JP2005105902A

JP2005105902A - ステンレス鋼製ポンプ容器

Info

Publication number: JP2005105902A
Application number: JP2003338643A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Miura; 教昌三浦; Hanji Ishikawa; 半二石川; Takafumi Nakamura; 尚文中村; Ko Kawamura; 航河村; Satoshi Suzuki; 聡鈴木
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】気密性が良好で、耐発銹性、耐候性等に優れたポンプ容器を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼板表面に潤滑樹脂塗膜が形成された基材をプレス加工して製造したポンプ容器本体と鏡板とがカシメ接合により一体化されている。ポンプ容器の基材としては、Ｃｒ：１５〜２０質量％，Ｎｉ：５〜１９質量％，Ｃｕ：１〜５質量％を含み、Ｓを０．００５質量％以下としたステンレス鋼板素材を使用し、鋼板表面には有機ポリイソシアネ−ト化合物とポリオ−ル化合物とを反応させたウレタン樹脂からなる潤滑樹脂塗膜が形成されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、気密性が良好で、耐発銹性、耐候性、耐指紋性、耐アルカリ性等に優れたポンプ容器に関する。

近年では、水道水の使用量の増加や土地高騰に伴う中高層ビルの増加により、水道水を一度地上の受水槽にためポンプにより加圧するシステムが増加しており、井戸用ポンプの利用が拡大している。これら井戸用ポンプに使用されるポンプ容器は、冷延鋼板や表面処理鋼板を素材として成形された加工品が多く、とくに水質による腐食の問題から円筒状に成形加工されたポンプ容器の外面には後工程にて塗装が施されている。
また、冷延鋼板や表面処理鋼板を素材として深絞り加工すると、素材の強度不足や延性不足のためにポンプ容器のような大型で絞り成形高さの大きい深絞り品を１回のプレスで製造することは困難であるので、筒状の胴板部品と頭部の円筒品を溶接により一体化されている。

前述のように、筒状の胴板部品と頭部の円筒品を別々に成形した後に溶接により一体化してポンプ容器を製造することは生産性、品質、外観等の観点から好ましくない。
また、ポンプ容器の外面には後工程にて塗装が施されるが、生産性や環境保護の観点から家電メーカーにおいては後塗装工程の省略化も課題となっている。本発明は、溶接することなく素材より一体成形されたステンレス鋼製ポンプ容器であって、品質的には気密性の良好で、耐発銹性、耐候性、耐アルカリ、耐指紋性等に優れたポンプ容器を提供する。

本発明のステンレス鋼製ポンプ容器は、上記目的を達成すべく案出されたものであり、ステンレス鋼板表面に化成処理皮膜を介して潤滑樹脂塗膜が形成された基材をプレス加工して製造される。化成処理皮膜がなくとも基材として十分な加工性を有しており、ポンプ容器としての性能を満足している。
また、ポンプ容器本体と鏡板とがカシメ接合により一体化されているステンレス鋼製ポンプ容器であり、具体的にはスピニングカシメ接合を行うのが好ましい。
なお、本発明のステンレス鋼製ポンプ容器には、Ｃｒ：１５〜２０質量％，Ｎｉ：５〜１９質量％，Ｃｕ：１〜５質量％を含み、Ｓを０．００５質量％以下の組成からなるステンレス鋼板を使用し、さらにステンレス鋼板表面に潤滑樹脂塗膜として、有機ポリイソシアネ−ト化合物とポリオ−ル化合物とを反応させたウレタン樹脂であって、樹脂の伸びが２００〜１０００％，強度が３０００〜９０００Ｎ／ｃｍ^２，強度／伸びの比率が３．０〜３６．０の樹脂組成物を形成させた基材を使用することが好ましい。
潤滑樹脂塗膜は、ステンレス鋼板の表面に直接形成するか、あるいは化成処理皮膜を介して形成してもよい。

本発明によれば、基材より絞り成形されたポンプ容器本体と鏡板とがカシメ接合されているので溶接作業が不要となる。品質的に気密性が良好で、耐発銹性、耐候性、耐アルカリ性、耐指紋性等に優れたステンレス鋼製ポンプ容器が提供できる。

本発明のステンレス鋼製ポンプ容器の基材に使用されるステンレス鋼板は、一般に塑性変形によってマトリックスが変態して加工誘起マルテンサイトが生成し、普通鋼に比較して硬質化しやすい材料であるが、本発明で使用する素材組成のステンレス鋼は極めて軟質であるので、絞り加工の際の成形荷重が低くなりプレス成形の負荷を低減できる。さらに、基材となるステンレス鋼板の表面には潤滑樹脂塗膜を形成しており、厳しい深絞り加工や金型の耐カジリ性等に優れている。

