JP3621818B2 - ステンレス鋳鋼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸性水溶液中において高い耐腐食性及び高い腐食疲労強度を必要とする部材に適し、特に抄紙機のサクションロールに適用されるに好適なステンレス鋳鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抄紙機サクションロール用ステンレス鋳鋼としては、０．１５％Ｃ−１３％Ｃｒを主成分とするマルテンサイト系ステンレス鋳鋼ＪＩＳ ＳＣＳ１（ＡＳＴＭＣＡ１５）がその代表的なものである。また、ＳＣＳ１（ＡＳＴＭ ＣＡ１５）材を基本にしてＮｉやＭｏを数％程度添加した材料や、オーステナイト系ステンレス鋳鋼なども使用されている。
さらに、抄紙機サクションロール用として極めて好適で、１９７０年代から世界的に発生した抄紙機サクションロールの腐食疲労による折損事故防止に大きく貢献し、１９８０年代から広く用いられている材料として、特公昭５６−３６８６１号公報に開示のステンレス鋳鋼がある。
【０００３】
該公報開示のステンレス鋳鋼は、重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：１．５〜３％、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：５〜１１％、Ｃｒ：１８〜２８％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、及びＭｏ：０．０５〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜２．５％のうち少なくとも１種、残部がＦｅからなり、さらに
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）＋６．１Ｔｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）＋１８．５Ｎ（％）
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、Ｒ値が
６．５≦Ｒ≦１３．５
を満たすことを特徴とするステンレス鋳鋼である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼の発明によって、１９８０年代から近年に至る抄紙機サクションロールの腐食トラブルあるいは腐食疲労による折損事故等は極めて少なくなった。
しかしながら、最近の抄紙機の高性能は使用環境の高温化によって著しく苛酷な腐食環境を招いている。その結果、従来のＣＡ１５材やその改良材あるいはオーステナイト系ステンレス鋼は言うに及ばず、特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼においてさえも腐食あるいは腐食疲労が懸念される状況になりつつある。
本発明はこのような状況に鑑み、苛酷化された抄紙機の使用環境においても特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼に優る耐腐食性と高い腐食疲労強度を有する抄紙機サクションロール用として極めて好適なステンレス鋳鋼を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は重量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍｏ：０．５〜５％、Ｃｕ：０．５〜５％、残部がＦｅとする不可避的不純物とからなり、また、
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、
６．５≦Ｒ≦１１
を満たし、かつ、
Ｐｃ＝Ｃｒ（％）＋ｆ１ ・Ｎｉ（％）＋ｆ２ ・Ｍｏ（％）＋１．２８Ｃｕ（％）
（ここに、Ｎｉ（％）＜７．３でｆ１ ＝１．９８、Ｎｉ（％）≧７．３でｆ１ ・Ｎｉ（％）＝１４．５、Ｍｏ（％）＜２．５でｆ２ ＝４．２、Ｍｏ（％）≧２．５でｆ２ ・Ｍｏ（％）＝１０．５）
とした場合に、
Ｐｃ≧４２
を満たすことを特徴とするオーステナイト−フェライト２相系のステンレス鋳鋼であり、これらの条件を満たすことによって、機械的性質が良好で、特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼に優る耐腐食性と高い腐食疲労強度を有する抄紙機サクションロール用として極めて好適なステンレス鋳鋼を得ることができる。
【０００６】
（作用）
以下に本発明鋳鋼に含有される各化学成分の組成限定理由を説明する。なお、以下の説明中のパーセントは重量％を意味する。
