JPS6311653A - オ−ステナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金 - Google Patents
オ−ステナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金Info
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- JPS6311653A JPS6311653A JP61306683A JP30668386A JPS6311653A JP S6311653 A JPS6311653 A JP S6311653A JP 61306683 A JP61306683 A JP 61306683A JP 30668386 A JP30668386 A JP 30668386A JP S6311653 A JPS6311653 A JP S6311653A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、強度の高いキャビテーション侵食に対シて極
めて高い耐性を有している、オーステナイト系コバルト
含有ステンレス鋼合金に関するものである。
めて高い耐性を有している、オーステナイト系コバルト
含有ステンレス鋼合金に関するものである。
本願発明者の名義で１９８６年５月１３日に発行された
米国特許第４．５８８．４４０号においては、強度の高
いキャビテーションに対して極めて高い耐性を有してお
り、特に水力機械部品の製造および（また；砿）補修に
有用である、軟質オーステナイト系コバルト含有ステン
レス鋼合金が開示されている。
米国特許第４．５８８．４４０号においては、強度の高
いキャビテーションに対して極めて高い耐性を有してお
り、特に水力機械部品の製造および（また；砿）補修に
有用である、軟質オーステナイト系コバルト含有ステン
レス鋼合金が開示されている。
米国特許第４．５８８．４４０号に開示されている軟質
ステンレス鋼合金の特徴は、一方では、コバルト８〜３
０重量％、クロム１３〜３０重量％、炭素０．０３〜０
．３重量％、窒素〜０．３重量％、９９３７〜３重量％
、ニッケルー１重量％、モリブチ２〜２重量％、マンガ
ン〜９重量％を含有しており、残部は実質的に鉄である
ことであり、他方では、各々フェライト形成元素（Ｃｒ
、 Ｍｏ、 Ｓｉ ）およびオーステナイト形成元素（
Ｃ，Ｎ、 Ｃｏ、 Ｎｉ、 Ｍｎ） として知られる
上述の元素の量、および前記オーステナイトおよびフェ
ライト形成元素の中で、各々積層欠陥エネルギーを増大
および低下させることが知うれている各元素の量は、前
記合金の少なくとも６０重量％が周囲温度で準安定面心
立方相になっており、キャビテーション露出下で細密変
形双晶化、六方最密ε−相および（または）α−マルテ
ンサイト相に変態することができるようにするのに十分
な程度低い積層欠陥エネルギーを有するように、各々選
択し釣合わせることである。
ステンレス鋼合金の特徴は、一方では、コバルト８〜３
０重量％、クロム１３〜３０重量％、炭素０．０３〜０
．３重量％、窒素〜０．３重量％、９９３７〜３重量％
、ニッケルー１重量％、モリブチ２〜２重量％、マンガ
ン〜９重量％を含有しており、残部は実質的に鉄である
ことであり、他方では、各々フェライト形成元素（Ｃｒ
、 Ｍｏ、 Ｓｉ ）およびオーステナイト形成元素（
Ｃ，Ｎ、 Ｃｏ、 Ｎｉ、 Ｍｎ） として知られる
上述の元素の量、および前記オーステナイトおよびフェ
ライト形成元素の中で、各々積層欠陥エネルギーを増大
および低下させることが知うれている各元素の量は、前
記合金の少なくとも６０重量％が周囲温度で準安定面心
立方相になっており、キャビテーション露出下で細密変
形双晶化、六方最密ε−相および（または）α−マルテ
ンサイト相に変態することができるようにするのに十分
な程度低い積層欠陥エネルギーを有するように、各々選
択し釣合わせることである。
米国特許第４．５Ｈ，４４０号の第３欄に述べたように
、このステンレス鋼合金の上述の組成および極めて特殊
な構造は、数多くの研究および試験の後に本願発明者が
選択したものである。これらの研究および試験は、僅か
８重量％のコバルトを含有している軟質ステンレス鋼合
金が、６５重量％までのコバルトを含有している合金で
得られるのと同様の顕著な耐キャビテーション性を有し
ているという発見に従って行なわれた。但しこの低コバ
ルトステンレス鋼合金の少なくとも６０％は、周囲温度
で準安定面心立方α−相になっており、キャビテーショ
ン露出下で細密変形双晶化を示す六方最密γ−相および
（または）ε−マルテンサイト相に変態することができ
るようにするのに十分な程度低い積層欠陥エネルギーを
有しているものとする。
、このステンレス鋼合金の上述の組成および極めて特殊
な構造は、数多くの研究および試験の後に本願発明者が
選択したものである。これらの研究および試験は、僅か
８重量％のコバルトを含有している軟質ステンレス鋼合
金が、６５重量％までのコバルトを含有している合金で
得られるのと同様の顕著な耐キャビテーション性を有し
ているという発見に従って行なわれた。但しこの低コバ
ルトステンレス鋼合金の少なくとも６０％は、周囲温度
で準安定面心立方α−相になっており、キャビテーショ
ン露出下で細密変形双晶化を示す六方最密γ−相および
（または）ε−マルテンサイト相に変態することができ
るようにするのに十分な程度低い積層欠陥エネルギーを
有しているものとする。
より詳細には、驚くべきことに、低い積層欠陥エネルギ
ー（Ｓ、Ｆ、 Ｅ、 ）を有する結晶に特有である細密
なキャビテーション誘起双晶化を示す軟質Ｆｅ−Ｃｒ
−Ｃｏ−Ｃ合金は、下記のメカニズムによって極めて効
率の良い態様でキャビテーションに耐えることが発見さ
れた。すなわち、 高い歪み硬化および歪み適応が疲労亀裂の開始を遅らせ
、平面双晶化が表面全体に拡大して定温放置期間中それ
を極めて平滑かつ平坦に保ち、高い転位密度および極め
て微細な侵食粒子の生成によって到来キャビテーション
エネルギーを連続吸収し、よって極めて低い侵食速度を
もたらす。
ー（Ｓ、Ｆ、 Ｅ、 ）を有する結晶に特有である細密
なキャビテーション誘起双晶化を示す軟質Ｆｅ−Ｃｒ