基材に使用されるステンレス鋼板としては、硬さがＨｖ１３０以下と軟質なことから、ポンプ容器に成形する際の加工硬化が抑制される。深絞り加工後のポンプ容器のフランジ部の硬さもＨｖ３００以下であることから、このポンプ容器本体と鏡板とをスピニングカシメ接合しても、割れ等が生じることなく一体化接合ができる。

ステンレス鋼板の組成としては、Ｃ＋Ｎ：０．１０質量％，Ｓｉ：３．０質量％以下，Ｍｎ：５．０質量％以下，Ｃｒ：１５〜２０質量％，Ｎｉ：５〜１９質量％，Ｃｕ：１〜５質量％，Ｓ含有量が０．００５質量％以下、残部がＦｅからなり、必要に応じてＭｏ：３．０質量％以下，Ａｌ：０．５質量％以下，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ：何れも１．０質量％以下，Ｂ：０．１質量％以下，ＲＥＭ（希土類金属）：０．０５質量％以下，Ｃａ：０．０３質量％以下の１種または２種以上を含むものでもよい。

（Ｃ＋Ｎ）：０．１０質量％以下
Ｃ，Ｎが多量に含まれると固溶強化により０．２％耐力や硬さが上昇する。とくにオーステナイト系ステンレス鋼にあっては、加工誘起マルテンサイト相が過度に硬質化するため加工硬化が大きくなる。
その結果、プレス加工性が低下して深絞り加工時にフランジ部から流入する素材の流入抵抗が大きくなり、所定形状への加工ができずにフランジしわ押さえ部に大きなしわが発生する。また、Ｃを過剰に含む場合、オーステナイト系ステンレス鋼では深絞り加工の際に大きな歪を受けた部分に時期割れと称される遅れ破壊現象が生じやすくなる。

Ｓｉ：３．０質量％以下
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であるが、３．０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると材質が硬質化するとともに、加工硬化が大きくなりプレス加工性が低下する。
Ｍｎ：５．０質量％以下
オーステナイト系ステンレス鋼では、Ｍｎ含有量の増加に応じて加工誘起マルテンサイト相が生成視し難くなり加工硬化率が低下するが、Ｍｎ含有量の増加にともないＭｎ系介在物を起点とした加工割れが発生しやすくなる。

Ｓ：０．００５質量％以下
過剰なＳが含まれると、腐食の起点となるＭｎＳ系の硫化物が鋼中に多量に分散するようになる。また、Ｓ含有量の増加に応じて絞り加工性が劣化し割れが発生しやすくなることからＳは低くするのが好ましい。

Ｃｒ：１５〜２０質量％
Ｎｉとの複合添加で良好な耐食性が得られるが、含有量の増加とともに硬さが増加し絞り加工性が低下する。

Ｎｉ：５〜１９質量％
オーステナイト系ステンレス鋼に必須の合金成分であり、オーステナイト相を維持する上で少なくとも５％必要である。加工誘起マルテンサイト相の生成に起因する加工硬化はＮｉ含有量の増加にともなって生じにくくなり加工硬化率が低減する。また、Ｃｒとの複合添加で良好な耐食性が得られる。しかし、Ｎｉは高価な元素であるので、経済性とプレス加工性の改善効果とを考慮して９％以下にするのが好ましい。

Ｃｕ：１〜５質量％
ステンレス鋼の軟質化および加工硬化の抑制に寄与し、絞り加工性の向上に有用な元素であり１％以上含有させる。２％を超えるとＮｉ含有量の自由度が拡大し、Ｎｉをその下限値である５％近くまで低減することができる。

Ｍｏ：３．０質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、耐食性を改善する作用を呈する。しかし、過剰量のＭｏ添加は硬さを上昇させる原因となる。
Ａｌ：０．５質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、製鋼段階で脱酸作用を呈する。また、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂの添加直前に脱酸剤として添加すると鋼中の酸素濃度が低下するため、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｂの歩留まりが向上し且つ安定化する。しかし、過剰量のＡｌが含まれると材質が著しく硬質化し、成形性にとって有害な硬質介在物が生じやすくなる。

Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ：１．０質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、固溶強化元素を固定し、材質の硬さを低減し、ひいては加工性を向上させる作用を呈する。これら元素の添加効果は、１．０質量％で飽和し、それ以上添加しても増量に見合った効果が期待できない。
Ｂ：０．１質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、熱間加工性を向上させ、熱延時の割れ防止に有効である。しかし、過剰量のＢ含有は却って熱間加工性が低下する。

ＲＥＭ（希土類金属）：０．０５質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、Ｂと同様に熱間加工性の改善に有効である。しかし、過剰に添加すると添加効果が飽和することに加え、硬質化を招き成形加工性が低下する。
Ｃａ：０．０３質量％以下
必要に応じて添加される合金成分であり、製鋼段階で脱酸作用を呈し、熱間加工性の改善にも有効である。しかし、０．０３質量％を超える過剰量のＣａを添加しても、添加効果が飽和し、清浄度が低下する。

