JPH0524984B2 - - Google Patents

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JPH0524984B2
JPH0524984B2 JP58199058A JP19905883A JPH0524984B2 JP H0524984 B2 JPH0524984 B2 JP H0524984B2 JP 58199058 A JP58199058 A JP 58199058A JP 19905883 A JP19905883 A JP 19905883A JP H0524984 B2 JPH0524984 B2 JP H0524984B2
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JP
Japan
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strength
steel
toughness
corrosion
nitrogen
Prior art date
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JP58199058A
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JPS6092455A (ja
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Fumio Hataya
Koji Sato
Yasuyuki Akatsu
Mutsuo Suzuki
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は揚水発電用ポンプ水車、潮力発電用水
車及び海水ポンプ等、海水あるいは河川水を利用
する水力機器で耐食性、靭性、強度特に腐食疲労
強度及び溶接性のすぐれたランナ鋳鋼材及びガイ
ドベーン鋳鋼材に関する。 〔発明の背景〕 炭素0.07%以下、けい素0.1〜2%、マンガン
0.1〜4%、クロム10〜15%、ニツケル2〜7%、
モリブデン0.1〜3%チタニウム、ニオブ、タン
タルを一種以上合計0.01〜1%、窒素0.05%以下
を含み、残部鉄なるプロペラ用ステンレス鋳鋼が
特公昭51−29086にて公知である。このプロペラ
用大型鋳鋼では熱処理時の冷却速度が小さく、ひ
ずみ取り焼鈍を行なつても靭性が低いので、ポン
プ水車用には適さない。 また炭素0.03〜0.25%、けい素0.01〜0.7%、マ
ンガン0.25〜2.0%、ニツケル4〜8%、クロム
11〜14%、モリブデン0.5〜3.5%残部鉄なる鋼も
公知であるが、腐食疲労強度が十分でない。 〔発明の目的〕 本発明の目的は14Cr−5Ni−1Mo−0.25Nbプ
ロペラ用鋳鋼より靭性が高く、かつ13Cr−5Ni−
1.5Mo鋳鋼より腐食疲労強度のすぐれた15Cr−
6Ni−2Mo−Nb−N系または15Cr−6Ni−2Mo
−V−N系でフエライト及びオーステナイトを含
むマルテンサイト鋳鋼を提供することである。 〔発明の概要〕 海水や河川水等で使用される機器では耐食性が
優れていることが必要であるが、発電用ポンプ水
車ランナやガイドベーンでは強度設計上、耐力及
び腐食疲労強度の高いことが重要であり、またラ
ンナは大型回転構造物であるので靭性の高いこと
が重要である。 第1図は本発明が適用される水車ランナの断面
図である。第1図にみられる如く、ランナはクラ
ウン2とシユラウドリング4の間に複数の羽根3
が設けられるが、この肉厚の部分は特にクラウン
ボス1とよばれる。このランナは海水あるいは河
川水中でポンプ及び水車として高速回転するた
め、耐力、引張強さの他、靭性及び腐食疲労強度
が高いことが極めて重要である。これらのランナ
がガイドベーンは通常鋳鋼で溶製されるが、鋳鋼
は微小欠陥を含むのでその補修溶接が必要であ
り、また特に大型のポンプ水車では分割鋳造し溶
接質造により一体化するので、溶接性がすぐれて
いることが重要である。 本発明は上記事情にかんがみ、海水耐食性、強