−Ｃｏ−Ｃ合金は、下記のメカニズムによって極めて効
率の良い態様でキャビテーションに耐えることが発見さ
れた。すなわち、 高い歪み硬化および歪み適応が疲労亀裂の開始を遅らせ
、平面双晶化が表面全体に拡大して定温放置期間中それ
を極めて平滑かつ平坦に保ち、高い転位密度および極め
て微細な侵食粒子の生成によって到来キャビテーション
エネルギーを連続吸収し、よって極めて低い侵食速度を
もたらす。
以下に開示する本発明は、米国特許第４．５２，８．４
４０号に開示されているものと同様の結果および利点、
すなわち顕著な耐キャビテーション性、比較的低い製造
コストおよび特に水力機械部品の製造および補修のだめ
の複数の可能な用途が、前記米国特許第４．５８８．４
４０号に開示されている合金より硬質の新規のオーステ
ナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金でも得られると
いう発見に基づいている。前記新規の合金は、２重量％
までの炭素、５重量％までのシリコンおよび１６重量％
までのマンガンを含有している。
４０号に開示されているものと同様の結果および利点、
すなわち顕著な耐キャビテーション性、比較的低い製造
コストおよび特に水力機械部品の製造および補修のだめ
の複数の可能な用途が、前記米国特許第４．５８８．４
４０号に開示されている合金より硬質の新規のオーステ
ナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金でも得られると
いう発見に基づいている。前記新規の合金は、２重量％
までの炭素、５重量％までのシリコンおよび１６重量％
までのマンガンを含有している。
従って上述の発見から直接引出される本発明の目的は、
高い耐キャビテーション侵食性を有する新規のオーステ
ナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金を提供すること
であり、該新規合金の特徴は下記の通りである。すなわ
ち、 ａ）コバルト８〜３０重量％、クロム１３〜３０重量％
、炭素０．０３〜２．０重量％、窒素〜０．３菫、＞％
、シリコン〜５重量％、ニッケルー１．０重量％、モリ
ブチ２〜２．０重量％、マンガン〜１６重量％を含有し
ており、残部は実質的に鉄である。
高い耐キャビテーション侵食性を有する新規のオーステ
ナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金を提供すること
であり、該新規合金の特徴は下記の通りである。すなわ
ち、 ａ）コバルト８〜３０重量％、クロム１３〜３０重量％
、炭素０．０３〜２．０重量％、窒素〜０．３菫、＞％
、シリコン〜５重量％、ニッケルー１．０重量％、モリ
ブチ２〜２．０重量％、マンガン〜１６重量％を含有し
ており、残部は実質的に鉄である。
ｂ）下記の条件のうち少なくとも１つを満足している。
すなわち、
炭素の量が０．３％以上である。
シリコンの量が３．０％以上である。
マンガンの量が９．０％以上である。
Ｃ）各々フェライト形成元素（Ｃｒ 、 Ｍｏ 、 Ｓ
ｉ ）およびオーステナイト形成元素（Ｃ，Ｎ、 Ｃｏ
、 Ｎｉ。
ｉ ）およびオーステナイト形成元素（Ｃ，Ｎ、 Ｃｏ
、 Ｎｉ。
Ｍｎ） として知られる上述の元素の量、および前記
オーステナイトおよびフェライト形成元素の中で、各々
積層欠陥エネルギーを増大および低下させることが知ら
れている各元素の量は、前記合金の少な（とも６０重量
％が周囲温度で面心立方面になっており、キャビテーシ
ョン露出下で細密変形双晶化を示すか、あるいはこの面
心立方面をキャビテーション露出下でこのような細密変
形双晶化を示す六方最密ε−相および（または）α−マ
ルテンサイト相に変態可能にするのに十分な程度低い積
層欠陥エネルギーを有するように、各々選択し釣合わせ
る。
オーステナイトおよびフェライト形成元素の中で、各々
積層欠陥エネルギーを増大および低下させることが知ら
れている各元素の量は、前記合金の少な（とも６０重量
％が周囲温度で面心立方面になっており、キャビテーシ
ョン露出下で細密変形双晶化を示すか、あるいはこの面
心立方面をキャビテーション露出下でこのような細密変
形双晶化を示す六方最密ε−相および（または）α−マ
ルテンサイト相に変態可能にするのに十分な程度低い積
層欠陥エネルギーを有するように、各々選択し釣合わせ
る。
米国特許第４．５８８．４４０号に開示されている合金
の場合のように、本発明による合金の少なくとも６０重
量％は、周囲温度で可能な限り小さな積層欠陥エネルギ
ーを有するオーステナイト面心立方γ相になっていなけ
ればならない。この最後の条件、すなわちオーステナイ
ト面心立方を目の極めて低い積層欠陥エネルギーは、本
発明の重要な特徴である。というのは、合金がキャビテ
ーション露出下で変形して細密なキャビテーション誘起
双晶化および表面加工硬化を示し、耐キャビテーション
侵食性を極めて高くすることができることは必須である
ためである。この変形は場合によっては相の変化無しで
達成し得る。しかしながらこの変形は、面心立方γ相が
所要の細密変形双晶化を示す六方最密ε−相および（ま
たは）α−マルテンサイト相に変態することによっても
得られる。
の場合のように、本発明による合金の少なくとも６０重
量％は、周囲温度で可能な限り小さな積層欠陥エネルギ
ーを有するオーステナイト面心立方γ相になっていなけ
ればならない。この最後の条件、すなわちオーステナイ
ト面心立方を目の極めて低い積層欠陥エネルギーは、本
発明の重要な特徴である。というのは、合金がキャビテ
ーション露出下で変形して細密なキャビテーション誘起
双晶化および表面加工硬化を示し、耐キャビテーション
侵食性を極めて高くすることができることは必須である
ためである。この変形は場合によっては相の変化無しで
達成し得る。しかしながらこの変形は、面心立方γ相が
所要の細密変形双晶化を示す六方最密ε−相および（ま
たは）α−マルテンサイト相に変態することによっても
得られる。
キャビテーション露出下で変形または変態して細密なキ
ャビテーション誘起双晶化を示すこの能力は、低い積層
欠陥エネルギーを有する合金に特有である。このような
低い積層欠陥エネルギー（Ｓ、Ｆ、Ｅ、）にするため、
合金の積層欠陥エネルギーを低下または増大させる各元