本発明の潤滑樹脂塗膜により、ポンプ容器の耐発銹性、耐候性が向上するとともに、ポンプ容器の一体成形性および金型の耐カジリ性等が改善される。また、加工する際の塗油および脱脂工程が省略が図れるとともに、組み立て等での取り扱い時の指紋や汚れの付着防止、初期発銹の防止が可能となる。
なお、潤滑樹脂塗膜は基材を構成するステンレス鋼板素材の表面に直接形成してもよいが、ステンレス鋼板素材の表面に化成処理を施した後、潤滑樹脂塗膜を形成するほうが塗膜との密着性や耐食性の観点から好ましい。塗膜としては、ポンプ容器成形後、脱脂処理の有無や塗膜を残すか残さないかの違いにもよるが、次の２種の塗膜のうちいずれかを使用することが好ましい。
[アルカリ不溶塗膜]
（１）有機ポリイソシアネ−ト化合物とポリオ−ル化合物とを反応させたウレタン樹脂であって、樹脂の伸びが２００〜１０００％，強度が３０００〜９０００Ｎ／ｃｍ^２，強度／伸びの比率が３．０〜３６．０である樹脂組成物の樹脂塗膜をステンレス鋼板素材表面に直接または化成処理皮膜を介して形成する。
（２）上記樹脂塗膜に潤滑剤を分散させるのが好ましい。
（３）上記ウレタン樹脂のウレタン結合含有量がイソシアネート基（ＮＣＯ）換算で１０〜２０質量％、酸価が３０以下である樹脂塗膜が好ましい。
（４）上記ポリオール化合物と反応させた有機ポリイソシアネート化合物の５０質量％以上が脂環族ジイソシアネートである樹脂塗膜が好ましい。

[アルカリ可溶塗膜]
（１）ガラス転移温度０〜２０℃のエポキシ変形アクリル樹脂からなる下層皮膜および１〜３５％質量％の割合で固形潤滑剤粒子分散しているアクリル樹脂からなる上層皮膜からなる潤滑樹脂塗膜をステンレス鋼板素材表面に成形する。
（２）１００℃での弾性率が１０００〜６００００Ｎ／ｃｍ^２のカルボキシル基含有ウレタン樹脂からなり、１〜３５質量％の割合で固形潤滑剤粒子が分散している潤滑樹脂皮膜をステンレス鋼板素材表面に成形する。

表1にポンプ容器の基材として使用したステンレス鋼板素材（No．１〜１５）の成分を示している。各鋼を溶製後、熱間圧延を施して板厚３ｍｍの熱延鋼板とした。この熱延鋼板に１１５０℃で均熱１分の焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延により板厚1．５ｍｍの冷延鋼板とした。この冷延鋼板に１０５０℃で均熱１分の仕上焼鈍を施した後、以下の各種評価を行った。

（１）ポンプ容器基材の成形性評価
前記冷延鋼板を直径７６０ｍｍの円盤状に打ち抜いた鋼板を、直径３４０ｍｍの円筒ポンチを用いて、しわ押え力１２０トン、成形速度２０ｍｍ／secの条件で油圧式プレス機で高さ３１０ｍｍのポンプ容器に深絞り成形した。フランジからの材料流入状況を観察し割れやしわ発生の有無および成形品壁部の形状よりプレス成形性を評価した。

また、板厚０．８ｍｍとした冷延鋼板を用いて、油圧式プレス機により、直径４０ｍｍ円筒ポンチ、絞り比２．３の条件で深絞り成形を行い、破断した後のフランジ外径（Ｏ．Ｄ．Ｒ）を比較して、次式によりプレス成形性の評価を行った。
Ｏ．Ｄ．Ｒ＝加工後のフランジ径／（加工前の）ブランク径
その結果、ステンレス鋼板素材にプレス油を塗布したものがＯ．Ｄ．Ｒ＝０．９１であったに対し、本発明の潤滑樹脂塗膜を塗布した材料ではＯ．Ｄ．Ｒ＝０．８３であることから、ポンプ容器への成形性に優れていることがわかる。

（２）ポンプ容器の耐食性評価
成形したポンプ容器のポンチ底から、１５０ｍｍ角の試験片を採取し、JIS Z2371に規定される塩水噴霧試験に供した。５％ＮａＣｌ溶液を３５℃で１０，０００ｈ噴霧した後、光学顕微鏡により試験片表面を観察し、各サンプル毎に孔食深さを３０点測定して最も深い孔食深さを最大孔食深さとしてその大小で耐食性の評価を行った。

