JPS5837162A - ポンプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐キャビテーシ暑ン・エロージ曹ン性に優れ
たポンプとその製造方法に関する。

ポンプは、かんがい、排水などの農業用や土木工事用に
、また都市の上下水道用に盛んに用いられているが、そ
のほか蒸気タービン復水機器の循環水用、製紙化学工場
での回流装置や海水のくみ上げなどに使用されている。

一般に軸流ポンプの吸込水頭を一定以上に高くとって運
転するとキャビテーシヨンが起こる０普通羽根入口付近
の背面が看しく低圧となり、この部分で発生したキャビ
ティが崩壊するさいの衝撃圧力によ）ポンプ効率を害し
、羽根背面および胴体内面を海綿状侵食するキャビテー
シＷ／・エロージ嘗ンが起こる。また、うす巻きポンプ
においては、うず巻ポンプ流路内の静圧がその揚液の温
度に対応する蒸気飽和圧力付近に降下するとキャビテー
シ■ンが起き揚程、動力、効率などが急に低下し、その
崩壊によりキャビテーシヨン・エロージーンが起こる。

また、キャビテーシヨン・エロージーンは油用ポンプに
おいても起きる。すなわち、油は粘性が大きく、流動し
にくいのでポンプの吸込管における圧力降下が大きくな
９．そのためポンプ入口ではキャビテーシ冒／が起きや
すい。油用歳卓ポンプにおいては、歯車のかみ合いによ
る高圧部をすぎた直後のすきまの広が９部にキャビテー
シヨン・エロージ冒ンヲ起こす。

従来、ポンプに使用される材料としては用途により異な
るが、鋳鉄、鋳鋼、各種耐熱合金、オーステナイト系ス
テンレス鋼、クロム−モリブデン鋼、高クロム鋼、鋼合
金などが用いられていたが高揚程、高効率化に伴ない従
来材ではキャビテーシ璽／・エロージーンはさけること
が困難になってきた◇また、耐キャビテーション・エロ
ージ璽ン性に優れた材料であっても、ステライトのよう
に加工性や価格面で問題があシ、ポンプ用材料として用
いることができないこともあり、肉盛ｍ接されたポンプ
部品において、優れた耐キャビテーション・二ロージＷ
／性を有するものが要望されてきている。

本発明は、かかる要望に鑑みなされたもので、耐キャビ
テーシ冒ン・二ロージ璽ン性に優しタポンプおよびその
製造方法を提供することを目的とする。

本発明はポンプの少なくともキャビテーシ璽ンエロージ
冒ン損耗部位の表面層としてり筒ムーニッケル系ステン
レス鋼に所定量のマンガンを含有せしめ、かつ組織中に
フェライト相を形成させることなくイプシロン相あるい
はオーステナイト相を形成させ、耐キャビテーシ冒ン・
エロージ冒ン性を向上させたものである。

即ち重量パーセントで１０〜２０９にのクロム、０．５
〜１０４ｊのニッケル、２チを越え２０参以下のマンガ
ンを主体とし、　０．２１Ｇ以下の炭素、２嗟以下のケ
イ素、２１１以下のモリブデン、残部が鉄からなり、か
つフェライト相を含むことなくイプシロン相あるいはオ
ーステナイト相を含む鋼を少なくともキャビテーシヨン
・エロージ曹ン損耗部位の８８層として設けたポンプで
あり、さらに鍍鋼に０．０２〜イト相を含むことなくイ
プシロン相あるいンオーステナイト相を含む鋼を少なく
ともキャビテーシヨン・エロージ璽ン損耗部位の表面層
として設けたポンプであシ、また上記表面層が肉盛俗接
の溶着層であるポンプである。

またポンプの少なくともキャビテーシヨン・エロージ嘗
ン損耗部位に肉盛溶接により、重量パーセントで０．２
−以下の炭素、２−以下のケイ素、１０〜２０１のクロ
ム、０．５〜１０−のニッケル、２％を越えｗ％以下の
マンガン、２チ以下のモリブデ／。