素の能力を考慮しなければならず、本発明による所与の
合金の組成を完成するように選択する種々の元素の容量
は、前記各元素の特定の能力を考慮に入れて、キャビテ
ーションに対する露出によって細密変形双晶化を誘起す
ることができるレベルに、組成全体の積層欠陥エネルギ
ーを低下させるように調整しなければならない。本発明
による合金で使用することができる上述の元素の中で、
ＮｉおよびＣはＳ、 Ｆ、ε、を増大させることが知ら
れており、Ｃｏ 、 Ｓｉ 、 ！ＪｎおよびＮはＳ、
Ｆ、Ｅ、を低下させることが知られている。
ャビテーション誘起双晶化を示すこの能力は、低い積層
欠陥エネルギーを有する合金に特有である。このような
低い積層欠陥エネルギー（Ｓ、Ｆ、Ｅ、）にするため、
合金の積層欠陥エネルギーを低下または増大させる各元
素の能力を考慮しなければならず、本発明による所与の
合金の組成を完成するように選択する種々の元素の容量
は、前記各元素の特定の能力を考慮に入れて、キャビテ
ーションに対する露出によって細密変形双晶化を誘起す
ることができるレベルに、組成全体の積層欠陥エネルギ
ーを低下させるように調整しなければならない。本発明
による合金で使用することができる上述の元素の中で、
ＮｉおよびＣはＳ、 Ｆ、ε、を増大させることが知ら
れており、Ｃｏ 、 Ｓｉ 、 ！ＪｎおよびＮはＳ、
Ｆ、Ｅ、を低下させることが知られている。
従って好ましくは後者の元素を選択して合金のＳ。
Ｆ、Ｅ、を可能な限り低下させなくてはならない。これ
らの後者の元素の中で、コバルトはＳ、 Ｆ、ε、を低
下させるのに加えて、大きな濃度範囲に渡って合金のオ
ーステナイト相を安定状態に保持することを可能にする
という点で、おそらく最も興味深い元素である。
らの後者の元素の中で、コバルトはＳ、 Ｆ、ε、を低
下させるのに加えて、大きな濃度範囲に渡って合金のオ
ーステナイト相を安定状態に保持することを可能にする
という点で、おそらく最も興味深い元素である。
言うまでもなく、合金の少なくとも６０％が実際にオー
ステナイトγ相になっているように元素およびそれらの
容量を選択することも必要である。
ステナイトγ相になっているように元素およびそれらの
容量を選択することも必要である。
この特定の要件を達成するため、フェライト形成元素と
して知られる元素（Ｃｒ、 Ｍｏ、 Ｓｉ）の量および
オーステナイト形成元素として知られる元素（Ｃ，Ｎ、
Ｃｏ、 Ｎｉ、 Ｍｎ）の量を適切に選択し釣合わせ
なければならない。
して知られる元素（Ｃｒ、 Ｍｏ、 Ｓｉ）の量および
オーステナイト形成元素として知られる元素（Ｃ，Ｎ、
Ｃｏ、 Ｎｉ、 Ｍｎ）の量を適切に選択し釣合わせ
なければならない。
本発明による合金が細密なキャビテーション誘起変形双
晶化を示す必要性は、高コバルト合金の高い耐キャビテ
ーション性はその低い積層欠陥エネルギーおよび細密な
平面変形双晶化に起因すると考えた、ニス・ヴアイドヤ
氏（Ｓ、 Ｖａｉｄｙａ ）他による［コバルト単結晶
のキャビテーション侵食における双晶化の役割（Ｔｈｅ
Ｒｏｌｅ ｏｆ Ｔｗｉｎｎｉｎｇ １ｎｔｈｅ Ｃ
ａｖｉｔａｔｉｏｎ Ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｂａ
ｌｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌｓ） Ｊ （
Ｍｅｔ、Ｔｒａｎｓ、 Ａ、 ｖｏｌ、 ＩＩＡ、 ｐ
、 １１３９．１９８０ 年７月）の観察と一致する。
晶化を示す必要性は、高コバルト合金の高い耐キャビテ
ーション性はその低い積層欠陥エネルギーおよび細密な
平面変形双晶化に起因すると考えた、ニス・ヴアイドヤ
氏（Ｓ、 Ｖａｉｄｙａ ）他による［コバルト単結晶
のキャビテーション侵食における双晶化の役割（Ｔｈｅ
Ｒｏｌｅ ｏｆ Ｔｗｉｎｎｉｎｇ １ｎｔｈｅ Ｃ
ａｖｉｔａｔｉｏｎ Ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｂａ
ｌｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌｓ） Ｊ （
Ｍｅｔ、Ｔｒａｎｓ、 Ａ、 ｖｏｌ、 ＩＩＡ、 ｐ
、 １１３９．１９８０ 年７月）の観察と一致する。
しかしながら、３０％以下のコバルトおよび７０％まで
の鉄を含有している本発明による合金が、高コバルト合
金とほぼ同じ低いＳ、 Ｆ、 Ｅ、および細密な変形双
晶化を示すという事実は、ディー・ニー・ウッドフォー
ド氏（Ｄ、 Ａ、 Ｗｏｏｄｆｏｒｄ ）他により発表
された論文ｒｃｏ−Ｆｅ合金における４層積層シーケン
スを伴なう変形誘起相変態（Ａ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ Ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ａ Ｆｏｕｒ−Ｌａ
ｙｅｒ Ｓｔａｃｋｉｎｇ ５ｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎ
Ｃｏ−Ｆｅ Ａ１１ｏｙ） Ｊ （Ｍｅｔ、Ｔｒａｎｓ
、、１９７１年、ｖｏｌ、 ２． ｐ、 ３２２３ ）
を考慮に入れると相当驚くべきことのように思われるだ
ろう。上述の論文においては、Ｃｏ −Ｆｅ合金におい
てはキャビテーション誘起γ→ε変態を完全に消滅させ
るには、僅か１５％の鉄で十分であることが示されてい
る。この特定の作用に対する可能な説明は、本発明によ
る合金においてはクロムはコバルトおよび鉄との強力な
相互作用を有しており、低Ｓ、 Ｆ、 Ｅ、結晶の形成
を促進するということである。
の鉄を含有している本発明による合金が、高コバルト合
金とほぼ同じ低いＳ、 Ｆ、 Ｅ、および細密な変形双
晶化を示すという事実は、ディー・ニー・ウッドフォー
ド氏（Ｄ、 Ａ、 Ｗｏｏｄｆｏｒｄ ）他により発表
された論文ｒｃｏ−Ｆｅ合金における４層積層シーケン
スを伴なう変形誘起相変態（Ａ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏ
ｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ Ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ａ Ｆｏｕｒ−Ｌａ
