JPH0517301B2

JPH0517301B2 -

Info

Publication number: JPH0517301B2
Application number: JP59149404A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Ozaki; Tsutomu Konuma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1993-03-08
Also published as: JPS6130655A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明は、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン
性と耐海水腐食性に優れ、特に海水ポンプのイン
ペラに好適なステンレス鋳鋼に関する。〔発明の背景〕最近、海水ポンプや海水揚水発電用水車（以下
海水ポンプと記す）が高速化、小型化、高揚程化
されるに伴いインペラ（以下水車も含む）のキヤ
ビテーシヨン・エロージヨン損傷が目立つて発生
しはじめ、ポンプ寿命を左右する状態にまで致つ
た。一方、従来のポンプインペラは13Cr、Ni含
有−13Crおよび18Cr−8Ni系ステンレス鋼が用い
られて来たが、上述のように耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性および耐海水腐食性が不十分
である。これらを満すため、オーステナイト相あ
るいはイプシロン相からなるステンレス鋼（例え
ば特開昭57−152447号）が提案されているが、耐
キヤビテーシヨン性や耐海水腐食性が不十分であ
り、鋳造性、溶接性についても配慮されていな
い。〔発明の目的〕本発明は上記に鑑みてなしたもので、耐ギヤビ
テーシヨン・エロージヨン性と耐海水腐食性に優
れるとともに鋳造性・溶接性も良好なステンレス
鋳鋼を提供することを目的とする。〔発明の概要〕本発明のステンレス鋳鋼はＣ；0.01〜0.05％、
Si；0.1〜1.5％、Mn；0.4〜５％、Ni；0.5〜4.5
％、Cr；15〜18.5％、Mo；２〜４％、Co；3.5〜
７％、Ｎ；0.01〜0.15％、残部が実質的にFeより
なり、Ni当量；18〜26％、Cr＋3.3Mo％；21.6〜
29％、フエライト相；0.5〜30％、マルテンサイ
ト相；40％以下、残部がオーステナイト相あるい
はイプシロン相であることを特徴とするもので、
鋳造性・溶接性に加え、耐海水腐食性に優れるも
のである。尚、本願明細書において、“％”は“重量％”
を意味する。また“Ni当量”は“Ni％＋0.65Cr
％＋0.98Mo％＋1.05Mn％＋0.35Si％＋12.6C％”
を意味する。次に、成分組成および金属組織を限定した理由
を述べる。〔Ｃ〕耐海水腐食性において優れた鋳鋼を得るべく、
Ｃ量は0.01〜0.05％添加する。ここでＣが0.01％未満では強度が小さく実用的
でなく、また0.05％を超えると耐海水腐食性が悪
化するので本範囲に限定した。〔Si〕 CrおよびMoの含有量を増加させ、耐海水腐食
性を確保、同時にNi油量の増大を抑制するため
にNi当量元素であるSiは少ない程良い。しかし
鋳造性を確保する必要であるので、0.1〜1.5％添
加する。ここでSiが0.1％未満では鋳造性の低下が著し
く、1.5％を超えるとNi当量の増大抑制上実用的
でないので本範囲が望ましい。〔Mn〕 Siと同様の理由により少ない程良い。一方、硬
質の加工誘起マルテンサイト相を得るには多量に
添加することが望ましい。またNi当量との関係
を守る必要があり、0.4〜５％添加する。ここで、Mnが0.4％未満では上記の硬質の加工
誘起マルテンサイト相を得る効果が実用上小さ
く、Mnが５％を超えるとNi当量が増大し過ぎて
Ni添加量が制限され実用性に欠けるので本範囲
が望ましい。〔Ni〕添加理由はMnと同様である。一方、耐海水腐
食性を向上させる上で必要である。0.5％未満で
はNi当量の確保あるいは溶解素材の選定上実用
的でない。よつて0.5〜4.5％添加する。またNiが4.5％を超えるとNi当量が大きくなり
過ぎ、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性が確
保しにくい。よつて上記範囲が好ましい。〔Cr〕 Ni当量およびCr＋3.3Mo％量を確保する上で
必要である。また、15％未満では耐海水腐食性が
著しく損なわれると共にδ−フエライト相が増大
してオーステナイト相が減少するので、加工誘起
マルテンサイト相へ生成量が少なくなる。18.5％
を超えると適正Ni当量を確保しながらMoを添加
