JP3245697B2 - 溶融亜鉛又は亜鉛合金浴用鋳造合金 - Google Patents

溶融亜鉛又は亜鉛合金浴用鋳造合金

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JP3245697B2 JP05310695A JP5310695A JP3245697B2 JP 3245697 B2 JP3245697 B2 JP 3245697B2 JP 05310695 A JP05310695 A JP 05310695A JP 5310695 A JP5310695 A JP 5310695A JP 3245697 B2 JP3245697 B2 JP 3245697B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融亜鉛(合金)の
湯に対する優れた腐食抵抗性等を有し、その溶融浴加熱
用チューブ材料等として有用な鋳造合金に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛めっき,亜鉛−アルミめっき,アル
ミめっき等の溶融金属めっきラインのめっき浴には、め
っき浴を所定温度に調節保持するための加熱用チュー
ブ、その他の浴中部材が浸漬配置される。これらの浴中
部材は、溶融金属の腐食作用に対する保護層として、部
材表面にコバルト系合金(ステライト合金等)、サーメ
ット(WC−12%Co等)からなる溶射被覆(層厚約
200 μm)を施したもの等が使用され、また加熱用チュ
ーブでは、窒化けい素(Si3 4 )や炭化けい素(S
iC)等のセラミックス焼成品の使用も試みられてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】溶射被覆で保護した部
材は、めっき浴中での使用過程で、被めっき物(鋼板
等)の接触等により被覆層に損傷を生じ易い。しかも従
来使用されているコバルト系合金やサーメット等の被覆
層の腐食抵抗性は満足し得るものとはいえない。窒化け
い素や炭化けい素等のセラミックス焼成品は、溶融金属
に対し卓抜した腐食抵抗性を有してはいるが、加熱用チ
ューブとして大口径・長尺サイズ(外径約150 mm以上,
長さ約1500mm以上) の焼成品の製造は、設備的な制約等
のため困難ないし不可能である。またセラミックスは脆
性材料であり、機械衝撃(被めっき物の接触等)や熱衝
撃により突発的な破損事故を生じ易く、炉外での取扱い
も厄介である。しかも、金属材料に比し、熱伝導率が著
しく小さいため、熱経済上の不利を免れない。本発明
は、溶融金属浴用部材に関する上記問題を解決するため
の改良された耐食性を有する鋳造合金を提供するもので
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の溶融
亜鉛又は亜鉛合金浴用耐食鋳造合金は、C:0.03〜
1.0%,Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜
2.0%,Cr:50%超,90%以下,Fe:15.
0%以下を含有し、5.0%以下のNiの混在が許容さ
れ、所望により、Ti,Zr,Ta,W,Nbから選ば
れる1種ないし2種以上の元素:5%以下を含有し,残
部は1.0%以上のCoまたは/および0.2%以上の
Moからなる。
【0005】本発明合金の成分限定理由は次のとおりで
ある。 Cr:50%超,90%以下 Crは、溶融金属,殊に溶融亜鉛に対する優れた腐食抵
抗性を示し、また溶融浴加熱用チューブ等として有益な
性能である高い熱伝導性を付与する元素である。この効
果を十分ならしめるために、50%超の含有量を必要と
する。Crの増量に伴つてその効果は大きくなるが、9
0%を越えると、合金融点の上昇により、工業的な鋳造
操業の実施が困難となるほか、合金材質の硬脆化により
部材としての安定性が損なわれるので、これを上限とす
る。この高Cr組成により、良好な耐酸化性,耐熱性も
確保される。
【0006】C:0.03〜1.0% Cは、耐食性に対して特に影響を及ぼす元素ではない
が、高Cr合金の融点を下げ、また鋳造工程での溶湯の
湯流れ性を改善する元素あり、このため少なくとも0.
