JP3131175B2 - 摺動材用合金及び該合金を使用した機器 - Google Patents
摺動材用合金及び該合金を使用した機器Info
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- JP3131175B2 JP3131175B2 JP09272908A JP27290897A JP3131175B2 JP 3131175 B2 JP3131175 B2 JP 3131175B2 JP 09272908 A JP09272908 A JP 09272908A JP 27290897 A JP27290897 A JP 27290897A JP 3131175 B2 JP3131175 B2 JP 3131175B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
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- Sliding Valves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の硬質合金と
組み合わせて使用する摺動材用合金に関し、特に、弁体
と弁座のように相当接する摺動面を有する一対の摺動材
を備えた弁のような機器に関するものである。
組み合わせて使用する摺動材用合金に関し、特に、弁体
と弁座のように相当接する摺動面を有する一対の摺動材
を備えた弁のような機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】原子力や火力発電所で使用されるような
高温高圧弁の弁座に使用される摺動材用合金としては、
通常の滑り軸受に適用されるような、ケルメットやアル
ミ合金あるいは銅合金のような、許容面圧が２．５Ｋｇ
ｆ／ｍｍ2以下という摺動材用合金では不適当であり、
許容面圧が少なくとも１０Ｋｇｆ／ｍｍ2以上の合金が
必要とされる。また、この合金は、潤滑材のない金属接
触状態での摺動において、焼き付きやカジリを生じず、
また、耐食性に優れている必要がある。
高温高圧弁の弁座に使用される摺動材用合金としては、
通常の滑り軸受に適用されるような、ケルメットやアル
ミ合金あるいは銅合金のような、許容面圧が２．５Ｋｇ
ｆ／ｍｍ2以下という摺動材用合金では不適当であり、
許容面圧が少なくとも１０Ｋｇｆ／ｍｍ2以上の合金が
必要とされる。また、この合金は、潤滑材のない金属接
触状態での摺動において、焼き付きやカジリを生じず、
また、耐食性に優れている必要がある。
【０００３】このような要求に対応するため、従来から
弁の弁座およびガイド等の摺動部品には、一般に、米国
溶接標準（ＡＷＳ）に定めるＲＣｏＣｒ−Ａである、約
３０重量％のＣｒと、約４重量％のＷと、約１重量％の
Ｃとを含有し、残部がＣｏからなるＣｏ基合金が使用さ
れてきた。しかし、このＣｏ基合金が原子力用弁の部品
に適用された場合、弁座やガイドの腐食や摩耗により生
じるＣｏが、原子炉内で放射能化してＣｏ60となり、メ
ンテナンス作業員の被爆を増大させるという欠点があっ
た。また、この合金は、工業資源として貴重な希少金属
であるＣｏを含有しているため、Ｃｏの使用を制限する
ためにも、Ｃｏを含まない摺動用材料として使用できる
合金の出現が望まれていた。
弁の弁座およびガイド等の摺動部品には、一般に、米国
溶接標準（ＡＷＳ）に定めるＲＣｏＣｒ−Ａである、約
３０重量％のＣｒと、約４重量％のＷと、約１重量％の
Ｃとを含有し、残部がＣｏからなるＣｏ基合金が使用さ
れてきた。しかし、このＣｏ基合金が原子力用弁の部品
に適用された場合、弁座やガイドの腐食や摩耗により生
じるＣｏが、原子炉内で放射能化してＣｏ60となり、メ
ンテナンス作業員の被爆を増大させるという欠点があっ
た。また、この合金は、工業資源として貴重な希少金属
であるＣｏを含有しているため、Ｃｏの使用を制限する
ためにも、Ｃｏを含まない摺動用材料として使用できる
合金の出現が望まれていた。
【０００４】このため、本願発明者等は、Ｃｏを含有し
ない摺動材用合金として、特開平第０７−３０５１２９
号により、第一合金材料と第二合金材料とを組み合わせ
て、弁の弁座やその他の機器の摺動部に適用することが
できるものを特許出願しており、この第一合金材料とし
ては、５〜１５重量％のＣｒと、３〜７重量％のＳｉ
と、１０〜４０重量％のＦｅと、１〜４重量％のＷと、
１重量％を超えないＢと、１重量％を超えないＣとを含
有し、残部がＮｉからなる合金（以下、「ＳＰ１」と称
す。）を用い、第二合金材料としては、１５〜２０重量
％のＣｒと、３〜７重量％のＳｉと、３５重量％を超え
ないＦｅと、１〜４重量％のＷと、０．５〜１．０重量
％のＳｎと、１重量％を超えないＢと、１重量％を超え
ないＣとを含有し、残部がＮｉからなる合金を用いてい
る。
ない摺動材用合金として、特開平第０７−３０５１２９
号により、第一合金材料と第二合金材料とを組み合わせ
て、弁の弁座やその他の機器の摺動部に適用することが
できるものを特許出願しており、この第一合金材料とし
ては、５〜１５重量％のＣｒと、３〜７重量％のＳｉ
と、１０〜４０重量％のＦｅと、１〜４重量％のＷと、
１重量％を超えないＢと、１重量％を超えないＣとを含
有し、残部がＮｉからなる合金（以下、「ＳＰ１」と称
す。）を用い、第二合金材料としては、１５〜２０重量
％のＣｒと、３〜７重量％のＳｉと、３５重量％を超え
ないＦｅと、１〜４重量％のＷと、０．５〜１．０重量
％のＳｎと、１重量％を超えないＢと、１重量％を超え