ｙｅｒ Ｓｔａｃｋｉｎｇ ５ｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎ
Ｃｏ−Ｆｅ Ａ１１ｏｙ） Ｊ （Ｍｅｔ、Ｔｒａｎｓ
、、１９７１年、ｖｏｌ、 ２． ｐ、 ３２２３ ）
を考慮に入れると相当驚くべきことのように思われるだ
ろう。上述の論文においては、Ｃｏ −Ｆｅ合金におい
てはキャビテーション誘起γ→ε変態を完全に消滅させ
るには、僅か１５％の鉄で十分であることが示されてい
る。この特定の作用に対する可能な説明は、本発明によ
る合金においてはクロムはコバルトおよび鉄との強力な
相互作用を有しており、低Ｓ、 Ｆ、 Ｅ、結晶の形成
を促進するということである。
本発明によるＦｅ −Ｃｒ −Ｃｏ −Ｃ合金の表層は
、キャビテーション露出後、面心立方γ相、六方最密ε
相またはαマルテンサイトで極めて細密な変形双晶網を
示す。キャビテーション露出下のこの連続した細密双晶
化の存在によって、合金の高い耐キャビテーション性の
説明がつく。この細密双晶化は確かに到来キャビテーシ
ョン衝撃エネルギーを吸収する効率的な手段である。ま
たこの細密双晶化は高い応力集中を回避し疲労亀裂の開
始および伝播を遅らせる歪み適応の効率的手段でもある
。
、キャビテーション露出後、面心立方γ相、六方最密ε
相またはαマルテンサイトで極めて細密な変形双晶網を
示す。キャビテーション露出下のこの連続した細密双晶
化の存在によって、合金の高い耐キャビテーション性の
説明がつく。この細密双晶化は確かに到来キャビテーシ
ョン衝撃エネルギーを吸収する効率的な手段である。ま
たこの細密双晶化は高い応力集中を回避し疲労亀裂の開
始および伝播を遅らせる歪み適応の効率的手段でもある
。
細密双晶化と関連した局部的な高い歪み硬化は、キャビ
テーション露出（定温放置期間）の始まりで双晶化およ
び硬化が露出面全体に拡大するのを促進する。これによ
って、波状変形材料において生じる高い表面配状とは対
照的に、なぜこの表面が定温放置期間中極めて平坦かつ
平滑なままであるのか説明がつく。より平滑な表面は確
かにキャビテーション内破によって生じる局部接線方向
流によってさほど侵食されない。従って定温放置期間中
、本発明によるＣＯ合金上のただ１つの起伏は細密双晶
化表面ステップである。最終的にこの極めて細密な双晶
化によって、双晶交点で極めて微細な粒子を除去するこ
とにより侵食速度が極めて低くなる。こうして生じた所
与の金属の損失体積に対する大量の新しく作られた表面
は、初期キャビテーションエネルギーを吸収するもう１
つの効率的方法である。
テーション露出（定温放置期間）の始まりで双晶化およ
び硬化が露出面全体に拡大するのを促進する。これによ
って、波状変形材料において生じる高い表面配状とは対
照的に、なぜこの表面が定温放置期間中極めて平坦かつ
平滑なままであるのか説明がつく。より平滑な表面は確
かにキャビテーション内破によって生じる局部接線方向
流によってさほど侵食されない。従って定温放置期間中
、本発明によるＣＯ合金上のただ１つの起伏は細密双晶
化表面ステップである。最終的にこの極めて細密な双晶
化によって、双晶交点で極めて微細な粒子を除去するこ
とにより侵食速度が極めて低くなる。こうして生じた所
与の金属の損失体積に対する大量の新しく作られた表面
は、初期キャビテーションエネルギーを吸収するもう１
つの効率的方法である。
本発明の好適な実施例によれば、本発明によるオーステ
ナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金は、コバルト１
０〜１２重量％、クロム１６〜１８重量％、炭素０．４
〜０．５重量％、シリコン２．５〜３．５重量％、マン
ガン４．５〜５．５重量％を含有しており、残部は実質
的に鉄であり、言うまでもなく窒素やモリブデン等の微
量の不純物を含有しているのが有利である。上述の各元
素の多量は前述のように選択し釣合わせる。
ナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金は、コバルト１
０〜１２重量％、クロム１６〜１８重量％、炭素０．４
〜０．５重量％、シリコン２．５〜３．５重量％、マン
ガン４．５〜５．５重量％を含有しており、残部は実質
的に鉄であり、言うまでもなく窒素やモリブデン等の微
量の不純物を含有しているのが有利である。上述の各元
素の多量は前述のように選択し釣合わせる。
本発明による特に好適な合金は後述の表において番号Ｓ
１７，２３および５９で識別したものである。確かにこ
れらの特に好適な合金は、周知のステライト−６（登録
商標）とほぼ等しいかあるいは（特に合金番号５１７−
３の場合）それ以上の耐キャビテーション侵食性を有し
ているという点で極めて効率的であるばかりでなく、例
えば通常６０重量％のコバルトを含有しているステライ
ト合金と比較して製造コストが極めて安価である。
１７，２３および５９で識別したものである。確かにこ
れらの特に好適な合金は、周知のステライト−６（登録
商標）とほぼ等しいかあるいは（特に合金番号５１７−
３の場合）それ以上の耐キャビテーション侵食性を有し
ているという点で極めて効率的であるばかりでなく、例
えば通常６０重量％のコバルトを含有しているステライ
ト合金と比較して製造コストが極めて安価である。
これに関連して、本発明による合金の組成は標準３００
シリーズステンレス鋼の組成と極めて類似しており、た
だ１つの相違点はニッケル（Ｓ、 Ｆ、 Ｅ。
シリーズステンレス鋼の組成と極めて類似しており、た
だ１つの相違点はニッケル（Ｓ、 Ｆ、 Ｅ。
を増大させる）が無く代りにコバルト＜Ｓ、Ｆ、Ｅ、を
低下させる）の量が増加していることであるという点に
注意されたい。
低下させる）の量が増加していることであるという点に
注意されたい。
前述のように本発明によるステンレス鋼合金は軟質であ
る。該合金はステライト−６やステライト−２１等の従
来の高コバルト合金より安価であり、これらの高コバル
ト合金とばば同じ顕著な耐キャビテーション性を有して
いる。
る。該合金はステライト−６やステライト−２１等の従
来の高コバルト合金より安価であり、これらの高コバル