残部が鉄からなる表面層を形成するポンプの製造方法で
あシ、また、肉盛溶接により重量パーセントで０．２−
以下の炭素、２１以下のケイ素、１０〜２０チのクロム
、０．５〜１０ｍのニッケル、Ｓｌを越え加チ以下のマ
ンガン、２−以下のモリブデン、残部が実質的に鉄ある
いはこれ゛に０．０２〜０．３　％の窒素。

０、Ｏ２Ｎ２．１１のニオブ、０．５〜５俤のコバルト
の１種または２種以上を含む表面層を形成するポンプの
製造方法である。この場合１本願にかかる表面層にフェ
ライト相が混在すると耐キャビテーシ冒ンエロージ冒ン
性が著しく劣化することから１ｍ着層に実質的にフェラ
イト相を含まないことが必１である。また、炭素はマン
ガン、ニッケルとともにイプシロン相中オーステナイト
相を形成させ耐キャぐテーシ嘗ン・エロージ曹ン性を向
上させる。

即ち、本発明の組成範囲内にあるマルテンサイト系ステ
ンレス鋼の炭素量を高めると素地組織中にはイプシロン
相やオーステナイト相が形成され耐キャビテーシ冒ン・
エロージ嘗ン性は著しく改善される０さらに、ニオブや
コバルトを添加すると、耐キャビテーシ冒ン・エロージ
盲ン性はさらに改善される。

ところで、肉感溶接材Ｋｌ！求される特性のひとつに、
溶接後の熱収縮に起因した残留歪の小さいことが挙られ
る。母材と溶着層の熱膨張率が異なると、溶接後の熱収
縮時に、母材と溶着層の界面に応力が発生し、残留歪と
なってもちきたされ、割れや変形の原因となる。この傾
向は、母材にマルテンサイト系ステンレス鋼を使用した
場合に著しく、マルテンずイト変態時に大きな歪を発生
する。この歪を緩和させる方法のひとつに溶着層の耐力
を低くシ１発生した応力を溶層層の層性変形により緩和
する方法がある。この方法によれば浴着層の耐力が低い
ほど歪を緩和するのに有効であり、従って溶接後の割れ
や変形の防止に有効である０また、他の方法として、多
層の肉盛浴接により応力を緩和させることができる。

本発明にかかる鋼は、組織中にイプシロン相やオーステ
ナイト相を形成させ耐キャビテーシ璽ンエロージ盲ン性
を向上させると同時に耐力が通常２０　Ｋｇ／−以下と
、オーステナイト系ステンレス鋼である８Ｕ８３０４．
などよ）も低く、割れや変形防止の点でも優れており肉
感溶接の溶層層として用いる事Ｋ特に適している。

以上述べたように、本発明のポンプは耐キャビテーシ璽
／・エロージ冒ン性に優れ、また肉感溶接による割れや
変形も少なく、例えば高揚程・高効率条件下で使用する
ポンプとしては極めて優れた特性を有している。

本発明の゛ポンプは少なくともキャビテーシ璽ンエロー
ジ璽ン損耗部位に蚊鋼を設けたもので、肉盛溶接箇所と
しては例えば第１図に示す如きポンプにおいて羽根（２
）表面および胴体内面（１）等に主に行なわれる。また
、ポンプへの咳鋼の肉感溶接は被覆アーク溶接、ＴＩＧ
＠接、ＭＩＧ溶接など通常の＃ｌ接法によシ容易に行な
える０ 以下、本発明のポンプ釦用いられる肉盛溶接材の組成限
定理由を述べる。

炭素（Ｃ）；炭素はイプシロン相やオーステナイト相を
形成させ、耐キャビテーシ曹ン・エロージ曹ン性を向上
させる作用をなすが、過剰の添加は靭性を害することか
ら上限を０．２−とする。

