JPS58126960A - 炭素系高耐食性非晶質鉄合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高耐食性を有する炭素系非晶負鉄合金に関す
るものである。

通冨、固体の金属・合金は結晶状皐であるが、液体より
超急冷（Ｐ＃却ｆｉ度は合金の組成に依存するが、およ
そ１０’〜１０６℃／抄である］すれ＆プ液体に類似し
た周期的原子船外を持たない非結晶構造の固体が得られ
る。このような金属を非晶貿金属あるいはアモルファス
金属と庁ぶ。一般に、こ金烏皺は約１５〜８０原子憾程
度である。

本発明者等は先に高強度、耐疲労、耐全面腐食、耐孔食
、耐隙間腐食、耐応力腐食割れ、耐水素脆性用アモルフ
ァス鉄合金（特開昭５１−４０１７号）を発明し待針出
願した。この合金は下記の成分組成の合金である。

原子％とじて、Ｏｒ　１〜４０％と、ｐ、ｃおよびＢの
うち何れかｌ檀または２橿以上７〜８５％を主成分とし
て含み、かつ副成分として、（１１ＮｉおよびＧＯの何
れか１檀または２　Ｍ　Ｏ，０１〜４０％、 （２）　　Ｎｏ　、　Ｚｒ　、　Ｔｉ　、　Ｓｉ　、　
Ａ４　、　Ｐｔ　、　ＭｎおよびＰｄの何れか１槓また
は２橿以上０．０１〜ｚＯ％、 （８）　　Ｖ　、　ＮＯ、Ｔａ　、　Ｗ　、　Ｇｅおよ
びＢｅの何れかｌ櫨または２橿以上０．Ｏ１〜１０％、
（４）　ムｕ　、　Ｏｕ　、　Ｚｎ　、　Ｃｄ　、　Ｓ
ｎ　、　Ａｓ　、　Ｓｂ　、　ＢｉおよびＳの何れか１
種または２橿以上０．０１〜５％ の群のうちからＳはれた何れか１群またはＺｎ以上を合
計型で０．０１〜７５％を含有し、桟部は実、質的にｌ
ｉ’６の組成からなる高強度、耐疲労、耐全面腐食、耐
孔食、耐隙間腐食、耐応力腐食割れ、耐水素脆性用アモ
ルファス鉄合金。

上記特＃４昭５１−４０１７号の非晶質合金はクロムの
か加により強度および耐熱性を向上させるとともに憬れ
た耐食性を賦与させた新規な合金であった。また、特筆
すべきは、これらの合金が耐食性の点で新規な特性を有
し、全面腐食に対して強いはかりでなく、現用ステンレ
ス鋼（８０４＠　、　８１６鋼など）では避けることが
できない孔食、隙間腐食、応力腐食割れに対しても大き
な抵抗を有するという優れた特徴があった。しかし、こ
れらの合金において、その成分組成か広範に亘っている
ため、実用的ならびに＃Ｃ現な用遂に対して耐熱性か高
く、硬度ならびに強度が高く、かつ脆化温度か高いとい
う緒特性を株持する範囲内で製造が容易であり、かつ安
価である成分組成範囲については従来知られていなかっ
た′。

本発明は、削紀＃ｌ特性を有しながら、製厄が容　　□
易でかつ安価な炭素系耐食性非晶質鉄合金を提供、する
ことを目的とするものである。すなわち本発明は実質的
に下記の式で示される成分組成よりなることを特徴とす
る炭素系耐食性非晶質鉄合金である。

ＦｅａＣｒｂ’ｃＱｄ （式中Ｆｅａはｙｅがａｍ子％、ＯｒｂはＱｒがｂ原子
％、Ｍｏはｃｒ　、　ＭＯ、Ｗのうちから選ばれる何れ
かｌ檀または２ＩＩ１以上がＣ原子％、ＱｄはＣがｄ原
子襲含有されていることを示し、ａは２８〜８２、ｂは
２〜２０、ＣＧ：！４〜２６、ｄは１２Ｎ２６の範囲内
にあり、ａ、ｂ、ｃおよびｄの和は実買的に１００であ
る。但しＭがＷのみよりなるときは、ｂは４〜２０の１
１ｇ−門である。） Ｆｅａｃｒｔ）’０Ｑｄ （式中ＦｅａはＦｅかａｍ子％、Ｏｒｂは（Ｂｒがｂｒ
ｊＬ子％、Ｎｏは（３ｒ　、　Ｎｏ　ｔ　Ｗのうちから
選はれる何れか１橿または２橿以上が０原子％、Ｑｄは
Ｏがｄ原子外含有されていることを示し、ａは２８〜８
２、ｂは２〜２０、Ｃは４〜２６、ｄは１２〜２６の範
囲内にあり、ａ、ｂ、Ｃ及びｄの和は実、質的に１００
であり、かつＱを構成するＣの一部が４原子％以下のＮ
″′ｃｆ換されてなるもの。但しＭがＷのみよりなると
きは、ｂは４〜２０の範囲内である。） 本発明者等は、非金属元素として炭素（またはその一部
を窒素でＩｌ換）を含む鉄合金が広い組成範囲で容易に
非晶質化し、しかも侵れた耐食性を持つ安価な合金であ
ることを新規に知見して、本発明を完成したのである。