ト合金とばば同じ顕著な耐キャビテーション性を有して
いる。
従って本発明による合金は、キャビテーション侵食に対
して水力機械を保護するため今日使用されているステラ
イト−２１タイプの合金に対して経済的な代用品となる
。このような合金で作られた溶接用ワイヤや溶接棒は熱
間および冷間圧延することができ、キャビテーション損
傷の現場補修に使用することができる。また水力機械部
品はこのような合金から直接鋳造して、高い耐キャビテ
ーション性の水力機械の開発および製作を可能にするこ
とができる。
して水力機械を保護するため今日使用されているステラ
イト−２１タイプの合金に対して経済的な代用品となる
。このような合金で作られた溶接用ワイヤや溶接棒は熱
間および冷間圧延することができ、キャビテーション損
傷の現場補修に使用することができる。また水力機械部
品はこのような合金から直接鋳造して、高い耐キャビテ
ーション性の水力機械の開発および製作を可能にするこ
とができる。
従って本発明のもう１つの目的は、本発明によるステン
レス鋼合金で作ったり被覆したりした、水力機械の製造
または補修に使用するステンレス鋼部品を提供すること
である。
レス鋼合金で作ったり被覆したりした、水力機械の製造
または補修に使用するステンレス鋼部品を提供すること
である。
本発明によるステンレス鋼部品は、少なくともより硬質
のステライト−１または一６合金で作られた部品と等し
い耐キャビテーション性を有している。本発明による合
金は軟質であるためはるかに容易に研削することができ
る。実際に、この合金はステライト−２１タイプのより
軟質の高コバルト合金で作られた部品の全ての利点を有
しているがコストは低い。
のステライト−１または一６合金で作られた部品と等し
い耐キャビテーション性を有している。本発明による合
金は軟質であるためはるかに容易に研削することができ
る。実際に、この合金はステライト−２１タイプのより
軟質の高コバルト合金で作られた部品の全ての利点を有
しているがコストは低い。
〔本願発明者が行なった試験および実験の説明〕実験手
順 高強度キャビテーション侵食に対する耐性は標準ＡＳＴ
Ｍ−６３２超音波キャビテーション試験に従って測定し
た。２２℃の蒸留水中で５０μｍの２倍振幅で２０ＫＨ
ｚで振動している１６１１１１１１円筒状試験片の減量
を、０．１ ｍｇまで正確な電気秤で２５時間 。
順 高強度キャビテーション侵食に対する耐性は標準ＡＳＴ
Ｍ−６３２超音波キャビテーション試験に従って測定し
た。２２℃の蒸留水中で５０μｍの２倍振幅で２０ＫＨ
ｚで振動している１６１１１１１１円筒状試験片の減量
を、０．１ ｍｇまで正確な電気秤で２５時間 。
に渡って５時間毎に測定した。試験した材料はその名目
上の組成、硬度およびキャビテーション侵食速度と共に
下記の表１に示す。
上の組成、硬度およびキャビテーション侵食速度と共に
下記の表１に示す。
前記表に示した実験コバルト合金は、小型実験室用アー
ク炉の水冷銅板上で下記の成分、すなわち炭素鋼、３０
４ステンレス鋼、ステライト−２１、フェロクロム、電
解コバルト、フェロマンガンおよびフェロシリコンのう
ちの幾つかの適当な混合物を再融解することによって作
った。参考のため試験したステライト以外のこれらの各
実験合金の組成は、本発明によるコバルト含有ステンレ
ス鋼合金の組成の上述の範囲内に入ることに注意された
い。
ク炉の水冷銅板上で下記の成分、すなわち炭素鋼、３０
４ステンレス鋼、ステライト−２１、フェロクロム、電
解コバルト、フェロマンガンおよびフェロシリコンのう
ちの幾つかの適当な混合物を再融解することによって作
った。参考のため試験したステライト以外のこれらの各
実験合金の組成は、本発明によるコバルト含有ステンレ
ス鋼合金の組成の上述の範囲内に入ることに注意された
い。
実験結果
表Ｉに示した試験および測定により、本発明による全て
の実験合金は硬度はほぼ同じでステライト−２１より高
いかあるいは等しい耐キャビテーション侵食性を有して
いることが明らかである。
の実験合金は硬度はほぼ同じでステライト−２１より高
いかあるいは等しい耐キャビテーション侵食性を有して
いることが明らかである。
本発明による試験合金の１つ、すなわち５１７−３で識
別した合金は硬度が低くてもステライ）−６より高い耐
キャビテーション侵食性を示した。
別した合金は硬度が低くてもステライ）−６より高い耐
キャビテーション侵食性を示した。
Ｘ線回折試験および顕微鏡観察により同時に、本発明に
よるコバルト合金の優れた耐キャビテーション侵食性は
、キャビテーション露出下でのオーステナイトγ相の変
形またはその六方最密ε相またはα−マルテンサイトへ
の変態に関連した細密な変形双晶網に起因すると考えら
れることがわかった。このような細密なキャビテーショ
ン誘起双晶化は低い積層欠陥エネルギーを有する合金に
特有のものである。
よるコバルト合金の優れた耐キャビテーション侵食性は
、キャビテーション露出下でのオーステナイトγ相の変
形またはその六方最密ε相またはα−マルテンサイトへ
の変態に関連した細密な変形双晶網に起因すると考えら
れることがわかった。このような細密なキャビテーショ
ン誘起双晶化は低い積層欠陥エネルギーを有する合金に
特有のものである。
キャビテーション露出を受ける前は主にフェライト系ま
たはマルテンサイト系である。米国特許第４．５８８．
４４０号に開示されている実験合金では、細密双晶化は
見られず耐キャビテーション性が乏しかったという事実
は、キャビテーション誘起相変形または面心立方γ相か
ら細密変形双晶化六方最密ε相および（または）αマル
テンサイト相への変態は高い耐キャビテーション性を得
るには必須であることを示していると考えられる。この
要件は本発明による合金が周囲温度では主としてオース
テナイト相になっていることを含んでいる。
たはマルテンサイト系である。米国特許第４．５８８．
４４０号に開示されている実験合金では、細密双晶化は
見られず耐キャビテーション性が乏しかったという事実
は、キャビテーション誘起相変形または面心立方γ相か
ら細密変形双晶化六方最密ε相および（または）αマル
テンサイト相への変態は高い耐キャビテーション性を得
るには必須であることを示していると考えられる。この