ケイ素（引）；ケイ素は鋼溶製時の湯流れ性を改善し、
また溶接性を改善する作用をするが、ケイ素の過剰添加
は靭性を害することから上限を２％とするが、さらに実
用上は０．２〜１．０　％とすることが望ましい。

クロム（Ｃｒ）　；クロムは耐食性を向ｉさせるためＫ
ＩＯ−以上の添加が必要であるが、過剰添加は溶着層中
に７エライト相を生成させ、耐キャピテーシ冒ン・エロ
ージ曹ン性を低下させることから上限を２０ＩＩＩとす
るが、さらに実用上は１１〜１５　％とすることが望ま
しい。

ニッケル（Ｎｉ）　　；　　ニッケルハ耐キャビテーシ
璽ン・エロージ冒ン性、靭性を向上させるためにＯ，Ｓ
＊以上の添加が必要であるが、多量に添加しても効果は
大きくなく、コスト上昇になることから上限を１０１と
するが、さらに実用上は２〜８１１ｉとすることが望ま
しい〇 マンガン（Ｍｎ）；マンガンはイプシロン相中オーステ
ナイト相を形成させ、耐キャビテーシ冒ン・エロージ冒
ン性を向上させるために特に重畳な元素であるが、２Ｉ
ｓ以下ではその効果呟十分でなく２チを越える添加が必
要である。しかし過剰の添加は湯流れ性を悪くすること
から上限を２０−とするが、さらに実用上は４〜１５　
％とすることが望ましい。

モリブデン（Ｍｏ）；モリブデンは耐キャビテーシ璽ン
・エロージ■ン性、耐食性を向上させる作用をなすが、
過剰の添加は靭性を害することから上限を２−とするが
、さらに実用上は０．５〜１．５％とすることが望まし
い。

窒素＜Ｎ＞；窒素は耐キャピテーシ嘗ン・エロージ璽ン
性および耐食性を向上させるために必要な元素であるが
、　０．０２１未満ではその効果は十分でなく、また過
剰の添加はピンホール、ブローホールの原因となること
から上限を０．３％とするが、さらに実用上は０．０２
〜０．２−とすることが望ましい。

ニオブ（Ｎｂ）；　ニオブは溶着層の結晶粒を微細にし
耐キャビテーシ冒ン・エロージ璽ン性を向上させろ丸め
に０．０１優以上の添加が必要であるが、過剰の添加は
溶着層中にフェライト相を生成させ耐キャビテーシ璽／
・エロ・−ジ嘗ン性を低下させることから上限を０．１
１とするが、さらに実用上は０．０１〜０．０５−とす
ることが望ましい。

スバル）　（Ｃｏ）　；コバルトハ耐キャビテーシ胃ン
エロージ冒ン性を向上させるために０．５優以上の添加
が必要であシ、多量に添加しても効果は大きくなくコス
ト上昇になるため上限を５優とするが。

さらに実用上は０．５〜３−とすることが望ましい。

組織；特許請求範囲にある組成を有する鋼の耐キャビテ
ーシ嘗ン・二ロージ璽ン性は、組織中にイプシロン相あ
るいはオーステナイト相を含む場合に着しい効果を示す
ことから、該溶着層の組織中には実質的にイプシロン、
相あるいはオーステナイト相を含むことが必要である。

、この場合、組織中にフェライト相が混在すると、耐キ
ャビテーシ曹ン・二ロージ冒ン性は著しく劣化すること
から組織中にフェライト相を含まない必要がある。

以下実施例をもって１本発明にかかるポンプについて詳
細に説明する。

高周波溶解炉により１１１表に示す化学組の試料を溶製
した。比較例１は１８−８ステ／レス鋼に相当する市販
の８０８３０４である。また、比較例２３は水車ランチ
等に使用されている組成に相当する１３チクロム鋼で熱
履歴としては、１０５０℃、２時間の溶体化処理を行な
ったのち、さらに６５０”Ｑ。

