JPH10500449A - 耐食性及び耐摩耗性チル鋳物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は腐食媒体の中で高い耐食性を示し、市販の種類のチル鋳物に近い耐摩耗性を有するチル鋳物に関する。本発明のチル鋳物は、組成が重量％単位でＣｒ＝２６〜３６，Ｎｉ≦１０，Ｍｏ＝２〜６，Ｃｕ≦３，Ｎ≦０．２，Ｓｉ≦１．５，Ｍｎ≦１．５，Ｖ＝４〜９，Ｃ＝１．４〜１．９であり、残りはＦｅ及び溶融に起因する不純物である。

Description

【発明の詳細な説明】 耐食性及び耐摩耗性チル鋳物 液体による摩擦的摩耗負荷がかかる場合、ＦｅベースのＣ含有Ｃｒチル鋳物を 使用するのが従来の技術である。この種類の鋳物は、２．０重量％を越えるＣ含 量を特徴とする。このための例として材料番号０．９６３０，材料番号０．９６ ３５及び材料番号０．９６５５がある。しかし、カーバイド（炭化物）形成のた めに多量のＣｒが消費されることに起因してこれらの材料は、合金にされていな い鋳鉄の程度を越える耐食性を有しない。 Ｃ含量を低減しＣｒ含量を増加することにより、耐食性を高めることは可能で あるが、しかし耐摩耗性が低まることを覚悟しなければならない。この群の典型 的な１つの代表は、材料G-X 170 CrMo 25 2 である。この材料群の重大な欠点は 、化学的に腐食性の媒体例えば煤煙ガス脱硫装置の酸性（ｐＨ３）で塩化物を含 有する（５０ｇ／１の塩素）水の耐食性を得るには、Ｃｒ含量を非常に大きくし なければならないことにある。しかし例えば公知の材料G-X 160 CrNiMoCu 42 2 2 2 又はG-X 140 CrMnNiMoCu 41 4 2 2 1 等におけるようにＦｅベースの合金の 中の大きいＣｒ含量は、機械的性質を大幅に劣化し、鋳造性を大幅に損なう欠点 を有する。 この理由から前述の腐食性媒体に対して、僅かな炭素含量（＜０．５％）が添 加されて僅かなカーバイド体積成分が形成された耐食性特殊鋼が使用される。こ のための典型的な１つの例は材料１．４４６４である。クロムカーバイドの形成 により基礎組織のクロム含量は減少し、それに応じて耐食性も低まる。従って、 炭素含量を更に増加することは不適切である。 より大きい炭素含量において基質のクロム減少を回避する１つの方法は、カー バイドを形成する別の元素を添加することにある。これは、低い腐食性の媒体に おいて使用される低いクロム含量（＜２０％）の鋼において行われる。このため の例はドイツ特許出願公開第ＤＥ−Ａ−４２０２３３９号公報に開示されている 。ニオブの添加が特に有利であると見なされている、何故ならばこの合金元素は 純粋な炭化金属ＭＣを形成するからである。このためにはバナジウム元素は好適 であると見なされていない。何故ならばバナジウム元素はクロム及び鉄と一緒に 、耐摩耗性がより低い混合カーバイドを形成するからである。 更に、クロム含量が大きい材料１．４４６４の化学的摩擦学的耐性を、僅かな 量のニオブ、バナジウム又はチタンの添加により、高める試験が公知である（M. Pohl，A．Ibach，A．Oldewurtel：「改善された化学的摩擦学的耐性を有する新 しい鋳造及び鍛造鋼」1991年第５回摩擦学発表会の会議誌，コブレンツ市，368 〜376頁）。しかし、炭素含量が僅かに残ることに起因して耐摩耗性は部分的に しか改善されない。 本発明の課題は、腐食性媒体の中での耐食性が高く、市販のチル鋳物の耐摩耗 性とほぼ同様の耐摩耗性を有する金属鋳物材料を提供することにある。 前記課題は本発明により、請求の範囲第１項の特徴部分に記載の組成を有する チル鋳物により解決される。高い耐食性及び耐摩耗性の外にこの鋳物材料は良好 な鋳造性も有し、これにより、この鋳物材料を従来の特殊鋼鋳造工場で製造する ことが可能となる。更にこのチル鋳物は加工性が良好である。 これはとりわけ、２６〜３６重量％のクロム含量と、充分に大きい体積成分の カーバイド（炭化物）をつくるように、１．４〜１．９重量％の炭素含量と、４ 重量％より大きいバナジウム含量により達成され、バナジウムは、バナジウム含 量が豊富なカーバイドの形成により基質のクロム希薄化を軽減する。これにより 、そうでない場合には必要であるクロム含量の過剰増加が不要となる。 バナジウムの添加により更に別の１つの利点が得られる。バナジウムは、第５ Ａ族の元素であり、そのカーバイドは、良好な濡れ特性を有し、Ｆｅベースの合 金の中への溶解度が炭化クロムに比して低い。更に、バナジウムのカーバイドは 液体状態での溶解度が炭化ニオブの溶解度に比して高く、従ってバナジウムが豊 富なカーバイドは主に、凝固の後期において初めて形成されるか、又は固体状態 で初めて形成され、これによりカーバイドは、重力偏析無しに空間的に一様に分 散する。これは、良好な耐摩耗性を達成するために必要な前提条件である。 更に、従来の推測に反して、バナジウムが豊富なカーバイドは、耐摩耗性の担 体としてその他の特殊カーバイドに同等であることが分かった。更に、バナジウ ムが豊富な混合カーバイドは、それらの形と、それらの形に起因する小さい切欠 き効果とに起因して破壊力学的観点からして好適である。