JPS5827338B2 - Fe−Cr系アモルフアス合金 - Google Patents

Fe−Cr系アモルフアス合金

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JPS5827338B2
JPS5827338B2 JP633074A JP633074A JPS5827338B2 JP S5827338 B2 JPS5827338 B2 JP S5827338B2 JP 633074 A JP633074 A JP 633074A JP 633074 A JP633074 A JP 633074A JP S5827338 B2 JPS5827338 B2 JP S5827338B2
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chromium
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健 増本
正明 奈賀
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TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
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TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/02Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis
    • B22D13/026Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis the longitudinal axis being vertical

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機械的強度、耐食性および耐熱性の優れた鉄ク
ロム系アモルファス合金に関する。
通常金属は固体状態では結晶状態にあるが、ある特殊な
条件(合金の組成、急冷凝固)下では、固体状態でも液
体に類似した、結晶構造をもたない原子構造が得られ、
このような金属、又は合金をアモルファス金属(又は非
晶質金属)と言っている。
このアモルファス合金は従来の実用金属材料に比し、著
しく高い強度を保有する可能性があるが、反面耐食性に
劣る欠点がある。
この原因はアモルファス金属では原子の結合力が弱いた
めと考えられる。
例えば、F e −C−P系およびFe−B−P系アモ
ルファス合金の塩水噴霧による腐食減量は、普通の炭素
鋼の約3倍である。
一方、実用金属として使用される場合には、常温たけで
なく昇温状態でも使用されることがあり、アモルファス
合金はその組成に応じである温度で結晶性金属又は合金
に変化する結晶化温度をもっている。
アモルファス合金が結晶化すると、アモルファス合金と
しての特性が失われることになる。
従ってこのような昇温状態で使用される場合には出来る
限りこの結晶化温度が高いことが必要である。
本発明は、上述のアモルファス合金の欠点である耐蝕性
を改善し、アモルファス合金の製造が容易で、耐熱性(
耐結晶化)を向上すると共に、更に機械的強度を向上し
たアモルファス合金を提供せんとするものである。
本発明は、クロム1〜40原子%、炭素またはボロン2
原子%以上、リン5原子%以上で、かつ炭素またはポロ
ンとリンの合計15〜30原子%を含み、残部鉄よりな
ることを特徴とする耐食性および耐熱性の優れた高力鉄
クロム系アモルファス合金特にFe−CrC−P系およ
びFe−CrB−P系アモルファス合金に係る。
本発明において、クロムはFe−C−P系およびFe−
B−P系アモルファス合金の耐食性、耐熱性および機械
的特性を改善する効果をもち、クロム量を1〜40原子
%に規定したのは、1原子%未満ではその効果が小さく
、一方クロム量が、40原子%を起えると、アモルファ
ス合金の製造が難しくなることと、これ以上の含有は、
特に効果が認められないためである。
本発明において、炭素とリンあるいはポロンとリンは、
鉄系合金でアモルファスが得られるために必要な元素で
あり、それらの合計を夫々15〜30原子%に規定した
のは、15原子%未満では、アモルファスの生成が困難
又は不可能であり、30原子%を越えると、アモルファ
