JPH0736946B2

JPH0736946B2 - 耐食高強度舶用プロペラの製造法

Info

Publication number: JPH0736946B2
Application number: JP62163919A
Authority: JP
Inventors: 信太郎松尾; 正洋斉藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-07-02
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS6411065A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は優れた耐食性と高靭性および高腐食疲労強度を
併わせもつ舶用プロペラ（インペラも含む）の製造法に
関する。

（従来の技術）従来から、舶用プロペラ材料には銅合金系材料が使用さ
れている。銅合金の内、プロペラ材として多く使用され
ているニツケルアルミニウム青銅鋳物でも、舶用プロペ
ラ材料にとつて最も重要な海水中での腐食疲労強度は18
kgf/mm²（繰返数２×10⁷回）程度である。

従つて腐食疲労強度の高いプロペラ材料が開発されれば
プロペラ翼厚を薄くすることが可能になり、軽量で高効
率なプロペラが設計できる。

このようなプロペラを具備する船舶は従来の船舶より推
進効率を向上させることができ、船舶の省エネルギーに
大きく貢献できる。また、寒冷地域を航行する船舶では
氷塊との接触を考慮すると衝撃値の高い材料が好まし
い。

このような理由から海水中での高い腐食疲労強度と高い
衝撃値を有するステンレス系プロペラ材料の開発が要望
されていた。

しかし、ステンレス系プロペラ鋳物はステンレス溶湯を
鋳物砂で製作した鋳型（砂型）で鋳造して、型ばらしし
た鋳物を熱処理するのが通例であつた。熱処理は炭化物
を固溶させて腐食疲労強度を向上させるため900〜1,150
℃の高温で行われ、ステンレス系プロペラ実用化の隘路
であつた。

また、重量が20〜90トンもある大型プロペラ鋳物では熱
伝導率の低い鋳物砂で形成された砂型では冷却速度が約
0.1℃/minと著しく遅く質量効果による機械的性質の低
下が大きかつた。さらにプロペラの場合、曲面形状をし
ており、ピツチ、レーキなどが制限されているため、こ
れらの熱処理による変形がステンレス系プロペラ実用化
上の問題であつた。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、海水中で高い腐食疲労強度を有すると共に、
衝撃値の優れたプロペラの製造法を提供しようとするも
のである。

（問題点を解決するための手段）本発明は重量％で炭素;0.08％以下、珪素;0.1〜1.5％、
マンガン;0.1〜３％、クロム;16〜19％、ニッケル;4.5
〜7.5％、モリブデン;0.5〜２％および通常の不純物を
含有し、残部が実質的に鉄からなるステンレス鋼溶湯を
冷却可能なプロペラ鋳型に注湯し、融点から500℃の間
を急冷する高強度舶用プロペラの製造法である。

なお本発明にいうプロペラには、インペラを含む意味で
用いられる。

本発明は高耐食性および高い腐食疲労強度が得られるよ
うに化学組成を限定している点、及び鋳造後熱処理を必
要としない点を特徴とするものである。

熱処理を不要とするため、本発明では炭化物の溶解度が
減少する900℃以下を急冷することによつて炭化物を固
溶させ、従来実施されていた900〜1000℃の再熱処理と
同じ作用をさせるものである。このため、鋳型を鋳物砂
と異なり、格段に熱伝導率のよい金属粒で形成し、かつ
鋳型内に冷却水の貫流できる金属管を埋めこんで造型し
たものを使用するものである。これにより従来鋳型の熱
伝達の悪い砂型冷却と異なり、砂よりも20〜30倍も熱伝
導のよい金属粒よりなる鋳型を用いる上、さらに冷却水
を通して強制的に冷却させるので冷却速度は砂型に比較
して著しく大きくなる。

従来のステンレス系舶用プロペラ材は耐食性を保持する
とと共に機械的性質を改善するため900〜1,000℃の溶体
化処理は避けることできなかつた。

しかし、本発明は鋳造後、融点から500℃迄を急冷する
ことにより、900〜1,1500℃の再加熱を必要としないの
で、高温加熱時のプロペラ変形がない上に省エネルギー
になる。

また、従来の熱処理ではクロム炭化物は固溶できてもδ
フエライトの形状は改善することができず大型プロペラ
材の衝撃値の向上は望めなかつた。

しかし、本発明は冷却可能なプロペラ鋳型に注湯し、凝
固区間を急冷することにより、大型プロペラでも微細な
δフエライトを得ることができ、高い衝撃値が得られ
る。

本発明は舶用プロペラのみでなく海水中で腐食疲労強度
を必要とするインペラなど耐海水材料に有利に適用でき
る。

（作用）本発明の舶用プロペラにおいて、その合金組成を前述の
ように規定したのは以下の理由による。

〔炭素Ｃ〕

クロム炭化物を形成し、本発明のプロペラの耐食性、腐
食疲労強度を左右する重要な元素である。0.08％以上で
はクロム炭化物が析出し、耐食性や腐食疲労強度を害す
るので上限を0.08％とする。（以下、％は重量％を意味
する）〔珪素Si〕溶解時の脱酸剤として、0.1％以上添加する必要があ
る。しかし添加量が1.5％を超えると脆化するので上限
を1.5％とする。