【０００７】
Ｃ：Ｃは強力なオーステナイト相生成元素であり、また、その添加量の増加によって強度を上昇させることも可能ではあるが、耐食性や靱延性の低下を招くことにもなる。また、Ｃ量はＴｉ、Ｎｂ等の炭化物安定化元素が添加される場合には、これらとの関係において限定されるべき面も有しているが、本発明にはおいては０．０６％以下に制限する。
【０００８】
Ｓｉ：Ｓｉは有効な脱酸剤として用いられるが、０．１％未満では脱酸効果が十分ではない。一方、Ｓｉはフェライト相生成元素であり、その添加によってフェライト量の調整や強度及び耐食性等の上昇を図ることができることから、特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼においては１．５〜３％の範囲で添加されている。しかしながら、Ｓｉの添加はＣｒ含有量が高い場合及びＭｏが共存する場合においては、脆弱なσ相を生成し易くなる。そこで、本発明においてはＳｉを０．１〜１．５％に制限する。
【０００９】
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸、脱硫の作用があるが、０．１％未満では十分な効果が得られない。また、オーステナイト相を安定化し、強度増加にも有効であるが、２〜３％を超える添加は靱延性を害し耐食性にも悪影響を及ぼす。さらに、脆弱なσ相生成を助長する作用もある。そこで、本発明においては０．１〜１％に制限する。
【００１０】
Ｎｉ：Ｎｉはオーステナイト相生成元素として主たるものであり、その添加量はＣｒその他のフェライト相生成元素との関連においても限定されるが、５％未満では靱延性、耐食性、オーステナイト相の安定化の面で好ましい結果が得られ難い。一方、Ｎｉ量の増加は靱延性を増す反面、強度面から好ましくなく、組織バランス面から他成分の増量が必要となる。また、抄紙機サクションロールの主たる使用環境である硫酸酸性の水溶液中における耐食性改善はＮｉ含有量に比例したものではなく頭打ちの傾向となることもあって、Ｎｉの多量の添加は経済的に不利になる。そこで、これらの特性及び経済性を考慮し、本発明においては５〜１５％の範囲に限定する。
【００１１】
Ｃｒ：ＣｒはＮｉと対比される主たるフェライト生成元素で強度及び耐食性の改善効果が高い。その添加量はＮｉをはじめとするオーステナイト生成元素及び他のフェライト生成元素の添加量との関連においても限定されるが、Ｃｒ量が３０％を超える付近において靱延性の急激な低下が起こるので、その上限を２９％とする。また、組織バランス及びその安定性の面から、その下限を２１％に制限する。
【００１２】
Ｍｏ：Ｍｏはフェライト相生成元素であり、その添加は耐食性を改善し、また、強度上昇効果もあるが０．５％未満では効果が少ない。また、Ｃｒ含有量が高い場合及びＳｉが共存する場合においては脆弱なσ相を生成し易くなる。そこで、本発明では０．５〜５％に制限する。
【００１３】
Ｃｕ：Ｃｕはオーステナイト相生成元素であり、鋳造性及び耐食性の向上効果が著しく、本発明鋼の諸特性に対しても有効な作用を与えるが、最大０．４％程度はスクラップ等の原材料から不純物成分として混入する場合があり、その効果も大きくない。さらに、多量の添加は局部的な析出によって諸特性を害するので、本発明では０．５〜５％に限定する。
【００１４】
個々の成分組成に関する限定は前記のとおりであるが、単に個々の成分組成を限定するのみでは本発明鋳鋼の特性を発揮することはできず、これらを組合わせた場合において、特公昭５６−３６８６１号公報の記載に準じて、フェライト及びオーステナイトの各生成傾向をとりまとめて評価するＦ値及びＡ値をそれぞれ、
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）とし、
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、
６．５≦Ｒ≦１１（すなわち、後述する図１においてＲの上限値であるＲ＝１１を表示する直線（イ）と、下限値であるＲ＝６．５を表示する直線（ロ）の間の領域）を満たし、かつ、
Ｐｃ＝Ｃｒ（％）＋ｆ1 ・Ｎｉ（％）＋ｆ2 ・Ｍｏ（％）＋１．２８Ｃｕ（％）
（ここに、Ｎｉ（％）＜７．３でｆ1 ＝１．９８、Ｎｉ（％）≧７．３でｆ1・Ｎｉ（％）＝１４．５、Ｍｏ（％）＜２．５でｆ2 ＝４．２、Ｍｏ（％）≧２．５でｆ2 ・Ｍｏ（％）＝１０．５）
とした場合に、
Ｐｃ≧４２を満たす場合に特性を発揮し得るのである。