ないＣとを含有し、残部がＮｉからなる合金を用いてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の第二合
金材料は、Ｃｒの含有量が１５〜２０重量％と高く、ま
た、Ｃの含有量が１重量％を超えないとされているた
め、使用環境によっては、オーステナイト・ステンレス
鋼に特徴的に認められる粒界腐食感受性が現れるという
問題点があった。
金材料は、Ｃｒの含有量が１５〜２０重量％と高く、ま
た、Ｃの含有量が１重量％を超えないとされているた
め、使用環境によっては、オーステナイト・ステンレス
鋼に特徴的に認められる粒界腐食感受性が現れるという
問題点があった。
【０００６】従って、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたもので、摺動材用合金におけるＣの
含有量を制限し、また、Ｎｂを添加することにより、耐
食性及び耐粒界腐食性の双方の点で優れた摺動材用合金
を提供することを主な目的とするものである。
するためになされたもので、摺動材用合金におけるＣの
含有量を制限し、また、Ｎｂを添加することにより、耐
食性及び耐粒界腐食性の双方の点で優れた摺動材用合金
を提供することを主な目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明は、０．２〜０．４重量％
のＣと、５．０〜２０重量％のＣｒと、２．５〜１０重
量％のＮｂと、１〜４重量％のＷと、２〜７重量％のＳ
ｉと、１重量％を超えないＢと、１重量％を超えないＳ
ｎと、２０重量％を超えないＦｅと、残部がＮｉからな
り、Ｎｂ／Ｃが１２．５〜２５を満足する摺動材用合金
でなるものである。
め、請求項１に記載の本発明は、０．２〜０．４重量％
のＣと、５．０〜２０重量％のＣｒと、２．５〜１０重
量％のＮｂと、１〜４重量％のＷと、２〜７重量％のＳ
ｉと、１重量％を超えないＢと、１重量％を超えないＳ
ｎと、２０重量％を超えないＦｅと、残部がＮｉからな
り、Ｎｂ／Ｃが１２．５〜２５を満足する摺動材用合金
でなるものである。
【０００８】請求項２に記載の本発明は、相当接する摺
動面を有する一対の摺動材を備えた機器において、少な
くとも一方の摺動材を請求項１に記載の摺動材用合金か
ら構成したことを特徴とするものである。
動面を有する一対の摺動材を備えた機器において、少な
くとも一方の摺動材を請求項１に記載の摺動材用合金か
ら構成したことを特徴とするものである。
【０００９】請求項３に記載の本発明は、請求項２に記
載の機器において、摺動材付き機器が弁であり、摺動材
の一方がこの弁の弁座であり、摺動材の他方がこの弁の
弁体からなるものである。
載の機器において、摺動材付き機器が弁であり、摺動材
の一方がこの弁の弁座であり、摺動材の他方がこの弁の
弁体からなるものである。
【００１０】
【作用】摺動材用合金におけるＣの含有量を制限し、ま
た、Ｎｂを添加することで、Ｃｒ炭化物を微粒化させる
と共にその生成量を減少させ、その替わりにＮｂ炭化物
を生成させ、これにより、この摺動材用合金中における
Ｃｒの分布を均一化させ、Ｃｒ欠乏層を無くすことによ
り、粒界腐食を防ぎ、耐食性及び耐粒界腐食性の双方に
優れた摺動材用合金が得られる。
た、Ｎｂを添加することで、Ｃｒ炭化物を微粒化させる
と共にその生成量を減少させ、その替わりにＮｂ炭化物
を生成させ、これにより、この摺動材用合金中における
Ｃｒの分布を均一化させ、Ｃｒ欠乏層を無くすことによ
り、粒界腐食を防ぎ、耐食性及び耐粒界腐食性の双方に
優れた摺動材用合金が得られる。
【００１１】また、この摺動材用合金を、例えば、原子
力や火力発電所のような高温高圧下で使用される弁のよ
うな機器に使用すると、耐食性及び耐粒界腐食性に優れ
ているため、信頼性の高い機器が得られる。
力や火力発電所のような高温高圧下で使用される弁のよ
うな機器に使用すると、耐食性及び耐粒界腐食性に優れ
ているため、信頼性の高い機器が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明に従う実施の形態に
ついて添付図面を参照しながら詳細に説明するが、図
中、同一符号は、同一または対応部分を示すものとす
る。以下に、本発明に従う摺動材用合金を使用した摺動
材による実証テストを詳述する。実証テストは、仕切弁
の実弁では、面圧が十分に大きく取れず、２０Ｋｇｆ／
ｍｍ2という高面圧下の試験ができないので、以下に述
べる摺動試験装置で実施した。摺動試験は、摺動試験材
として、本発明に従う合金からなる摺動試験体と特開平
第０７−３０５１２９号に記載された第一合金（ＳＰ
１）またはＲＣｏＣｒ−Ａからなる摺動試験体とを組み
合わせて行った。
ついて添付図面を参照しながら詳細に説明するが、図
中、同一符号は、同一または対応部分を示すものとす
る。以下に、本発明に従う摺動材用合金を使用した摺動
材による実証テストを詳述する。実証テストは、仕切弁
の実弁では、面圧が十分に大きく取れず、２０Ｋｇｆ／
ｍｍ2という高面圧下の試験ができないので、以下に述
べる摺動試験装置で実施した。摺動試験は、摺動試験材
として、本発明に従う合金からなる摺動試験体と特開平
第０７−３０５１２９号に記載された第一合金（ＳＰ
１）またはＲＣｏＣｒ−Ａからなる摺動試験体とを組み
合わせて行った。
【００１３】図１は、本発明に従う摺動材用合金に組み
合わされる合金（以下、「組合せ合金」という。）を摺
動材とした摺動試験体１の平面と断面を示している。摺
動試験体１は、円筒形をした炭素鋼よりなる基材１ａ
