JPS61235536A - 炭素系高耐食性非晶質鉄合金 - 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、高耐食性を有する炭素系非晶質鉄合金に関す
るものである。

通常、固体の金属・合金は結晶状態であるが、液体より
超急冷（冷却速度は合金の組成に依存するが、およそ１
０４〜１０６°Ｃ／秒である）すれば液体に類似した周
期的原子配列を持たない非結晶構造の固体が得られる。

このような金属を非晶質金属あるいはアモルファス金属
と呼Ｊ：ｏ一般に、こ金ｔＩｉ量は約１５〜３０原子％
程度である。

本発明者等は先に高強度、耐疲労、耐全面腐食、耐孔食
、耐隙間腐食、耐応力腐食割れ、耐水素脆性用アモルフ
ァス鉄合金（特開昭５１−４０１７号）を発明し特許出
願した。この合金は下記の成分組成の合金である。

原子％とじて、Ｃｒ　１〜４０％と、Ｐ、ＣおよびＢの
うち何れか１種または２種以上７〜３５％を主成分とし
て含み、かつ副成分として、（ＩＪ　　ＮｉおよびＣＯ
の何れか１種または２種０．０１〜４０　％、 （２）　　Ｍｏ　、　Ｚｒ　、　Ｔｉ　、　Ｓｉ　、　
Ａｊ　、Ｐｔ　、　ＫｎおよびＰｄの何れか１橿または
２橿以上０．０１〜２０　％、 （ｓ）　　Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｔａ　、　Ｗ　、　Ｇｅ
およびＢｅの何れか１種または２種以上０．０１〜１０
％、（４）　　Ａｕ　、　Ｏｕ　、　Ｚｎ　、　Ｃｄ　
、　Ｓｎ　、　Ａｓ　、　Ｓｂ　、　ＢｉおよびＳの何
れか１種または２種以上０．０１〜５　％ の群のうちから選ばれた何れか１群または２群以上を全
針−で０．０１〜７５％を含有し、残部は実質的にＦｅ
の組成からなる高強度、耐疲労、耐全面腐食、耐孔食、
耐隙間腐食、耐応力腐食割れ、耐水素脆性用アモルファ
ス鉄合金。

上記特開昭５１−４０１７号の非晶質合金はクロムの添
加により強度および耐熱性を向上させるとともに優れた
耐食性を賦与させた新規な合金であった。また、特筆す
べきは、これらの合金が耐食性の点で新規な特性を有し
、全面腐食に対して強いばかりでなく、現用ステンレス
鋼（８０４ｍ　、　３１６鋼など）では避けることがで
きない孔食、隙間腐食、応力腐食割れに対しても大きな
抵抗を有するという優れた特徴があった。しかし、これ
らの合金において、その成分組成が広範に亘っているた
め、実用的ならびに新規な用途に対して耐熱性が高く、
硬度ならびに強度が高く、かつ脆化温度が高いという諸
特性を保持する範囲内で製造が容易であり、かつ安価で
ある成分組成範囲については従来知られていなかった。

本発明は、前記諸特性を有しながら、製造が容易でかつ
安価な炭素系耐食性非晶質鉄合金を提供することを目的
とするものである。すなわち本発明は実質的に下記の式
で示される成分組成よりなることを特徴とする炭素系耐
食性非晶質鉄合金である。

ＦｅａＣｒｂＭｏＱｄ （式中ＦｅａはＦｅｌがａ原子％、Ｃｒｂはｃｒがｂ原
子％、Ｍｏはｃｒ　、　Ｎｏ　、　Ｗのうちから選ばれ
る何れか１種または２種以上がＣ原子％、ＱｄはＣがｄ
原子多含有されていることを示し、ａは２８〜８２、ｂ
は２Ｎ２０、Ｃは４〜２６、ｄは１２〜２６の範囲内に
あり、ａ、ｂ、ｃおよびｄの和は実質的に１００である
。但しＭがＷのみよりなるときは、ｂは４〜２０の範囲
内である。） Ｆ　ｅａＧｒ　ｂＭ　ＯＱｄ （式中ＦｅａはＦｅがａ原子％、ＣｒｂはＣｒがｂ原子
％、Ｍｏはｃｒ　、　Ｍｃ、Ｗのうちから選ばれる何れ
か１種または２種以上がＣ原子％、ＱｄはＣがｄ原子多
含有されていることを示し、ａは２８〜８２、ｂは２〜
２０、Ｃは４〜２６、ｄは１２〜２６の範囲内にあり、
ａ、ｂ、ｃ及びｄの和は実質的に１００であり、かつＱ
を構成するＣの一部が４原子％以下のＮで置換されてな
るもの。但しＭがＷのみよりなるときは、ｂは４〜２０
の範囲内である。） 本発明者等は、非金属元素として炭素（またはその一部
を窒素で置換）を含む鉄合金が広い組成範囲で容易に非
晶質化し、しかも優れた耐食性を持つ安価な合金である
ことを新規に知見して、本発明を完成したのである。

