JP2002285287A - 耐食性・耐摩耗性に優れた鋼製織機部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過酷な摩耗環境においても十分な耐摩耗性を
し増し、かつ結露水や繊維の水分により腐食することな
く、長期にわたって使用される鋼製織機部材を提供す
る。 【構成】 Ｃｒ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０
５〜１．２０質量％、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：
１．０質量％以下を含有し、さらにＴｉおよび／または
Ｎｂを、Ｔｉ：単独で０．０５〜１．０質量％、Ｎｂ：
単独で０．０５〜１．５０質量％またはＴｉ＋Ｎｂ：合
計量で０．０５〜２．０質量％を含み、残部が実質的に
Ｆｅの組成をもち、鋼のマトリックス中にＴｉおよび／
またはＮｂの炭化物を析出量で０．３質量％以上分散析
出させる組織をもつ鋼材を織機部材に成形、加工後、空
気を原料としたオゾン発生装置により発生させたオゾン
を溶存させた水溶液に浸漬して、鋼表面にＣｒが濃化し
た不動態皮膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維との接触で摩耗し
易いフラットヘルド、ドロッパー、筬羽、変形筬、リー
ド等の織機部材であって、耐食性と耐摩耗性に優れた鋼
製織機部材およびその耐食性向上方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラットヘルド、ドロッパー、筬羽、変
形筬、リード等の織機部材にはステンレス鋼ＳＵＳ４２
０Ｊ２を焼入れした組織強化材が使用されている。この
種の織機部材は、織物に使用される繊維の材質改善、生
産能率を向上させるために高速度化等にともなって、摩
耗環境が過酷になってきている。その結果、部品寿命が
低下し、補修部品の煩雑な交換を余儀なくされている。
また、部材への結露水の付着および輸送中の湿度に起因
し、腐食を起こす問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、そのような
問題を解消すべく案出されたものであり、硬質なチタン
炭化物やニオブ炭化物をマトリックスに分散させること
により、過酷な摩耗環境においても十分な耐摩耗性を有
し、かつ結露水や繊維の水分により腐食することなく、
長期にわたって使用される鋼製織機部材を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の耐摩耗性・耐食
性に優れた鋼製織機部材は、その目的を達成するため、
Ｃｒ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０５〜１．２
０質量％、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：１．０質量
％以下を含有し、さらにＴｉおよび／またはＮｂを、Ｔ
ｉ：単独で０．０５〜１．０質量％、Ｎｂ：単独で０．
０５〜１．５０質量％またはＴｉ＋Ｎｂ：合計量で０．
０５〜２．０質量％を含み、残部が実質的にＦｅの組成
をもち、鋼のマトリックス中にＴｉおよび／またはＮｂ
の炭化物を合計析出量で０．３質量％以上分散析出させ
る組織をもつとともに、鋼表面にＣｒが濃化した不動態
皮膜が形成されていることを特徴とするものである。ま
た、その製造方法は、上記組成と炭化物の析出分散組織
を有する鋼材を、織機部材に成形、加工後、空気を原料
としたオゾン発生装置により発生させたオゾンを溶存さ
せた水溶液に浸漬して不動態化処理し、表面にＣｒが濃
化した不動態皮膜を形成することを特徴とするものであ
る。

【０００５】

【作用】本発明者等は、摩耗損傷した織機部材や実際に
使用した繊維等を多数取り寄せ、摩耗損傷部分や繊維を
ミクロ的な観点から調査した。その結果、摩耗した部材
の大半では、細かい線状に研削されたような疵が摩耗部
分に観察された。また、使用された繊維には、アルミナ
や炭化珪素等の硬質粒子の付着が検出された。研削され
たような疵や硬質粒子の付着から、この時の摩耗現象
は、硬質粒子が介在した摩耗であることがわかった。

【０００６】本発明者等は、さらに調査を行い、アルミ
ナや炭化珪素と同等の硬さを有する炭化物に着目し、鋼
のマトリックス中に分散析出させ耐摩耗性の検討を行っ
た。その結果、チタン炭化物またはニオブ炭化物の単独
または複合炭化物を分散析出させることで、アルミナや
炭化珪素による摩耗を抑制する効果があることを見出
し、まず耐摩耗性に優れた織機部材用耐摩耗鋼の成分を
検討した。

