JPH0820845A

JPH0820845A - 海水機器の防食方法

Info

Publication number: JPH0820845A
Application number: JP15581594A
Authority: JP
Inventors: Masato Koshiishi; 正人越石; Noriyuki Onaka; 紀之大中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】海水機器の孔食、すき間腐食に対して、保守管
理の頻度が少なくて済み、かつ経済的な防食方法を提供
する。【構成】海水機器において、鋳造部品であるサクショ
ン、インペラ、外管６及び軸受７には、ＳＵＳ１０で、
かつＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金、圧
延鋼部品である軸５には、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌで、Ｃｒ
＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金が、それぞれ
使用され、かつ、合金からなる部品同士の接触面、及び
合金からなる部品とシール部品であるＯリング９との接
触面に絶縁性セラミックス１０を被覆している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は海水機器の防食方法に係
り、特に原子力発電所、火力発電所の海水環境下で使用
されるポンプ、配管及び弁などの海水機器の防食方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】海水環境下で使用される海水機器では、
海水がＣｌイオンを含み、かつ導電性の流体であるた
め、孔食、すき間腐食の発生が問題となる。したがっ
て、例えば、海水ポンプの金属部品用材料には、従来で
はステンレス鋼が使用されており、そのうち、多く用い
られる鋼種として、圧延鋼ではＳＵＳ３１６、鋳造鋼で
はＳＵＳ３１４などがあげられる。

【０００３】また、上述のＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１４
に比べて、耐食性に優れた２相ステンレスである、ＳＣ
Ｓ１０、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを使用する場合もある。

【０００４】なお、加藤雄平他７名；海水系ポンプ及び
バルブの耐食性に係る信頼性向上試験；火力原子力発
電、４０(６)、ｐ.６８１〜６９０(１９８９)には、２
相ステンレスを用いたポンプの使用例が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来で
は、海水機器の金属部品用材料として、ＳＵＳ３１６、
ＳＵＳ３１４などが使用されている。しかし、孔食、す
き間腐食は発生するので、それらの発生防止のために、
フランジ面などのすき間部への充填剤の塗布、Ｚｎ板な
どの犠牲電極の設置といった対策がとられている。

【０００６】したがって、例えば、海水ポンプを定期的
に分解点検した後で、復旧する場合には、充填剤の塗り
替え、Ｚｎ板などの犠牲電極の交換といった保守管理が
必要となる。また、充填剤の寿命は、１〜２年程度であ
るため、定期的にポンプを分解し、充填剤を塗り直す必
要がある。

【０００７】海水機器の金属部品用材料として、２相ス
テンレスである、ＳＣＳ１０、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを使
用した場合には、孔食の発生は少ないが、すき間腐食の
発生は避けられない。したがって、この場合も充填剤の
塗布が必要となる。

【０００８】その他の対策として、２相ステンレスより
も更に耐食性に優れたスーパーステンレスである、ＳＵ
Ｓ３１７Ｊ４Ｌなどを使用することも考えられるが、こ
の場合は、材料が高価となり、経済性が問題となる。

【０００９】本発明の目的は、海水機器の孔食、すき間
腐食に対して、保守管理の頻度が少なくて済み、かつ経
済的な防食方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００１１】（１）海水環境下で使用される海水機器の
防食方法において、鋳造部品材料として、重量パーセン
トで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.５０％以下、Ｍｎ;
１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.０３０％
以下、Ｎｉ;４.５０〜８.５０％、Ｃｒ;２１.００〜２
６.００％、Ｍｏ;２.５０〜４.００％、Ｎ;０.０８〜
０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、かつＣｒ＋
３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用いること。

【００１２】（２）海水環境下で使用される海水機器の
防食方法において、鋳造部品材料として、重量パーセン
トで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.５０％以下、Ｍｎ;
１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.０３０％
以下、Ｎｉ;４.５０〜８.５０％、Ｃｒ;２１.００〜２
６.００％、Ｍｏ;２.５０〜４.００％、Ｎ;０.０８〜
０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、かつＣｒ＋
３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用い、この合
金からなる部品同士の接触面、及びこの合金からなる部
品とシール部品との接触面に絶縁性セラミックスを被覆
すること。

