JP6602463B2 - Cr基二相合金及びその製造物 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態の二相合金は、Crを主たる成分とするCr−Ni−Feの組成に耐食性をより高めるCu等の元素を含有した二相合金である。この二相合金は、主たる相組織としてフェライト相とオーステナイト相との二相で形成され、Ni、Fe、Mn、Si、Al,Cu,Mo等を所定量含有し、残部がCr及び不可避の不純物からなる。また強度、耐食性に影響を及ぼすC、N、Oを制御するためにV、Nb、Ta及びTiのうちの少なくとも一種が添加される。以下、この二相合金の各構成について説明する。
本実施形態の二相合金における材料組織は、フェライト相及びオーステナイト相の二相組織である。該二相組織は、後記する異なる製造方法、すなわちマスターインゴットの熱加工、鋳造あるいはガスアトマイズの工程を経て、形成される。ところで、熱間加工物の材料組織と鋳造物あるいはガスアトマイズ粉末を用いた肉盛材の材料組織は相違する。前者では、基本的に成分偏析の十分な解消と組織の微細化が促進されるが、後者は成分偏析を許容する凝固組織を基本とする。
次に、本実施形態の二相合金における化学組成の数値範囲の限定理由について説明する。なお各成分の含有量は質量%で示す。
Crは残部の成分であり、二相合金の構成成分の内最大の濃度を有するが、本実施形態のCr−Ni−Fe系の二相合金においては、組織的には高強度のCr基フェライト相形成元素であり、固溶元素としては耐食性を高める。
またAlの含有量は、0.05%以下に設定される。本発明のCr基二相合金においては酸素量の低減は熱間鍛造性及び本発明の合金の靭性確保の点で必須である。製造時できるだけ含有酸素量を低減させる一方で、多量のAlの含有で形成されるAl2O3及びAlNは合金の靭性を阻害するため、それらの生成量はできるだけ抑制されるべきで、好ましくは0.05%以下である。
また、より高清浄な精錬及び製造プロセスを活用することで、P含有量はより低減できる。これによってPの下限値は、分析の検出限界以下であり、二相合金中に含有されない、すなわち、0%であっても良い。
固定化を超える余剰のNbをできるだけ抑えた製造上の好適なNb添加量は、原子%でC、N及びOの原子%合計の0.8倍以上、2倍以下の範囲が好適である。Nbと同時にV、Ta及びTiのうち少なくとも一種以上を添加する場合も、Nbを含めた合計で0.8倍以上、2倍以下の範囲が望ましい。
固定化を超える余剰のTiをできるだけ抑えた製造上の好適なTi添加量は、原子%でC、N及びOの原子%合計の0.8倍以上、2倍以下の範囲が好適である。Tiと同時にV、Nb及びTaのうち少なくとも一種以上を添加する場合も、Tiを含めた合計で0.8倍以上、2倍以下の範囲が望ましい。
次に、本実施形態の二相合金の製造方法について説明する。本発明の二相合金は、最終の材料形態として、一連の製造工程である溶解―インゴット形成―熱間鍛造―溶体化処理工程等で製造される熱間加工物、上記マスターインゴットの再溶解により鋳造物及びアトマイズプロセスによる粉末として提供される。
図1は、本実施形態に係る二相合金の製造方法を説明するための工程図である。
図2は、本実施形態に係る二相合金鋳造物の製造方法を説明するための工程図である。
図3は、本実施形態に係る二相合金粉末の製造方法を説明するための工程図である。
(実施例1〜22)
ここでは、本発明のV等の活性元素を含有しない熱間加工二相合金について検証した。実施例1〜22に供される合金番号A1〜A16の合金の化学組成を表1に示す。以下、これら合金の製造詳細を示す。高周波真空溶解炉(減圧下のAr雰囲気、溶解温度1500℃以上)によって溶解し、これら合金のマスターインゴットを製造した。
ビッカース硬さ、また引張試験を行って0.2%耐力、引張強さ及び塑性伸びが測定された。ビッカース硬さは、ビッカース硬度計にて、荷重1kg、荷重付加時間15秒の条件で実施し、5測定の平均値として得られた。
腐食試験は耐孔食性及び耐酸化性に対して実施した。まず耐孔食特性は、JIS G0577(2005)に準拠して評価した。具体的には、実施例1〜22の各合金から10mm×10mmの面積の分極試験片を各2個採取して下記試験を実施し、耐孔食性を評価した。分極試験片をすきま腐食防止電極に装着した。すきま腐食防止電極を用いて、アノード分極曲線を測定し、腐食電流密度が100μA/cm2に対応する平均の電位を測定した。照合電極には、飽和甘こう電極を使用した。測定後、孔食発生の有無を光学顕微鏡で確認した。
を以下の区分A〜Dに分類して耐硫酸性を評価した。A:m<0.1、B:0.1≦m<0.3、C:0.3≦m<0.5及びD:0.5≦m。この評価結果を表2に示す。