なお、本発明の鋳鋼においては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＣｕの含有量の増加とともに腐食速度がほぼ直線的に低下すること、また、Ｎｉ及びＭｏについては特定含有量以上で飽和する傾向にあることが実験的に確認されている。そこで、これら各元素の含有量と腐食速度との相関を表す直線（図示せず）の係数を、Ｃｒの場合の係数を１．０に基準化してＮｉ（ｆ 1 ）、Ｍｏ（ｆ 2 ）及びＣｕ（１．２８）それぞれの場合について算出し、これらの係数にそれぞれの含有合金元素量を乗じて総計したもの（Ｃｒ％＋ｆ 1 ・Ｎｉ％＋ｆ 2 ・Ｍｏ＋１．２８Ｃｕ）を上記Ｐｃ値と定義し、各鋳鋼の組成から求めた上記Ｐｃ値とその鋳鋼の腐食減量との相関（本願明細書の図２に例示）の有無を調べた。また上記Ｐｃ値において、Ｎｉ及びＭｏを含有させた場合は、これらの特定含有量を境に含有量と腐食速度との相関を表す直線の傾きが異なるので上記のようにＮｉ及びＭｏの濃度によってｆ 1 及びｆ 2 が異なっている。
【００１５】
この理由は以下の本発明の実施例において説明する。
【００１６】
【実施例】
図１は前述の提案式によるＦ値及びＡ値を、後掲の表１に示した合金について算定してプロットしたものであり、プロット点に付した数字は同表の合金番号と対応している。
同図において、黒塗のプロット点は下記（１）〜（４）に示す機械的特性値及び硬さの適否判定基準を全て満足する合金である。一方、白抜きのプロット点は同じく下記（１）〜（４）に示す機械的特性値及び硬さの適否判定基準のいずれか１つ以上を満足しない合金である。
（１）降伏強さ（０．２％耐力）：３４５ＭＰａ以上、（２）引張強さ：５４０ＭＰａ以上、（３）伸び：１８％以上、（４）硬さ：ＨＢ２８５以下
なお、ここで機械的性質及び硬さの判定基準として用いた上記（１）〜（３）の機械的性質は、これまでに数多く製作された抄紙機用サクションロールの設計のベースとなっているステンレス鋳鋼ＪＩＳ ＳＣＳ１（ＡＳＴＭ ＣＡ１５）のＪＩＳ規格値（ＪＩＳ Ｇ５１２１）であり、抄紙機用サクションロール材として具備すべきと考えられる機械的特性値である。
【００１７】
また、抄紙機用サクションロールは吸引孔と呼ばれる肉厚貫通した小孔を、ほぼロール全面にわたって多数ドリル加工する必要がある。したがって、高い硬さの材料は機械加工性の面から抄紙機用サクションロール材としては適さない。これまでに抄紙機用サクションロール材として用いられたことがある代表的な規格鋳鋼品としては、ＳＣＳ１（ＡＳＴＭ ＣＡ１５）を初めとして、ＳＣＳ３（同ＣＡ１５Ｍ）、ＳＣＳ４、ＳＣＳ５、ＳＣＳ６（同ＣＡ６ＮＭ）、あるいはＳＣＳ１３Ａ（同ＣＦ８）、ＳＣＳ１４Ａ（同ＣＦ８Ｍ）、ＳＣＳ１６Ａ（同ＣＦ３Ｍ）、ＳＣＳ１９Ａ（同ＣＦ３）などがあり、これらの鋳鋼品の硬さはＪＩＳ規格（Ｇ５１２１）によると、後掲の表２に示すとおりである。これらの鋳鋼品の機械加工性は材料による差はあるものの、前述のドリル孔加工ができないものではない。そこで、同表における硬さの最高値であるＨＢ≦２８５を抄紙機用サクションロールにおける機械加工性の面から許容できる最高硬さであるとして、上記（４）の判定基準として用いている。
【００１８】
図１において、直線（イ）及び（ロ）は本発明における提案したパラメータの一つであるＲ値の上下限値であるＲ＝１１及びＲ＝６．５をそれぞれ示すものである。同図によると、本発明による提案パラメータの一つである６．５≦Ｒ≦１１の範囲にある合金は前に示した（１）〜（４）の抄紙機サクションロール材としての機械的特性値及び硬さの適否判定基準を全て満足しているものである。
【００１９】
一方、個々の化学成分は本発明の範囲内ではあるものの、本発明で提案したパラメータＲ値の範囲（６．５≦Ｒ≦１１）を外れていることから、本発明鋳鋼とは見なすことができない合金番号１１〜１５（化学成分及びＲ値は第１表参照）の合金は、抄紙機サクションロール材としての機械的特性値及び硬さの適否判定基準を満足していないものである。
【００２０】
すなわち、本発明鋳鋼は、単に個々の成分組成を限定するのみで好適な特性を発揮するものでなはく、これらを組合わせた場合において、提案するＲ値の範囲（６．５≦Ｒ≦１１）を併せ満足することによって、抄紙機サクションロール材として好適な機械的特性を発揮し得るのである。
【００２１】
なお、図１において直線（イ）及び（ロ）と併せ示した直線（ハ）及び（ニ）は、本発明における範囲内の合金成分によるＦ値の上下限値を、直線（ホ）及び（ヘ）は同じくＡ値の上下限値を示すものである。したがって、本発明範囲のステンレス鋳鋼は、これらの直線（イ）〜（ヘ）によって囲まれた範囲に限定されることとなる。
【００２２】
本発明鋳鋼の機械的性質及び硬さに関する限定は、以上のとおりであるが、抄紙機サクションロールの主たる使用環境は抄紙環境は抄紙白水と呼ばれる硫酸酸性の水溶液中であることから、抄紙機サクションロール材としては、前記の機械的特性及び硬さのみでなく、硫酸酸性の水溶液中における耐食性も必要となる。
