主としてマルテンサイト相でオー
ステナイト量は耐力を低くするためと耐エロージヨン性
を向上させるため１０〜３５％（χ線測定法）内になる
ように調節される。オーステナイト量が１０％未満では
耐力の低下が望めず、３５％を越えると、耐力（０，２
％）が２０　ｋｇｆ／ｍｍ’程度と低くなり、良好な機
械的性質が得られないからである。

フェライト相は本発明材の良好な溶接性を保持するため
に必要であるが、３０％を越えると衝撃値が低下するの
でそれ以下が望ましい。

さらに、１０〜３５％の残留オーステナイト相の存在は
キャビテーション下での使用で残留オーステナイト相が
加工変態して耐エロージヨン性を著しく向上させる。

このように、本発明材は化学成分および金属組織を最適
条件に調整して、これまで得られなかった耐食性、腐食
疲労強度、耐エロージョン性、溶接性等についていずれ
も優れた性質を得ることができるようにしたものである
。

本発明材において、その合金組成を規定したのは以下の
理由による。

Ｃニクロム炭化物を形成し、粒界に析出して海水中の耐
食性を低下させて耐エロージヨン性および腐食疲労強度
を下げるので、その含有量を０．０８％以下とする。

Ｓｌ：溶解時の脱酸剤として０．１％以上の添加が必要
であるが、１．５％を越えると脆化をもたらすので、そ
の上限を１．５％にする。

Ｍｎ：Ｓｉと同様脱酸剤として０．１％以上の添加が必
要であるが、３％を越えると脆化するので上限を３％に
する。

Ｃｒ：この発明において耐食性を確保するのに最も重要
な元素でＣｒ量が増加するほど耐食性は向上する。又良
好な耐食性を保持するには１７．１％以上は必要である
ため下限を１７．１％以上とし上限を１９％にする。

Ｎｌニクロム添加量が上記の通り、１７．１〜１９％の
範囲にある時、良好な衝撃値を得るには最低４．５％の
Ｎｉが必要である。一方、Ｎｉ量が７．５％を越えると
オーステナイト量が、多くなって耐力の低下を招くので
その上限を７．５％とする。

ＭＯ＝耐食性の向上、特に孔食防止に有効な元素で、そ
の効果を発揮させるには０．５％以上の添加が必要であ
る。しかし、３％を越えると逆に強度が低く脆化が著し
いのでその上限を３％とする。

Ｎｂ：ＮｂはＣをＮｂ炭化物として固定して耐腐食性低
下の原因となるＣｒ炭化物の析出を抑制し、耐食性向上
に効果をもたらす。その効果を発揮するには０．１％以
上の添加が必要で０．５％を越えると衝撃値が低下する
ので上限を０，５％とする。

Ｔｉ　：　Ｎｂと同様Ｃを固定する元素であり、Ｎｂと
同時に複合添加するとＣｒ炭化物の析出防止に大きな効
果がある。Ｎｂと複合添加するので、その最低量は０．
０５％で十分であり、Ｔｉ量が多過ぎると鋳造性が低下
するので、その上限を０．５％とする。

〔実施例〕

次に、本発明材につき、その製造法を説明し、本発明の
詳細な説明する。

第１表は本発明材および比較材の化学成分を示したもの
で、供試材Ｎα１〜Ｎα４は本発明材、供試材Ｎα５〜
Ｎα１０は比較材、Ｎα１１は現在、海水材として最も
多く使用されている銅合金にッケル・アルミニウム・青
銅）で、その化学成分を第２表に示す。又、これら供試
材の機械的性質、金属組織および残留オーステナイト量
を第３表に示す。更に又、海水中腐食疲労強度およびエ
ロージョン減量を本発明材、比較材、現用材と共に第４
表に示す。

腐食疲労試験はウェラ〜式回転曲げ疲労試験機を用い、
試験片直径６゜Ｏｍｍ、回転数３４５Ｏｒｐｍ　、試験
繰返数２Ｘ１０１回、試験液は天然海水を使用し、試験
温度は常温で試験した。