03%を必要とする。しかし、1.0%を越えると、合
金の脆化をきたし、割れ感受性が高くなるので、これを
上限とする。好ましくは、0.2%以下である。
【0007】Si:0.1〜2.0%,Mn:0.1〜
2.0% SiおよびMnは、いずれもCと同様に合金の耐食性の
改善への寄与はないが、合金の融点の降下、鋳造時の溶
湯の流動性・鋳造性の改善に奏効する元素である。この
効果を得るためにそれぞれ0.1%以上の含有を必要と
するが、多量に含有すると合金の脆化により、鋳造割れ
を生じ易くなるので、それぞれ2.0%を上限とする。
【0008】Fe:15.0%以下 Feは、高Cr系合金の脆弱性を改善し、溶融浴加熱用
チューブ等の部材としての安定性を高める効果を有す
る。しかし、Feの増量に伴い、合金の耐食性が低下す
るので、15.0%を越えてはならない。
【0009】Ni:5.0%以下 Niは、Znの溶湯と反応し易い元素であり、耐食性の
点からは可及的に少なくすることが望ましが、5.0%
以下であれば、実質的な弊害はないので、これを上限と
して混在を許容する。
【0010】Ti,Zr,Ta,W,Nb:5.0%以
下 これらの元素は、合金の耐食性の改善に有効な元素であ
り、所望により、その1種ないし2種以上の元素が、
5.0%以下の範囲内で添加される。2種以上の元素を
複合添加する場合は、その合計量を5.0%以下とす
る。添加量をこのように制限するのは、5.0%までの
添加で効果がほぼ飽和し、またそれを越えると、合金の
靱性が低下するからである。
【0011】Co:バランス成分(1.0%以上) Mo:バランス成分(0.2%以上) CoおよびMoは、そのいずれも前記Feと同様に、高
Cr合金の脆弱性を改善し、加熱用チューブ等の浴中部
材としての安定性を高める元素である。しかも、Feと
異なって、耐食性に悪影響を及ぼすことはない。このた
めCo,Moをバランス成分としている。その含有量
は、上記効果を得るために、Coは1.0%以上、Mo
は0.2%以上であることを要する。両元素は、必ずし
も複合する必要はなく、いずれか一方のみを含有する成
分構成であってもよい。
【0012】本発明合金を適用される浴用部材は、その
形状・サイズ等に応じた鋳造法、例えば加熱用チューブ
の場合は置注ぎ鋳造,遠心力鋳造等により製造される。
浴用部材は必ずしも肉厚全体を本発明合金で構成する必
要はなく、適宜の他材種(例えば、ステンレス鋼、ダク
タイル鋳鉄等)からなる母材に、鋳包み鋳造を適用して
母材を本発明の鋳造金属層で被包した積層構造体として
製造することもでき、あるいは遠心力鋳造において、本
発明合金の溶湯の鋳込みを行った後、その鋳造層の内側
に他材種の金属溶湯の鋳込みを行う2段鋳造により同心
円状の積層構造を有するチューブを製造することもでき
る。
【0013】
【実施例】
〔1〕供試材 供試材の組成を表1および表2に示す。発明例No.1〜13
は、高周波溶解炉で溶製した合金の鋳造材である。比較
例No.1' 〜11' のうち、No.1' 〜9'は、発明例に類似し
た組成を有する高周波溶解・鋳造材であるが、いずれか
の元素の含有量(表中下線)が本発明の規定から外れて
いる例、No.10'は、従来の代表的なCo系合金(ステラ
イト合金相当材)の例であり、No.11'は、WC-Co 系サー
メット溶射材(母材:ステンレス鋼,溶射層厚:200 μ
m) である。
【0014】〔2〕腐食試験 各供試材について、下記の溶融浴浸漬試験を行い、試験
後、10%HCl 水溶液で試験片表面の腐食生成物を除去
し、腐食減量(g/m 2 h )を測定して表1および表2の
右欄に示す結果を得た。 溶融金属浴:Zn−0.2%Al 浴 温 :470℃ 浸漬時間 :72Hr 試験片サイズ:20×30×5,mm(表面粗さ:R max 6.5s) 表中, 「腐食減量」欄の※aは、試験材に割れを発生
し、腐食試験の実施ないし腐食減量の測定不能(「割れ
感受性」欄の「×1 」は鋳造時に割れ発生、「× 2 」は
溶融浴浸漬試験時に試験片に割れ発生)を意味し、「腐
食減量」欄の※bは、局部的に母材溶損を生じたことを
示している。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】表1および表2に示したとおり、発明例N
o.1〜13は、従来材であるコバルト系合金(No.10')や
WC-Co系サーメット溶射材(No.11')等に比し、溶融金
属に対して著しく高い腐食抵抗性を有している。また、
比較例No.1' 〜9'についてみると、No.1'(Ni量過剰)
、No.2'(Cr量不足) 、No.4'(Fe量過剰) は、腐食
減量が大きく、発明例の改良された耐食性性とは大きく
隔たっている。他方、No.3'(Si, Mn量過剰) 、No.