【００２３】
図２は表１に示した合金の５％硫酸沸騰水溶液中における腐食減量と、本発明において提案する評価パラメータの一つであるＰｃの関係を●印及び○印でプロットしたものである。●印は図１で示したと同じく、前述した抄紙機サクションロール材としての機械的特性値及び硬さの適否判定基準（１）〜（４）を全て満たす合金であり、○印は適否判定基準（１）〜（４）の１つ以上を満足しない合金である。また、同図には文献〔長谷川正義監修、ステンレス鋼便覧、Ｐ２６２、日刊工業新聞社（昭和４８年８月）〕におけるステンレス鋼のデータも本発明において提案する評価パラメータの一つであるＰｃを用いて算定し、小さい△印で併せてプロットしてある。同図によると、ばらつきはあるものの、５％硫酸沸騰水溶液中における腐食減量は文献データをも含めてＰｃ値によって評価し得ることが分かる。
【００２４】
これまでに抄紙機サクションロール材として用いられたことがある代表的な規格材としては、表２に示した鋳鋼品があることを前述した。このうち、ＳＣＳ１６Ａ（ＡＳＴＭ ＣＦ３Ｍ）（表１の合金番号２２）は、ＪＩＳ Ｇ５１２１の機械的性質の規格からも明らかなように、強度が低いため高応力下で使用するサクションロール材としては適した材質ではない。しかしながら、耐食性に優れているため、その耐食性の良さを生かして、作用応力が低いサクションロール材及び他の抄紙機用耐食部材として用いられていることから、耐食性については、ＳＣＳ１６Ａ（ＡＳＴＭ ＣＦ３Ｍ）を抄紙機サクションロール材の耐食性判定基準として用いることができる。
【００２５】
図２における直線（イ）及び（ロ）は表１で比較合金として示したＣＦ３Ｍ相当材である合金番号２２のＰｃ値及び５％硫酸沸騰水溶液中の腐食減量を耐食性の判定基準として示したものである。
同図によると、本発明鋳鋼である合金番号１〜９はいずれも抄紙機用サクションロール材として具備すべき機械的性質と、耐食ステンレス鋳鋼ＳＣＳ１６Ａ（ＡＳＴＭＣＦ３Ｍ）を凌ぐ高い耐食性を併せもつ抄紙機サクションロール材として好適なステンレス鋳鋼であることが分かる。
【００２６】
次に、抄紙機サクションロールの使用環境を模擬した人工白水中における回転曲げ腐食疲労試験を合金番号３の本発明合金について実施した例を図３に示す。ここで用いた人工白水は塩素イオン１０００ｐｐｍを含み、硫酸アルミニウムカリウムを主成分とする水溶液であり、ｐＨ３．５、液温８０℃としている。
また同図には、比較のため表１において比較合金して示した合金番号１７の特公昭５６─３６８６１号公報開示の合金について同一水溶液中で実施した回転曲げ腐食疲労試験結果を併せて示した。ただし、本回転曲げ腐食疲労試験における液温は４０℃であり、前記の本発明合金について実施した腐食疲労環境に比較すると、極めて緩やかな腐食環境となっている。
【００２７】
図３において横軸は破断迄の繰返し回数（回）、縦軸は負荷応力（ＭＰａ）を示し、図中●印は表１中の合金番号３の本発明鋳鋼を、○印は表１中の合金番号１７の特公昭５６−３６８６１号公報開示の比較合金を示し、矢印は破断しなかった実験データを示す。図中例えば負荷応力が１７０ＭＰａの場合特公昭５６−３６８６１号公報開示の比較合金１７が応力繰返し数約１．５×１０７ 回で破断するのに対して、本発明鋳鋼３においては、液温が高く極めて厳しい腐食環境下であるにもかかわらず、負荷応力が１７０ＭＰａ程度では応力繰返し数約１．５×１０８ 回を越えても破断しておらず、本発明鋳鋼が明らかに優れており、長寿命であることが分かる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のステンレス鋳鋼は、機械的性質と耐食性に優れ、かつ腐食疲労強度を有し、特に抄紙機用サクションロール材に使用されて好適であるが、用途はサクションロール材に限定されるものではなく、本発明鋳鋼のもつ前記長所を必要とする鋳造部材に広く適用されて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステンレス鋳鋼の実施例に係るＦ値とＡ値の関係図表。
【図２】本発明のステンレス鋳鋼の実施例に係るＰｃ値と腐食減量の関係図表。
【図３】本発明のステンレス鋳鋼の一実施例の腐食疲労試験結果を示す図表。
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸性水溶液中において高い耐腐食性及び高い腐食疲労強度を必要とする部材に適し、特に抄紙機のサクションロールに適用されるに好適なステンレス鋳鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