次に本発明の詳細な説明する。

これまで良く知られている非晶質合金において廉価な合
金は鉄を主体としたものであり、例えばＦｅ８０”２０
　ｅ　Ｆｅ８ｏＢ、ｏｅ　”８８０２１ｍ”８　ｊ　Ｆ
ａｙ、ＳＬＩＢＢｌｇ　＋”７６Ｓ１１１”１０１　Ｆ
ｅ８Ｇ”１ＢＣ？などのように獣と非金属元素Ｐ　、　
Ｂ　、　Ｓｉ　、　Ｏとの組合せであった。しかるに、
本発明者等は非晶質化するために必要な添加剤であるこ
れら半金属元素には各々−長一瓢があることを見出した
。その効果を纏めて第１表に示す。同表中には特性＠（
優）、○（良）、×（可）でもって評価し、である。

同表より、Ｇ６は総ての点で好ましくなく、Ｐは原料費
、非晶質形成能、耐食性等の性質は良いが、それら以外
の以外塾性質は好ましくない。特に溶解中に有害ガスを
発生し、また加熱中に材料の脆化を促進するので問題の
多い元素である。同表中８１およびＢは耐食性を低下さ
せる作用を有する点で好ましくなく、またＢは原料費が
高いという欠点を有する。前記諸元素に対してＣは同表
より明らかな如く酩での点において好ましい性質を有す
る元素であることが判った。

かくして本発明者等は、非晶質化に寄与する前記半金属
中Ｃだけを含む非晶質鉄合金について鮮細に＠死して本
発明を完成したのである。

一般に、非晶質合金は液体状態から急達に冷却すること
によって得られるが、このために檀々の冷却方法が考え
られている。例えは烏連（ｉｌｌｉ１転する１つの円板
の外周向上（第１図（ａ））または高速にお互に逆回転
する２つのロールの間（第１図（ｂ））に液体金属を連
続に＠出させて、回転円板または双ロールの表向上で１
０〜ｌＯ℃／秒程度の速度で急冷凝固させる方法が公知
である。また最近本発明者等が発明した浴融金属から直
接幅広薄帯板を製造する方法ならびにその製造装置ｔ（
特開昭５８−１２５２２８号、同５８−１２５２２９号
）を用いることができる。

本発明の非晶質鉄合金も同様に履体状態から急速に冷却
することによって得ることができ、上記の諸方法によっ
て騙または板状の本発明の非晶質合金を製造することが
できる。また、高圧ガス（ｉ１素、アルゴンガスなど）
により液体金属を吹き飛ばし、対向する冷却用銅板上で
微粉状に急冷凝固させる例えはアトマイザ−などにより
数μｍ〜数ｌＯμｍ欄匿の非晶質合金粉末を製造するこ
とがでさ、この合金は半金属としてＯを、あるいはＯの
一部の代普として４［子％以下のＮでｔ＊。

することもでき、したがって従来の非晶質合金に較べて
安価であるばかりでなく、製造が容易であるため本発明
の炭素系非晶３＆！鉄合金よりなる粉末、巌、あるいは
板を工業的規模で［ｉすることができる点において極め
て有利である。なお本発明合金にあっては通常の工業材
料中に存在する程度の不純物、例えばＰ　、　Ｓｉ　、
　Ａｓ　、　Ｓ　、　Ｓｂ　、　Ｚｎ　、　Ｏｕ。

Ａ！などが小量含まれても本発明の目的を達成すること
ができる。またＭの一部を１０原子％以下のＶ　、　Ｔ
ａ　、　Ｉｎ　ｉたは６原子％以下ｆ）　Ｎｂ　、　Ｔ
ｉ　、　Ｚｒを含ませても本発明の目的を達成すること
ができる。