【０００７】なお、ここで、本発明で得られる織機部材
用耐摩耗鋼の特性評価に使用した各種の評価・測定方法
について、説明しておく。 [炭化物析出量の測定]炭化物の固溶・析出処理によっ
て、炭化物量を制御した試料を沃素アルコール液に浸漬
し、超音波を加えて鋼を溶解した後、液中に残った炭化
物量の残渣量より求めた。炭化物の形態は残渣のＸ線解
析で固定して求め、個々の金属元素量は湿式分析および
ガス分析装置で求めた。 [耐食性の評価]耐食性の評価は、ＪＩＳＺ２３７１によ
る５％の塩水噴霧試験を７２時間実施し、試験後の錆発
生の有無で評価した。

【０００８】[耐摩耗性の評価]試験は、フラッドヘルド
のメール穴に、織物の化学繊維（ＴＦＤ７５／３６Ｆ外
径約１２０μｍ）を通し、接触摺動させ接触部の摩耗深
さを測定した。試験の条件は、繊維の張力：約５０ｇ
で、試験の回転速度：８０ｒｐｍ（摺動速度：０．１ｍ
／ｓ）、試験時間：１０時間である。試験片フラッドヘ
ルドのメール部の耐摩耗性評価は、繊維と接触摩耗した
部分の摩耗量を求め、ＳＵＳ４２０Ｊ２の摩耗深さを基
準とし、下記（３）式に基づいて求めた耐摩耗指数Ｍ
（％）で行った。耐摩耗指数Ｍが小さいほど耐摩耗性に
優れていることを示し、Ｍ＝５０は摩耗量が半分、すな
わち耐摩耗性が２倍に向上したことを示す。 耐摩耗性指数Ｍ（％）＝Ｄｉ÷Ｄｏ×１００ ‥‥‥（３） ここで、ＤｏはＳＵＳ４２０Ｊ２の摩耗深さ Ｄｉは評価対象鋼の摩耗深さ

【０００９】次に、本発明織機部材に供する鋼の組成、
組織に関してその内容を具体的に説明する。本発明で対
象とされる鋼材は、耐食性を付与するために８．０〜２
０質量％のＣｒを含んでいる。Ｃｒ含有量が８質量％を
下回ると、Ｃｒ添加による防食効果が見られない。Ｃｒ
添加量は多いほど耐食性は向上するが、２０．０質量％
を超えると熱間加工性が低下し、製造上問題となるばか
りでなく、コスト的にも高いものとなるのでＣｒ含有量
の上限は２０．０質量％とした。

【００１０】組織強化を図るとともに、炭化物を形成さ
せるために、０．０５〜１．２０質量％の炭素を含有さ
せる。組織を強化し０．３質量％以上のチタン炭化物あ
るいはニオブ炭化物を析出させるためには、０．０５質
量％以上の炭素が必要である。１．２０質量％を超える
多量のＣの添加は、チタン炭化物やニオブ炭化物の確保
や組織を強化することは可能であるが、巨大な共晶クロ
ム炭化物が多量に析出し、材料品質の低下や製造時の熱
間加工性等、製造時で問題を招くことから、Ｃ含有量の
上限は１．２０質量％とした。

【００１１】製鋼過程での脱酸・還元を目的とするＳ
ｉ、Ｍｎを添加する。Ｓｉは、１．０質量％を超えて多
量に含有させると鋼の靭性低下を招くことから上限は
１．０質量％にするべきである。Ｍｎも１．０質量％を
超えて多量に含有させると焼入れ時の残留オーステナイ
トが増大し、鋼の硬度低下と靭性の低下を招くことか
ら、その上限は１．０質量％とした。

【００１２】Ｔｉおよび／またはＮｂは、それらの炭化
物の合計析出量が０．３質量％以上になるように、Ｔ
ｉ：単独で０．０５〜１．０質量％、Ｎｂ：単独で０．
０５〜１．５０質量％またはＴｉ＋Ｎｂ：合計量で０．
０５〜２．０質量％の割合で添加される。炭化物合計析
出量０．３質量％以上は、後述する実施例に記載してい
るように、耐摩耗性に及ぼす析出物の影響調査から見出
された臨界値である。０．３質量％以上の合計析出量を
確保することにより、炭化物のない鋼材に比較して格段
に優れた耐摩耗性が得られる。