〔マンガンMn〕

珪素と同様、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％とする。

〔クロムCr〕

本発明において、耐食性を保持するために最も有効な元
素で、耐食性保持の点から16％以上添加することが望ま
しい。しかしクロムはフエライト生成元素であることか
らフエライト量を15％以下に制限することゝ、クロム量
が19％を超えると脆化が著しく、腐食疲労強度を低下さ
せるので上限を19％とする。

〔ニツケルNi〕

クロムの添加量が、上記のとおり、16〜19％の範囲でニ
ツケルを添加して、常温でマルテンサイト組織を得、し
かも、耐食性を保持するためには、最低4.5％のニツケ
ルが必要である。一方ニツケル量が7.5％を超えるとオ
ーステナイト相量が多くなり、特に耐力の低下を招くの
でその上限を7.5％とする。

〔モリブデンMo〕

耐食性の向上に有効な元素で0.5％以上の添加が必要で
ある。しかし２％を超えると逆に強度が低く脆性も著し
いのでその上限を２％とする。

〔実施例〕

次に、本発明のプロペラ製造法の一実施例を示し、本発
明の効果を説明する。

第１表は本発明プロペラ材料の化学成分を示したもの
で、試料NO.1〜NO4は本発明材料、試料NO.5〜NO.11は比
較材料、試料NO.12〜13は現用プロペラ材料でその化学
成分を表２に示す。

これらの機械的性質、腐食疲労強度を第３表に、また鋳
型、冷却方法、熱処理などの製造条件を同じく第３表に
示す。

化学成分が本発明範囲外では冷却速度の大きい本発明の
製造法でも供試材NO.5〜NO.8にみられるように腐食疲労
強度は23kgf/mm²以下と本発明材の29〜30kgf/mm²に比較
して著しく低い。

また、化学成分が本発明内でも、従来の砂型で製作し、
900〜1000℃熱処理したものはNO.9〜NO.11の合金にみら
れるように腐食疲労強度が24〜26kg/m²と本発明材の29
〜30kgf/mm²に比較して低い値しか得られないし、衝撃
値が本発明材に比較して低い。

本発明で鋳型を形成する金属粒としては鋼粒を使用し、
鋼粒の粒径は0.5mmから0.08mmのもので粘結材にはセメ
ントを用い自然硬化させた鋳型を用いた。また、鋼粒鋳
型内に配置した金属製冷却管には市販の炭素鋼管を使用
し、水道水を冷却水として使用した。また試験材は50kg
高周波炉で溶解し、それぞれの鋳型に注湯した。

500℃以下を冷却してもかまわないが、炭化物析出によ
る鋭敏化作用は500℃以下はほとんど認められないの
で、実用性の面から急冷は500℃迄とした。

供試材の腐食疲労強度試験はウエラー式回転曲げ腐食疲
労試験機を使用し、繰返し速度3,400rpm、試験片直径6m
m、天然海水中、室温などの試験条件で実施した。

本発明で高い腐食疲労強度と高い衝撃値が得られたのは
次のような本発明の特徴による。

（１）化学成分を限定し、耐食性と機械的性質の優れた
範囲の化学成分にしたこと。

（２）凝固点近傍から急冷するため従来の砂型鋳物では
得られない結晶粒およびδフエライトの微細な鋳物が得
られること。

（３）凝固点近傍だけでなく500℃迄急冷することによ
り、従来の鋳物にみられる結晶粒および析出物の粗大成
長を防止したこと。

（４）急冷されるため金属内のガス状欠陥が少ないこ
と。

（発明の効果）上述したように本発明によると海水中の高い腐食疲労強
度を有するだけでなく健全な鋳物が得られるなどの効果
を有し、従つて本発明方法を舶用プロペラ、インペラな
ど海水中で腐食疲労強度を必要とする機器材料の製造に
使用すると機器の小型軽量化が可能となり、船舶の推進
効率の向上をもたらし省エネルギーに大きく貢献でき
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で炭素;0.08％以下、珪素;0.1〜1.5
％、マンガン;0.1〜３％、クロム;16〜19％、ニッケル;
4.5〜7.5％、モリブデン;0.5〜２％および通常の不純物
を含有し、残部が実質的に鉄からなるステンレス鋼溶湯
を冷却可能なプロペラ鋳型に注湯し、融点から500℃の
間を急冷することを特徴とする高強度舶用プロペラの製
造法。