試験結果を表２に示す。本発明例のポンプ容器であるNo．１〜３は、フランジからの材料流入が良好なため、しわの発生もなく、成形品壁部の形状が良好であった。最大孔食深さはいずれも０．１０ｍｍ以下であり良好な耐食性を示した。

Ｃｒ含有量が１５％未満の比較例No．４は、深絞り性は良好であったが、最大孔食深さが０．１０ｍｍ超えており耐食性が劣化する傾向にあった。Ｃｒ含有量が２０％を超える比較例No．５は耐食性は良好であったが、深絞り成形の際にフランジでしわの発生が認められた。

Ｓ含有量が０．００５％を超える比較例No．６は、耐食性が劣化する傾向にあり、深絞り成形時、フランジからの素材流入によりダイス肩部において曲げ−曲げ戻し変形を受けた部位に微小割れも発生していた。

Ｍｏを添加した本発明例No．７、Ｂ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖ，Ｃａ，ＲＥＭをそれぞれ添加した本発明例No．８〜１５では、いずれにおいても深絞り成形性および耐食性とも良好であることがわかる。

（３）ポンプ容器基材の評価
ポンプ容器の基材に使用したステンレス鋼板素材の化学成分を表３に、機械的性質（板厚：０．８ｍｍ）を表４に示す。これらのステンレス鋼板素材を直径４０ｍｍの円筒ポンチを用いて、絞り比１．９、しわ押え力２５ｋｇ／ｃｍ^２、粘度６０ｍｍ^２／ｓのプレス油（潤滑）を使用して油圧式プレス機により深絞り成形を行い、成形品のフランジ部から底部までの断面硬度を測定してプレス成形性の評価を行った。

断面硬さの測定結果を図１に示す。母材硬さがＨｖ１６４である比較例のステンレス鋼板素材がプレス成形後に最大でＨｖ４５０まで硬くなっているのに対し、母材硬さがＨｖ１２９である本発明例のステンレス鋼板素材では、プレス成形後の硬さが最大でもＨｖ３５０であり、プレス成形性に優れていることがわかる。
また、成形時に必要な成形力を比較すると、比較例が７．８トンであるのに対して、本発明例が６．２トンであったことからもプレス成形性に適した素材であることがわかる。

（４）ポンプ容器の気密性評価
ポンプ容器本体と底部品である鏡板をスピニングカシメ加工により一体接合した。鏡板は樹脂製であり、金属製に比べてポンプの軽量化や複雑形状への成形が可能であり、ポンプ容器本体との接触による摩擦を生じることもなかった。
従来のポンプ容器製造では、スピニング加工時の押付け力が３４０ｋｇ必要であったのに対し、本発明のポンプ容器製造におけるスピニング加工時の押付け力は２７０ｋｇであり、カシメ接合性に優れていることがわかる。
次に、製造したポンプ容器を水中に沈めて、中央穴から空気を注入し、カシメ接合部での空気漏れを確認する耐圧試験にて漏水検査を行った。
本発明および従来法により製造した各々１０個の耐圧試験を行った結果、本発明のポンプ容器では空気漏れが認められなかったのに対し、従来法により製造したポンプ容器ではスピニングカシメ接合時の押付け力が強固にしたにもかかわらず所定接合部形状が得られなかった箇所から空気漏れが認められた。

以上に説明したように、本発明のステンレス鋼製ポンプ容器は、ステンレス鋼板表面に潤滑樹脂塗膜が形成された基材をプレス加工して製造したポンプ容器本体と鏡板とがカシメ接合により一体化されている。そのため、気密性が良好で、耐発銹性、耐候性等に優れており、井戸用ポンプ、その他種々のポンプ容器として使用される。

深絞り加工したステンレス鋼板素材の各部位の断面硬さを示した図である。

Claims

ステンレス鋼板表面に化成処理皮膜を介して潤滑樹脂塗膜が形成された基材をプレス加工してなるステンレス鋼製ポンプ容器。
ポンプ容器本体と鏡板とがカシメ接合されている請求項１記載のステンレス鋼製ポンプ容器。
請求項１記載のステンレス鋼板が、Ｃｒ：１５〜２０質量％，Ｎｉ：５〜１９質量％，Ｃｕ：１〜５質量％を含み、Ｓが０．００５質量％以下の組成からなるステンレス鋼製ポンプ容器。
請求項１記載の潤滑樹脂塗膜が、有機ポリイソシアネ−ト化合物とポリオ−ル化合物とを反応させたウレタン樹脂であって、樹脂の伸びが２００〜１０００％，強度が３０００〜９０００Ｎ／ｃｍ^２，強度／伸びの比率が３．０〜３６．０の樹脂組成物からなるステンレス鋼製ポンプ容器。