基質に残るバナジウム は、機械的性質に不利に影響しない。 所定の含量限界の中のモリブデン含量は、とりわけ塩化物を含有する酸性媒体 の中の耐食性にとって重要である。 Ｃｕ含量は、厚肉部品の鋳物における亀裂の危険を低減するために３重量％に 制限されている。小さい銅含量は、酸化媒体の中でより良好な耐食性を作用し、 従って市販の高合金二相鋼（Duplex銅）では銅含量は小さい。許容Ｃｕ含量を有 する本発明の材料の別の１つの利点は、溶融の際に市販の高合金鋼鋳物のの再利 用材料を使用できることにある。 ニッケルはオーステナイトを形成し、請求の範囲第２項に記載のように６〜１ ０重量％の濃度領域内でニッケルを的確に添加することにより、フェライトとオ ーステナイトとの相割合の比を所定の値に調整することができる。ステンレス鋼 の二相組織（Duplex-Gefuege）の好ましい特性は公知である。フェライト基質の 中に大きいＣ含量とカーバイドのネットとを有するチル鋳物種の非常に高い脆性 は、バナジウムが豊富なカーバイドをオーステナイト相の中に大量に混入させる ことにより回避される。オーステナイト相は、フェライト相とは反対に、金属間 相の析出により又は脱混合過程により脆くならないので、カーバイドと基質との 間の応力に起因する亀裂の危険は、純粋にフェライト基質における程大きくない 。 カーバイドが混入しているフェライト・オーステナイト基質から成る組織構成 を実現するために、通常の溶融灼熱温度での熱処理が必要であり、更にこれによ り、良好な加工性が得られる。 付加的に、高合金鋼のＺＴＵ図表に従って熱処理を的確に行うことにより、フ ェライトの公知の析出形成傾向を硬度増加に利用し、それにより耐摩耗性を付加 的に高めることも可能である。 請求の範囲第３項では最大４重量％に制限されているニオブがチル鋳物に添加 されこれにより共折炭化ニオブの二次的析出が可能となり、これにより耐摩耗性 を高めることができる。一次炭化ニオブは、それの密度が異なることに起因して 基質から強く析出する傾向があるが、ニオブ含量は最大４重量％に制限され、こ れにより、溶融金属の中での一次炭化ニオブの析出が回避される。 クロムチル鋳物種に比して本発明の材料は、カーバイドのＣｒ含量が小さいこ とに起因して、とりわけ選択的腐食に対して腐食しにくい。 この材料の別の１つの利点は、所与の耐摩耗性において耐食性が、要求特性に 応じて腐食化学的に関係する合金元素を変更することにより調整できることにあ る。その際、合金含量が増加するにつれて製造性（鋳造性、切削加工性）が劣化 することに注意されたい。 本発明の材料は、耐食性及び耐摩耗性を組合せた総合特性において、従来の液 体による摩擦的摩耗に対して使用されるチル鋳物種に比して明瞭に優れている。 これは、例として用いられる比較に基づいて明瞭にされる。例では本発明の３ つの変形例が、４つの公知のチル鋳物種に対比される。 第１図は液体による摩擦的摩耗における材料の剥削率の線図、第２図は強酸性 媒体の中の腐食度の線図（ｐＨ０．５；１０ｇ／ｌ Ｃｌ；６０℃）である。 第１図の剥削率を求めるためにモデル摩耗装置が使用され、モデル摩耗装置で 腐食媒体として混合比１：１で粒度０．９〜１．２ｍｍのケイ砂水が使用された 。摩耗持続時間はそれぞれ２時間であった。３０００ｌ／ｍｉｎの回転数が使用 された。それぞれの工作物試料は５５ｍｍの直径及び５ｍｍの厚さを有する。 第１図及び第２図の線図の縦軸はそれぞれｍｍ／ａ単位で剥削率を表す。横軸 には文字Ａ〜Ｄにより、後に示す第１の表に詳細に示されている材料が示され、 記号Ｅ（１）〜Ｅ（３）は、本発明の材料の３つの変形例を示し、これらの変形 例の関連は第２の表に示されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュレプファー，イェルク ドイツ連邦共和国、91054 エアランゲン、 イム・ホイシュラーク 22 (72)発明者 ティシュナー，ヘルマン ドイツ連邦共和国、91257 ペグニッツ、 アム・ツィプザー・ベルク 27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 組成が重量％単位で Ｃｒ＝２６〜３６， Ｎｉ≦１０， Ｍｏ＝２〜６， Ｃｕ≦３， Ｎ ≦０．２， Ｓｉ≦１．５， Ｍｎ≦１．５， Ｖ ＝４〜９， Ｃ ＝１．４〜１．９ であり、残りはＦｅ及び溶融に起因する不純物であることを特徴とする耐食性及 び耐摩耗性チル鋳物。 ２． Ｎｉ含量が６〜１０重量％であることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の耐食性及び耐摩耗性チル鋳物。 ３． ３重量％のＮｂを成分として更に含有することを特徴とする請求の範囲 第１項又は第２項に記載の耐食性及び耐摩耗性チル鋳物。 ４． 流れており固体を含有し腐食性である媒体に接触する構成部品に請求の 範囲第１項から第３項のうちのいずれか１項に記載の耐食性及び耐摩耗性チル鋳 物を使用することを特徴とする使用法。 ５． 固体を含有し腐食性である媒体に接触するポンプ及び装備に、請求の範 囲第１項から第３項のうちのいずれか１項に記載の耐食性及び耐摩耗性チル鋳物 を使用することを特徴とする使用法。