抄紙機サクションロール用ステンレス鋳鋼としては、０．１５％Ｃ−１３％Ｃｒを主成分とするマルテンサイト系ステンレス鋳鋼ＪＩＳ ＳＣＳ１（ＡＳＴＭＣＡ１５）がその代表的なものである。また、ＳＣＳ１（ＡＳＴＭ ＣＡ１５）材を基本にしてＮｉやＭｏを数％程度添加した材料や、オーステナイト系ステンレス鋳鋼なども使用されている。
さらに、抄紙機サクションロール用として極めて好適で、１９７０年代から世界的に発生した抄紙機サクションロールの腐食疲労による折損事故防止に大きく貢献し、１９８０年代から広く用いられている材料として、特公昭５６−３６８６１号公報に開示のステンレス鋳鋼がある。
【０００３】
該公報開示のステンレス鋳鋼は、重量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：１．５〜３％、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：５〜１１％、Ｃｒ：１８〜２８％、Ｔｉ：０．０１〜０．５％、及びＭｏ：０．０５〜２．５％、Ｃｕ：０．０５〜２．５％のうち少なくとも１種、残部がＦｅからなり、さらに
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）＋６．１Ｔｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）＋１８．５Ｎ（％）
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、Ｒ値が
６．５≦Ｒ≦１３．５
を満たすことを特徴とするステンレス鋳鋼である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼の発明によって、１９８０年代から近年に至る抄紙機サクションロールの腐食トラブルあるいは腐食疲労による折損事故等は極めて少なくなった。
しかしながら、最近の抄紙機の高性能は使用環境の高温化によって著しく苛酷な腐食環境を招いている。その結果、従来のＣＡ１５材やその改良材あるいはオーステナイト系ステンレス鋼は言うに及ばず、特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼においてさえも腐食あるいは腐食疲労が懸念される状況になりつつある。
本発明はこのような状況に鑑み、苛酷化された抄紙機の使用環境においても特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼に優る耐腐食性と高い腐食疲労強度を有する抄紙機サクションロール用として極めて好適なステンレス鋳鋼を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は重量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍｏ：０．５〜５％、Ｃｕ：０．５〜５％、残部がＦｅとする不可避的不純物とからなり、また、
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、
６．５≦Ｒ≦１１
を満たし、かつ、
Ｐｃ＝Ｃｒ（％）＋ｆ１ ・Ｎｉ（％）＋ｆ２ ・Ｍｏ（％）＋１．２８Ｃｕ（％）
（ここに、Ｎｉ（％）＜７．３でｆ１ ＝１．９８、Ｎｉ（％）≧７．３でｆ１ ・Ｎｉ（％）＝１４．５、Ｍｏ（％）＜２．５でｆ２ ＝４．２、Ｍｏ（％）≧２．５でｆ２ ・Ｍｏ（％）＝１０．５）
とした場合に、
Ｐｃ≧４２
を満たすことを特徴とするオーステナイト−フェライト２相系のステンレス鋳鋼であり、これらの条件を満たすことによって、機械的性質が良好で、特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼に優る耐腐食性と高い腐食疲労強度を有する抄紙機サクションロール用として極めて好適なステンレス鋳鋼を得ることができる。
【０００６】
（作用）
以下に本発明鋳鋼に含有される各化学成分の組成限定理由を説明する。なお、以下の説明中のパーセントは重量％を意味する。
【０００７】
Ｃ：Ｃは強力なオーステナイト相生成元素であり、また、その添加量の増加によって強度を上昇させることも可能ではあるが、耐食性や靱延性の低下を招くことにもなる。また、Ｃ量はＴｉ、Ｎｂ等の炭化物安定化元素が添加される場合には、これらとの関係において限定されるべき面も有しているが、本発明にはおいては０．０６％以下に制限する。
【０００８】
