JPS6341981B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、水力発電用水車ランナ、ガイド・ベ
ーン・ステー・ベーン、船舶用プロペラ、および
各種ポンプ等に使用される耐食材料に関する。 近年、エネルギーの有効利用の見地から、比較
的短時間で出力調整が可能な水力発電、特に夜間
の余剰電力を有効に利用できる揚水発電プラント
の建設が盛んである。しかも水力発電プラントは
建設地点の限定、単機容量に対する建設費の低
減、発電効率の向上などの点から、大容量化され
る傾向にあり、揚水発電においては高落差化、高
揚程化が進んでいる。 従来、水車ランナ材、ガイド・ベーン材、ステ
ー・ベーン材などには比較的多量のNiを含むマ
ルテンサイト系13％Crステンレス鋼鋳鋼が使用
されているが、高揚程化や流速の増大をまねく高
落差化はキヤビテーシヨンの発生を増大させ水車
ランナのキヤビテーシヨン・エロージヨンを加速
させるという問題を生じていた。 また、船舶用のプロペラ材は銅合金からより軽
量化が可能な、13％Crステンレス鋼への移行が
行なわれているが、推進器の大型化、高速化に伴
い船舶用プロペラのキヤビテーシヨン・エロージ
ヨンは加速されている。 マルテンサイド系13％Crステンレス鋼鋳鋼の
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性は、Ni量
が９％程度までの範囲において、Ni量の増加と
ともに改善されることは知られているが、９％程
度のNiを含む鋳鋼でも、その耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性は、オーステナイト系ステン
レス鋼程度である。 一般に、オーステナイト系ステンレス鋼の耐キ
ヤビテーシヨン・エロージヨン性は、マルテンサ
イト系13％Crステンレス鋼鋳鋼よりも優れてい
るが、この材料は耐力が低いことから水車ランナ
本体に適用する場合、製造工程を複雑にするた
め、水車ランナ羽根表面などのキヤビテーシヨ
ン・エロージヨン損耗の著しい部位に肉盛溶接さ
れて使用されている。しかしながら、肉盛溶接材
においてもさらに優れた耐キヤビテイーシヨン・
エロージヨン性が必要とされている。 このように水力発電用材料は、船舶用推進器、
各種ポンプ等の使用状態が苛酷になるにつれ、従
来材よりも耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性
がさらに優れた材料が要望されてきた。 このような点に鑑み、本発明は耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性がオーステナイト系ステン
レス鋼（SUS304）より優れた耐食材料を提供す
ることを目的としている。 本発明はCr―Ni系ステンレス鋼に所定量Mnを
含有せしめ素地中にフエライト相を含むことなく
イプシロン相（以下ε相と記す）あるいはオース
テナイト相（以下γ相と記す）を形成させること
により、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を
向上させるものである。すなわち、重量％で10〜
20％のCr，0.5〜10％のNiを含む鋼に２％を越え
20％以下のMnを含有させ、素地中にフエライト
相を含むことなくε相あるいはγ相を形成させた
鋼の耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性が
SUS304オーステナイト系ステンレス鋼の耐キヤ
ビテーシヨン・エロージヨン性より優れているこ
とを見い出した。この場合、素地中にフエライト
相が混在すると、その耐キヤビテーシヨン・エロ
ージヨン性は著しく劣化することから素地中には
フエライト相を含まないことが必要である。 またＣはMn，Niとともにε相やγ相を形成さ
せ耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向上さ
せる。 すなわち、本発明に係るマルテンサイト系ステ
レンス鋼のＣ量を高めると素地組織中にはε相や
γ相が形成され耐キヤビテーシヨン・エロージヨ
ン性は著しく改善される。さらに該鋼にMoある
いはCoを添加すると耐キヤビテーシヨン・エロ
ージヨン性はさらに改善される。 以下、特許請求の範囲の限定理由を述べる。 炭素(C)；炭素はε相やγ相を形成させ耐キヤビ
テイーシヨン・エロージヨン性を向上させるため
に必要な元素であるが過剰の添加は耐食性を害す
ることから上限を0.2％とする。 ケイ素（Si）；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ために必要である
が、過剰の添加は靭性を害することから、上限を
2.0％とする。 クロム（Cr）；クロムは耐食性を向上させるた
めに、10％以上の添加が必要であるが過剰の添加
は素地中にフエライトを生成させ耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性を低下させることから上限
を20％とする。 ニツケル（Ni）；ニツケルは耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性、靭性を向上させるに必要な
