JPH0576532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は耐腐食性および耐摩耗性の両方をもつ
耐腐食性および耐摩耗性白鋳鉄に関する。 （従来の技術） 本出願人は以下の米国特許、すなわち米国特許
第2212496号、第2311878号、第2323120号、第
3165400号、第3250612号、第3876475号および第
3941589号および1931年発行の英国特許第362975
号を知つており、これらの内容を参考のために本
明細書に記載する。 （発明が解決しようとする課題） 腐食環境の下で用いられる装置は通常ステンレ
ス鋼またはその他の高合金材料から構成される。
これらの合金は清浄な流体内では優秀な貢献をな
す。しかしながら、中速度から高速度の腐食性ス
ラリー、摩耗粒子を含む流体にさらされると、こ
れらの材料は耐摩耗性が貧弱であるために十分機
能しない。 摩耗性スラリー環境の下で用いられる装置は通
常耐摩耗性鉄によつて構成される。耐摩耗性鉄は
中性のスラリーにおいて優秀な貢献をなす。しか
しながら、もしスラリーがわずかに酸性となる
と、これらの材料は耐腐食性が不充分であるため
に短い期間で溶損してしまう。 （発明の構成および目的） 本発明の合金は酸性スラリーを処理するための
耐腐食性および耐摩耗性の優秀な組合わせを提供
するものである。 このような材料を必要とする用途は湿式法の燐
酸の製造がある。プロセス（方法）の初期工程は
原料の燐酸鉱石に濃縮硫酸を反応させることであ
る。反応生成物は、化学的不純物および固体不純
物の両方を随伴する燐酸および硫酸カルシウムで
ある。代表的な生成スラリーの分析値は42％の燐
酸、10％以下の塩素およびフツ素不純物、約2.5
％の硫酸および30％ないし40％の固体である。固
体は大部分硫酸カルシウムおよび珪酸脈石（高摩
耗性である）である。粗（raw）酸生成の操作温
度およびスラリー温度は通常は50℃以上であり、
代表的には80℃である。本発明の合金は、ステン
レス鋼または耐摩耗性鉄のいずれと比較してもこ
の環境下の流体処理装置および濾過装置に対して
著しく改良した寿命を与えることが期待できる。 本発明の利点は鋳放しおよび時効硬化状態の両
方において高クロムフエライト系白鋳鉄（以下
「合金」と言うこともある）が耐腐食性および耐
摩耗性を持つことにある。 したがつて、本発明の目的は、酸性スラリー中
で耐摩耗性および耐熱腐食性の両方を持つ白鋳鉄
を提供することにある。 本発明の他の目的は、湿式法の燐酸製造に共通
な環境に対して耐性のある合金を提供することに
ある。 本発明の他の目的は、鋳造できかつ硬化でき
る、耐腐食性および耐摩耗性を有する白鋳鉄を提
供することにある。 本発明の合金は、タングステン及びモリブデン
の少なくとも一種を含有する高クロム白鋳鉄であ
る。代表的には、0.75％ないし1.5％の炭素、0.85
％以下のシリコン（珪素）、2.0％ないし2.5％の
マンガン、2.0％ないし3.0％のモリブデン、0.99
％ないし2.0％の銅、0.5％ないし1.0％のタングス
テン、24％ないし30％のクロムを含有し残りは通
常の不純物を含む鉄である。 本発明のタングステン含有白鋳鉄は26％ないし
28％のクロム、0.9ないし1.2％の炭素、0.4％ない
し0.75％のシリコンおよび0.5％ないし１％のタ
ングステンを含有する。 炭素含有量が0.9％未満であると、耐摩耗性を
有する複炭化物の分散相が形成されないか、ある
いは炭化物量が十分ではない。さらに炭素含有量
が0.9％未満であると、炭化物が網状に形成され、
延性および耐摩耗性が低下する。一方炭素含有量
が1.2％を超えるとフエライト系マトリツクスが
維持されなくなり、オーステナイトやパーライト
が生成する。オーステナイトは焼入れの際耐腐食
性が低いマルテンサイトに変態する。 タングステンの含有量は、クロム含有量との関
連で優先的にタングステンの炭化物が形成され、
炭化物中のタングステンが炭化物中のクロムをマ
トリツクスに放出するように定められる。また、
タングステンは非常に硬い炭化物相を形成し、耐
摩耗性を高める。タングステンの含有量が0.5％
未満では炭化物からのクロムの放出および炭化タ
ングステンの形成が顕著でない。一方タングステ
ンの含有量が1.0％を超えると、炭化物の優先形
成傾向が損なわれる。 クロムの含有量は26％未満ではフエライト系マ
トリツクスの維持が困難になり、一方28％を超え
るとタングステンによるクロムを炭化物から放出
する作用が顕著でなくなり、かつ炭化物による耐
摩耗性向上も少なくなる。 シリコンは溶融合金に流動性を加えるが、シリ
コンは、酸性媒体特にハロゲンイオンを含む媒体
において、合金の耐腐食性を減じるので、シリコ