度、靭性及び溶接性のすぐれた15Cr−6Ni−2Mo
系からなり、更にNb、V、Nを含むマルテンサ
イト系鋳鋼に関するものである。 組成は重量%で炭素0.02〜0.07%、けい素0.2〜
0.6%、マンガン0.3〜0.8%、ニツケル4.5〜6.8%、
クロム15.2〜16.5%、モリブデン1.8〜2.8%、残
部鉄及び不純物とからなり、さらにニオブ0.05〜
0.3%またはバナジウム0.05〜0.3%のいずれかと
窒素0.055〜0.09%とを含む。 成分限定理由は次の通りである。 炭素は鋼の焼入性及び強度を増すのに必要な元
素であり、0.02%より少なくてはこれらの作用が
十分でなく、十分な強度が得られない。また多い
程これらの作用は増すが、0.07%を越えると結晶
粒界にクロム炭化物を析出し、炭化物周囲のクロ
ム濃度が減少して海水耐食性が低下し、また溶接
性も低下するので、炭素は0.02〜0.07%とする。
0.03〜0.06%が好ましい。 けい素は脱酸剤として添加し、また基地を強化
する。0.2%より少なくてはそれらの作用が不十
分であり、また0.6%を超えると脆くなり、クロ
ム量との組合せによつてはデルタフエライトを多
くして更に脆くなる。したがつてけい素は0.2〜
0.6%とする。 マンガンは脱酸、脱硫剤として添加し、また基
地を強化する。0.3%より少なくてはこれらの作
用が不十分であり、また0.8%を超えてもその効
果は飽和し、靭性低下を生ずるので0.3〜0.8%と
する。 ニツケルは焼入性を増して強度を上げ、残留オ
ーステナイトを生じて靭性を増し、かつ溶接性を
向上させる。4.5%より少なくてはこれらの作用
が不十分であり、また6.8%を超えると残留オー
ステナイト量が増えて強度特に耐力が低下するの
でニツケルは4.5〜6.8%とする。この中でも5.5〜
6.5%が好ましい。 クロムは海水耐食性を増し、また焼入性を増し
て強度を上げるのに重要な元素である。15.2%よ
り少なくてはこれらの作用が不十分であり、また
16.5%より多くなるとデルタフエライトの析出が
多くなり、脆くなるので15.2〜16.5%とする。 モリブデンは強度及び海水耐食性を増し、1.8
未満では耐食性が不十分であり、モリブデン増加
と共に強度及び耐食性は向上するが、2.8%を超
えると靭性が低下するのでモリブデンは1.8〜2.8
%とする。この中で2.0〜2.6%が好ましい。 ニオブ及びバナジウムは、炭化物、窒化物を形
成してクロム炭化物、窒化物の析出を防ぎ、耐食
性を向上する。また強度を向上し、結晶粒を微細
化して靭性を向上する。0.05%より少なくてはこ
れらの作用が十分でなく、また0.3%より多くな
るとかえつて靭性が低下するのでニオブ及びバナ
ジウムは夫々0.05〜0.30%とする。Nb、Vとも
各々0.07〜0.2%が好ましい。靭性の点ではバナ
ジウムの方が望ましい。 窒素は強度及び耐食性を向上し、また残留オー
ステナイトを多くして靭性を向上する。大気溶解
材で12〜16%Crを含むものは通常0.02〜0.04%の
窒素を含み、Cr量の多い18Cr−8Ni系鋼ではこれ
より窒素量が多くなる。従つて大気溶解をする場
合は特に窒素を添加しなくても良いが、強度靭性
及び耐食性の更にすぐれたものを得る場合には
0.055%未満では効果が小さいので0.055%以上添
加する必要がある。一方0.09%を超えると鋳造時
にブローホールが発生し易くなり、かつ靭性が低
下するので窒素は0.055〜0.09%とする。0.055〜
0.08%が好ましい。 水車ランナは大型回転体であり、高靭性が要求
される。即ち靭性が低いと鋳造欠陥や腐食孔より
破壊に至り、また腐食部より発生した腐食疲労き
裂の進展速度が大きく、信頼性が低下する。これ
らを防ぐには衝撃値6Kg−m/cm2以上必要であ
り、9Kg−m/cm2以上が望ましい。 〔発明の実施例〕 以下実施例によつて本発明の内容を説明する。
第1表に用いた材料の化学組成を示す。試番1及
び2は残留オーステナイトを含むマルテンサイト
鋼であり、試番3は少量のフエライトを含むオー
ステナイト鋼である。試番4及び5は本発明鋼よ