次に本発明の詳細な説明する。

これまで良く知られている非晶質合金において廉価な合
金は鉄を主体としたものであり、例えばＦｅ８０”２Ｇ
　ｔ　Ｆｅ８０Ｂ２０　ｊ　Ｆｅ８Ｆｅ３０Ｐ１１　Ｆ
ｅ７５Ｓｊ−１５Ｂ１０　’Ｆｅ７５”１５ＰｌＯｔ　
Ｆｅ８０”１３０７などのように鉄と非金属元素Ｐ　、
　Ｂ　、　Ｓｉ　、　０との組合せであった。しかるに
、本発明者等は非晶質化するために必要な添加剤である
これら半金属元素には各々−長一知があることを見出し
た。その効果を纒めて第１表に示す。同表中には特性■
Ｃ１＊）、○（良）、×（可）でもって評価しである。

同表より、Ｇｅは総ての点で好ましくなく、Ｐは原料費
、非晶質形成能、耐食性等の性質は良いが、それら以外
の以外め性質は好ましくない。特に溶解中に有害ガスを
発生し、また加熱中に材料の脆化を促進するので問題の
多い元素である。同表中ＳｉおよびＢは耐食性を低下さ
せる作用を有する点で好ましくなく、またＢは原料費が
高いという欠点を有する。前記諸元素に対してＣは同表
より明らかな如く総ての点において好ましい性質を有す
る元素であることが判った。

かくして本発明者等は、非晶質化に寄与する前記半金属
中Ｏだけを含む非晶質鉄合金について詳細に研究して本
発明を完成したのである。

一般に、非晶質合金は液体状態から急速に冷却すること
によって得られるが、このために種々の冷却方法が考え
られている。例えば高速回転する１つの円板の外周面上
（第１図（ａ））または高速にお互に逆回転する２つの
ロールの間（第１図中））に液体金属を連続に噴出させ
て、回転円板または双ロールの表面上で１０’〜１０６
°Ｃ／秒程度の速度で急冷凝固させる方法が公知である
。また最近本発明者等が発明した溶融金属から直接幅広
薄帯板を製造する方法ならびにその製造装置（特開昭５
３−１２５２２８号、同５３−１２５２２９号）を用い
ることができる。

本発明の非晶質鉄合金も同様に液体状態から急速に冷却
することによって得ることができ、上記の諸方法によっ
て線または板状の本発明の非晶質合金を製造することが
できる。また、高圧ガス（窒素、アルゴンガスなど）に
より液体金属を吹き飛ばし、対向する冷却用銅板上で微
粉状に急冷凝固させる例えばアトマイザ−などにより数
μｍ〜数１０μｍ程度の非晶質合金粉末を製造すること
ができ、この合金は半金属としてＣを、あるいはＣの一
部の代替として４原子％以下のＮで置換することもでき
、したがって従来の非晶質合金に較べて安価であるばか
りでなく、製造が容易であるため本発明の炭素系非晶質
鉄合金よりなる粉末、線、あるいは板を工業的規模で製
造することができる点において極めて有利である。なお
本発明合金にあっては通常の工業材料中に存在する程度
の不純物、例えばＰ　、　Ｓｉ　、　Ａｓ　、　Ｓ　、
　Ｓｂ　、　Ｚｎ　、　０１１゜ｌなどが小量台まれて
も本発明の目的を達成することができる。またＭの一部
を１０原子％以ドのＶ　、　Ｔａ　、　Ｍｎまたは５原
子％以下のＮｂ、　Ｔｉ　、　Ｚｒを含ませても本発明
の目的を達成することができる。

本発明の非晶質鉄合金は成分組成上から下記の諸グルー
プに大別することができる。

（ａ）　　Ｆｅ　−（：ｒ　−（３ （ｂ）　　Ｆｅ　−Ｍｃ−Ｃ （ｃ）　　Ｆｅ　−Ｏｒ　−Ｍｏ　−Ｃ（ｄ）　　Ｆｅ
　−Ｏｒ　−Ｗ　−０ （ｅ）　　Ｆｅ　−Ｍｏ　−Ｗ　−ｃ （ｆ）　　Ｆｅ　−Ｏｒ　−Ｍｏ　−Ｗ　−０次は本発
明において、成分組成を限定する理由を説明する。