と、この基材１ａの上側表面に溶接された、組合せ合金
から構成された環状の摺動材（以下、［「組合せ材」と
いう。）１ｂとからなる。組合せ材１ｂの上側表面は、
他の摺動試験材（後述する）と接触して摺動する摺動面
としての試験面１ｅを構成している。また、基材１ａに
は、摺動試験中に、試験面同志が摺動して漏洩が生じた
場合、漏洩液体を検出できるように、流出孔１ｄが設け
られている。さらに、この摺動試験体１を摺動試験装置
に取り付けるために、ねじ部１ｃが基材１ａに設けられ
ている。
合わされる合金（以下、「組合せ合金」という。）を摺
動材とした摺動試験体１の平面と断面を示している。摺
動試験体１は、円筒形をした炭素鋼よりなる基材１ａ
と、この基材１ａの上側表面に溶接された、組合せ合金
から構成された環状の摺動材（以下、［「組合せ材」と
いう。）１ｂとからなる。組合せ材１ｂの上側表面は、
他の摺動試験材（後述する）と接触して摺動する摺動面
としての試験面１ｅを構成している。また、基材１ａに
は、摺動試験中に、試験面同志が摺動して漏洩が生じた
場合、漏洩液体を検出できるように、流出孔１ｄが設け
られている。さらに、この摺動試験体１を摺動試験装置
に取り付けるために、ねじ部１ｃが基材１ａに設けられ
ている。
【００１４】図２は、本発明に従う摺動材用合金を摺動
材に適用した摺動試験体２の平面と断面を示している。
摺動試験体２は、円筒形をした炭素鋼よりなる基材２ａ
と、この基材２ａの上側表面に溶接された、本発明に従
う合金から構成された環状の摺動材（以下、「試験材」
という。）２ｂとからなる。試験材２ｂの上側表面は、
上述した摺動試験体１の試験面１ｅと接触して摺動する
摺動面としての試験面２ｄを構成している。また、この
摺動試験体２を摺動試験装置に取り付けるために、ねじ
部２ｃが基材２ａに設けられている。なお、摺動試験体
は、実証テストに当たり、各合金から構成された組合せ
材や試験材を基材に溶接して構成したが、摺動試験体全
体を、各合金により作成することもできる。
材に適用した摺動試験体２の平面と断面を示している。
摺動試験体２は、円筒形をした炭素鋼よりなる基材２ａ
と、この基材２ａの上側表面に溶接された、本発明に従
う合金から構成された環状の摺動材（以下、「試験材」
という。）２ｂとからなる。試験材２ｂの上側表面は、
上述した摺動試験体１の試験面１ｅと接触して摺動する
摺動面としての試験面２ｄを構成している。また、この
摺動試験体２を摺動試験装置に取り付けるために、ねじ
部２ｃが基材２ａに設けられている。なお、摺動試験体
は、実証テストに当たり、各合金から構成された組合せ
材や試験材を基材に溶接して構成したが、摺動試験体全
体を、各合金により作成することもできる。
【００１５】図３は、摺動試験を実施するための仕切弁
を模擬した焼き付き摩耗試験機の断面を示す。この摩耗
試験機は、摺動試験体１がねじ込まれる弁座支持リング
１３と、摺動試験体１に当接する摺動試験体２がねじ込
まれる弁体２３とを内部に有する圧力容器１０を備え
る。圧力容器１０の上部及び側面には、上蓋１１及び横
蓋１２が取り付けられ、夫々Ｏリング１０ａ、１５によ
り圧力容器１０との気密を維持する。上蓋１１の上に
は、試験体摺動装置２０が設置されており、この試験体
摺動装置２０は、試験体摺動用の油圧ラム２２と、この
油圧ラム２２の先端に取り付けられ、上蓋１１を貫いて
伸延する弁軸２１と、この弁軸２１の先端に取り付けら
れた弁体２３とから構成され、油圧ラム２２の駆動によ
り、弁軸２１を介して、弁体２３が上下動するように構
成される。なお、弁軸２１と上蓋１１との間の封止は、
パッキンをパッキン押さえ２４で締め付けることにより
維持する。
を模擬した焼き付き摩耗試験機の断面を示す。この摩耗
試験機は、摺動試験体１がねじ込まれる弁座支持リング
１３と、摺動試験体１に当接する摺動試験体２がねじ込
まれる弁体２３とを内部に有する圧力容器１０を備え
る。圧力容器１０の上部及び側面には、上蓋１１及び横
蓋１２が取り付けられ、夫々Ｏリング１０ａ、１５によ
り圧力容器１０との気密を維持する。上蓋１１の上に
は、試験体摺動装置２０が設置されており、この試験体
摺動装置２０は、試験体摺動用の油圧ラム２２と、この
油圧ラム２２の先端に取り付けられ、上蓋１１を貫いて
伸延する弁軸２１と、この弁軸２１の先端に取り付けら
れた弁体２３とから構成され、油圧ラム２２の駆動によ
り、弁軸２１を介して、弁体２３が上下動するように構
成される。なお、弁軸２１と上蓋１１との間の封止は、
パッキンをパッキン押さえ２４で締め付けることにより
維持する。
【００１６】横蓋１２は、弁座支持リング１３に取り付
けた摺動試験体１の組合せ材１ｂに加わる内圧による荷
重を支えるように機能する。弁座支持リング１３と圧力
容器１０との間は、Ｏリング２１により気密が維持され
る。なお、弁座支持リング１３と横蓋１２とには、流体
の漏洩を検出するための孔１３ａ、１２ａが設けられて
おり、これらの孔１３ａ、１２ａは、摺動試験体１の流
出孔１ｄと導通している。
けた摺動試験体１の組合せ材１ｂに加わる内圧による荷
重を支えるように機能する。弁座支持リング１３と圧力
容器１０との間は、Ｏリング２１により気密が維持され
る。なお、弁座支持リング１３と横蓋１２とには、流体
の漏洩を検出するための孔１３ａ、１２ａが設けられて
おり、これらの孔１３ａ、１２ａは、摺動試験体１の流
出孔１ｄと導通している。
【００１７】圧力容器１０の側面の、横蓋１２に関して
円周方向にほぼ１８０度隔てられた位置には、油圧ラム