り少い量の窒素を含み、ニオブ、バナジウムが添
加されていないマルテンサイト系ステンレス鋼で
ある。試番6はニオブ、窒素を含み、また試番7
はバナジウム、窒素を含むが、それぞれ窒素含有
量が本発明鋼より少ない鋼である。試番8はニオ
ブ、バナジウムを含まず、窒素含有量が本発明鋼
の成分範囲にある鋼である。そして試番6、7及
び8は、それぞれ35〜45%の残留オーステナイト
及び5%以下のフエライトを含むマルテンサイト
鋼である。試番9はニオブと窒素とを含む本発明
鋼であり、また試番10はバナジウムと窒素とを含
む本発明鋼であり、いずれも35〜45%の残留オー
ステナイト及び5%以下のフエライトを含むマル
テンサイト鋼である。 これらは高周波炉で大気中溶解し、砂型に100
Kg鋳造した。マルテンサイト系は1000℃で拡散焼
なまし後、980℃空冷焼準し、600℃×5h空冷の
焼戻しを行なつた。焼準時の冷却速度は約800
℃/hであり、これは実機ランナーを強制冷却し
た場合の冷却速度に近い。オーステナイト鋼は
1060℃により水冷する溶体化処理を行なつた。 浸漬腐食実験はASTM−D−1141−52による
人工海水中に30×60×5mm試験片を1000時間浸漬
し、腐食減量を求めた。第2図にその結果を示
す。従来のマルテンサイト鋼試番1及び2はクロ
【表】 ム及びモリブデン量が少ないため腐食量が多い
が、試番4及び5はクロム、モリブデン量が多く
腐食量が少ない。マルテンサイト鋼試番6〜8と
本発明のマルテンサイト鋼試番9及び10はクロム
及びモリブデン量が多く、かつニオブ、バナジウ
ム及び窒素の1種または2種を含み、腐食量は試
番4及び5よりさらに少なく、モリブデンを含ま
ないオーステナイト鋼試番3と同等以上の耐食性
を示す。 次に室温引張試験における0.2%耐力、引張強
さ及び0℃における2mmVノツチ試験片によるシ
ヤルピー衝撃値を測定した。更に回転曲げ腐食疲
労試験を行なつた。これは疲労試験中、試験片に
人工海水を滴下し108回腐食疲労強度を求めた。 第2表にこれらの各種強度及び靭性を示す。従
来のマルテンサイト系鋳鋼試番1及び2は耐力、
引張強さ及び衝撃値は十分な値を示すが、腐食疲
労強度が10〜13Kgf/mm2と低い。一方オーステナ
イト系鋳鋼の試番3は衝撃値は非常に高いが、耐
力が低く、腐食疲労強度も14Kgf/mm2で試番2よ
りりわずかに高い程度である。 また、クロム及びモリブデンが多い試番4及び
5は引張り強さ及び衝撃値が高いが、腐食疲労強
度は16〜16.5Kgf/mm2である。 試番6、7、8は試番1、2及び4に比べれば
耐力が少々低下す
〔発明の効果〕
本発明鋼は15Cr−6Ni−2Mo系鋼にNと、Nb
またはVとを複合添加したものであるので、従来
鋼に比べ海水耐食性、靭性及び腐食疲労強度がす
ぐれ、かつ溶接が容易であり、水車のランナやガ
イドベーンに適用すれば信頼性及び経済性の点で
有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の対象である水車ランナの断面
図、第2図は従来鋼及び本発明鋼の人工海水中浸
漬による腐食減量を示す図である。 1……クラウンボス、2……クラウン、3……
羽根、4……シユラウドリング。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量比で炭素0.02〜0.07%、けい素0.2〜0.6
    %、マンガン0.3〜0.8%、ニツケル4.5〜6.8%、
    クロム15.2〜16.5%、モリブデン1.5〜3%を含
    み、かつニオブ0.05〜0.3%及びバナジウム0.05〜
    0.3%のうちのいずれかと窒素0.055〜0.09%とを
    含み、残部が鉄及び不純物からなることを特徴と
    する水車用鋳鋼。
JP58199058A 1983-10-26 1983-10-26 水車用鋳鋼 Granted JPS6092455A (ja)

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