Ｆｅが２８原子％より少ないか、あるいは８２原子％よ
り多いと非晶蛍合金を容易に得ることが困難であるので
Ｆｅｉは２８〜８２原子％の範囲内にする必要がある。

Ｑは１２原千％より少ないか、あるいは２６原子％より
多いと非晶質合金を得ることが困難であるのでＱは１２
〜２６原千％の範囲内にする必要がある。

ＣｉｒｂＭｃ　の　ｂが２〜２０、Ｃが４〜２６の範囲
外では耐食性がステンレス＠　（１８−８）より劣化す
るノテ、ＣｒｂＭ。ノｂ、ｃはそれぞれθ〜２ｏＳ４〜
２６の範囲内にする必要がある。またＭがＷのみよりな
るときは、ｂが４より少ないと性質が劣化し、一方２０
より多いと非晶質化することが困難であるので、ｂは４
〜２０の範囲内にする必要がある。

またＱの一部をＮで置換する場合Ｎが４原子％より多い
と急冷凝固時にＮが合金組織中に気泡として析出し、合
金の形状が悪化し、機械的強度が低下するのでＮは４原
子％以下にすることが有利である。

すなわち、本発明合金にあってはａが２８〜８２原子％
、ｂが２〜２０原千％、Ｃが４〜２６原子％、ｄが１２
〜２６原子％の範囲内にある非晶質合金が特に耐食性が
優れていることを新規に知見した。第２表は第１図Φ）
の双ロール法によって作った厚さ０゜０５謡、輻２ｍ１
１１のリボン状合金をＩＮＨ，Ｓｏ、　、、　ＩＮＨＯ
Ｉ　、　ｌＮＮａＣ４ノ３０°Ｃ水溶液中で１週間浸漬
腐食試験を行なった結果である。

第２表　腐食試験結果 比較のために市販の１３％ａｒ鋼、１８−８ステンレス
鋼（Ａｌ５Ｉ　３０４Ｗ４）、１７−１４−２．５　Ｎ
ｏステンレス鋼（Ａｌ５Ｉ　３１６　Ｌ鋼）についても
同様の試験を行なった。

同表に見るように、総ての溶液に対して本発明の非晶質
鉄合金は市販材より優れた耐食性を示している。

また、非晶質合金の電気化学的性質を知るためにポテン
ショスタット法（定電位法）により分極曲線を測定した
。第２図および第８図は各々ＩＮＨ，Ｓｏ、およびＩ　
Ｎ　Ｈｏｔ水溶液中における数種の非晶質鉄合金と、比
較のためにＦｅ８８Ｃｒ１７Ｐ１８Ｃ？非晶質合金とＡ
ｌ５Ｉ　３０４　鋼についての分極曲線を示す。

第２１１ＷのＩＮＨ２Ｓｏ、　（常温ン中におイテハＡ
工Ｓ工３０４ｆＩ４は活性化電流が高く、しかも不Ｉｔ
ｈ態化電位が狭いのに対し、本発明のＣｒを含む合金は
電位１、ＯＶ　（Ｓ、Ｃ，Ｅ、）まで完全に不動態化し
、その電位以上で合金中のＣｒが溶出する理想的な分極
挙動を示す。一方、本発明のＣｒを含まない１”ｅ６８
Ｍｃ１６Ｃ１６非晶質合金はＡｌ５Ｉ　８０４　＠と類
似した挙動を示す。ただ不動態化領域が広く、１．５ｖ
以上の酸素発生電位まで安定である。第３図のＩＮＨＣ
７溶液中ではさらに顕著な差が見られる。ＡＩＳ　ｌ３
０４鋼はよく知られているように活性化電位以上で不動
態化せず、孔食のための電流が増加するのが見られるが
、本発明の非晶質合金ではこの孔食が全く起らず不動態
化することが判る。これらの実験結果は第２表の腐食の
結果と良く対応している。

以上の結果から判るように本発明の非晶質合金は市販の
高級ステンレス鋼と比較して耐食性が１０８〜１０　倍
も優れた画期的な高耐食材料であり、厳しい腐食性奪回
気中で使用する線や板材部品に利用することが可能であ
る。例えば、現在用途が拡大しているステンレス鋼繊維
に代るものとしてフィルター、スクリーンなどの材料、
耐海水用材料、化学薬品用材料、電極材料など多くの用
途が考えられる。