要件は本発明による合金が周囲温度では主としてオース
テナイト相になっていることを含んでいる。
従ってちょうど３０１ステンレス鋼におけるように、本
発明による合金に含まれているフェライト形成元素（Ｃ
ｒ、 Ｍｏ、 Ｓｉ）およびオーステナイト形成元素（
Ｃ，Ｎ、 Ｃｏ、 Ｎｉ）の量は、特に急速な冷却の場
合オーステナイトをかろうじて安定させ同時にキャビテ
ーション誘起γ相変形あるいはγ−相からε−相または
α−マルテンサイトへの変態を促進するように均合せな
ければならない。本発明による合金の高い耐キャビテー
ション性は本質的に、Ｓ、 Ｆ、ε、を増大させる元素
例えばＮｉの量を可能な限り低減しＳ、Ｆ、Ｅ、を低下
させる元素（Ｃｏ。
発明による合金に含まれているフェライト形成元素（Ｃ
ｒ、 Ｍｏ、 Ｓｉ）およびオーステナイト形成元素（
Ｃ，Ｎ、 Ｃｏ、 Ｎｉ）の量は、特に急速な冷却の場
合オーステナイトをかろうじて安定させ同時にキャビテ
ーション誘起γ相変形あるいはγ−相からε−相または
α−マルテンサイトへの変態を促進するように均合せな
ければならない。本発明による合金の高い耐キャビテー
ション性は本質的に、Ｓ、 Ｆ、ε、を増大させる元素
例えばＮｉの量を可能な限り低減しＳ、Ｆ、Ｅ、を低下
させる元素（Ｃｏ。
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎ）に置換えてより細密な変形双晶化およ
び高い表面加工硬化を生じるようにした組成の結果であ
る。
び高い表面加工硬化を生じるようにした組成の結果であ
る。
本発明による軟質コバルト合金は、タービン、ポンプ、
水栓等の水力機械部品の製造または補修に有利に使用す
ることができる。該合金は炭素鋼のコア上に溶接したり
あるいはそれとして鋳造した保護層として使用すること
ができる。該合金は薄板、溶接用ワイヤまたは溶接棒に
熱間または冷開成形して、キャビテーション損傷の現場
補修において従来このような補修に使用されてきたより
高価なステライト−２１の代りに使用することができる
。
水栓等の水力機械部品の製造または補修に有利に使用す
ることができる。該合金は炭素鋼のコア上に溶接したり
あるいはそれとして鋳造した保護層として使用すること
ができる。該合金は薄板、溶接用ワイヤまたは溶接棒に
熱間または冷開成形して、キャビテーション損傷の現場
補修において従来このような補修に使用されてきたより
高価なステライト−２１の代りに使用することができる
。
本発明によるＣｏオーステナイト系ステンレス鋼の最良
の耐キャビテーション性のため、鋳造または溶接したま
まの状態で特別な熱処理または機械的処理は何ら必要で
はないことに注意されたい。
の耐キャビテーション性のため、鋳造または溶接したま
まの状態で特別な熱処理または機械的処理は何ら必要で
はないことに注意されたい。
これらは鋳造したままで使用することができ、これによ
って溶加材に適用可能になる。例えば平坦な製品または
ワイヤ製品に成形する目的でそれらを冷間変形しなけれ
ばならない場合、プレーンオーステナイト系ステンレス
鋼として高温焼なまし処理が必要になる。Ｃｏベース合
金より良好なそれらの成形性は溶接用ワイヤの製作のた
めのもう１つの経済的利点である。
って溶加材に適用可能になる。例えば平坦な製品または
ワイヤ製品に成形する目的でそれらを冷間変形しなけれ
ばならない場合、プレーンオーステナイト系ステンレス
鋼として高温焼なまし処理が必要になる。Ｃｏベース合
金より良好なそれらの成形性は溶接用ワイヤの製作のた
めのもう１つの経済的利点である。
Claims (12)
- （１）ａ）コバルト８〜３０重量％、クロム１３〜３０
重量％、炭素０．０３〜２．０重量％、窒素〜０．３重
量％、シリコン〜５重量％、ニッケル〜１．０重量％、
モリブデン〜２．０重量％、マンガン〜１６重量％を含
有しており、残部は実質的に鉄であって、 ｂ）下記の条件、すなわち炭素の量は０．３％以上であ
る；シリコンの量は３．０％以上である；マンガンの量
は９．０％以上であるのうち少なくとも１つを満足して
おり、 ｃ）各々フェライト形成元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｉ）およ
びオーステナイト形成元素（Ｃ、Ｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ
）として知られる上述の元素の量、および上記オーステ
ナイトおよびフェライト形成元素の中で、各々積層欠陥
エネルギーを増大および低下させることが知られている
各元素の量は、合金の少なくとも６０重量％が周囲温度
で面心立方面になっており、キャビテーション露出下で
細密変形双晶化を示すか、あるいはこの面心立方面をキ
ャビテーション露出下でこのような細密変形双晶化を示
す六方最密をε−相および（または）α−マルテンサイ
ト相に変態可能にするのに十分な程度低い積層欠陥エネ
ルギーを有するように各々選択し釣合わせることを特徴
とする、高い耐キャビテーション侵食性を示すオーステ
ナイト系ステンレス鋼合金。 - （２）コバルト１０〜１２重量％、クロム１６〜１８重
量％、炭素０．４〜０．５重量％、シリコン２．５〜３
．５重量％、マンガン４．５〜５．５重量％を含有して
おり、残部は実質的に鉄であり選択的に微量のモリブデ
ンおよび窒素を含有していることを特徴とする、特許請
求の範囲第１項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼
合金。 - （３）コバルト約１１．６重量％、クロム約１６．６重
量％、炭素約０．４６重量％、シリコン約３．３重量％
、マンガン約１．３重量％を含有しており、残部は実質
的に鉄であり微量のモリブデンおよび窒素を含有するこ
とも可能であることを特徴とする、特許請求の範囲第２
項に記載のオーステナイト系ステンレス鋼合金。 - （４）コバルト約８重量％、クロム約１６．４重量％、
炭素約０．４１重量％、シリコン約３．５重量％、マン
ガン約５重量％を含有しており、残部は実質的に鉄であ
り微量のモリブデンおよび窒素を含有することも可能で
あることを特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載の
