JPS599616B2 - スラッジポンプ用シリンダライナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石油、天然ガス等の地下質源堀削に際して泥水
供給に使用されるヌラツジポンプ用シリンダライチに係
る。

スラツジポンプ用シリンダライチは使用時に土砂等を含
む水が高圧で流れるので、耐食性及び土砂による研摩耗
に対する抵抗性に優れていることが要求される。

従来から、スラツジポンプ用シリンダライチとしては炭
素鋼材を所定寸法に切削加工後、内面を高周波焼入して
硬化させたものや、耐食、耐摩耗性合金鋳鉄製のもの等
があり、複合シリンダライナとしては鋼製の外層と耐食
、耐摩耗性合金鋳鉄製の内層とを別個に製作し、焼き嵌
めや冷し嵌め等の方法によってこれらを接合したものが
あるが、何れも耐久性が不充分であるか、或は加工費が
嵩んで原価高になる等の欠点を有している。

殊に、焼き嵌めや冷し嵌めによる複合シリンダライナは
接合面全面に亘って密着させねばならず，接合前に研磨
仕上げを施す為に非常に原価高となり、而もなお完全な
密着が得られ難く，一方の端部の接合面から他の端部の
接合面へ水が洩れて圧力低下を起し易い。

本発明は上述のような従来品の欠点を解消したスラツジ
ポンプ用シリンダライナを提供することを目的としてお
り、外層は強靭性の優れた鋳鋼からなり、内層は耐食、
耐摩耗性に優れた高クロム鋳鉄にモリブデン、バナジウ
ム及び硼素を添加して更に耐摩耗性を改善した鋳鉄から
なり、かつ両層が溶着して一体となっている構造を有す
るもので、機械的強度は鋳造製外層によって保持され、
耐食耐摩耗性を要求される内面は改良された高クロム鋳
鉄製内層によってその要求特性を満足させたものである
。

本発明に係るスラッジポンプ用シリンダライチの製造方
法としては遠心鋳造法が好適である。

先ず、回転する鋳型に所定量の鋳鋼の溶湯を注湯しして
外層を鋳造し、該外層の凝固終了直後に内層を形成させ
る溶湯を鋳造品が所定の内径となるに必要な量だけ注湯
し、凝固させて内外層を溶着させる。

鋳造品を鋳型から取出して素材を得る。次いで素材に軟
化焼鈍を施した後、内外面及び端部の仕上げ加工を施し
、焼入（１０００〜１０５０゜Ｃから空冷）して内層を
硬化させ、低温で焼戻して最後に内面の研磨仕上げを施
す。

外層は鋳鋼であるから被剛性が良好であり、内層は白鋳
鉄であるので被剛性は劣るが注湯量の制御によって削り
代を僅少にすることができ、機械加工に於ける加工費を
低《抑えることができる。

次に内外層の材料に就いて説明する。

外層は脆い白鋳鉄製の内層をバックアップするに足る機
械的強度があれば良く、通例の炭素鋼鋳鋼で充分である
。

内層の組成に関しては以下の通りである。

炭素は炭化物として晶出し、ハードスポットを形成して
耐摩耗性に寄与するが、２．５係未満では炭化物の量が
少なく、又網目状に晶出して耐摩耗性が不足し、３．５
係を超えると炭化物が粗大化して却って耐摩耗性を低下
させ、又、著しく脆《なって焼入に際して亀裂を生じ易
くなるので２．５〜３．５係の範囲とする。

珪素は脱酸効果と鋳造性を良《する効果を有するが１．
５％を超えると脆《なって焼入に際して亀裂が発生し易
くなる。

マンガンは脱酸効果を有するが１．５％柿えると炭化物
が粗大化して材料を脆《する。

クロムは耐食性を向上させると共に、炭化物を晶出させ
てハードスポットを形成し、耐摩耗性に寄与するが，炭
化物中でも特に高硬度である（Ｆｅ，ｃｒＬｃ３が耐摩
耗性向上に最も有効である。

炭化物の形態は炭素とクロムの量によって決まるが、２
．５〜３．５係の炭素量に対して炭化物が（Ｆ ｅ，
Ｃ ｒ） ７０３となるクロムの量は２．０〜３０係
である。

クロムが２０係未満では（Ｆｅ，Ｃｒ）ｓＣ が晶出し
、３０係を超えると （Ｆｅ，Ｃ ｒ ） ２３ Ｃ６
が晶出して共に耐摩耗性が低下するので２０〜３０係の
範囲とする。

モリブデンは炭化物形成元素であると共に、基地に固溶
して焼入性を改善する。

内層は脆い白鋳鉄であるから油焼入を施すと亀裂を生ず
るので耐摩耗性向上の為の硬化には空冷によって基地を
マルテンサイトにする必要がある。

父、外層は靭性を必要とするのでマルテンサイト化を避
けねばならず、その為にも焼入は空冷によらねばならな
い。

２０チ以上のクロムを含む鋳鉄は肉薄物では空冷によっ
てマルテンサイト基地になるが、スラッジポンプ用シリ
ンダライナ程度の寸法では空冷によってマルテンサイト
基地にする為にはモリブデンの添加が必要である。