【００１３】（３）海水環境下で使用される海水機器の
防食方法において、圧延鋼部品材料として、重量パーセ
ントで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.００％以下、Ｍ
ｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.０３０
％以下、Ｎｉ;５.５０〜７.５０％、Ｃｒ;２４.００〜
２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜３.５０％、Ｎ;０.０８〜
０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、かつＣｒ＋
３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用いること。

【００１４】（４）海水環境下で使用される海水機器の
防食方法において、圧延鋼部品材料として、重量パーセ
ントで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.００％以下、Ｍ
ｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.０３０
％以下、Ｎｉ;５.５０〜７.５０％、Ｃｒ;２４.００〜
２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜３.５０％、Ｎ;０.０８〜
０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、かつＣｒ＋
３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用い、この合
金からなる部品同士の接触面、及びこの合金からなる部
品とシール部品との接触面に絶縁性セラミックスを被覆
すること。

【００１５】

【作用】本発明における作用は、次のとおりである。

【００１６】（１）本発明では、海水ポンプのインペラ
等の鋳造部品に、二相ステンレスであるＳＵＳ１０の成
分系であって、かつＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上
である合金を用いている。

【００１７】二相ステンレスは、フェライト相とオース
テナイト相が共存する材料であり、フェライト相とオー
ステナイト相に、Ｃｒ、Ｍｏが含有されている。塩化物
イオン存在下では、孔食、すき間腐食が問題となるが、
Ｃｒ、Ｍｏは、耐孔食性、耐すき間腐食性を高める性質
を有している。

【００１８】また、オーステナイト相には、Ｎが固溶し
ており、耐孔食性、耐すき間腐食性を高めるとともに、
オーステナイト相を安定化させ、高温加熱によるオース
テナイト量の低下に伴う低耐食性化を防止する性質を有
している。

【００１９】また、ＳＣＳ１０は、機械的特性、製作性
及び経済性にも優れているので、従来から海水ポンプな
どに使用されている。しかし、耐食性については、すき
間腐食の生ずる場合がある。

【００２０】本発明では、実験により、ステンレス鋼で
は、孔食に対する抵抗値である孔食電位、及びすき間腐
食に対する抵抗値であるすき間腐食電位とも、Ｃｒ＋３
Ｍｏ＋１０Ｎとの間に一定の相関があり、Ｃｒ＋３Ｍｏ
＋１０Ｎが３５％以上のとき、孔食電位、すき間腐食電
位は、共に急激に高くなる傾向にあることを明らかにし
た。

【００２１】本発明では、上述の実験結果から、海水機
器における鋳造部品の場合、ＳＵＳ１０の成分系であっ
て、かつＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金
を使用したので、耐食性が向上し、かつ機械的特性、製
作性及び経済性に優れたものにすることができた。

【００２２】（２）本発明では、（１）に示した合金を
使用し、かつ、この合金からなる金属部品同士、及びこ
の合金からなる金属部品とシール部品が接触するフラン
ジ面などのすき間部に、絶縁性セラミックスを化学蒸着
法又は物理蒸着法などで被覆した。

【００２３】すき間腐食は、すき間部の溶液とそれ以外
の部位の溶液との間の金属イオン濃度又は溶存酸素濃度
に濃淡差が生じることによって、電気回路が形成され、
すき間部がアノードとなるために選択的に腐食が発生す
る現象である。

【００２４】したがって、すき間部を絶縁性セラミック
スで被覆すれば、電気回路は形成されず、腐食も発生し
ない。また、セラミックスは、常温の水中では優れた耐
食性を有しているので、それ自体の耐食性に問題はな
い。

【００２５】従来、セラミックスを被覆する技術は、切
削工具等に使用されているが、例えば、配管内面等の閉
空間への被覆施工の可能な形状、サイズは、管の径、長
さなどによって制限されるので、海水機器の海水接触面
の全面を被覆することは困難であった。