３２と、この油圧ラム３２の先端に取り付けられ、圧力
容器１０を貫いて伸延する初期面圧付加軸３１とが取り
付けられている。この初期面圧付加軸３１は、弁体２３
の側面に当接し、油圧ラム３２の作用により、弁体２３
に取り付けた摺動試験体２の試験体２ｂに初期面圧を付
加するように機能する。また、初期面圧付加軸３１と圧
力容器１０との間の封止は、パッキン１０ｃをパッキン
押さえ２５で締め付けて維持する。摺動試験装置の外側
には、加熱ヒータ４２が取り付けられ、圧力容器１０内
部の流体を加熱昇圧できるようになっている。なお、圧
力容器１０への流体の流入と昇圧は、ポンプ４１で行
う。
円周方向にほぼ１８０度隔てられた位置には、油圧ラム
３２と、この油圧ラム３２の先端に取り付けられ、圧力
容器１０を貫いて伸延する初期面圧付加軸３１とが取り
付けられている。この初期面圧付加軸３１は、弁体２３
の側面に当接し、油圧ラム３２の作用により、弁体２３
に取り付けた摺動試験体２の試験体２ｂに初期面圧を付
加するように機能する。また、初期面圧付加軸３１と圧
力容器１０との間の封止は、パッキン１０ｃをパッキン
押さえ２５で締め付けて維持する。摺動試験装置の外側
には、加熱ヒータ４２が取り付けられ、圧力容器１０内
部の流体を加熱昇圧できるようになっている。なお、圧
力容器１０への流体の流入と昇圧は、ポンプ４１で行
う。
【００１８】摺動試験は、摺動試験体１、２の夫々の試
験面１ｅ、２ｄを、指定の面圧を加えながら互いに接触
させて、流体中で摺動することにより実施される。先
ず、摺動試験体２に取り付けた、本発明に従う合金から
構成された試験材２ｂの試験面２ｄは、約６００メッシ
ュまで研磨され、その後、摺動試験体２を、摺動試験装
置の弁体２３に固定する。また、摺動試験体１に取り付
けた、組合せ合金から構成された組合せ材１ｂの試験面
１ｅは、約６００メッシュまで研磨され、その後、摺動
試験体１を弁座支持リング１３に固定する。
験面１ｅ、２ｄを、指定の面圧を加えながら互いに接触
させて、流体中で摺動することにより実施される。先
ず、摺動試験体２に取り付けた、本発明に従う合金から
構成された試験材２ｂの試験面２ｄは、約６００メッシ
ュまで研磨され、その後、摺動試験体２を、摺動試験装
置の弁体２３に固定する。また、摺動試験体１に取り付
けた、組合せ合金から構成された組合せ材１ｂの試験面
１ｅは、約６００メッシュまで研磨され、その後、摺動
試験体１を弁座支持リング１３に固定する。
【００１９】次に、油圧ラム３２を作動させ、初期面圧
付加軸３１を介して弁体２３を側面から押圧し、弁体２
３の試験材２ｂの試験面２ｄを組合せ材１ｂの試験面１
ｅに密着させることにより、試験面に約０．０５Ｋｇｆ
／ｍｍ2の初期面圧を発生させる。この状態で、ポンプ
４１から水を注入して、圧力容器１０の内部に充満させ
て昇圧する。圧力容器１０の内部の圧力が、約０．１Ｋ
ｇｆ／ｍｍ2まで昇圧すると、試験材２ｂと組合せ材１
ｂとの間の封止が、接触する夫々の試験面２ｄ、１ｅの
間で保たれるようになる。そこで、油圧ラム３２を解放
することにより初期面圧付加軸３１を弁体２３から引き
離し、圧力容器１０の内部圧力のみで組合せ材１ｂと試
験材２ｂとに面圧を付加する。その後、圧力容器１０の
内部の圧力を８８Ｋｇｆ／Ｃｍ2まで昇圧すると、両試
験面１ｅ、２ｄに２０ｋｇｆ／ｍｍ2の面圧が発生す
る。この状態で、摺動用油圧ラム２２を作動させること
により、弁軸２１を介して弁体２３を上下動させ、試験
材２ｂの試験面２ｄと組合せ材１ｂの試験面１ｅとを摺
動させて試験する。高温水中の試験は、加熱ヒータ４２
により、液体の温度と内圧の昇圧とバランスを保ちなが
ら行い、高温高圧水の中で両試験面に面圧を付加した状
態で摺動させる。なお、摺動試験の結果は、試験後の試
験面の粗さを測定して、摺動性の良否を判定する。
付加軸３１を介して弁体２３を側面から押圧し、弁体２
３の試験材２ｂの試験面２ｄを組合せ材１ｂの試験面１
ｅに密着させることにより、試験面に約０．０５Ｋｇｆ
／ｍｍ2の初期面圧を発生させる。この状態で、ポンプ
４１から水を注入して、圧力容器１０の内部に充満させ
て昇圧する。圧力容器１０の内部の圧力が、約０．１Ｋ
ｇｆ／ｍｍ2まで昇圧すると、試験材２ｂと組合せ材１
ｂとの間の封止が、接触する夫々の試験面２ｄ、１ｅの
間で保たれるようになる。そこで、油圧ラム３２を解放
することにより初期面圧付加軸３１を弁体２３から引き
離し、圧力容器１０の内部圧力のみで組合せ材１ｂと試
験材２ｂとに面圧を付加する。その後、圧力容器１０の
内部の圧力を８８Ｋｇｆ／Ｃｍ2まで昇圧すると、両試
験面１ｅ、２ｄに２０ｋｇｆ／ｍｍ2の面圧が発生す
る。この状態で、摺動用油圧ラム２２を作動させること
により、弁軸２１を介して弁体２３を上下動させ、試験
材２ｂの試験面２ｄと組合せ材１ｂの試験面１ｅとを摺
動させて試験する。高温水中の試験は、加熱ヒータ４２
により、液体の温度と内圧の昇圧とバランスを保ちなが
ら行い、高温高圧水の中で両試験面に面圧を付加した状
態で摺動させる。なお、摺動試験の結果は、試験後の試
験面の粗さを測定して、摺動性の良否を判定する。
【００２０】［摺動試験］摺動試験の試験条件は、以下
のようである： （１）室温水および摂氏３００度の高温水（圧力：８８
Ｋｇｆ／Ｃｍ2）。 （２）摺動面圧：２０Ｋｇｆ／ｍｍ2。 （３）摺動回数：１００回。 （４）摺動距離：１２００ｍｍ。 （５）良否の判定基準：平均粗さの最大値が１μｍＲａ
程度以下であること。（この粗さは、弁座を摺合せるこ
とによって容易に修復できる粗さである。） （６）摩擦係数：０．５以下。