元素で0.5％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り、コスト上昇になる
ため、上限を10％とした。 マンガン（Mn）；マンガンはε相やγ相を形
成させ耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向
上させるために特に重要な元素であるが、２％以
下ではその効果は十分でないことから2.0％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。 モリブデン（Mo）；モリブデンは耐キヤビテ
ーシヨン・エロージヨン性、耐食性を向上させる
ために必要であるが、過剰の添加は靭性を害する
ことから上限を2.0％とする。 コバルト（Co）；コバルトは耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性を向上させるために0.5％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、コスト上昇になるため上限を5.0
％とした。 組織；特許請求の範囲にある組成を有する鋼の
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性は素地中に
ε相あるいはγ相を含む場合に著しい効果を示す
ことから該鋼の組織中にはε相あるいはγ相を含
ことが必要である。この場合、組織中にフエライ
ト相が混在すると耐キヤビテーシヨン・エロージ
ヨン性は著しく低下することから、フエライト相
を含まない必要がある。 本発明は高い耐力を必要としない耐キヤビテー
シヨン・エロージヨン用部材としてはもちろん、
水車ランナ、ガイド・ベーン、ステー・ベーン等
の水力発電用機器、船舶用プロペラ、各種ポンプ
等のキヤビテーシヨン・エロージヨン発生部位へ
の肉盛溶接材として使用できる他、発電プラント
のモイスチヤ・セパレータ・リヒータのパイプ等
耐エロージヨン性が要求される部位にも幅広く使
用できる耐食材料である。 以下実施例をもつて本発明鋼を説明する。 真空高周波誘導溶解炉により第１表に示す化学
組成の試料を溶製した。実施例１〜３の試料につ
いては、1100℃，２時間の溶体化処理後空冷し
た。比較例１は市販のSUS304で上記と同様の熱
処理を施して使用した。また、比較例２〜４は、
従来ランナ材に適用されている熱処理相当の熱履
歴として、1100℃、２時間の溶体化処理を行なつ
たのち、さらに650℃、２時間の焼戻しを行なつ
たものである。

【表】 キヤビテーシヨン・エロージヨン試験は、電歪
振動法により周波数65KHz、振幅100μm、25℃の
純水中で180分行ない、次式によりキヤビテーシ
ヨン・エロージヨン指数（C.E.I）を求めた。 C.E.I.＝キヤビテーシヨン・エロージヨン減量（ｇ）
／試験時間（分）×比重×10⁶ また光学顕微鏡観察、熱膨張測定、Ｘ線回折に
より各試料の相を決定した。 第２表の実施例１〜３は本発明に係る耐食材料
であり、また比較例１は従来肉盛溶接材として使
用されているSUS304オーステナイト系ステンレ
ス鋼（γ相）、比較例２は水車ランナ用材料とし
て使用されている13％Cr―3.5％Niマルテンサイ
ト系ステンレス鋼（α′相）である。

【表】 実施例１〜３の組織中にはε相あるいはγ相を
含んでおり、そのC.E.I.は従来耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性に優れているとされている
SUS304（比較例１）より著しく小さく、本発明
に係る耐食材料は優れた耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性を有していることがわかる。 ところで、本発明に係る耐食材料は耐キヤビテ
ーシヨン・エロージヨン性に優れていることに加
え耐力が低く、実施例１は耐力が11Kg／mmと
SUS304より低いことから、肉盛溶接材として適
している。 なお実施例１，２中には多少のα′相（マルテン
サイト相）を含む事もあるが、ε相の存在により
優れた耐食性を示す。また実施例３中にはε相を
含む事もある。この様に本発明においてはフエラ
イト相を含む事なく、ε相、γ相を含んでいれば
よいが、実用上、ε相、γ相が多い程優れた耐食
性を示す。 以上説明した如く、本発明に係る耐食材料は優
れた耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を有し
水力発電用水車ランナ、ガイド・ベーン、ステ
ー・ベーン、船舶用プロペラ、および各種ポンプ
等、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を要求
される材料として適したものと言える。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量パーセントで0.20％以下の炭素、2.0％
   以下のケイ素、10〜20％のクロム、0.1〜10％の
   ニツケル、２％を越え20％以下のマンガン、2.0
   ％以下のモリブデン、0.5〜50％のコバルト残部
   が実質的に鉄からなりかつ組織中にフエライト相
   を含むことなくイプシロン相あるいはオーステナ
   イト相を含むことを特徴とする耐食材料。