スの生成が同様に困難又は不可能であると共に特性的に
も良好でないためである。
又炭素またはポロンの最小量を2原子%としたのは、2
原子%未満ではアモルファス合金の生成が困難又は不可
能なためである。
リンの最小量を5原子%としたのは、5原子%未満では
、同様にアモルファス合金の生成が困難又は不可能なた
めである。
次に本発明のアモルファス合金を製造する方法について
図面により説明する。
図は本発明のアモルファス合金を製造する装置の一例を
示す概略図である。
図において、1は下方先端に水平方向に噴出するノズル
2を有する石英管で、その中には原料金属3が装入され
、溶解される。
4は原料金属3を加熱するための加熱炉であり、5はモ
ーター6により高速度、例えば5000 r、p、m−
で回転される回転ドラムで、これは、ドラムの回転によ
る遠心力負荷をできるだけ小さくするため、軽量で熱伝
導性の良い金属、例えばアルミニウム合金よりなり、内
面には更に熱伝導性の良い金属、例えば鋼板7で内張す
されている。
8は石英管1を支持して上下に移動するためのエアピス
トンである。
原料金属は、先ず石英管1の送入口1aより流体搬送等
により装入され加熱炉4の位置で加熱溶解され、次いで
エアピストン8により、ノズル2が回転ドラム5の内面
に対向する如く、石英管1が図に示す位置に下降され、
次いで上昇を開始するとほぼ同時に溶融金属3にガス圧
が加えられて、金属が回転ドラムの内面に向って噴流さ
れる。
石英管内部へは金属3の酸化を防ぐため絶えず不活性ガ
ス、例えばアルゴンガス9を送入し不活性雰囲気として
おくものとする。
回転ドラム内面に噴流された金属は高速回転による遠心
力のため、回転ドラム内面に強く接触せしめられること
により、超高速冷却が与えられてアモルファス金属とな
る。
このような方法により、本発明のFe−Cr系アモルフ
ァス合金は、例えば厚さ約0.1m、巾約1mの長い条
として得られる。
次に本発明の実施例について述べる。
実施例 1 第1表に示す組成のアモルファス合金を、図に示した装
置により厚さQ、Q5fi、巾0.59の条に作成した
これらの条よりそれぞれ試料を取り、機械的性能、腐食
試験および耐熱試験を行った。
結果は第2表、第3表および第4表の如くで、比較のた
め、普通の0.8%炭素鋼、鉄−クロム鋼およびF e
−C−P系、Fe−B−P系アモルファス合金につい
ても同様の試験を行った。
腐食試験は約100m?の板状アモルファス線および0
.8%炭素鋼、鉄−クロム鋼の0.12Wφ丸線を用い
て、恒温恒湿雰囲気(60℃、湿度95%以上)と5%
食塩水溶1(35°C)中での腐食による重量変化を測
定し、また外観観察および硫酸5%水溶液中での分極曲
線測定により行なった。
また耐熱試験は電気抵抗および示差比熱測定により、結
晶化の開始温度をもって示した。
なお加熱速度は1℃/分である。
機械的性能におよぼすクロムの添加は第2表に見られる
如く、強さおよび硬さの著しい上昇、ヤング率の上昇と
、やや伸びの減少を伴う。
この最高強さ約400 Ky/mtAは従来の鋼におけ
る最大強さを持つピアノ線より秀れている。
一方、伸びはほとんどないが、いわゆる脆性体とは異な
り、アモルファス合金の局部的粘性破断を示す。
また、耐食性は第3表に見るようにクロムの添加により
著しく改善される。
クロムを含まないアモルファス合金F e −C−P系
およびFe−B−P系は塩水中および恒温恒湿中で腐食
が著しく、全面に孔食が起り、酸化鉄が表面に形成され
る。
これに対して少くとも1%クロムの添加で腐食量が半減
し、はぼ炭素鋼と同程度になり、さらに5%クロムでは
約1/10以下になる。
クロム10%以上ではほとんど腐食が進行せず、ステン
レス鋼の鉄−クロム合金と同様、72時間でも減量が検
出されない程度である。
分極曲線の測定によると、クロム5%以上のアモルファ
ス合金は不動態化し易く、鉄−クロム合金とほぼ同じ特
性を持つことを示した。
第4表に示すアモルファス合金の結晶化温度におよぼす
クロム添加の効果から判るように、クロムは結晶化温度
を上昇させ、クロムを含まないアモルファス合金の約4
20℃の結晶化温度を40%クロムで約510°Cまで
上昇させる。
このクロムの効果はとくに低クロムで著しく、10%ク
ロムで約40℃上昇する。
実施例 2 リンを13原子%、炭素を7原子%を含み残部鉄よりな
る合金およびこれに1,2,3,4,5゜8.10原子
%のクロムを添加した合金を第1図に示す装置により超