【００２６】本発明では、すき間部を絶縁性セラミック
スで被覆するので、すき間腐食の発生防止が可能である
とともに、すき間腐食が問題となる、すき間部のみを絶
縁性セラミックスで被覆するように、被覆箇所を限定す
るので、経済的にも有利である。

【００２７】なお、この場合、すき間部以外の海水接触
面での耐孔食性を考慮する必要があるが、母材として、
（１）に示した合金を使用するため、耐孔食性に問題の
生じることはない。

【００２８】また、異種の材料を母材に被覆した場合、
その端部が導電性の液体に接したとき、ガルバニック腐
食の生じることがある。しかし、本発明では、被覆材と
して絶縁性セラミックスを使用するため、材料の電位差
に起因するガルバニック腐食の生じることはない。

【００２９】（３）本発明では、海水ポンプの主軸等の
圧延鋼部品に、二相ステンレスであるＳＵＳ３２９Ｊ４
Ｌの成分系であって、かつＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎの値が
３５％以上である合金を用いている。

【００３０】Ｃr、Ｍo、Ｎの作用、及びＣｒ＋３Ｍｏ＋
１０Ｎの量が３５％以上であるときの作用は、（１）の
場合と同様であり、したがって、（１）の場合と同様の
効果が得られる。

【００３１】（４）本発明では、（３）に示した合金を
使用し、かつ、この合金からなる圧延鋼部品と、（１）
に示した合金からなる鋳造部品との接触面のすき間部
に、絶縁性セラミックスを化学蒸着法又は物理蒸着法な
どを用いて被覆している。

【００３２】絶縁性セラミックスの効果は、（２）の場
合と同様である。したがって、（３）に示した合金から
なる圧延鋼部品と、（１）に示した合金からなる鋳造部
品との接触面のすき間部における、すき間腐食の発生を
防止することができる。

【００３３】

【実施例】本発明の一実施例を、図１〜図５を用いて説
明する。図１は本実施例の海水ポンプの模式縦断面図、
図２はステンレス鋼中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎと孔食電位との
関係線図、図３はステンレス鋼中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎとす
き間腐食電位との関係線図、図４は図１の要部拡大図、
図５はアークプラズマ式イオンプレーティング装置の構
造図である。

【００３４】図１に示すように、海水ピット１内の海水
２は、回転するインペラ４によりサクション３から吸い
込まれ、外管６を介して吐出管８から放出される。イン
ペラ４は軸５に固定されており、軸５はモータ（図示せ
ず）を介して回転する構造となっている。軸５は軸受７
で支えられており、軸受７は上下の外管６に挾持される
ようにして、外管６に接続されている。

【００３５】本実施例では、サクション３、インペラ
４、外管６及び軸受７に鋳造品を用いた。すなわち、鋳
造品の材料は、ＳＵＳ１０であり、Ｃ;０.０３％以下、
Ｓｉ;１.５０％以下、Ｍｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４
０％以下、Ｓ;０.０３０％以下、Ｎｉ;４.５０〜８.５
０％、Ｃｒ;２１.００〜２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜
４.００％、Ｎ;０.０８〜０.３０％、残部はＦｅの化学
組成を有し、かつフェライト相及びオーステナイト相が
共存する２相ステンレス合金である。

【００３６】ただし、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎがそれぞ
れ、上述の化学組成の下限側の値の場合、Ｃｒ＋３Ｍｏ
＋１０Ｎは３５％未満となるときがある。このときに
は、上述の化学組成内で、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎの少なくとも
一つを増加させ、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎを３５％以上と
なるようにしている。

【００３７】鋳造品は、鋳造により製造し、１０５０〜
１１５０℃の温度に保持した後、急冷の固溶化熱処理を
行っている。

【００３８】一方、軸５には圧延鋼を用いた。すなわ
ち、圧延鋼の材料はＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌであり、Ｃ;０.
０３％以下、Ｓｉ;１.００％以下、Ｍｎ;１.５０％以
下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.０３０％以下、Ｎｉ;
５.５０〜７.５０％、Ｃｒ;２４.００〜２６.００％、
Ｍｏ;２.５０〜３.５０％、Ｎ;０.０８〜０.３０％、残
部はＦｅの化学組成を有し、かつフェライト相及びオー
ステナイト相が共存する２相ステンレス合金である。