することが困難となる。よつて15〜18.5％添加す
る。〔Mo〕添加理由はCrと同様である。２％未満では耐
海水腐食性が著しく損なわれる。また、４％を超
えると耐海水腐食性の効果が飽和し経済的でな
い。よつて２〜４％添加する。〔Co〕耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性の向上に
顕著な効果があるが７％を超えて添加しても効果
は飽和し経済的ではない。また3.5％未満では効
果が乏しい。よつて、3.5〜７％添加する。〔Ｎ〕 Coの添加理由と同様、オーステナイト相の安
定に有効であるが加工誘起マルテンサイトの生成
を促進すると共に、耐海水腐食性の向上に有効で
ある。Ｎを添加する場合、Ｃは0.01〜0.05％の添
加にとどめる。Ｎが0.01％未満では耐海水腐食性
に効果がなく、0.15％を超えると固溶化熱処理温
度域で固液限以上となり耐海水腐食性が低下す
る。よつて0.01〜0.15％添加する。〔フエライト相〕 0.5％未満では鋳造時および溶接時に高温割れ
が発生する。また、30％を超えるとオーステナイ
ト相が少なく、加工誘起マルテンサイト相の生成
量が原理的に多くとれば耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性の向上が期待できない。よつて0.5
〜30％とした。〔マルテンサイト相〕 40％を超えるとNi当量が16〜18である場合、
加工誘起マルテンサイト相の生成量が減少し、耐
キヤビテーシヨン・エロージヨン性が向上しな
い。よつて40％以下とした。〔Ni当量〕後述するように、Ni当量の最適化は耐キヤビ
テーシヨン・エロージヨン性の確保に極めて重要
であつて、ＣとＮが存在する本願発明に係る鋼種
では18〜26とした。すなわち各範囲の下方又は上方をはずれた範囲
では共にマルテンサイト変態が生じにくくなり、
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性が著しく低
下することで実用的でなくなる。〔Cr＋3.3Mo％〕上記〔Cr〕及び〔Mo〕に記したように、耐海
水腐食性の確保上、その値が21.6％以上を必要と
し、29％以上ではNi当量を必要以上に増大させ
て、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を著し
く低下させる。〔発明の実施例〕次に本発明の実施例を説明するが、説明に先立
ち本発明の基本的な考え方を説明する。第１表に実験に用いた試料（公知材料も含む）
の化学組成を示す。表より材料No.Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
およびＥはCo含有量がそれぞれほぼ０％、２％、
４％、６％および８％である。また材料Ｆは
Co：６％でＮが添加してある。これらの材料の
キヤビテーシヨン・エロージヨン特性（壊食量）
および腐食減量は表に示すとうりである。次に第１表のキヤビテーシヨン・エロージヨン
試験結果を第１図にまとめる。ここでは、材料No.
毎にＣ含有量とNi当量に対する壊食量を４段階
に分類して示した。図より、Co：０％の場合に
おける壊食量は、Ｃ含有量が高く、Ni当量が22
以下の場合、概略40mg以下となるものの、Ｃ含有
量が0.1％、Ni当量が22以上では40mg以上である
ことがわかる。一方、Co含有量が２％、４％、
６％および８％と増すに伴い、Ｃ含有量とNi当
量の関係において、壊食量の低下が見られる。そ
して、これらの測定値より、予想される各壊食量
レベルのバンド、たとえば10〜20mg（図中△印）
はCo含有量が６％の場合、最も低Ｃ含有量側に
位置している。また、キヤビテーシヨン試験後の
材料硬さをその断面より測定した。その結果、表
面より0.02mmの位置における硬さは、壊食量の小
さい材料程硬く、最大でHv＝630にも達してい
た。この傾向はNi当量が18〜24で、Ｃ含有量の
高い程顕著であつた。また、Ｃ含有量が同じ時は
Ni当量が21に近づく程、Ｃ含有量とNi当量が同
等の時はCo含有量が６％に近づく程、共に硬さ
が高く、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性と
良い相関が見られた。次に金属組織変化に注目す
ると、Ni当量が24から大きくなるに伴い試験前
後共にオーステナイト相が安定に存在するもの
の、Ni当量が21前後では試験前大部分オーステ
ナイト相であつても、試験後90％以上マルテンサ
イト相になつていた。Ni当量が18以下では試験
前において大部分マルテンサイト相であり、試験
後マルテンサイト相が多少増すにとどまつてい
た。そして、この傾向はCo含有量が４〜８％、
なかでも６％のとき最も顕著であつた。