次に本発明の非晶質合金の用途例における物性試験また
は磁性、耐腐食性等について試験した例を示す。

例　　１ 従来刃物、例えばカミソリ、ペーパーカッター等には炭
素鋼、硬質ステンレス鋼、低合金鋼製刃物材が広く使用
されており、刃物材に適する特性としては硬度が高く、
耐食性があり、弾性が高く、耐摩耗性の良いことが要求
されている。本発明合金は前記特性を十分に具え極めて
優秀であることが判った。第８表に硬さと、エメリーペ
ーパー（す４００）上で１９８ｇ荷重を加えて１０分間
。

摩耗させた時の重量減少すなわち摩耗蓋を市販品と比較
して示す。表中ｍａｎは同一試料につき２回測定した結
果を示す。

同表から本合金材は市販カミソリ刃材に較べて約１００
分の１以下の摩耗量であることが判る。

例　　２ 本発明合金の補強材としての性質並びに使用し６　た結
果を現用補強材であるピアノ鋼線、ガラスファイバー、
ナイロン線と比較して第４表に示す。

同表より補強材として要求される抗張力はピアノ線より
５０〜１００〜−２も高く、高温抗張力、曲り疲労限も
優れている。さらにもう１つの重要な性質として要求さ
れる接着性はゴム、プラスチックの補強材として使用し
た場合良好であった。

従来補強材としてゴム構造物には鋼線、合成繊維、ガラ
ス繊維が用いられているが・、現在鋼線で得られている
疲労強度をさらに上昇させることは困難であり、また合
成繊維およびガラス繊維も鋼線以上の疲労強度を具備さ
せることは不可能に近いことは周知の如くである。また
合成樹脂を補強するには従来上としてガラス繊維を加工
したマット状補強材が使用されており、この補強材は耐
食性は良好であるが、脆いため曲げ強度は十分でない。

コンクリート構造物にはｗ４線あるいは鋼索を補強材と
して用いたＰＣコンクリート、ｆＩＩ４ＩＩを短かく切
断したものをランダムに混合したコンクリートなどがあ
るが、何れも耐食性の点で欠点がある。

ところが、本発明合金を補強材とすれば、上記ゴム、合
成樹脂、コンクリート等の補強材として極めて有利に使
用することができる。以下その数例について説明する。

（Ａ）　　Ｆｅ、６ａｒ２．ｃ、８およびＦｅ　６２０
ｒ１２Ｍｏ　Ｂ　ＯＩ　Ｂ非晶質合金を第１図（ａ）の
装置を用いて幅０，０６ａ、厚さＱ、Ｑ４ａｓｓの線と
し、これを網状にあんでタイヤ用ゴム素材中に埋込んで
試験片とした。

なお、網目の間隔は１ｍで、試片は３Ｘ２０Ｘ１００謁
板であった。ゴムを加硫する際に試片を約１５０〜１８
０″Ｃに１時間程度昇湿した。

この試片を用いて引張り型疲労試験機により長時間疲労
試験（振幅伸び１　ｃｍ　）を行なった。その結果、１
０　　サイクルでも破断せず、しかもゴムと扉との剥艦
が認められなかった。この結果は、Ｆｅａ　ｚ　ＣＪｒ
　１２Ｍ０　ａ　Ｃ１ｇ合金が破壊強度（３３゜ψ−）
、結晶化温度（５６５°Ｃ）、疲労強度（８２φ−〕の
点で優れていることによる。また、ゴム用合金は硫黄に
よる耐食に耐えねばならない。そこで、上記合金線を過
度に加硫したゴム中に埋込み、ｆ１１年間３０℃で放置
後、合金線の表面と強度を調べたがほとんど変化が無か
った。

（Ｂ）　　Ｆｅ　ｓ　６Ｃｒ　ｚ　６Ｑ　□ｓ、Ｆｅ７
４Ｍ０８Ｃ□８、Ｆｅ６２Ｃｒ□２Ｍ０８Ｃ□８の３種
の非晶質合金を第１図（ａ）の装置を用いて約０．０５
１１１１φの線を作製し、これを一定の長さに切断して
一定皺だけレジンコンクリート中に混合した。試験片形
状は１５　Ｘ　１５　Ｘ　５２　ｃｍ角柱であり、試片
支持距離は４５ｃｍ、荷重負荷点は各支点より１５ｃｍ
の２個所であった。下表は曲げ試験の結果を示す。