【００３９】ただし、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎがそれぞ
れ、上述の化学組成の下限側の値の場合、Ｃｒ＋３Ｍｏ
＋１０Ｎは３５％未満となるときがある。このときに
は、上述の化学組成の組成内で、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎの少な
くとも一つを増加させ、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎを３５％
以上となるようにしている。

【００４０】圧延鋼は、熱間圧延により製造し、９５０
〜１１００℃の温度に保持した後、急冷の固溶化熱処理
を行っている。

【００４１】図２に、ステンレス鋼中のＣｒ＋３Ｍｏ＋
１０Ｎの値と孔食電位との関係を示す。孔食に対する抵
抗値である孔食電位は、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％
以上となつたときに、急激に上昇している。

【００４２】ＳＵＳ１０の場合、成分範囲内で、Ｃr、
Ｍo、Ｎのそれそれについて、下限値のみ及び上限値の
みをとり、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎを求めた場合、前者は
２９.３％、後者は４１.０％となる。すなわち、前述の
ように、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％未満のときがあ
り、このときには耐食性が懸念されるため、本実施例で
は、図２に示すように、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％
以上となるよう、Ｃr、Ｍo、Ｎの量を調整している。

【００４３】一方、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌの場合、成分範
囲内で、Ｃr、Ｍo、Ｎのそれそれについて、下限値のみ
及び上限値のみをとり、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎを求めた
場合、前者は３２.３％、後者は３９.５％となる。すな
わち、この場合も、前述のように、３５％未満のときに
は耐食性が懸念されるため、本実施例では、図２に示す
ように、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上となるよ
う、Ｃr、Ｍo、Ｎの量を調整している。

【００４４】図３は、ステンレス鋼中のＣｒ＋３Ｍｏ＋
１０Ｎとすき間腐食電位との関係を示す。孔食電位の場
合と同様に、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上のとき
に、電位が急激に上昇している。

【００４５】すき間腐食電位は、上述の孔食電位の場合
と同様に、ＳＵＳ１０、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌとも、それ
ぞれの成分範囲内ではＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％未
満のときもある。このとき、本実施例では、図３に示す
ように、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎを３５％以上となるよ
う、Ｃr、Ｍo、Ｎの量を調整している。

【００４６】すなわち、本実施例では、サクション３、
インペラ４、外管６及び軸受７などの鋳造品には、ＳＵ
Ｓ１０で、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である化
学組成を有する鋳造材料、軸５にはＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ
で、Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である化学組成
を有する圧延鋼を用いたので、耐孔食性、耐すき間腐食
性の向上を図ることができた。

【００４７】図４は、図１の要部拡大図であり、軸受と
外管との接続部を示している。軸受７と外管６、軸５と
が接触する部分には、絶縁性セラミックス１０を被覆し
ている。また、シール部品であるＯリング９と、軸受
７、外管６とが接触する部分にも絶縁性セラミックス１
０を被覆している。

【００４８】なお、絶縁性セラミックス１０の材料とし
ては、絶縁性を有するほか、被覆膜中にピンホールが少
なく、密着力も優れている、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣrＮ、Ｚr₂Ｏ₃
を用いた。

【００４９】絶縁性セラミックス１０の被覆は、図４に
示すとおり、金属と金属との接触面、又は金属と０リン
グ９との接触面に限定している。すなわち、絶縁性セラ
ミックス１０を被覆する場合、対象となる部品の形状、
大きさによっては施工が困難なときがあるが、本実施例
では、すき間腐食が問題となるすき間部のみを被覆し
た。したがって、全面を被覆する場合に比べて、経済的
に優れたものになった。

【００５０】図５は、アークプラズマ式イオンプレーテ
ィング装置で、軸受７にＣｒＮを被覆する場合を示して
いる。まず、軸受７を真空容器１３内にセットし、バイ
アス電源１５を接続して、軸受７を陰極とする。その
後、真空容器１３から排ガスライン１２を介してガスを
排出させ、真空容器１３内の真空状態（１０~⁷ｔｏｒ
ｒ)にする。