【００１３】Ｔｉ：０．０５質量％以上、Ｎｂ：０．０
５質量％以上またはＴｉ＋Ｎｂ：０．０５質量％以上に
設定するとき、マトリックス中に分散析出した炭化物の
合計析出量が０．３質量％以上になる。しかし、Ｔｉの
多量の添加は溶製時の湯流れ性の低下や製品表面の疵の
発生を招くことから、また、Ｎｂの多量添加は金属間化
合物生成による靭性の低下や素材コストの上昇を招くこ
とから、Ｔｉ含有量の上限を１．０質量％、Ｎｂ含有量
の上限を１．５質量％、Ｔｉ＋Ｎｂ合計含有量の上限を
２．０質量％に設定した。

【００１４】本発明で対象とされる鋼材には、他の合金
成分としてＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ等を含有させることもでき
る。例えば、焼入れ後のマルテンサイト相の確保やさら
なる靭性等の改善を目的として０．１〜４質量％のＮ
ｉ、耐食性改善を目的として０．１〜３質量％のＭｏ、
耐食性、耐応力腐食割れ性等の改善を目的として０．２
〜３質量％のＣｕの1種または２種以上を含有させるこ
ともできる。

【００１５】本発明で織機部材に適用される鋼材には、
合計で０．３質量％以上のＴｉおよび／またはＮｂの炭
化物をマトリックス中に分散析出させた組織にする必要
がある。所定量の炭化物を析出させるためには、前記し
たようにＣ、Ｔｉ、Ｎｂの含有量を所定の範囲に調整し
た鋼を常法に従って溶製し、スラブに鋳造した後、溶体
化処理をして熱間圧延したものを、８００℃前後で加熱
後炉冷し、酸洗、冷間圧延、焼鈍を繰り返すことにより
得られる。

【００１６】本発明者等は、上記組成と組織を有する鋼
材を用い、耐摩耗性を維持したまま耐食性を向上させる
方法を検討した。Ｃｒを含有する鋼は、Ｃｒを含有する
不動態皮膜がその表面に形成され耐食性を向上させてい
るが、その耐食性は表面欠陥や表面に形成されたＣｒ含
有不動態皮膜の組成や構造の影響を受ける。例えば、焼
鈍時に生じた酸化スケール直下のＣｒ欠乏層や表面の介
在物あるいは粒界侵食溝等は腐食の起点になり易い。酸
洗や研磨は、焼鈍時のスケール除去や疵取り以外に、こ
れら欠陥の除去作用も有する。しかし、これらの欠陥の
除去は材料のもつ本来の特性を発現させるに過ぎず、そ
れ以上の特性をもたらすことはない。

【００１７】一方、Ｃｒ含有鋼の不動態皮膜は主にＣｒ
やＦｅの水和物からなり、鋼成分や表面仕上げによって
不動態皮膜の組成や厚み等が異なる。鋼中のＣｒ濃度が
高いほど、不動態皮膜中のＣｒ濃度が高くなり、耐食性
に優れた不動態皮膜が得られることが知られている。し
かし、鋼中のＣｒ濃度を上げると製造コストの上昇を招
き、耐摩耗性等の材料特性も変化する。したがって、鋼
中の成分を変更するよりも不動態皮膜中のＣｒ濃度を上
げるような表面改質が有効である。

【００１８】不動態皮膜中のＣｒを濃化する手段として
は酸化性の酸を用いた不動態化処理が挙げられる。酸化
性の酸の代表的なものに硝酸があり、一般に、３０質量
％以下の濃度の硝酸が用いられるが、ステンレス鋼の耐
食性向上を目的とした場合、ある程度の耐食性向上は望
めるが、合金元素としてＣｒやＭｏ量を増やした場合に
匹敵するほどの効果は得られない。したがって、硝酸の
酸化力を強化するために重クロム酸や過酸化水素等の酸
化性物質と併用して用いられる場合がある。しかし、重
クロム酸を使用する場合は六価クロムの環境問題、過酸
化水素を用いる場合には効果の持続性の点に問題があ
り、工業的ではない。また、近年では環境問題から脱Ｎ
の傾向にあり、硝酸の使用そのものも好ましくない。