オーステナイト系ステンレス鋼合金。 - （５）コバルト約８重量％、クロム約１６重量％、炭素
約０．４重量％、シリコン約３重量％、マンガン約５重
量％を含有しており、残部は実質的に鉄であり微量のモ
リブデンおよび窒素を含有することも可能であることを
特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載のオーステナ
イト系ステンレス鋼合金。 - （６）特許請求の範囲第１項に記載の高い耐キャビテー
ション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合金
で作ったり被覆したりしたことを特徴とする、水力機械
の製造または補修に使用するステンレス鋼部品。 - （７）特許請求の範囲第２項に記載の高い耐キャビテー
ション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合金
で作ったり被覆したりしたことを特徴とする、水力機械
の製造または補修に使用するステンレス鋼部品。 - （８）特許請求の範囲第４項に記載の高い耐キャビテー
ション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合金
で作ったり被覆したりしたことを特徴とする、水力機械
の製造または補修に使用するステンレス鋼部品。 - （９）特許請求の範囲第５項に記載の高い耐キャビテー
ション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合金
で作ったり被覆したりしたことを特徴とする、水力機械
の製造または補修に使用するステンレス鋼部品。 - （１０）特許請求の範囲第１項に記載の高い耐キャビテ
ーション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合
金で作られていることを特徴とする、水力機械の製造ま
たは補修用の溶接棒または溶接用ワイヤ。 - （１１）特許請求の範囲第２項に記載の高い耐キャビテ
ーション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合
金で作られていることを特徴とする、水力機械の製造ま
たは補修用の溶接棒または溶接用ワイヤ。 - （１２）特許請求の範囲第３項に記載の高い耐キャビテ
ーション侵食性を示すオーステナイト系ステンレス鋼合
金で作られていることを特徴とする、水力機械の製造ま
たは補修用の溶接棒または溶接用ワイヤ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000512811A CA1269548A (fr) | 1986-06-30 | 1986-06-30 | Acier inoxydable austenitique au cobalt ultra resistant a la cavitation erosive |
| CA512811 | 1986-06-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6311653A true JPS6311653A (ja) | 1988-01-19 |
Family
ID=4133466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61306683A Pending JPS6311653A (ja) | 1986-06-30 | 1986-12-24 | オ−ステナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4751046A (ja) |
| EP (1) | EP0250690B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6311653A (ja) |
| AU (1) | AU589281B2 (ja) |
| CA (1) | CA1269548A (ja) |
| CH (1) | CH674522A5 (ja) |
| DE (1) | DE3675547D1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3901028A1 (de) * | 1989-01-14 | 1990-07-19 | Bayer Ag | Nichtrostende knet- und gusswerkstoffe sowie schweisszusatzwerkstoffe fuer mit heisser, konzentrierter schwefelsaeure beaufschlagte bauteile |
| DE69410555T2 (de) * | 1993-09-03 | 1999-01-28 | Sanyo Special Alloys, Ltd., Tochigi | Nichtmagnetische Eisenlegierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit |
| US5514329A (en) * | 1994-06-27 | 1996-05-07 | Ingersoll-Dresser Pump Company | Cavitation resistant fluid impellers and method for making same |
| US5514328A (en) * | 1995-05-12 | 1996-05-07 | Stoody Deloro Stellite, Inc. | Cavitation erosion resistent steel |
| FR2761006B1 (fr) * | 1997-03-21 | 1999-04-30 | Usinor | Roue pour vehicule automobile |
| US10281903B2 (en) | 2015-07-27 | 2019-05-07 | Hitachi, Ltd. | Process for design and manufacture of cavitation erosion resistant components |