エロージョン試験は超音波エロージョン試験機を使用し
、振動数６．５　ＫＨｚ　、振幅９５μｍ、試験液は海
水、試験温度２５℃、試験時間２時間の条件で試験した
。

金属組織中のオーステナイト量はｘＩｌ法で測定した。

第１表、第２表、第３表及び第４表より次のことが明ら
かである。

化学成分が本発明材外のＮｏ、　５〜Ｎα１０供試材は
海水中の腐食疲労強度が２３　ｋｇｆ／ｍｍ’以下と本
発明材の３０〜３２　ｋｇｆ／ｍｍ２に比較して著しく
低い。Ｎα５供試材はＮｉ　、　Ｎｂ量、ＮＣＬ　６供
試材はＣ、Ｍｏ　、　Ｃｒ　、　Ｍｎ量、Ｎα７供試材
はＣｒ　、　Ｔｉ量、Ｎｕ　８供試材は［’、Ｃｒ、Ｔ
ｉ量、Ｎｏ、　９供試材はＮｉ　、　Ｔｉ量、Ｎ（１１
０供試材はＣｒ、Ｎｂ量がいずれも本発明材以外である
。

耐エロージヨン性に影響する因子としては供試材の硬さ
だけでなく金属組織も大きな影響があるといわれている
。１８％Ｃｒ　−８％Ｎ１オーステナイトステンレスの
ように加工硬化によりマルテンサイト変態しやすいもの
は１工０−ジョン性が良好で水車等の補修に使用されて
いる。

しかし、オーステナイト系ステンレス鋼は引張強さ８０
　ｋｇｆ／ｍｍ２以下で高い腐食疲労強度は期待できな
い。

又、マルテンサイト系ステンレス鋼は強度は高いが、耐
エロージヨン性は、オーステナイト系よりや＼劣る。

したがって、本発明材ではオーステナイト系とマルテン
サイト系の欠点を解決するため、マルテンサイト相の基
地に残留オーステナイトを１０〜３５％残留させた。

オーステナイト量を１０〜３５％に限定したのは、１０
％未満ではオーステナイト相の加工変態による耐エロー
ジヨン性改善効果がないのと耐力が７０　ｋｇｆ／＋ｎ
ｍ”以上と高く溶断時の切断にき裂が発生しやすいため
である。オーステナイト量が３５％を越えると１二ロー
ション性は改善されるが、耐力が２２　ｋｇｆ／ｍｍ２
程度に低下し、高い腐食疲労強度を確保できないからで
ある。

第４表に供試材Ｎα６　（マルテンサイト１００％）、
供試材Ｎα８　（マルテンサイト中にオーステナイト７
．１％）、供試材Ｎα７　（マルテンサイト中にオース
テナイ）　４０．５％）の比較材のエロージョン減量を
オーステナイト量、海水中疲労強度と比較して示す。

供試材Ｎα８　（オーステナイト７．１％）のエロージ
ョン量は２３．２■と本発明材（オーステナイト量１０
〜３５％）の１０．５〜１６．０■に対して劣っている
。

以上、化学成分と共に金属組織をマルテンサイト十オー
ステナイト＋フェライト相とし、オーステナイト量を１
０〜３５％に限定した根拠が明らかになった。

これらの結果から明らかなとおり、本発明材は機械的性
質で９５　ｋｇｆ／ｍｍ２以上、腐食疲労強度３０　ｋ
ｇｆ／ｎｕｎ”を示すと共に耐海水材料として必要な耐
キャビテーションエロージヨン性も現用のニッケル・ア
ルミニウム・青銅に比較して優れたものである。

なお、本発明材は舶用プロペラ、各種ポンプインペラ、
高速艇用水中翼等に使用できる。

〔発明の効果〕

本発明によると、海水中で高い腐食疲労強さと優れた耐
エロージヨン性を有する材料が得られるので、本発明材
によって海水用機器（プロペラ、インペラ、水中翼等）
を製作すれば高強度と優れた耐食性、耐エロージヨン性
を発揮でき、軽量かつ、高効率化が可能となる機器が得
られ、その工業上の効果は極めて大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：
   ０．１〜３％、Ｃｒ：１７．１〜１９％、Ｎｉ：４．５
   〜７．５％、Ｍｏ：０．５〜３％、Ｎｂ：０．１〜０．
   ５％、Ｔｉ：０．０５〜０．５％および通常の不純物を
   含有し、残部が鉄よりなり、マルテンサイト＋オーステ
   ナイト＋フェライト相を有する金属組織でオーステナイ
   ト相量が１０〜３５％残留してなることを特徴とする耐
   海水材料。