【００１９】本発明者等は、織機部材の耐食性を向上さ
せる不動態化処理技術として、強酸化剤であるオゾンを
利用した表面改質技術に着目した。オゾンの酸化力は極
めて強く、塩素の７倍とも言われることから、近年では
殺菌処理にも用いられている。その酸化力に着目して鋭
意研究を進めた結果、空気を原料とするオゾン発生装置
により生成されたオゾンを水溶液中に溶存させ、ステン
レス鋼と接触させることによって、不動態皮膜中のＣｒ
濃化作用が顕著になることを見出した。

【００２０】これは、空気を原料とするオゾン発生器に
より生成されたオゾンを水溶液中に溶存させる際に空気
中の窒素が分解して、微量の硝酸が生成されることによ
り、不動態皮膜中のＦｅが溶解除去され、次にオゾンの
酸化作用のために残されたＣｒが濃化するためである。
酸素を原料にするオゾン発生器では硝酸が生成されない
ために、不動態皮膜中のＦｅを溶解除去できずに、満足
する耐食性を有する不動態皮膜が得られない。したがっ
て、オゾンの発生装置としては、紫外線ランプ方式によ
るもの、放電によるもの、水電解式によるものがある
が、空気を原料とする放電方式で発生させることが好ま
しい。微量の硝酸の生成によりｐＨが１〜２になるため
に、不動態皮膜中Ｆｅの溶解除去作用のほかに、酸性環
境にしてオゾンを比較的に安定な状態で溶存させること
ができる。

【００２１】織機部材は剪断加工が施されるために端面
が露出する。端面においては不動態皮膜が破壊されるた
めに、耐食性が低下する。したがって、端面においても
耐食性を確保するためには成形、加工後に処理を施す必
要がある。処理方法としては、処理槽内に所定濃度のオ
ゾンを溶存させた水溶液を充填し、昇温したまま一定時
間、浸漬する方法で十分である。また、処理槽内に水を
張り、昇温して所定のオゾン濃度の水溶液が生成される
まで直接オゾンを吹き込むことも可能である。

【００２２】水溶液中のオゾン濃度に関し、オゾンは
０．２ｐｐｍ以上溶存させることが好ましい。オゾン濃
度が高いほど酸化力は強くなり、ステンレス鋼の不動態
皮膜中のＣｒ濃化に対してより効果的である。しかし、
極端にオゾン濃度を上げると、オゾン発生設備およびオ
ゾンガスの排気設備等の大規模化が必要になり、経済的
でないうえに安全性にも問題を生じる。オゾン濃度が
０．２ｐｐｍより低いと、目的とする不動態皮膜中のＣ
ｒの濃化作用は得られない。

【００２３】オゾンを溶存させる水には特に制限はな
い。一般の上水でも蒸留水あるいは工水等でも使用でき
る。また、予め硝酸等の酸化性の酸を溶解した酸性水溶
液を用いることも有効である。水溶液中にオゾンを溶存
させる方法としてはオゾン発生器で生成したオゾンを水
溶液に連続して吹き込むことにより容易に溶存させるこ
とができる。

【００２４】処理温度は６０℃以上にすることが好まし
い。６０℃に満たないと、不動態皮膜中のＦｅを溶解除
去する能力が乏しくなりＣｒの濃化作用も乏しくなる。
短時間で効果的にＣｒが濃化した不動態皮膜を得るため
には、処理温度が高いほど好ましい。また、処理時間は
１時間以上が望ましい。短時間では耐食性を向上させる
ほどのＣｒ濃化ができない。

【００２５】以下に、実施例について説明する。

【実施例１】表１にＳＵＳ４２０Ｊ２、比較鋼および本
発明鋼の主要成分を示す。材料は溶製後溶体化処理して
板厚５ｍｍまでに熱間圧延し、さらに７８０℃で９時間
加熱後炉冷し、酸洗、冷間圧延、焼鈍を繰り返し、板厚
０．３ｍｍに仕上げ、試験用素材とした。耐摩耗性の評
価用の試験片は、ＳＵＳ４２０Ｊ２、比較鋼および本発
明鋼の板厚０．３０ｍｍの素材を織機部材のフラッドヘ
ルドに加工し、非酸化性雰囲気炉を用い、１０５０℃１
分間加熱後空冷して試験片とした。