モリブデンが１．５％未満ではその効果が不充分であり
、５．０％を超えると炭化物が粗大化する虞れがあるの
で１．５〜５．０係の範囲とする。

バナジウムは炭化物の硬度を上昇させて耐摩耗性を改善
する作用を有する。

０．３％未満ではその効果が不充分であり、２．０％を
超えると炭化物が粗大化するので０．３〜２．０係の範
囲とする。

硼素は炭化物の硬度を昇げると共に炭化物の形状を樹枝
状から針状乃至粒状に改善して耐摩耗性を向上させる作
用が認められているが材料を脆くする作用があり、従来
からその添加量は０．１係以下に制限されている。

本発明に係るスラッジポンプ用シリンダライチは強靭な
鋳鋼製外層で内層をバックアップしているから内層は耐
摩耗性を第一義的に考慮した材料を選ぶことができる。

特に鋳造に際して凝固直後の高温の外層の内側に内層を
形成させる溶湯を注湯する為、内層の凝固速度は通例の
鋳造法による場合のそれよりも著しく遅《、樹枝状の炭
化物が網巨状に晶出するので炭化物を均一に分布させる
為には、硼素は０．１％以上を必要とする。

一方、硼素が０．５係を超えると焼入に際して亀裂を生
ずる迄に甚しく脆化するので、その含有量は０．１〜０
．５係の範囲とする。

次に実施例に就いて説明する。

９ ０ ０ ｒｐｍで回転するＣＯ２鋳型に１５５０℃
の炭素鋼Ｓ４５Ｃの溶湯を所定肉厚の１７２の肉厚にな
る量だけ注湯し、注湯後３分間経過した時１３５０℃の
内層形成用溶湯を注湯し、凝固後鋳型の回転を止め，取
扱い可能な温度迄冷却した後鋳出しして外径２１７＃ｆ
ｆ、つば部外径２５５羽、内径１５０／ｆＩ一長さ５１
６妨の第１図に示す形状の素材を得た。

図中１は外層、２は内層、３は両層が溶着している層で
ある。

得られた素材に８５０℃に３時間加熱保持後炉中冷却の
軟化焼鈍を施した後所定寸法に切削加工を行ない、１０
００℃に３時間加熱保持後空冷の焼入を施して内層の基
地をマルテンサイトにした。

次に４５０℃に３時間加熱保持後空冷の焼戻を施し、内
面を研磨仕上してスラツジポンプ用シリンダライナとし
た。

これを石油堀削用スラッジポンプに装着して泥水を送り
、シリンダライチの摩耗による圧力低下迄の時間を測定
した所、その時間は２４７時間であった。

操業条件は下記の通りである。深 度・・・・・・・・
・地下：３ｏｏｏｍから開始、地下４０００ｍ迄の範囲
内 ポンプ圧力・・・・・・・・・１ ５ ０ ｋ（；ｌ／
ｃ’ｒｒｌピストン材料・・・・曲・硬質ゴム ストローク長さ・・・・・・・・・２４５Ｉｌｔｍスト
ローク数・・・・・・・・・１１０回／分泥 水・・・
・・・・・・温度 ６０〜７０°ＣｐＨ１０〜１１ 砂分 ０．５〜１．６％ 比重 約１．５ 対比材として本発明シリンダライナの内層に硼素を添Ｕ
Ｏせず、その他は実施例と同様にして製作したシリング
ライナ（対比材１）及び炭素鋼８５８Ｃ製の内面に高周
波焼入を施した従来品（対比材２）を装着したスラツジ
ポンプを用いて同様の試験を行なった結果、前記の処要
時間は対比材１の場合が１６４時間、対比材２の場合が
６７時間であった。

本発明品及び対比材の内層の分析値及び硬度を第１表に
、顕微鏡組織を第２図及び第３図（何れも倍率１００倍
）に示す。

第２図は不発明品の、第３図は対比材１の内層の組織写
真である。

網目状に晶出した樹枝状炭化物が硼素の添加によって均
一に分布した組織に改善されていることが観察される。

以上の結果から本発明に係るスラツジポンプ用シリンダ
ライチは従来の高周波焼入を施した炭素鋼製品に較べて
格段に耐久性が優れており、更に硼素を添加しない場合
に較べて耐久性が約５割向上していることが判る。

以上説明したように、本発明に係るスラツジポンプ用シ
リンダライナは鋼製の従来品に比較して格段に耐久性が
優れており、遠心鋳造法の採用によって焼き嵌めや冷し
嵌めによる複合シリンダライナに較べると製造が容易で
あり、内、外層が溶着しているので接合面に沿っての洩
れの危惧が全《な《、低原価で製造でき、而も信頼性が
高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に使用した本発明スラツジポンプ用シリ
ンダライナの縦断面図である。 １・・・・・・外層，２・・・・・・内層、３・・・・
・・溶着層、第２図は実施例に使用した不発明スラツジ
ポンプ用シリンダライナの内層の組織を示す顕微鏡写真
、第３図は対比材１の内層の組織を示す顕微鏡写真（何
れも１００倍）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パーライト乃至ソルバイト組織の鋳鋼からなる外層
   と、炭素２．５〜３．５％（Ｊｇ下重量比）、珪素１．
   ５係以下、マンガン１．５％以下、クロム２０〜３０東
   モリブデン１．５〜５．０％、バナジウム０．３〜２．
   ０％、硼素０．１〜０．５係、残部は実質的に鉄よりな
   り，マルテンサイト基地中に炭化物（Ｆｅ，Ｃｒｌ７Ｃ
   ｓが均一に分布している組織を有する鋳鉄からなる内層
   とによって形成され、かつ、両層が溶着して一体となっ
   ていることを特徴とする耐食、耐摩耗性スラツジポンプ
   用シリンダライナ。