| CN113817969B (zh) * | 2020-06-19 | 2022-09-27 | 香港大学 | 一种高强度超耐腐蚀无磁不锈钢及其制备方法 |
| DE102020131031A1 (de) * | 2020-11-24 | 2022-05-25 | Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg | Martensitische Stahllegierung mit optimierter Härte und Korrosionsbeständigkeit |
Citations (1)
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| JPS6115949A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-24 | ハイドロ‐ケベツク | 軟質オーステナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1866836A (en) * | 1928-09-04 | 1932-07-12 | Thompson Prod Inc | Alloy |
| US1904712A (en) * | 1930-04-29 | 1933-04-18 | Electro Metallurg Co | Stain resisting cobalt alloy |
| CH327362A (de) * | 1952-09-10 | 1958-01-31 | Schoeller Bleckmann Stahlwerke | Gegenstand, der bei hohen Temperaturen gegen die in den Verbrennungsrückständen flüssiger Brennstoffe vorhandenen Oxyde widerstandsfähig ist |
| US3772005A (en) * | 1970-10-13 | 1973-11-13 | Int Nickel Co | Corrosion resistant ultra high strength stainless steel |
| JPS5291723A (en) * | 1976-01-29 | 1977-08-02 | Denki Jiki Zairiyou Kenkiyuush | Corrosion resistance fe base alloy and production of it |
| DE3176034D1 (en) * | 1980-06-17 | 1987-04-30 | Toshiba Kk | A high cavitation erosion resistance stainless steel and hydraulic machines being made of the same |
| SE451465B (sv) * | 1984-03-30 | 1987-10-12 | Sandvik Steel Ab | Ferrit-austenitiskt rostfritt stal mikrolegerat med molybden och koppar och anvendning av stalet |
| IT1219414B (it) * | 1986-03-17 | 1990-05-11 | Centro Speriment Metallurg | Acciaio austenitico avente migliorata resistenza meccanica ed agli agenti aggressivi ad alte temperature |
-
1986
- 1986-06-30 CA CA000512811A patent/CA1269548A/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-10-23 US US06/922,404 patent/US4751046A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-12-18 EP EP86420305A patent/EP0250690B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-12-18 DE DE8686420305T patent/DE3675547D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-12-24 JP JP61306683A patent/JPS6311653A/ja active Pending
-
1987
- 1987-06-29 CH CH2454/87A patent/CH674522A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1987-06-30 AU AU74945/87A patent/AU589281B2/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115949A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-24 | ハイドロ‐ケベツク | 軟質オーステナイト系コバルト含有ステンレス鋼合金 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3675547D1 (de) | 1990-12-13 |
| EP0250690B1 (fr) | 1990-11-07 |
| US4751046A (en) | 1988-06-14 |
| CH674522A5 (ja) | 1990-06-15 |
| EP0250690A1 (fr) | 1988-01-07 |
| CA1269548A (fr) | 1990-05-29 |
| AU589281B2 (en) | 1989-10-05 |
| AU7494587A (en) | 1988-01-07 |
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