Ｓｉ：Ｓｉは有効な脱酸剤として用いられるが、０．１％未満では脱酸効果が十分ではない。一方、Ｓｉはフェライト相生成元素であり、その添加によってフェライト量の調整や強度及び耐食性等の上昇を図ることができることから、特公昭５６−３６８６１号公報開示のステンレス鋳鋼においては１．５〜３％の範囲で添加されている。しかしながら、Ｓｉの添加はＣｒ含有量が高い場合及びＭｏが共存する場合においては、脆弱なσ相を生成し易くなる。そこで、本発明においてはＳｉを０．１〜１．５％に制限する。
【０００９】
Ｍｎ：Ｍｎは脱酸、脱硫の作用があるが、０．１％未満では十分な効果が得られない。また、オーステナイト相を安定化し、強度増加にも有効であるが、２〜３％を超える添加は靱延性を害し耐食性にも悪影響を及ぼす。さらに、脆弱なσ相生成を助長する作用もある。そこで、本発明においては０．１〜１％に制限する。
【００１０】
Ｎｉ：Ｎｉはオーステナイト相生成元素として主たるものであり、その添加量はＣｒその他のフェライト相生成元素との関連においても限定されるが、５％未満では靱延性、耐食性、オーステナイト相の安定化の面で好ましい結果が得られ難い。一方、Ｎｉ量の増加は靱延性を増す反面、強度面から好ましくなく、組織バランス面から他成分の増量が必要となる。また、抄紙機サクションロールの主たる使用環境である硫酸酸性の水溶液中における耐食性改善はＮｉ含有量に比例したものではなく頭打ちの傾向となることもあって、Ｎｉの多量の添加は経済的に不利になる。そこで、これらの特性及び経済性を考慮し、本発明においては５〜１５％の範囲に限定する。
【００１１】
Ｃｒ：ＣｒはＮｉと対比される主たるフェライト生成元素で強度及び耐食性の改善効果が高い。その添加量はＮｉをはじめとするオーステナイト生成元素及び他のフェライト生成元素の添加量との関連においても限定されるが、Ｃｒ量が３０％を超える付近において靱延性の急激な低下が起こるので、その上限を２９％とする。また、組織バランス及びその安定性の面から、その下限を２１％に制限する。
【００１２】
Ｍｏ：Ｍｏはフェライト相生成元素であり、その添加は耐食性を改善し、また、強度上昇効果もあるが０．５％未満では効果が少ない。また、Ｃｒ含有量が高い場合及びＳｉが共存する場合においては脆弱なσ相を生成し易くなる。そこで、本発明では０．５〜５％に制限する。
【００１３】
Ｃｕ：Ｃｕはオーステナイト相生成元素であり、鋳造性及び耐食性の向上効果が著しく、本発明鋼の諸特性に対しても有効な作用を与えるが、最大０．４％程度はスクラップ等の原材料から不純物成分として混入する場合があり、その効果も大きくない。さらに、多量の添加は局部的な析出によって諸特性を害するので、本発明では０．５〜５％に限定する。
【００１４】
個々の成分組成に関する限定は前記のとおりであるが、単に個々の成分組成を限定するのみでは本発明鋳鋼の特性を発揮することはできず、これらを組合わせた場合において、特公昭５６−３６８６１号公報の記載に準じて、フェライト及びオーステナイトの各生成傾向をとりまとめて評価するＦ値及びＡ値をそれぞれ、
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）とし、
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、
６．５≦Ｒ≦１１（すなわち、後述する図１においてＲの上限値であるＲ＝１１を表示する直線（イ）と、下限値であるＲ＝６．５を表示する直線（ロ）の間の領域）を満たし、かつ、
Ｐｃ＝Ｃｒ（％）＋ｆ1 ・Ｎｉ（％）＋ｆ2 ・Ｍｏ（％）＋１．２８Ｃｕ（％）
（ここに、Ｎｉ（％）＜７．３でｆ1 ＝１．９８、Ｎｉ（％）≧７．３でｆ1・Ｎｉ（％）＝１４．５、Ｍｏ（％）＜２．５でｆ2 ＝４．２、Ｍｏ（％）≧２．５でｆ2 ・Ｍｏ（％）＝１０．５）
とした場合に、
Ｐｃ≧４２を満たす場合に特性を発揮し得るのである。
なお、本発明の鋳鋼においては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＣｕの含有量の増加とともに腐食速度がほぼ直線的に低下すること、また、Ｎｉ及びＭｏについては特定含有量以上で飽和する傾向にあることが実験的に確認されている。そこで、これら各元素の含有量と腐食速度との相関を表す直線（図示せず）の係数を、Ｃｒの場合の係数を１．０に基準化してＮｉ（ｆ 1 ）、Ｍｏ（ｆ 2 ）及びＣｕ（１．２８）それぞれの場合について算出し、これらの係数にそれぞれの含有合金元素量を乗じて総計したもの（Ｃｒ％＋ｆ 1 ・Ｎｉ％＋ｆ 2 ・Ｍｏ＋１．２８Ｃｕ）を上記Ｐｃ値と定義し、各鋳鋼の組成から求めた上記Ｐｃ値とその鋳鋼の腐食減量との相関（本願明細書の図２に例示）の有無を調べた。また上記Ｐｃ値において、Ｎｉ及びＭｏを含有させた場合は、これらの特定含有量を境に含有量と腐食速度との相関を表す直線の傾きが異なるので上記のようにＮｉ及びＭｏの濃度によってｆ 1 及びｆ 2 が異なっている。