【００２６】

【００２７】前記した析出炭化物量測定方法および耐摩
耗性評価指数Ｍの算出方法で、チタンおよび／またはニ
オブの炭化物の析出量と耐摩耗性指標Ｍを測定、算出し
た。比較鋼および本発明鋼についての結果を表２に示
す。また、炭化物の総析出量と耐摩耗性指標Ｍの関係を
図１に示す。炭化物総析出量が少ない比較鋼１〜３の指
標Ｍは目標とする５０％より大きく、満足する態摩耗性
が得られていない。一方、炭化物総析出量が多い本発明
鋼１〜７の指標Ｍは小さく、耐摩耗性は大幅に改善され
ている。この結果から、十分な耐摩耗性を得るために、
その指標Ｍが５０％以上になるように炭化物総析出量を
０．３質量％以上に規定したものである。

【００２８】

【００２９】

【実施例２】実施例１で用いた本発明鋼１および６を用
い、空気を原料とするオゾン発生装置により生成された
オゾンを溶存させた温水中に１時間、浸漬した。オゾン
の濃度を０．２ｐｐｍとし、処理温度を６０℃とした。
オゾン濃度は紫外線吸光度式オゾン濃度計を用いて調整
した。また、比較に３０％硝酸中に５０℃で１時間不動
態化処理した試験片も用いた。処理有無の試験片を前記
した耐食性試験に供し、錆の発生状況で耐食性を評価し
た。

【００３０】表３に塩水噴霧試験による１２０時間後の
耐食性試験結果を示す。錆の発生程度を面積率で評価し
た。現行材であるＳＵＳ４２０Ｊ２の発錆率は６０％で
あるのに対し、本発明鋼１および６をオゾン水に浸漬処
理した試験片の発錆率は極めて小さく、良好な耐食性を
示した。これと比較し、硝酸で不動態化処理を施したも
のは，未処理材と比較して、耐食性は向上するもののそ
の改善効果は小さかった。表３中の測定値からもわかる
ように、空気を原料として発生させたオゾンを溶存させ
た水溶液に浸漬することにより、鋼表面にＣｒが濃化し
た不動態皮膜が形成されて、耐食性を向上させている。

【００３１】

【００３２】以上の結果から、本発明の化学組成と組織
を有する鋼を用い、さらにオゾン水処理することによ
り、織機部材としての優れた耐摩耗性と良好な耐食性が
得られることがわかった。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明鋼製織機
部材は、繊維に対して優れた耐摩耗性を有し、織物の繊
維による摩耗が問題となっている織機類の部材、特にフ
ラットヘルド、ドロッパー、筬羽、変形筬、リード等の
耐摩耗性が要求される部位での摩耗対策が可能になり、
機器類の寿命延長に多大な貢献が期待できる。また、使
用時の結露水や繊維に付着する水分に起因する腐食を起
こすことなく、織機として良好な耐食性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 チタン炭化物およびニオブ炭化物の総析出量
と耐摩耗性の関係を示す図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｄ０３Ｊ 1/14 Ｄ０３Ｊ 1/14 Ｚ (72)発明者 森川 広 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社ステンレス事業本部内 (72)発明者 中野 義信 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社ステンレス事業本部内 Ｆターム(参考） 4L043 BA00 BB01 4L050 CA17 CC17 CD01 CD06 CD09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｒ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：
   ０．０５〜１．２０質量％、Ｓｉ：１．０質量％以下、
   Ｍｎ：１．０質量％以下を含有し、さらにＴｉおよび／
   またはＮｂを、Ｔｉ：単独で０．０５〜１．０質量％、
   Ｎｂ：単独で０．０５〜１．５０質量％またはＴｉ＋Ｎ
   ｂ：合計量で０．０５〜２．０質量％を含み、残部が実
   質的にＦｅの組成をもち、鋼のマトリックス中にＴｉお
   よび／またはＮｂの炭化物を合計析出量で０．３質量％
   以上分散析出させる組織をもつとともに、鋼表面にＣｒ
   が濃化した不動態皮膜が形成されていることを特徴とす
   る耐食性・耐摩耗性に優れた鋼製織機部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の組成と炭化物の析出分
   散組織を有する鋼材を、織機部材に成形、加工後、空気
   を原料としたオゾン発生装置により発生させたオゾンを
   溶存させた水溶液に浸漬して不動態化処理し、表面にＣ
   ｒが濃化した不動態皮膜を形成することを特徴とする耐
   食性・耐摩耗性に優れた鋼製織機部材の製造方法。