アブレシブ摩耗試験により耐摩耗性を評価した。実施例1〜22の合金から直径10mm×長さ20mmの円柱ピン形状の試験片を各2個採取して摩耗試験に供した。摩耗試験はPin−on−Disk型摩擦摩耗試験機を使用した。試験方法は以下である。ディスクに粒度240の耐水研磨紙(固定片)を取り付け、回転数200rpmでディスクを回転させ、試験片のピン(可動片)を荷重4kgfで耐水研磨紙に押し付けて、耐水研磨紙の最外周から中心に向けて移動させて摩耗試験を実施した。同様の試験を3枚の耐水研磨紙を使用して継続して実施した。最外摺動径は156mmであり、ピンの合計の移動距離は約6mであった。以上から室温22±2℃、大気雰囲気の条件で、2試料における摩耗によるピン長さの平均の減少変化量を摩耗量として測定した。
実施例1〜22に対する比較例1〜5に供される合金番号A17〜A21の合金の化学組成を表1に示す。前記合金番号A1〜A16の合金と同様の工程を実施して合金番号A17〜A21の合金を製造した。
(実施例39〜51)
ここでは、本発明の二相合金鋳造物及び粉末合金について検証した。まず、本発明の二相合金の鋳造物である実施例39〜46に供される合金番号C1〜C8の合金の化学組成を表5に示す。
実施例39〜51に対する比較例6〜11として供される合金番号C14〜C19の合金の化学組成を表5に示す。Cuを含まない合金番号A17のCr基二相合金、A19のCr基フェライト単一相合金とCuを含むA21の二相鋼をマスターインゴットとして前記と同様の鋳造工程により合金番号C14~C16の合金が製造された。また同じ合金番号A17及びA19の合金のマスターインゴット、及び市販のステライトNo.6を再溶解して、前記と同様のガスアトマイズ工程で合金番号C17〜C19の粉末合金が製造された。
ビッカース硬さは、フェライト率の増加にともなって直線的に増加した。また、ビッカース硬さは、フェライト率が概ね40%以上になると400以上となった。
耐孔食性は、Cuを含む二相合金でと比較例1〜10の合金で、良好な結果が得られた。すなわち、腐食電流密度が100μA/cm2に対応する電位はいずれも電位1000mV(vs. SHE)以上であり、これ以上の電位では過不動態域における酸素発生となった。また、孔食発生は全ての試験された合金で認められなかった。他方、比較例11のステライトにおいては電位400mV(vs. SHE)で腐食電流密度が100μA/cm2がを超えた。
耐摩耗性は、ステライトNo.6の摩耗量を100にした時の相対値として示され、概ね硬さの増加、すなわちフェライト相の増加に反比例して減少し、オーステナイト単相合金の比較例4(合金番号A20)を除いて、いずれもステライトNo.6よりも耐摩耗性に優れる。
P2 フェライト相
Claims (7)
- フェライト相およびオーステナイト相の二相が混在するCr基二相合金であって、
前記Cr基二相合金の化学組成は、主要成分と副成分と不純物と第一随意副成分と第二随意副成分とからなり、
前記主要成分は、33質量%以上65質量%以下のCrと、18質量%以上40質量%以下のNiと、10質量%以上33質量%以下のFeとからなり、
前記副成分は、0.1質量%以上2質量%以下のMnと、0.1質量%以上1.0質量%以下のSiと、0.005質量%以上0.05質量%以下のAlと、0.1質量%以上5.0質量%以下のCuとからなり、
前記不純物は、0質量%超0.04質量%以下のPと、0質量%超0.01質量%以下のSと、0質量%超0.03質量%以下のCと、0質量%超0.02質量%以下のNと、0質量%超0.03質量%以下のOとを含み、
前記第一随意副成分は、0.1質量%以上3.0質量%以下のMoであり、
前記第二随意副成分は、V、Nb、TaおよびTiのうちの少なくとも一種からなり、前記V、Nb、TaおよびTiの合計原子含有率が、前記C、NおよびOの合計原子含有率の0.8倍以上2倍以下の範囲であり、
前記フェライト相の占有率が10%以上95%以下であることを特徴とするCr基二相合金。 - 請求項1に記載のCr基二相合金において、
前記Niの成分範囲は23質量%以上40質量%以下であることを特徴とするCr基二相合金。 - 二相合金を用いた製造物であって、
前記二相合金が、請求項1に記載のCr基二相合金であることを特徴とする二相合金製造物。 - 二相合金を用いた製造物であって、
前記二相合金が、請求項2に記載のCr基二相合金であることを特徴とする二相合金製造物。 - 請求項3に記載の二相合金製造物において、
前記製造物が鍛造組織を有する成形体であることを特徴とする二相合金製造物。 - 請求項4に記載の二相合金製造物において、
前記製造物が鋳造組織を有する成形体であることを特徴とする二相合金製造物。 - 請求項4に記載の二相合金製造物において、
前記製造物が粉体であることを特徴とする二相合金製造物。
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