【００１５】
この理由は以下の本発明の実施例において説明する。
【００１６】
【実施例】
図１は前述の提案式によるＦ値及びＡ値を、後掲の表１に示した合金について算定してプロットしたものであり、プロット点に付した数字は同表の合金番号と対応している。
同図において、黒塗のプロット点は下記（１）〜（４）に示す機械的特性値及び硬さの適否判定基準を全て満足する合金である。一方、白抜きのプロット点は同じく下記（１）〜（４）に示す機械的特性値及び硬さの適否判定基準のいずれか１つ以上を満足しない合金である。
（１）降伏強さ（０．２％耐力）：３４５ＭＰａ以上、（２）引張強さ：５４０ＭＰａ以上、（３）伸び：１８％以上、（４）硬さ：ＨＢ２８５以下
なお、ここで機械的性質及び硬さの判定基準として用いた上記（１）〜（３）の機械的性質は、これまでに数多く製作された抄紙機用サクションロールの設計のベースとなっているステンレス鋳鋼ＪＩＳ ＳＣＳ１（ＡＳＴＭ ＣＡ１５）のＪＩＳ規格値（ＪＩＳ Ｇ５１２１）であり、抄紙機用サクションロール材として具備すべきと考えられる機械的特性値である。
【００１７】
また、抄紙機用サクションロールは吸引孔と呼ばれる肉厚貫通した小孔を、ほぼロール全面にわたって多数ドリル加工する必要がある。したがって、高い硬さの材料は機械加工性の面から抄紙機用サクションロール材としては適さない。これまでに抄紙機用サクションロール材として用いられたことがある代表的な規格鋳鋼品としては、ＳＣＳ１（ＡＳＴＭ ＣＡ１５）を初めとして、ＳＣＳ３（同ＣＡ１５Ｍ）、ＳＣＳ４、ＳＣＳ５、ＳＣＳ６（同ＣＡ６ＮＭ）、あるいはＳＣＳ１３Ａ（同ＣＦ８）、ＳＣＳ１４Ａ（同ＣＦ８Ｍ）、ＳＣＳ１６Ａ（同ＣＦ３Ｍ）、ＳＣＳ１９Ａ（同ＣＦ３）などがあり、これらの鋳鋼品の硬さはＪＩＳ規格（Ｇ５１２１）によると、後掲の表２に示すとおりである。これらの鋳鋼品の機械加工性は材料による差はあるものの、前述のドリル孔加工ができないものではない。そこで、同表における硬さの最高値であるＨＢ≦２８５を抄紙機用サクションロールにおける機械加工性の面から許容できる最高硬さであるとして、上記（４）の判定基準として用いている。
【００１８】
図１において、直線（イ）及び（ロ）は本発明における提案したパラメータの一つであるＲ値の上下限値であるＲ＝１１及びＲ＝６．５をそれぞれ示すものである。同図によると、本発明による提案パラメータの一つである６．５≦Ｒ≦１１の範囲にある合金は前に示した（１）〜（４）の抄紙機サクションロール材としての機械的特性値及び硬さの適否判定基準を全て満足しているものである。
【００１９】
一方、個々の化学成分は本発明の範囲内ではあるものの、本発明で提案したパラメータＲ値の範囲（６．５≦Ｒ≦１１）を外れていることから、本発明鋳鋼とは見なすことができない合金番号１１〜１５（化学成分及びＲ値は第１表参照）の合金は、抄紙機サクションロール材としての機械的特性値及び硬さの適否判定基準を満足していないものである。
【００２０】
すなわち、本発明鋳鋼は、単に個々の成分組成を限定するのみで好適な特性を発揮するものでなはく、これらを組合わせた場合において、提案するＲ値の範囲（６．５≦Ｒ≦１１）を併せ満足することによって、抄紙機サクションロール材として好適な機械的特性を発揮し得るのである。
【００２１】
なお、図１において直線（イ）及び（ロ）と併せ示した直線（ハ）及び（ニ）は、本発明における範囲内の合金成分によるＦ値の上下限値を、直線（ホ）及び（ヘ）は同じくＡ値の上下限値を示すものである。したがって、本発明範囲のステンレス鋳鋼は、これらの直線（イ）〜（ヘ）によって囲まれた範囲に限定されることとなる。
【００２２】
本発明鋳鋼の機械的性質及び硬さに関する限定は、以上のとおりであるが、抄紙機サクションロールの主たる使用環境は抄紙環境は抄紙白水と呼ばれる硫酸酸性の水溶液中であることから、抄紙機サクションロール材としては、前記の機械的特性及び硬さのみでなく、硫酸酸性の水溶液中における耐食性も必要となる。
【００２３】
図２は表１に示した合金の５％硫酸沸騰水溶液中における腐食減量と、本発明において提案する評価パラメータの一つであるＰｃの関係を●印及び○印でプロットしたものである。●印は図１で示したと同じく、前述した抄紙機サクションロール材としての機械的特性値及び硬さの適否判定基準（１）〜（４）を全て満たす合金であり、○印は適否判定基準（１）〜（４）の１つ以上を満足しない合金である。また、同図には文献〔長谷川正義監修、ステンレス鋼便覧、Ｐ２６２、日刊工業新聞社（昭和４８年８月）〕におけるステンレス鋼のデータも本発明において提案する評価パラメータの一つであるＰｃを用いて算定し、小さい△印で併せてプロットしてある。同図によると、ばらつきはあるものの、５％硫酸沸騰水溶液中における腐食減量は文献データをも含めてＰｃ値によって評価し得ることが分かる。