本発明の非晶質鉄合金は成分組成上から下記の諸グルー
プに大別することができる。

（ａ）　　Ｆｅ　−（３ｒ　−０ （ｂ）　　Ｆｅ　−Ｎｏ　−０ （０）　　Ｆｅ　−Ｏｒ　−Ｎｏ　−０（ｄ）　　Ｆｅ
　−Ｏｒ　−Ｗ　−Ｇ （ｅ）　　Ｆｅ　−ＭＯ−Ｗ　−０ （ｆ）　　Ｆｅ　−Ｏｒ　−１０−Ｗ　−０次は本発明
において、成分組成を限定する理出を説明する。

Ｆｅが３８原子％より少ないか、あるいは８２［子％よ
り多いと非晶質合金を容易に得ることが困錬であるので
Ｆｅは２８〜ｓｇ原千％の範囲内にする必要がある。

Ｑは１２原子外より少ないか、あるいは２６原子外より
多いと非晶質合金を得ることが内絵であるのでＱは１２
〜２６慮子％の範囲内にする必要かある。

ｃｒ　ｂ”ｃのｂが２〜２０．０が４〜２６の範囲外で
は耐食性がステンレス−（１８−８３より劣化するので
、ＯｒｂＭｏのす、ｃはそれぞれ０〜２０，４〜２６の
範囲内にする必要がある。またＸがＷのみよりなるとき
は、ｂが４より少ないと性質が劣化し、一方２０より多
いと非晶買化することが困難であるので、ｂは４〜ｚＯ
の範囲内にする必要がある。

またＱの一郡をＮでｗ侠する場合Ｎ＃４庫子％より多い
と急冷凝固時にＮが合金組織中に％泡として析出し、合
金の形状が恋化し、４１１極的強度が低下するのでＮは
４原子％以下にすることが有利である。

すなわち、不発明合金にあってはａが２８〜８２庫千％
、Ｏが２〜ｇｏｌｌＫ子％、Ｃが４〜２６６原子％、ｄ
が１２〜２６原子％の範囲内にある非晶質合金が特に耐
食性が優れてし）ることを新規に知見した。第２表は第
１図中）の双ロール法によって作った厚さＱ、Ｑ５Ｍ、
幅ｇｌｌｌｌのリボン状合金をｌＮＨ３０、ＩＮＨＯ７
，１ＮＮａｏｊの８０°Ｃ水浴Ｓ　　番 液中で１週間浸漬腐食試験を行なった結果である。

第２表　腐食試験結果 比較のために市販の１８％Ｑｒ鋼、１８−８ステンレス
鋼（Ａｌ５Ｉ　８０４４Ｍ　）、１フー１４１．５Ｍｏ
ステンレスー（Ａｌ５Ｉ　８１６　Ｌ鋼）についても同
様の試験を行なった〇 同表に見るように、総ての浴液に対して本発明の非晶質
鉄合金は市販材より優れた耐食性を示している。

また、非晶質合金の電気化学的性質を知るためにポテン
ショスタット法（定電位法）により分極曲線を測定した
。第２図および第８囮は各々ＩＮＨ，Ｓｏ、およびｌ　
Ｎ　ＨＯ６水浴液中における数檎の非晶質鉄合金と、比
較のためにＦｅ、、Ｏｒ、Ｐ□、０．非晶質合金とＡｌ
５Ｉ　８０４−についての分極曲巌を示す。

第２図のｌ　Ｎ　Ｈ，５ｏ４（Ｎ温）中においては人工
５Ｉ８０４鋼は活性化電流が高く、しかも不動態化電位
が狭いのに対し、本発明のＱｒを含む合金は電位１、Ｏ
Ｖ　（Ｓ、Ｏ，Ｅ、）まで完全に不動態化し、その電位
以上で合金中のＯｒが溶出する理想的な分極挙動を示す
。一方、本発明のＯｒを含まないＩＰｅａｌｌ”１６’
１６非晶實合金はムＩｓ工８０４　＠と類似した挙動を
示す。ただ不動態化領域が広く、１．５ｖ以１上の酸素
発生電位まで安定である。第８図のｌＮｌ１ａｔ俗液中
ではさらにＧ着な差か見られる。ＡＩＳ　ｌ８０４　＠
はよく知られているように活性化電位以上で不動態化せ
ず、孔食のための電流が増加するのが見られるが、本発
明の非晶質合金ではこの孔食が全く起らず不＃態化する
ことか判る。これらの実験結果は第２表の馬食の結果と
良く対応している。

以上の結果から判るように本発明の非晶質合金１．。

は市販の高級ステンレス鋼と比軟して耐食性が１０’〜
ｌＯ倍も置れた一期的な高耐食材料であり、厳しい腐食
性雰ｖ５気中で使用する機や板材部品に利用することが
可能である。例えは、現在用途が拡大しているステンレ
ス１ｉ１１＃１ＭＡに代るものとして。