急冷することにより、幅17IlIIl厚さ30μmの
リボンを作製し、これら各合金の30°C,1規定Na
Cl水溶液中での耐食試験を行った。
なお、耐食性は1週間浸漬による重量変化から求めた。
第2図はアモルファス合金および結晶質鉄−クロム合金
の腐食速度におよぼすクロム量の効果を示す。
結晶質の鉄−クロム合金(A曲線結晶質Fe−Cr合金
)ではクロムを添加しても腐食速度はほとんど改善され
ない。
一方アモルファス合金※(B曲線FeCrP13C7ア
モルファス合金)ではクロムを含まないとむしろ純鉄よ
り著しく腐食されるが、クロムを1原子%添加するとほ
ぼ結晶質合金と同程度の特性を示し、クロム1%以上と
なると急激に腐食速度が減少して、8原子%では腐食速
度はぼ零となる。
すなわち、クロム添加の効果はクロム1〜40原子%を
添加したアモルファス合金で極めて大きいことが判る。
実施例 3 第1図の装置を用いてFe8oCr1oP13C7組戊
のアモルファス合金テープ(幅17Im1厚さ30μm
)を種々の塩酸濃度をもつ水溶液中で浸漬実験を行った
その結果を18−8ステンレス鋼と比較して第3図に示
す。
アモルファス合金は1週間の浸漬後でも全く腐食されず
、腐食速度は零である。
これに対してステンレス鋼は孔食を生じて腐食され、塩
酸濃度の上昇とともに孔食腐食が著しくなった。
この結果からアモルファス鉄−クロム合金は孔食腐食を
起さないことが判る。
実施例 4 JIS規格にもとづいてアモルファス鉄−クロム合金お
よびステンレス鋼の10%塩化第二鉄水溶液中の腐食速
度を40℃および60℃で行なった。
第5表はその結果を示す。アモルファス合金は40℃、
60℃でも腐食せず、高耐食性を示したが、従来のステ
ンレス鋼は大きな腐食速度を示した。
以上の実施例1〜4で示した如く、本発明のFe−Cr
系アモルファス合金は、クロムの添加量に比例して強度
が上昇するばかりでなく、耐食性もクロム8%以上の添
加で1規定NaCl溶液中の腐食が零となり、ステンレ
ス鋼が1規定塩酸溶蔽中で著しく腐食が大きいのに比し
て顕著な効果があることが判った。
以上より明らかなように耐食性が飛躍的向北するのはク
ロムの添加によるものであり、一方炭素とリンまたはボ
ロンとリンの添加はアモルファス合金とするために必要
な元素であり、本発明の組成範囲で機械的強度、耐食性
、耐熱性に優れたアモルファス合金が得られる。
本発明のアモルファス合金は、細い条として製造可能で
あり、従来の実用金属材料では得られない高い強度を有
し、従来のステンレス鋼と同等の耐食性を有すると共に
、良好な耐熱性を有する。
従って本発明のアモルファス合金は、高い強度、耐熱性
と耐食性を要求される製品、例えば車輛用タイヤ、ベル
トなどのゴム、プラスチック製品に埋込まれる補強用コ
ード、コンクリート埋込み用コードなどに適するもので
あり、又フィルター、スクリーン、せんいとの混紡用フ
ィラメントなどの用途に適するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のアモルファス合金を製造する装置の一
例を示す概略図、第2図はFeCrP13C7アモルフ
ァス合金および結晶質Fe−Cr合金の1規定NaCl
溶液中における腐食速度のクロム含量による変化を示す
耐食特性図、第3図は種々の濃度のHCI溶液中におけ
るFeCr1oP13C7アモルファス合金と結晶質1
8Cr−8Niステンレス鋼の腐食速度を比較した耐食
特性図である。 1・・・・・・石英管、2・・・・・・ノズル、3・・
・・・・原料金属、4・・・・・・加熱炉、5・・・・
・・回転ドラム、6・・・・・・モータ、7・・・・・
・銅板、8・・・・・・エヤピストン、9・・・・・・
アルゴンガス。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 クロム1〜40原子%、炭素またはポロン2原子%
    以上、リン5原子%以上で、かつ炭素またはポロンとリ
    ンの合計15〜30原子%を含み、残部鉄よりなること
    を特徴とする耐食性および耐熱性の優れた高力Fe−C
    r系アモルファス合金。
JP633074A 1974-01-12 1974-01-12 Fe−Cr系アモルフアス合金 Expired JPS5827338B2 (ja)

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