ンは、合金の鋳造性を減じない限りできるだけ少
量含むべきである。シリコン含有量をできるだけ
低くしつつ溶融合金の良好な鋳造性を維持するこ
とが好ましい。シリコンは0.4％未満では鋳造性
が劣り、0.75％を超えると耐腐食性が劣る。 モリブデン含有白鋳鉄の鉄の次の主要な合金成
分は重量で26％ないし28％のクロムである。全合
金重量に基づいて通常６−８％の部分のクロム
は、耐摩耗性を与える約1400ビツカース硬度の極
めて硬いクロム複炭化物クロムとして存在する。
クロムの残りは、全合金重量に基づいて約20％の
比較的高い含有量でマトリツクス中に固溶して存
在し、酸化環境で耐腐食性を与える。クロムは、
タングステン含有白鋳鉄の場合と同様の理由によ
り26ないし28％に限定される。 炭素含有量は0.75％ないし1.5％に維持され、
好ましくは0.9ないし1.2％、さらに好ましくはこ
の範囲の下限の値である。炭素含有量が高過ぎる
とフエライト以外の相が存在する二相マトリツク
スとなる。第２相は、パーライトまたは耐腐食性
が貧弱なマルテンサイトにその後転移されるオー
ステナイトである。0.75％未満の炭素含有量は延
性を損なう網状炭化物の形成を促進する。 モリブデン含有量は2.0％ないし３％に維持さ
れる。モリブデンは強力な炭化物の生成元素であ
り、クロムよりも優先的に炭素と反応し、マトリ
ツクスに多量のクロムを放出する。炭化モリブデ
ンはビツカース硬度で約1500の極めて高硬度であ
り、耐摩耗性を改良する。マトリツクス中に存在
するモリブデンは全合金重量に基づいて約1.8お
よび2.7％であり、分散相内に存在するモリブデ
ンは全合金重量に基づいて0.2ないし0.3％であ
る。マトリツクス中に存在するモリブデンは全体
的な耐腐食性を高め、またハロゲン不純物を含む
環境下で孔食に対して耐性を与える。 銅は燐酸および硫酸のような酸化環境内で耐腐
食性を改良することが知られている。合金の全重
量に基づいて0.99％ないし2.0％の銅はマトリツ
クス内に存在し、残りの銅は分散相に存在する。
銅の含有量が0.99％未満では耐熱腐食性の改善が
不十分であり、銅が2.0％を超えるとフエライト
系マトリツクスの維持が困難になる。 マンガンは不純物の一つである硫黄の悪影響を
緩和する。マンガンの含有量が2.0％未満ではそ
の効果が少なく、一方2.5％を超えるとフエライ
ト系マトリツクスの維持が困難になる。 硫黄、燐等の物質は、合金の特性に有害特性を
与える値以下に抑えられるべきである。モリブデ
ン含有白鋳鉄においては好ましくは、そのような
不純物は全体で0.2％以下である。 タングステンおよびモリブデン含有白鋳鉄は、
フエライト系マトリツクスに高合金炭化物相が分
散した組織を有し、24ないし30％のクロムと、
0.75ないし1.5％の炭素と、0.85％以下のシリコン
と、2.0ないし2.5％のマンガンと、2.0ないし3.0
％のモリブデンと、0.5ないし1.0％のタングステ
ンと、0.99ないし2.0％の銅と、を含有し、残部
が鉄と通常の不純物からなり、モリブデンとタン
グステンの一部は前記高合金炭化物相内に存在
し、残部はフエライト系マトリツスに存在してお
り、高温酸性スラリーに対して耐腐食性および耐
摩耗性を有することを特徴とする。 タングステン及びモリブデン含有白鋳鉄におい
て炭素、マンガン、モリブデン、銅などの合金元
素はモリブデン含有白鋳鉄の場合と同様の理由に
より含有量が特許請求の範囲に記載された値に限
定される。又、0.5％ないし1.0％のタングステン
添加物は約2400ビツカース硬度を有する硬質炭化
タングステンの形成を促進し、耐摩耗性を著しく
改良する。タングステンはクロムに優先して炭化
物を形成し、余分なクロムをマトリツクスに解放
し、耐腐食性を改良する。マトリツクス中に存在
するタングステンの全割合は合金の約0.4ないし
0.8％であり、分散相内に存在するタングステン
の割合は全合金に基づいて約0.1ないし0.2％の間
である。タングステンは析出硬化反応生成物に含
まれてもよい。クロムは24％未満ではフエライト
組織の維持が困難になり、一方30％を超えるとタ
ングステンとモリブデンの両者によるクロムを炭
化物から放出する作用が顕著でなくなり、かつ炭
化物による耐摩耗性向上も少なくなる。 合金の残りは、鉄燐および硫黄である。 上記のように割合を特定した合金元素の組合わ
せは、高クロムフエライト系マトリツクス内に、
合金に対して約30％の不連続複合相が分散したミ
クロ組織を与える。不連続相は、合金に対して極
めて高い硬さと耐摩耗性を与える炭化クロム、炭
化モリブデンおよび炭化タングステンを含む高合
金炭化物相である。耐摩耗性は、低温時効硬化熱
処理によつて耐腐食性の劣化を伴わずにまたはほ