フィルター、スクリーンなどの材料、耐海水用材料、化
学薬品用材料、１１極材料など多くの用途が考えられる
。

次に不発明の非晶質合金の用途例における物性試験また
は磁性、耐腐食性等について試験した例、を示す。

例　　１ 従来刃物、例えばカミソリ、ペー／ぐ−カッター等には
炭素鋼、硬質ステンレス鋼、低合金−製刃物材が広く使
用されており、刃物材に適する特性としては硬度が高く
、耐食性があり、弾性か尚く、＃Ｒ厚純性の良いことが
要求されている。本発明合金は前記特性を十分に具え極
めて優秀であることが判った。゛第８表に硬さと、エメ
リーペーノクー（す４００）上で１９８ｇ荷重を加えて
１０分間摩耗させた時の真意減少すなわち摩耗量を市販
品と比較してボす。表中摩粍瀘は同一試料につき２回測
定した結末をボす。

第８表　市販安全カミソリ刃と本発明合金刃のｊＩＩ耗
試験結果□約 １５ｍ例 Ｏま た Ｂ ア ８ ８ ８ 同表から本合金材は市販カミソリ刃材に較べて１００分
の１以下の摩耗量であることが判る。

本発明合金の補強材としての性質並びに使用し結果を現
用補強材であるピアノ鋼線、ガラスフィバ−、ナイロン
線と比較して第４表に示す。

第４表　本発明合金と各１に補強材の性質の比軟同表よ
り補強材として要求される抗張力はピアノ線より５０〜
１００ψ−も高く、高温抗張力、曲り疲労限も優れてい
る。さらにもう１つの重要な性質として要求される接着
性はゴム、プラスチックの補強材として使用した場合良
好であった。

従来補強材としてゴムｗ造物にはｉｌｉｌｌｉＩＭ１合
成繊維、カラス繊維が用いられているが、現在＃４ｆＩ
Ｍで得られている疲労強度をさらに上昇させることは困
難であり、また合成繊維およびガラスｗ＜ｍも一線以上
の疲労強度を具備させることは不ｇＪ　１１１５に近い
ことは周知の如くである。また合成樹脂を補強するには
従来主としてガラス繊維を加工したマット状ｍ強材が使
用されており、この補強材は耐食性は良好であるが、脆
いため曲げ強度は十分でない。

コンクリート１ｓ造物には一線あるいは鋼索を補強材と
して用いたＰＣフンクリ−）、！Ｉ１ｍｔｔｆｉかく切
断したものをランダムに置台したコンクリートなどがあ
るか、何れも耐食性の点で欠点かある。

ところが、不発明合金を補強材とすれは、上記コム、合
成樹脂、コンクリート等の補強材として極めて有利に使
用することができる。以下その数例について説明する。

（Ａ）　　Ｆｅ、６０ｒ２．Ｃ，、およびＦｅ５６Ｃｒ
ｓ６Ｍｏ８Ｃ１８非晶質合金を第１図（ａ）の装置を用
いて輻０．０６１ｍ１１、厚さ０．０４Ｍの線とし、こ
れを網状にあんでタイヤ川ゴム素材中に埋込んで試験片
とした。

なお、網目の間隔は１闘で、試片は８Ｘ２０Ｘ１００１
１ａ板であった。ゴムを加硫する際に試片を約１５０−
１８０°Ｃに１時間程度昇湿した。

この試片を用いて引張り型疲労試験機により長時間疲労
試験（撮輻伸び１ｃｍ）を行なった。その虻米、ｉｏ　
　ｖイクルでも破町せず、しかもゴムと巌との剥離が鉋
められなかった。この結果は、Ｆｅ６ＩＣｒＩ！”８Ｃ
１８合金が破壊強ｉ（８８０ψ−〕、結晶化温度（５６
５°Ｃ）、疲労強度（８ｇ　―”　）の点で優れている
ことによる。また、ゴム用合蛍は硫黄による耐食に耐え
ねばならない。そこで、上記合金線を過度に加硫したゴ
ム中に埋込み、剰１年間８０°Ｃで放置後、合金線の表
面と強度を調べたがほとんど変化が無かった。

（Ｂ）　　Ｆｅ５６Ｃｒｓ６（３１６ｓ　Ｆｅ？４Ｍｏ
８０１８ｓ　Ｆｅ６ｇＯｒＩｇ”８Ｃ１８の８種の非晶
質合金を第１図（ａ）の装置を用し）で約０．０５ｍ１
１１φの線を作製し、これを一定の長さに切断して一定
皺だけレジンコンクリート中に混合した。試験片形状は
１５Ｘ１５Ｘ５２ｃｍ角柱であり、試片支持距離は４５
１：１１％何重負何点番ま各支点より１５ｃｍの２個所
であった。下表４１曲番ず試験の結果を示す。