のようである： （１）室温水および摂氏３００度の高温水（圧力：８８
Ｋｇｆ／Ｃｍ2）。 （２）摺動面圧：２０Ｋｇｆ／ｍｍ2。 （３）摺動回数：１００回。 （４）摺動距離：１２００ｍｍ。 （５）良否の判定基準：平均粗さの最大値が１μｍＲａ
程度以下であること。（この粗さは、弁座を摺合せるこ
とによって容易に修復できる粗さである。） （６）摩擦係数：０．５以下。
【００２１】
【表１】 表１は、「本発明の確性試験用合金」の表であり、摺動
試験に供試した試験材に使用した合金の化学成分を示し
ている。なお、合金より形成された試験材をＦｅからな
る基材に溶接した場合、基材の溶け込みによって、化学
組成は、多少変化することがある。
試験に供試した試験材に使用した合金の化学成分を示し
ている。なお、合金より形成された試験材をＦｅからな
る基材に溶接した場合、基材の溶け込みによって、化学
組成は、多少変化することがある。
【表２】 表２は、「本発明合金の摺動性確認試験の組合わせ」の
表であり、室温水中と高温水中における摺動試験の試験
材の組み合わせを示している。
表であり、室温水中と高温水中における摺動試験の試験
材の組み合わせを示している。
【００２２】図４及び図５は、摺動試験結果を示してお
り、図４には、「本発明合金とＳＰ１との摺動試験結
果」が、図５には、「本発明合金とＲＣｏＣｒ−Ａとの
摺動試験結果」が、夫々縦軸を「表面粗さμｍＲａと摩
擦係数」、横軸を「Ｎｂ／Ｃ量比」として描かれてい
る。図４から分かるように、Ｎｂの添加量がＣの量の８
倍以下と少ない場合には、室温水中で５０回の摺動試験
を行った時点で漏洩量が多くなり、試験を中止した。こ
の際、試験面には、著しく粗い摺動傷が生じた。しか
し、高温水中では、摺動後の試験面の粗さは、１μｍＲ
ａ程度で、許容範囲内に納まった。この原因は、摺動相
手である第一合金（ＳＰ１）と本発明に従う合金とが、
高温で適度な酸化被膜を形成して、焼き付きを防止する
ためである。一方、Ｎｂの添加量がＣの量の１２．６倍
以上の場合には、室温水中の摺動試験では、試験面の表
面粗さが非常に小さくなり、１μｍＲａ以下となった。
高温水中では、試験面の表面粗さは、１μｍＲａ程度に
なった。
り、図４には、「本発明合金とＳＰ１との摺動試験結
果」が、図５には、「本発明合金とＲＣｏＣｒ−Ａとの
摺動試験結果」が、夫々縦軸を「表面粗さμｍＲａと摩
擦係数」、横軸を「Ｎｂ／Ｃ量比」として描かれてい
る。図４から分かるように、Ｎｂの添加量がＣの量の８
倍以下と少ない場合には、室温水中で５０回の摺動試験
を行った時点で漏洩量が多くなり、試験を中止した。こ
の際、試験面には、著しく粗い摺動傷が生じた。しか
し、高温水中では、摺動後の試験面の粗さは、１μｍＲ
ａ程度で、許容範囲内に納まった。この原因は、摺動相
手である第一合金（ＳＰ１）と本発明に従う合金とが、
高温で適度な酸化被膜を形成して、焼き付きを防止する
ためである。一方、Ｎｂの添加量がＣの量の１２．６倍
以上の場合には、室温水中の摺動試験では、試験面の表
面粗さが非常に小さくなり、１μｍＲａ以下となった。
高温水中では、試験面の表面粗さは、１μｍＲａ程度に
なった。
【００２３】図５に示したように、ＲＣｏＣｒ−Ａと本
発明に従う合金とを組み合わせた摺動試験は、Ｎｂの添
加量がＣの量の１３．３倍以上の場合について実施し
た。室温水中の試験では、試験面の表面粗さは非常に小
さくなり、１μｍＲａ以下となった。高温水中では、摺
動後の試験面の粗さは、１μｍＲａ程度となった。
発明に従う合金とを組み合わせた摺動試験は、Ｎｂの添
加量がＣの量の１３．３倍以上の場合について実施し
た。室温水中の試験では、試験面の表面粗さは非常に小
さくなり、１μｍＲａ以下となった。高温水中では、摺
動後の試験面の粗さは、１μｍＲａ程度となった。
【００２４】［腐食試験］粒界腐食試験は、ＪＩＳ−Ｇ
−０５７５に規定されている、オーステナイト系ステン
レス鋼の粒界腐食性を検査する試験を適用して実施し
た。この場合の腐食時間は、本発明に従う合金にとっ
て、ＪＩＳに規定している１６時間の沸騰試験による粒
界腐食性の判定では長すぎるので、４時間とした。
−０５７５に規定されている、オーステナイト系ステン
レス鋼の粒界腐食性を検査する試験を適用して実施し
た。この場合の腐食時間は、本発明に従う合金にとっ
て、ＪＩＳに規定している１６時間の沸騰試験による粒
界腐食性の判定では長すぎるので、４時間とした。
【００２５】図６に、縦軸を「粒界腐食深さμｍ」、横
軸を「Ｎｂ／Ｃ量比」として、「本発明合金の粒界腐食
試験結果」を示す。図６から分かるように、特開平第０
７−３０５１２９号に記載された第二合金である、０．
３重量％のＣと、１７重量％のＣｒと、７重量％のＳｉ
と、５重量％のＦｅと、１．２重量％のＷと、０．７重
量％のＳｎと、０．６重量％のＢとを含有し、残部がＮ
ｉからなる合金及びＮｂの添加量をＣの量の３．５〜８
倍にした合金では、粒界腐食性が確認された。しかし、
Ｎｂの添加量をＣの量の１２．６〜２５．６倍にした合
金では、粒界腐食性は、確認されなかった。
軸を「Ｎｂ／Ｃ量比」として、「本発明合金の粒界腐食
試験結果」を示す。図６から分かるように、特開平第０
７−３０５１２９号に記載された第二合金である、０．
３重量％のＣと、１７重量％のＣｒと、７重量％のＳｉ
と、５重量％のＦｅと、１．２重量％のＷと、０．７重
量％のＳｎと、０．６重量％のＢとを含有し、残部がＮ
ｉからなる合金及びＮｂの添加量をＣの量の３．５〜８
倍にした合金では、粒界腐食性が確認された。しかし、