んのわずかな耐腐食性の劣化を伴つて、さらに高
められる。低温時効硬化によつてもマトリツクス
はフエライト組織を維持する。鋳放しまたは時効
硬化のいずれかの状態の合金はすぐれた耐腐食性
および耐摩耗性を兼備する。合金は標準的鋳造工
場で容易に鋳造でき、機械的回転装置に対する適
当な強度および延性を有する。 鋳放しの合金は、フエライト系マトリツクスと
主にクロム、モリブデンおよびタングステンの炭
化物が含まれる高合金炭化物の不連続相との２相
組織を呈する。不連続相は合金の約20ないし40％
の間好ましくは約30％である。鋳放し合金は酸性
化した燐酸鉱のスラリーの吐出用装置の部品、器
具などのような用途において耐腐食性及び耐摩耗
性の優秀な組合わせを呈する。本発明の合金はま
た耐摩損性が重要である用途に対しても適してい
る。 本発明の合金は例えば約600〓（316℃）ないし
1800〓（982℃）で約２ないし４時間の低温析出
硬化熱処理で硬化されてもよい。表および表
に示す本発明の材料は約900〓（482℃）で約６時
間硬化させられた。硬化した合金は、ほとんど耐
腐食性を失うことなく、改良した耐摩耗性を与え
る。硬さはロツクウエル硬度Ｃで30から40の間で
変化する。 以下の表は従来の合金と比較した本発明の観念
の内で形成した合金の実施例を示す。CF8Mおよ
びCD4MCu合金は市販の鋳造ステンレス鋼であ
る。15Cr−3Mo鉄は市販の耐摩耗性鋳鉄である。
これはクロツクウエルＣ硬度で65に焼入れ、焼戻
しされたものである。 表Ａに示す実験材料は、成分を適当な割合に
従来の電気炉内で溶融し、脱酸し、従来の重力鋳
造技術を用いて、鋳造することによつて作られ
た。鋳造材料は表および表に示す試験を受け
た。 表は表に示す環境下でこれらの合金の腐食
試験素材の比較を要約する。合金は従来通りの試
験素材として調製され一連の腐食試験を受けた。
試験は90℃で燐酸中で96時間実施された。燐酸は
フロリダ燐酸岩を用いて燐酸肥料を製造するのに
用いられる酸の代表的な粗燐酸であつた。酸は42
パーセントのH₃PO₄に約1.25パーセントのフツ素
イオンを含んでいた。この酸組成は燐酸環境で出
会う代表的なものである。 表から明らかなように、本発明の新規な特定
の合金は静的腐食試験においては従来の鋳造材料
と同等になつている。42％のH₃PO₄は燐酸製造
において出会う環境の代表的なものである。表
において、多数の合金が腐食および摩耗の複合作
用を受けた。試験は研究所の試験スタンドで行わ
れた。試験片はほぼ９インチ（22.9cm）の直径を
持つ鋳造した４ブレードプロペラであつた。各プ
ロペラは22.7フイート（6.8ｍ）／秒の先端速度
となる578RPMで酸性スラリー内で回転させられ
た。スラリー成分は20％重量固体（SiO₂）、2.5％
硫酸（PH＝０）であつた。試験温度は50℃であつ
た。試験期間は24時間であつた。明らかに、本発
明の合金は酸性スラリー中の腐食および摩耗に対
して極めて優秀な耐性（抵抗）を呈した。 実験合金の鋳造性をこの用途で用いられる一般
的な形状の実験鋳物を作ることによつて評価し
た。これらはポンプ鋳物を含んでいた。溶融合金
は鋳型内のすべての空〓を充填する適当な流動性
を呈した。 本発明の範囲内で種々の変形および変更が当業
者にとつて可能である。そのような変形および変
更は添付した特許請求の範囲に記載した本発明の
範囲内に入るものである。本発明は例示のためだ
けに与えられた例に制限されるものではなく、添
付した特許請求の範囲および均等の範囲によつて
のみ制限されるものである。 （発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば耐
腐食性および耐摩耗性の両方に優秀な合金を得る
ことができるものである。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フエライト系マトリツクスに高合金炭化物相
   が分散した組織を有し、24ないし30％のクロム
   と、0.75ないし1.5％の炭素と、0.85％以下のシリ
   コンと、2.0ないし2.5％のマンガンと、2.0ないし
   3.0％のモリブデンと、0.5ないし1.0％のタングス
   テンと、0.99ないし2.0％の銅とを含有し、残部
   が鉄と通常の不純物からなり、モリブデンとタン
   グステンの一部は前記高合金炭化物相内に存在
   し、残部はフエライト系マトリツクスに存在して
   おり、高温酸性スラリーに対して耐腐食性および
   耐摩耗性を有することを特徴とする耐腐食性およ
   び耐摩耗性白鋳鉄。 ２ 析出硬化状態であることを特徴とする請求項
   １項記載の白鋳鉄。 ３ 鋳放し状態であることを特徴とする請求項１
   記載の白鋳鉄。