【００２４】
これまでに抄紙機サクションロール材として用いられたことがある代表的な規格材としては、表２に示した鋳鋼品があることを前述した。このうち、ＳＣＳ１６Ａ（ＡＳＴＭ ＣＦ３Ｍ）（表１の合金番号２２）は、ＪＩＳ Ｇ５１２１の機械的性質の規格からも明らかなように、強度が低いため高応力下で使用するサクションロール材としては適した材質ではない。しかしながら、耐食性に優れているため、その耐食性の良さを生かして、作用応力が低いサクションロール材及び他の抄紙機用耐食部材として用いられていることから、耐食性については、ＳＣＳ１６Ａ（ＡＳＴＭ ＣＦ３Ｍ）を抄紙機サクションロール材の耐食性判定基準として用いることができる。
【００２５】
図２における直線（イ）及び（ロ）は表１で比較合金として示したＣＦ３Ｍ相当材である合金番号２２のＰｃ値及び５％硫酸沸騰水溶液中の腐食減量を耐食性の判定基準として示したものである。
同図によると、本発明鋳鋼である合金番号１〜９はいずれも抄紙機用サクションロール材として具備すべき機械的性質と、耐食ステンレス鋳鋼ＳＣＳ１６Ａ（ＡＳＴＭＣＦ３Ｍ）を凌ぐ高い耐食性を併せもつ抄紙機サクションロール材として好適なステンレス鋳鋼であることが分かる。
【００２６】
次に、抄紙機サクションロールの使用環境を模擬した人工白水中における回転曲げ腐食疲労試験を合金番号３の本発明合金について実施した例を図３に示す。ここで用いた人工白水は塩素イオン１０００ｐｐｍを含み、硫酸アルミニウムカリウムを主成分とする水溶液であり、ｐＨ３．５、液温８０℃としている。
また同図には、比較のため表１において比較合金して示した合金番号１７の特公昭５６─３６８６１号公報開示の合金について同一水溶液中で実施した回転曲げ腐食疲労試験結果を併せて示した。ただし、本回転曲げ腐食疲労試験における液温は４０℃であり、前記の本発明合金について実施した腐食疲労環境に比較すると、極めて緩やかな腐食環境となっている。
【００２７】
図３において横軸は破断迄の繰返し回数（回）、縦軸は負荷応力（ＭＰａ）を示し、図中●印は表１中の合金番号３の本発明鋳鋼を、○印は表１中の合金番号１７の特公昭５６−３６８６１号公報開示の比較合金を示し、矢印は破断しなかった実験データを示す。図中例えば負荷応力が１７０ＭＰａの場合特公昭５６−３６８６１号公報開示の比較合金１７が応力繰返し数約１．５×１０７ 回で破断するのに対して、本発明鋳鋼３においては、液温が高く極めて厳しい腐食環境下であるにもかかわらず、負荷応力が１７０ＭＰａ程度では応力繰返し数約１．５×１０８ 回を越えても破断しておらず、本発明鋳鋼が明らかに優れており、長寿命であることが分かる。
【００２８】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明のステンレス鋳鋼は、機械的性質と耐食性に優れ、かつ腐食疲労強度を有し、特に抄紙機用サクションロール材に使用されて好適であるが、用途はサクションロール材に限定されるものではなく、本発明鋳鋼のもつ前記長所を必要とする鋳造部材に広く適用されて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステンレス鋳鋼の実施例に係るＦ値とＡ値の関係図表。
【図２】本発明のステンレス鋳鋼の実施例に係るＰｃ値と腐食減量の関係図表。
【図３】本発明のステンレス鋳鋼の一実施例の腐食疲労試験結果を示す図表。
Claims (1)
- 重量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜１％、Ｎｉ：５〜１５％、Ｃｒ：２１〜２９％、Ｍｏ：０．５〜５％、Ｃｕ：０．５〜５％、残部がＦｅと不可避的不純物とからなり、また、
Ｆ＝Ｃｒ（％）＋２．０６Ｍｏ（％）＋２．３３Ｓｉ（％）
Ａ＝Ｎｉ（％）＋２６．６Ｃ（％）＋０．５３Ｍｎ（％）＋０．３Ｃｕ（％）
Ｒ＝２／３Ｆ−Ａ
とした場合に、
６．５≦Ｒ≦１１
を満たし、かつ、
Ｐｃ＝Ｃｒ（％）＋ｆ１ ・Ｎｉ（％）＋ｆ２ ・Ｍｏ（％）＋１．２８Ｃｕ（％）
（ここに、Ｎｉ（％）＜７．３でｆ１ ＝１．９８、Ｎｉ（％）≧７．３でｆ１ ・Ｎｉ（％）＝１４．５、Ｍｏ（％）＜２．５でｆ２ ＝４．２、Ｍｏ（％）≧２．５でｆ２ ・Ｍｏ（％）＝１０．５）
とした場合に、
Ｐｃ≧４２
を満たすことを特徴とするオーステナイト−フェライト２相系のステンレス鋳鋼。
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