Ｎｂの添加量をＣの量の１２．６〜２５．６倍にした合
金では、粒界腐食性は、確認されなかった。
【００２６】この結果を金属組織的に考察すると、Ｎｂ
を少量添加した合金では、長く大きなＣｒ炭化物から粒
状のＮｂ炭化物へ移行する過程において、Ｃｒ炭化物と
Ｎｂ炭化物とが混在した状態で、残存するＣｒ炭化物の
周囲にＣｒ欠乏層ができ、粒界腐食を防止できないこと
が分かった。一方、ＮｂをＣの量の１２．６倍以上添加
した合金では、Ｃｒ炭化物が、微粒化すると共に生成量
が減少して、粒状のニオブの炭化物（ＮｂＣ）に変化
し、Ｃｒがマトリックスの中に均一に分布され、Ｃｒ欠
乏層ができなくなるため、粒界腐食が生じないと考えら
れる。
を少量添加した合金では、長く大きなＣｒ炭化物から粒
状のＮｂ炭化物へ移行する過程において、Ｃｒ炭化物と
Ｎｂ炭化物とが混在した状態で、残存するＣｒ炭化物の
周囲にＣｒ欠乏層ができ、粒界腐食を防止できないこと
が分かった。一方、ＮｂをＣの量の１２．６倍以上添加
した合金では、Ｃｒ炭化物が、微粒化すると共に生成量
が減少して、粒状のニオブの炭化物（ＮｂＣ）に変化
し、Ｃｒがマトリックスの中に均一に分布され、Ｃｒ欠
乏層ができなくなるため、粒界腐食が生じないと考えら
れる。
【００２７】ここで、各化学組成の割合の選定根拠につ
いて述べると、Ｃは、本発明に従う摺動材用合金の硬さ
を維持するために、少なくとも０．２重量％は必要であ
るので、下限値を０．２重量％とし、一方、合金製造時
の変動範囲を見込んで、上限値を０．４重量％とした。
従って、Ｃの範囲は、０．２〜０．４重量％とする。
いて述べると、Ｃは、本発明に従う摺動材用合金の硬さ
を維持するために、少なくとも０．２重量％は必要であ
るので、下限値を０．２重量％とし、一方、合金製造時
の変動範囲を見込んで、上限値を０．４重量％とした。
従って、Ｃの範囲は、０．２〜０．４重量％とする。
【００２８】Ｃｒは、本発明に従う摺動材用合金の良好
な耐食性や耐酸化性を維持するために必要であるが、こ
の合金では、同じく耐酸化性を高めるＮｂを添加するた
め、下限値を５重量％とした。また、Ｃｒは、金属の耐
酸化性を向上させる元素である反面、弁座の摺動により
生じる摩耗粉の酸化を妨げ、金属の剥離片を生じさせて
摺動部に焼き付きやカジリを発生させる原因となるた
め、上限値を２０重量％とした。従って、Ｃｒの範囲
は、５〜２０重量％とする。
な耐食性や耐酸化性を維持するために必要であるが、こ
の合金では、同じく耐酸化性を高めるＮｂを添加するた
め、下限値を５重量％とした。また、Ｃｒは、金属の耐
酸化性を向上させる元素である反面、弁座の摺動により
生じる摩耗粉の酸化を妨げ、金属の剥離片を生じさせて
摺動部に焼き付きやカジリを発生させる原因となるた
め、上限値を２０重量％とした。従って、Ｃｒの範囲
は、５〜２０重量％とする。
【００２９】Ｎｂは、合金に含有されるＣと化合してニ
オブの複炭化物（Ｎｉ・Ｓｉ・Ｎｂ−Ｃ）を形成して、
クロム炭化物を微粒化し、また、クロム炭化物の生成量
を減少させる効果を有している。オーステナイト系ステ
ンレス鋼の場合、Ｎｂの炭化物（ＮｂＣ）が生成される
ので、理論的には、Ｎｂは、Ｃの含有量の８倍添加すれ
ばよいが、実際には、窒化物、酸化物あるいは一部固溶
することを見込んで、Ｃの含有量の１０が添加されてい
る。しかし、研究の結果、本発明に従う摺動材用合金の
場合、ＮｂをＣの含有量の約３．５〜８倍添加すると、
逆に、粒界腐食が促進され、また、室温水での摺動特性
を劣化させることが判明した。さらに、耐摺動性を良好
に維持しながら、同時に耐粒界腐食性を向上させるため
には、ＮｂをＣの含有量の約１２．５〜２５倍添加する
必要があることも判明した。そこで、この合金では、Ｃ
の範囲を０．２〜０．４重量％としているので、Ｎｂの
範囲は、２．５〜１０重量％とする。
オブの複炭化物（Ｎｉ・Ｓｉ・Ｎｂ−Ｃ）を形成して、
クロム炭化物を微粒化し、また、クロム炭化物の生成量
を減少させる効果を有している。オーステナイト系ステ
ンレス鋼の場合、Ｎｂの炭化物（ＮｂＣ）が生成される
ので、理論的には、Ｎｂは、Ｃの含有量の８倍添加すれ
ばよいが、実際には、窒化物、酸化物あるいは一部固溶
することを見込んで、Ｃの含有量の１０が添加されてい
る。しかし、研究の結果、本発明に従う摺動材用合金の
場合、ＮｂをＣの含有量の約３．５〜８倍添加すると、
逆に、粒界腐食が促進され、また、室温水での摺動特性
を劣化させることが判明した。さらに、耐摺動性を良好
に維持しながら、同時に耐粒界腐食性を向上させるため
には、ＮｂをＣの含有量の約１２．５〜２５倍添加する
必要があることも判明した。そこで、この合金では、Ｃ
の範囲を０．２〜０．４重量％としているので、Ｎｂの
範囲は、２．５〜１０重量％とする。
【００３０】Ｆｅは、Ｎｉと共に、本発明に従う摺動材
用合金の基材であり、マトリックスを形成するが、他の
効果として、この合金の硬さを調節する役割も果たす。
また、Ｆｅは、摺動の際に、水中の酸素と結合して酸化
被膜を形成し、この合金の摺動性能を維持する。しか
し、Ｆｅは、合金の耐食性維持の観点より少ない方が良
いので、Ｆｅの範囲は、２０重量％を超えないものとす
る。
用合金の基材であり、マトリックスを形成するが、他の
効果として、この合金の硬さを調節する役割も果たす。
また、Ｆｅは、摺動の際に、水中の酸素と結合して酸化
被膜を形成し、この合金の摺動性能を維持する。しか
し、Ｆｅは、合金の耐食性維持の観点より少ない方が良
いので、Ｆｅの範囲は、２０重量％を超えないものとす
る。