【表】

【表】以上の事実は耐キヤビテーシヨン・エロージヨ
ン性が主にＣ含有量と材料のマルテンサイト相変
態能によつて決定されることを示しており、キヤ
ビテーシヨン衝撃によつて材料が加工を受けた
時、硬い硬化層の生成しやすい材料が優れた耐キ
ヤビテーシヨン・エロージヨン性を示すものと判
断される。そして、Ｃは一定量の加工誘起マルテ
ンサイト相が生成した場合、その硬さ上昇に有効
に作用し、Ni当量は加工誘起マルテンサイト相
の生成しやすさ（Ni当量最大の場合、オーステ
ナイト相が安定、Ni当量が小の場合、当初より
オーステナイト相あるいはフエライト相で共に有
効がない）に作用するものと思われる。またCo
はオーステナイト相生成元素でありながらMd点
の低下割合が小さく、オーステナイト相生成範囲
を拡大すると共に、、加工誘起マルテンサイト生
成範囲を増大する。また本材料に0.4〜5.0％添加
した。Mnの効果は良く知られているように、加
工誘起マルテンサイト相の硬さ上昇に有効な作用
がある。よつて、Ｃ以外については本発明に係る
合金組成が耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性
に有効である。次に耐食性について述べる。第１表に示した腐
食減量を整理して第２図に示す。ここではCo含
有量が、６％の場合について示した。第２図よ
り、腐食減量はCr＋3.3Mo量およびオーステナイ
ト相含有量でよく整理され、Cr＋3.3Mo量および
オーステナイト相含有量が60％以上の場合、Cr
＋3.3Mo量が21.6％以上でSCS13相当以上の耐食
性が得られる。以上のことはCo含有量が４〜８
％であつてもほぼ同様であつた。また、Ｃ含有量
については、0.1％以上では600〜750℃×１〜
10hrの熱処理範囲でオーステナイト粒界およびオ
ーステナイト〜フエライト粒界にそつて、500〜
600℃×１〜10hrの熱処理範囲でマルテンサイト
葉にそつて選択腐食（粒界腐食）が見られ、Ｃ含
有量が増す程、激しく腐食する。また、Ｃ固溶限
の0.15％以上では固溶化処理材でさえ、オーステ
ナイト粒界にそつた選択腐食が見られる。以上より、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン
性および耐海水腐食性を満足するためには、Ｃ；
0.01〜0.10％が望ましく、特に0.01〜0.05％のＣ
量ならば耐海水腐食性の更に優れた鋳鋼が得られ
る。次に本発明の具体的実施例を説明する。前述の考え方を基にして作成した本発明の鋳鋼
の化学組成と測定結果を第２表に示す。キヤビテ
ーシヨン・エロージヨン試験は電歪振動式キヤビ
テーシヨン・エロージヨン試験装置を用い、
6.3KHz、1120μm振幅、25℃の３％食塩水中で２
時間試験して求めた。鋳鋼の大きなキヤビテーシ
ヨンに接する面積が3.8cm²である。腐食試験は耐
海水腐食性２の相関性が良い0.8％FeCl₃＋0.5％
HCl溶液であり、室温で1200hr浸漬し重量減によ
り求めた。鋳鋼の大きな20×30×3tである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、耐キヤビ
テーシヨン・エロージヨン性を耐海水腐食性に優
れるとともに鋳造性・溶接性も良好なステンレス
鋳鋼が得られ、本鋳鋼を例えば海水ポンプのイン
ペラ材料として使用すればその寿命が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の材料の基本的な考え方を説明
するための各種材料のNi当量とＣ含有量とにお
いて壊食量を示す図、第２図は、同様に各種材料
のCr＋3.3Moと腐食減量との関係を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ；0.01〜0.05％、Si；0.1〜1.5％、Mn；0.4
〜５％、Ni；0.5〜4.5％、Cr；15〜18.5％、
Mo；２〜４％、Co；3.5〜７％、Ｎ；0.01〜0.15
％、残部が実質的にFeよりなり、Ni当量〔Ni％
＋0.65Cr％＋0.98Mo％＋0.05Mn％＋0.35Si％＋
12.6C％〕；18〜26％、Cr＋3.3Mo％；21.6〜29
％、フエライト相；0.5〜30％、マルテンサイト
相；40％以下、残部がオーステナイト相或いはイ
プシロン相であることを特徴とする耐キヤビテー
シヨン・エロージヨン性と耐海水腐食性に優れた
ステンレス鋳鋼。