２時間の焼戻しを行なったものである。

また、実施例１〜１１および比較例１の試料については
直径が２」リメートルになるまで線引き加工し、１３−
費クロふ鋼（比較例２相当）により鋳造したポンプ羽根
モデル表面にＴ　Ｉ　Ｇ＠接により肉感溶接をした。こ
のようにして得られた各試料について特性を調べて、そ
の結果を第２表に示す。

なお、キャビチー７璽ン・エロージ冒ン試験は電歪振動
法によシ周波数６．５　ＫＨｚ　、振幅１００μｔｎ、
　２５℃の純水中で１２０分行ない、次式によυキャビ
テーシ冒ン・エローシ冒ン１ｆｊ数（Ｃ，Ｅ、Ｉ・）　
ｔ”求メタ。

以下余白 帯熱処理後のＣ，Ｅ−１・ 上記の結果から明らかなように実施例１−１１のＣ，Ｅ
・■・は従来耐キャビテーシｌン・エロージ冒／性に優
れているとされている５Ｕ８３０４（比軟例１）よりも
小さく、本発明にかかるポンプは優れた耐キャビテーシ
冒ン・エロージ曹ン性を有している。

また、マルテンサイト変態を起こす１３％クロム鋼（比
較例２相当）に溶接しても溶接割れがなく溶接割れに対
する抵抗を有していることがわかる。

以上説明した如く、本発明にかかるポンプは優れた耐キ
ャビテーシ冒ン・エロージ璽ン性ヲ有することから、実
用上極めて有用なものと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は歯車ポンプの断面図である。 １・・・ケーシング（胴体）内面、 ２・・・羽根、　３・・・回転軸。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくともキャビテーシ箇／・エロージ璽ン損耗
   部位の表面層が重量パーセントで０，２チ以下のＪｌｔ
   ｌｉ、　２憾以下のケイ素、１０〜加嘩のクロム、０．
   ５〜１０慢のニッケル、２％を越、ｔ２０Ｉｓ以下のマ
   ンガン、２−以下のモリブデン、残部が鉄からなりかつ
   実質的にフェライト相を含むことなく、イプシロン相あ
   るいはオーステナイト相を含む鋼からなることを特徴と
   するポンプ。 ＜２１　？なくともキャビテーシＭ７・エロージ冒ン損
   耗部位の表面層が重量パーセントで０．２１６以下の炭
   素、２憾以下のケイ素、１０〜山チのり胃ム、０．５〜
   ｌＯ−のニッケル、２チを越え２０９１以下のマンガン
   、２％以下のモリブデン、および０．０２〜０．３−の
   窒素、０．０１〜ｏ、ｉｓのニオブ、０．５〜５％のコ
   バートの少なくとも一種を含嚢残部が鉄からなり、かつ
   実質的にフェライト相を含む事なくイプシロン相あるい
   はオーステナイト相を含む鋼からなる事を特徴とするポ
   ンプ。 （３）ポンプの少なくともキャビテーシ曹／・エロージ
   璽ン損粍部位に肉感溶接によシ重量バー七ントで０．２
   ｆｉ以下の炭素、２饅以下のケイ素、ｌＯ〜′ＪＪチの
   クロム、０．５〜１０噂のニッケル、２−を越え加チ以
   下のマンガン、２９ｇ以下のモリプデ”ａｍ部が実質的
   に鉄からなる表面層を形成することを特徴とするポンプ
   の製造方法。 （４）ポンプの少なくともキャビテーシＷノ・二ロージ
   ■ン損耗部位に肉感溶接によシ重量パーセントで０゜２
   慢以下の炭素、２−以下のケイ素、１０〜加チ以下のり
   四ム、０．５〜１０憾のニッケル、２５６ｔ−越え２０
   １以下のマンガン、２憾以下のモリブデン、オヨび０．
   ０２〜０．３１６　ノ窒素、０．０１〜０．１慢１７）
   ＝　＃　フ。 ０．５〜５−のコバルトの１種または２種以上を含み残
   部が実質的に鉄からなることを特徴とするポンプの製造
   方法。