第５表　本発明合金ファイバー（ＦｅａｇＯｒ１２Ｍ０
８Ｃ１８合金）で補強したコンクリート材の曲げ試験結
果表に見るように、ファイバー補強材は無強化材の約３
〜４倍の最大荷重と約２倍のたわみを持つことが判る。

すなわち、ファイバー補強コンクリートの強度およびた
わみは一般の鉄筋補強コンクリートにより１．５〜２．
０倍の強度を持つと予想される。

例　　３ 本発明合金の１種Ｆｅ５６Ｃｒ２６Ｃ１Ｂを第１図（〜
の装置を用いて幅５Ｑｍ、厚さ０．０５ａｌｌの板材と
し、海水中に６ケ月間浸漬試験を行なった。なお、比較
のために市販１２％Ｃｒ鋼板および１８％ｃｒ−ｓ％Ｎ
ｉ不銹鋼板も使用した。その結果、１２％Ｃｒ鋼は約１
０日で、１８−８鋼は約５０日で腐食切断したが、本発
明合金は６ケ月後も何ら腐食されなかった。市販の１２
％Ｃｒ鋼はさびのために全面腐食され、また１８−８鋼
は孔食が生じ、表面に多くの腐食孔とさびが認められた
。

例　　会 本発明合金の１櫨Ｆｅ７４Ｍｃａ　０１８合金を第１図
（ａ）の装置を用いて幅Ｑ、５ｍｓ、厚さ帆０５簡のフ
ィラメント材とし、これを２０酩直径の石英ガラス管の
中央に５　ｃｍだけ詰めた。これに外部より約１００エ
ルステツドの磁場をかけながら、石英ガラス管中にＦｅ
５０．粉末を２％懸濁させた水溶液を１００咋の速度で
流した。この方法・により、溶液中の強磁性粉末を９８
〜９９％除去することができた。

すなわち、本合金はフィルターとして有用な材料である
。

以上本発明合金は耐食性に優れ、その上従来の非晶質合
金に比し、安価でかつ製造が容易である等の数々の特徴
を有し、多方面での使用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図（〜、（ｂ）はそれぞれ浴融合金を急冷すること
による非晶質合金の製造装置の原理図、第２図はＩ　Ｎ
　Ｈ２ＳＯ，水溶液中での本発明合金の分極曲線、第３
図はＩ　Ｎ　ＨＯｌ水溶液中での本発明合金の分極曲線
図である。 ｌ・・・溶融金属、２・・・急冷凝固した非晶質合金の
線あるいは板、３・・・冷却用円板、４・・・ロール。 第３図 Ｖ　（ＳＣＥ） Ａん２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記の式で示される成分組成よりなる炭素系高耐食
   性非晶質鉄合金。 Ｆｅ＿ａＣｒ＿ｂＭ＿ｃＱ＿ｄ （式中Ｆｅ＿ａはＦｅがａ原子％、Ｃｒ＿ｂはＣｒがｂ
   原子％、Ｍ＿ｃはＣｒ、Ｍｏ、Ｗのうちから選ばれる何
   れか１種または２種以上がｃ原子％、Ｑ＿ｄはＣがｄ原
   子％含有されていることを示し、ａは２８〜８２、ｂは
   ２〜２０、ｃは４〜２６、ｄは１２〜２６の範囲内にあ
   り、ａ、ｂ、ｃ及びｄの和は実質的に１００である。 但しＭがＷのみよりなるときは、ｂは４〜２０の範囲内
   である。） ２、下記の式で示される成分組成よりなる炭素系高耐食
   性非晶質鉄合金。 Ｆｅ＿ａＣｒ＿ｂＭ＿ｃＱ＿ｄ （式中Ｆｅ＿ａはＦｅがａ原子％、Ｃｒ＿ｂはＣｒがｂ
   原子％、Ｍ＿ｃはＣｒ、Ｍｏ、Ｗのうちから選ばれる何
   れか１種または２種以上がｃ原子％、Ｑ＿ｄはＣがｄ原
   子％含有されていることを示し、ａは２８〜８２、ｂは
   ２〜２０、ｃは４〜２６、ｄは１２〜２６の範囲内にあ
   り、ａ、ｂ、ｃ及びｄの和は実質的に１００であり、か
   つＱを構成するＣの一部が４原子％以下のＮで置換され
   てなるもの。但しＭがＷのみよりなるときは、ｂは４〜
   ２０の範囲内である。）