【００３１】Ｗは、タングステン炭化物を形成して硬さ
を維持すると共に、摺動に際して、潤滑性のある酸化タ
ングステン（ＷＯ3）を生成して焼き付きやカジリを防
止する効果を有するが、多量に加えると炭化タングステ
ン（ＷＣ）の量が多くなって高度が高くなり過ぎるの
で、Ｗの範囲は、１〜４重量％とする。
を維持すると共に、摺動に際して、潤滑性のある酸化タ
ングステン（ＷＯ3）を生成して焼き付きやカジリを防
止する効果を有するが、多量に加えると炭化タングステ
ン（ＷＣ）の量が多くなって高度が高くなり過ぎるの
で、Ｗの範囲は、１〜４重量％とする。
【００３２】Ｓｉは、Ｎｉとの化合物（Ｎｉ3Ｓｉ）を
形成して本発明に従う摺動材用合金の融点を下げると共
に、酸類に対する耐食性を高める。また、硬度と耐摩耗
性を維持するのに有効であるが、多量に加えると靭性が
低下し、溶接施工性を劣化するので、Ｓｉの範囲は、２
〜７重量％とする。
形成して本発明に従う摺動材用合金の融点を下げると共
に、酸類に対する耐食性を高める。また、硬度と耐摩耗
性を維持するのに有効であるが、多量に加えると靭性が
低下し、溶接施工性を劣化するので、Ｓｉの範囲は、２
〜７重量％とする。
【００３３】Ｂは、本発明に従う摺動材用合金の溶接肉
盛の際、酸化物等の不純物と結合して、この不純物を浮
上させて除去するのに有効であり、また、炭化硼素（Ｂ
Ｃ）を形成して硬さを高くするが、この炭化硼素が多い
と溶接性が劣化し、また、相手材をカジル傾向が大きく
なるので、Ｂの範囲は、１重量％を超えないものとす
る。
盛の際、酸化物等の不純物と結合して、この不純物を浮
上させて除去するのに有効であり、また、炭化硼素（Ｂ
Ｃ）を形成して硬さを高くするが、この炭化硼素が多い
と溶接性が劣化し、また、相手材をカジル傾向が大きく
なるので、Ｂの範囲は、１重量％を超えないものとす
る。
【００３４】Ｓｎは、Ｎｉの中にわずかに固溶するが、
残りはニッケルとの化合物（Ｎｉ3Ｓｎ）を形成する。
この化合物は、合金の中に、少量含有されるときには、
合金の耐摺動性を向上させるが、多量に含有されるとき
には、摩擦係数が増加してしまうため、Ｓｎの範囲は、
１重量％を超えないものとする。
残りはニッケルとの化合物（Ｎｉ3Ｓｎ）を形成する。
この化合物は、合金の中に、少量含有されるときには、
合金の耐摺動性を向上させるが、多量に含有されるとき
には、摩擦係数が増加してしまうため、Ｓｎの範囲は、
１重量％を超えないものとする。
【００３５】本実験では、本発明に従う合金を弁の弁体
に取る付ける摺動材として説明したが、本発明はこの実
施の態様に限定されるものではなく、弁の弁座に取り付
ける摺動材として用いることもできる。また、弁以外の
機器の摺動材に適用することも可能である。さらに、高
温高圧下で使用するために高い耐食性及び耐粒界腐食性
を必要とする適宜の部材にも同様に適用することができ
る。
に取る付ける摺動材として説明したが、本発明はこの実
施の態様に限定されるものではなく、弁の弁座に取り付
ける摺動材として用いることもできる。また、弁以外の
機器の摺動材に適用することも可能である。さらに、高
温高圧下で使用するために高い耐食性及び耐粒界腐食性
を必要とする適宜の部材にも同様に適用することができ
る。
【００３６】また、本発明に従う摺動材用合金を、弁体
にねじ込まれる摺動試験体の摺動材として適用したが、
摺動試験体全体を一つの摺動材としてこの合金により構
成することも可能であり、その場合、この摺動材を弁体
に溶接や、周知の方法で接合することもできる。さら
に、一つの摺動材として鋳造したり、熱間静水圧加工法
（ＨＩＰ）等で製造してもよい。
にねじ込まれる摺動試験体の摺動材として適用したが、
摺動試験体全体を一つの摺動材としてこの合金により構
成することも可能であり、その場合、この摺動材を弁体
に溶接や、周知の方法で接合することもできる。さら
に、一つの摺動材として鋳造したり、熱間静水圧加工法
（ＨＩＰ）等で製造してもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、摺動
材用合金におけるＣの含有量を制限し、また、Ｎｂを添
加することで、Ｃｒ炭化物を微粒化させると共にＮｂ炭
化物を生成させ、これにより、この摺動材用合金中にお
けるＣｒの分布を均一化させ、Ｃｒ欠乏層を無くすこと
ができる。このため、粒界腐食を防ぐことにより、耐食
性及び耐粒界腐食性の双方に優れた摺動材用合金を提供
することができる。
材用合金におけるＣの含有量を制限し、また、Ｎｂを添
加することで、Ｃｒ炭化物を微粒化させると共にＮｂ炭
化物を生成させ、これにより、この摺動材用合金中にお
けるＣｒの分布を均一化させ、Ｃｒ欠乏層を無くすこと
ができる。このため、粒界腐食を防ぐことにより、耐食
性及び耐粒界腐食性の双方に優れた摺動材用合金を提供
することができる。
【００３８】また、この摺動材用合金を、例えば、原子
力や火力発電所のような高温高圧下で使用される弁のよ
うな機器に使用すると、耐食性及び耐粒界腐食性に優れ
ているため、信頼性の高い機器を提供することができ
る。
力や火力発電所のような高温高圧下で使用される弁のよ
うな機器に使用すると、耐食性及び耐粒界腐食性に優れ
ているため、信頼性の高い機器を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う摺動材用合金に組み合わされる
合金を摺動材とした摺動試験体の平面図と断面図であ
る。
合金を摺動材とした摺動試験体の平面図と断面図であ
る。
【図２】 本発明に従う摺動材用合金を摺動材に適用し