【００５１】また、Ｃｒ製の金属ターゲット１６に、ア
ーク電源を接続する。金属ターゲット１６には、電流密
度１０⁶〜１０⁸Ａ／ｃｍ²の電流が流れ、金属ターゲッ
ト１６は(４〜１０)×１０³Ｋの高温となって溶融し、
金属イオン、電子が飛び出す。

【００５２】このうち、電子は陽極側に流れ、金属イオ
ンは金属ターゲット１６付近でプラズマを形成する。こ
の状態で、反応ガス供給ライン１１からＮ₂ガスを供給
する。この場合、金属イオンは軸受７が陰極となってい
るため、これに引き寄せられ、軸受７上でＮ₂ガスと反
応してＣｒＮとなり、軸受７にＣｒＮが被覆されること
になる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、海水機器の孔食、すき
間腐食に対して、保守管理の頻度が少なくて済み、かつ
経済的な防食方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の海水ポンプの模式縦断面図
である。

【図２】ステンレス鋼中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎと孔食電位と
の関係線図である。

【図３】ステンレス鋼中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎとすき間腐食
電位との関係線図である。

【図４】図１の要部拡大図である。

【図５】アークプラズマ式イオンプレーティング装置の
構造図である。

【符号の説明】

１…海水ピット、２…海水、３…サクション、４…イン
ペラ、５…軸、６…外管、７…軸受、８…吐出管、９…
Ｏリング、１０…絶縁性セラミックス、１１…反応ガス
供給ライン、１２…排ガスライン、１３…真空容器、１
４…アーク電源、１５…バイアス電源、１６…金属ター
ゲット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海水環境下で使用される海水機器の防食
方法において、前記海水機器の鋳造部品材料として、重
量パーセントで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.５０％以
下、Ｍｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.
０３０％以下、Ｎｉ;４.５０〜８.５０％、Ｃｒ;２１.
００〜２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜４.００％、Ｎ;０.
０８〜０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、かつ
Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用いた
ことを特徴とする海水機器の防食方法。
【請求項２】海水環境下で使用される海水機器の防食
方法において、前記海水機器の鋳造部品材料として、重
量パーセントで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.５０％以
下、Ｍｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;０.
０３０％以下、Ｎｉ;４.５０〜８.５０％、Ｃｒ;２１.
００〜２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜４.００％、Ｎ;０.
０８〜０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、かつ
Ｃｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用い、
前記合金からなる部品同士の接触面、及び前記合金から
なる部品とシール部品との接触面に絶縁性セラミックス
を被覆したことを特徴とする海水機器の防食方法。
【請求項３】海水環境下で使用される海水機器の防食
方法において、前記海水機器の圧延鋼部品材料として、
重量パーセントで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.００％
以下、Ｍｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;
０.０３０％以下、Ｎｉ;５.５０〜７.５０％、Ｃｒ;２
４.００〜２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜３.５０％、Ｎ;
０.０８〜０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、か
つＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用い
たことを特徴とする海水機器の防食方法。
【請求項４】海水環境下で使用される海水機器の防食
方法において、前記海水機器の圧延鋼部品材料として、
重量パーセントで、Ｃ;０.０３％以下、Ｓｉ;１.００％
以下、Ｍｎ;１.５０％以下、Ｐ;０.０４０％以下、Ｓ;
０.０３０％以下、Ｎｉ;５.５０〜７.５０％、Ｃｒ;２
４.００〜２６.００％、Ｍｏ;２.５０〜３.５０％、Ｎ;
０.０８〜０.３０％、残部はＦｅの化学組成を有し、か
つＣｒ＋３Ｍｏ＋１０Ｎが３５％以上である合金を用
い、前記合金からなる部品同士の接触面、及び前記合金
からなる部品とシール部品との接触面に絶縁性セラミッ
クスを被覆したことを特徴とする海水機器の防食方法。