5' (C,Si,Mn量過剰)、No.6'(Ti量過剰) 、N
o.7'(Nb, Ta量過剰) 、No.8'(W量過剰) 、No.9'
(Zr量過剰) は、いずれも割れ感受性が高く、鋳造時
ないし腐食試験時に割れを生じ、浴中部材としての適性
に欠けている。
【0018】〔3〕熱衝撃試験 発明例No.1〜13の遠心力鋳造材とセラミックス焼成品
(Si3 4 セラミックス焼成品,SiCセラミックス
焼成品,いずれも市販の常圧焼結品)とについて、円柱
状試験片(φ20×100L)を、電気炉(大気雰囲気)中、
1Hrを要して700℃まで加熱昇温し、同温度に15
分間保持した後、水冷する操作を1サイクルとする加熱
・急冷のヒートパターンを反復実施し、下記の結果を得
た。 発明例の鋳造材:10サイクル後も割れ発生なし Si3 N 4 焼成品:1サイクルで割れ発生 SiC 焼成品 :3サイクルで割れ発生 発明例の鋳造材はセラミックス焼成品に比し、浴中部材
として格段に優れた安定性を有していることがわかる。
なお、断熱性であるセラミックス(例えば、炭化けい素
セラミックスの熱伝導率は約0.02cal/sec.cm. ℃)と異
なり、発明材は高熱伝導性(例えば、発明例No.4:約0.
15cal/sec.cm. ℃(常温))である。
【0019】
【発明の効果】本発明の鋳造合金は、溶融亜鉛又は亜鉛
合金に対する優れた耐食性により、その溶融浴用部材の
耐用寿命の改善、メンテナンスの軽減等を可能とする。
本発明の鋳造合金は、セラミックス焼成品と異なり、鋳
造プロセスにより、加熱用チューブ等に必要な大口径・
長尺サイズの製造も容易である。また、セラミックスの
脆性材料と異なって靭性が高く、熱的・機械的衝撃に対
する抵抗性を備えているので、溶融浴加熱用チューブと
しての使用においても、セラミックス焼成品に頻繁に発
生していた、被めっき物の接触による突発的な破損事故
が回避され、計画操業の遂行が容易になり、かつ炉外で
のハンドリング性も容易化する。更に、加熱チューブと
しての実機使用過程において、仮に亀裂を生じたような
場合にも、脆性材料であるセラミックス焼成品と異なっ
て亀裂の進展は遅く、溶融金属が内部に侵入する前にチ
ューブを交換することができ、バーナノズルや内筒等の
致命的な損傷を回避することができる。しかも、その熱
伝導率はセラミックスに比し著しく高いので、加熱用チ
ューブとしての使用における省エネルギ効果も大であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 篠崎 斌 大阪府枚方市中宮大池1丁目1番1号 株式会社クボタ 枚方製造所内 (56)参考文献 特開 平4−293748(JP,A) 特開 平6−2065(JP,A) 特開 昭58−207356(JP,A) 特開 昭52−148437(JP,A) 特開 平1−108335(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 27/06 C23C 2/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.03〜1.0%,Si:0.1
    〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:50%
    超,90%以下,Fe:15.0%以下、残部は1.0
    %以上のCoまたは/および0.2%以上のMoからな
    る溶融亜鉛又は亜鉛合金浴用鋳造合金。
  2. 【請求項2】 C:0.03〜1.0%,Si:0.1
    〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:50%
    超,90%以下,Fe:15.0%以下,Ni:5.0
    %以下、残部は1.0%以上のCoまたは/および0.
    2%以上のMoからなる溶融亜鉛又は亜鉛合金浴用鋳造
    合金。
  3. 【請求項3】 C:0.03〜1.0%,Si:0.1
    〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:50%
    超,90%以下,Fe:15.0%以下,Ti,Zr,
    Ta,W,Nbから選ばれる1種ないし2種以上の元
    素:5%以下、残部は1.0%以上のCoまたは/およ
    び0.2%以上のMoからなる溶融亜鉛又は亜鉛合金浴
    用鋳造合金。
  4. 【請求項4】 C:0.03〜1.0%,Si:0.1
    〜2.0%,Mn:0.1〜2.0%,Cr:50%
    超,90%以下,Fe:15.0%以下,Ti,Zr,
    Ta,W,Nbから選ばれる1種ないし2種以上の元
    素:5%以下,Ni:5.0%以下、残部は1.0%以
    上のCoまたは/および0.2%以上のMoからなる溶
    融亜鉛又は亜鉛合金浴用鋳造合金。
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