た摺動試験体の平面図と断面図である。
た摺動試験体の平面図と断面図である。
【図３】 摺動試験を実施するための仕切弁を模擬した
焼き付き摩耗試験機の断面図である。
焼き付き摩耗試験機の断面図である。
【図４】 本発明に従う合金と第一合金（ＳＰ１）とを
組み合わせて摺動試験をした場合の表面粗さ及び摩擦係
数とＮｂ／Ｃ量比との関係をしめした図である。
組み合わせて摺動試験をした場合の表面粗さ及び摩擦係
数とＮｂ／Ｃ量比との関係をしめした図である。
【図５】 本発明に従う合金とＲＣｏＣｒ−Ａとを組み
合わせて摺動試験をした場合の表面粗さ及び摩擦係数と
Ｎｂ／Ｃ量比との関係をしめした図である。
合わせて摺動試験をした場合の表面粗さ及び摩擦係数と
Ｎｂ／Ｃ量比との関係をしめした図である。
【図６】 本発明に従う合金のＮｂ／Ｃ量比と粒界腐食
試験での腐食深さとの関係をしめした図である。
試験での腐食深さとの関係をしめした図である。
１，２…摺動試験体、１ａ，２ａ…基材、１ｂ，２ｂ…
摺動材（組合せ材、試験材）、１ｃ，２ｃ…ねじ部、１
ｄ…流出孔、１ｅ，２ｄ…試験面、１０…圧力容器、１
０ａ，１５，２１…Ｏリング、１０ｃ…パッキン、１１
…上蓋、１２…横蓋、１２ａ，１３ａ…孔、１３…弁座
支持リング、２０…弁体摺動装置、２１…弁軸、２２，
３２…油圧ラム、２３…弁体、２４，２５…パッキン押
さえ、３１…初期面圧付加軸、４１…ポンプ、４２…加
熱ヒータ。
摺動材（組合せ材、試験材）、１ｃ，２ｃ…ねじ部、１
ｄ…流出孔、１ｅ，２ｄ…試験面、１０…圧力容器、１
０ａ，１５，２１…Ｏリング、１０ｃ…パッキン、１１
…上蓋、１２…横蓋、１２ａ，１３ａ…孔、１３…弁座
支持リング、２０…弁体摺動装置、２１…弁軸、２２，
３２…油圧ラム、２３…弁体、２４，２５…パッキン押
さえ、３１…初期面圧付加軸、４１…ポンプ、４２…加
熱ヒータ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−305129（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−162757（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−23054（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 19/05 G21D 1/00
Claims (3)
- 【請求項１】 ０．２〜０．４重量％のＣと、５．０〜
２０重量％のＣｒと、２．５〜１０重量％のＮｂと、１
〜４重量％のＷと、２〜７重量％のＳｉと、１重量％を
超えないＢと、１重量％を超えないＳｎと、２０重量％
を超えないＦｅと、残部がＮｉからなり、Ｎｂ／Ｃが１
２．５〜２５を満足する摺動材用合金。 - 【請求項２】 相当接する摺動面を有する一対の摺動材
を備えた機器において、少なくとも一方の該摺動材を前
記摺動材用合金から構成したことを特徴とする請求項１
に記載の合金を使用した機器。 - 【請求項３】 前記機器が弁であり、前記摺動材の一方
が該弁の弁座であり、前記摺動材の他方が該弁の弁体で
ある請求項２に記載の機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09272908A JP3131175B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 摺動材用合金及び該合金を使用した機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09272908A JP3131175B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 摺動材用合金及び該合金を使用した機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11106854A JPH11106854A (ja) | 1999-04-20 |
| JP3131175B2 true JP3131175B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=17520441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09272908A Expired - Lifetime JP3131175B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 摺動材用合金及び該合金を使用した機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3131175B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105936986B (zh) * | 2016-06-27 | 2018-04-03 | 李宏亮 | 一种镍基高温合金及其制备方法 |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP09272908A patent/JP3131175B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11106854A (ja) | 1999-04-20 |
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