表に見るように、ファイバー補強材は無強化材の約８〜
４倍の最大荷重と約２倍のたわみを持つことが判る。す
なわち、ファイバー補強コンクリートの強度およびたわ
みは一般の鉄筋補強コンクリートにより１．５〜２．０
倍の強度を持つと予想される。

例　　８ 本発明合金の１８ＡＦｅ５．Ｏｒ、６０．８を第１図（
ａ）ノ装置を用いてＩｔ！ｊ５０Ｍ、厚さ０．０５關の
板材とし、海水中に６ケ月間浸漬試験を行なった。なお
、比較のために市販１２％ＯｒＪ板および１８％ｃｒ−
ｓ％Ｎ１−＋統−板も便用した。その結果、１２％Ｑｒ
＠は約１０日で、１８−８幽は約６０日で腐食切断した
が、本発明合金は６り列後も何ら腐食されなかった。市
販の１２％Ｑｒ幽はさびのために全面腐食され、また１
８−８＠は孔食が生じ、表面に多くの腐食孔とさひが紹
められた。

例　４ 本発明合金（Ｄ　Ｉ　Ｉｓ　Ｆｅ、４Ｎｏ８Ｇ、８合金
を第１図（ａ）のｋｋＷｔｔ−用いて−０，５鵡、厚さ
０．０５難のフィシ、メント材とし、これを２０１１ｍ
直径の石英ガラス管の中央に５　ｃｍだけ詰めた。これ
に外部より約１００エルステツドの磁場をかけながら、
石英ガラス管中にＦｅ、Ｏ，粉末を２％懸濁させた水浴
液をＩＯＣ咋の速度で流した。この方法により、溶液中
の強磁性粉末を９８〜９９％除去することができた。

すなわち、本合金はフィルターとして有用な材料である
。

以上本発明合金は耐食性に優れ、その上従来の非晶質合
金に比し、安価でかつ製造が容易である等の数々の特徴
を有し、多方面での使用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図（〜、　（ｂ）はそれぞれ浴融合金を急冷するこ
とによる非晶質合金の製造装置の原理図、第２図はｌ　
Ｎ　Ｈ，Ｓｏ４水浴液中での本発明合金の分極曲線、第
８図はＩ　Ｎ　）１（３Ｚ水溶液中での本発明合金の分
極曲線図である。　　　　　　　　　　　　　　　　。 １・・・浴融金桐、２・・・急冷凝固した非晶質合金の
線あるいは板、８・・・冷却用円板、４・・・ロール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　下記の式で示される成分組成よりなる炭素系高耐食
   性非晶質鉄合金。 Ｆｅａｃｒ　ｂＭｃＱａ （式中Ｆｅａはｙｅがａｙ子％、ＯｒｂはＯｒがｂ原子
   ％、ＭｏはＱｒ　、　Ｍｏ　＃　Ｗのうちから達ばれる
   何れか１檀または２ＩＩＩＩ以上がＣ原子襲、ＱｄはＣ
   がｄＩＪｉＬ子％含有されていることを示し、ａは２８
   〜８２、ｂは２〜２０、Ｃハ４〜２６、ｄ４１１　Ｚ　
   〜８６）ｌ１１１１！ｌ内にあり、ａ。 ｂ、ｃ及びｄの相は実質的に１００である。 但し麓がＷのみよりなるときは、ｂは４〜２０の範囲内
   である。ン ｌ　下記の式で示される成分組成よりなる炭素系高耐食
   性非晶質鉄合金。 Ｆ６５ＬＯｒｂＭｏＱｄ （式中Ｆｅ、はｙｅがａ原子％、ＯＬ”ｂはＱｒがｂ原
   子％、ｋｏは（３ｒ　ｅ　１０　ｍ　”のうちから迩ば
   れる何れか１種または２種以上がＣ原子％、ＱｄはＣが
   ｄ原子％含有されていることを示し、ａは２８〜８ｇ、
   ｂは＠−１０、Ｃは４〜２６、ｄは１２−１６の範囲内
   にあり、ａ。 ｂ、ｃ及びｄの和は実質的に１００であり、かつＱｔ−
   １１１成する０の一部が４原子襲以下のＮで置換されて
   なるもの。但しｋがＷのみよりなるときは、ｂは４〜ｚ
   Ｏの範囲内である。）