JPS6053737B2

JPS6053737B2 - 水車ランナ用ステンレス鋳鋼

Info

Publication number: JPS6053737B2
Application number: JP53128509A
Authority: JP
Inventors: 寿美吉田; 晃二佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1985-11-27
Also published as: IT1119398B; JPS5558353A; FR2439309A1; IT7969047A0; FR2439309B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、水車ランナ用ステンレス鋳鋼に係り、特に
高強度、高靭性を有する大型水車ランナ用ステンレス鋳
鋼に関する。

従来、水車ランナには安価なステンレス鋼として１３
％Ｃｒ鋳鋼が用いられている。

しかしながら、１３％Ｃｒ鋳鋼は溶接性が充分良好でな
いため、場合によつては強度低下を承知の上でオース
テナイト系ステンレス溶接棒を用いて溶接することがあ
る。単機水車ランナの出力増加および効率向上の要望に
伴ない、従来の１３％Ｃｒ鋳鋼よりさらに機械的性質お
よび溶接性の良好な材料が開発された。この材料は１３
％Ｃｒ鋳鋼に４〜６％ＮｉおよびＭｏを添加したもので
、現在一部実用化されている。ところで、近年の電力
事情から、発電量の増加の要請は勿論、他の火力発電、
原子力発電との供給、需要のバランスを考慮し、夜間時
等の余剰電力を使用して揚水を行ない、電力を効率よく
利用しようとする、いわゆる揚水型発電が注目されてい
る。

そして今後の揚水発電の落差は益々増加する傾向にあり
、特に強度及び耐キャビテーション・エロージヨン性を
より向上させる必要がある。例えば落差が８００〜１０
００Ｔｎ、級になると、強度レベル１００に９／一程度
が必要となり、現用の水車ランナ材では強度が不充分で
あり、またキャビテーションによる損傷も落差が高くな
るほど増大するため、高揚程水車ランナ材としては従来
よりも更に強度並びに耐キャビテーション、エロージヨ
ン性の優れた材料の開発が望まれている。本発明の目
的は、上記従来技術の欠点をなくし、高強度、高靭性を
有し、しかも耐ギヤビアー、シヨン・エロージヨン性が
優れた大型水車ランナ用ステンレス鋳鋼を提供すること
にある。

本発明によるステンレス鋳鋼は、１０〜１５％のＣｒお
よび２〜７％Ｎｉを含むマルテンサイト系ステンレス鋼
において、焼もどし過程中に生成される１０〜４０％の
残留オーステナイトにより優れた靭性が得られることに
注目し、残留オーステナイトが存在しているときに、さ
らにマトリックスの強度を高めるのに特にＶが好適であ
り、さらにＶの補助成分としてＮｂ，Ｚｒ，Ｈｆが高強
度を得ぬ点から有益な成分であることを見出して完成さ
れたものである。

すなわち、本発明は、ＣＯ．Ｏｌ〜０．１５％、ＳｉＯ
．ｌ〜１．０％、ＭｎＯ．ｌ〜２．０％、ＣｒｌＯ〜１
５％、Ｎｉ２〜７％、ＭＯＯ．ｌ〜３％、ＶＯ．Ｏ５〜
０．５％、残部Ｆｅおよび不純物からなり、主としてマ
ルテンサイトと残留オーステナイトの混合組織を有し、
かつ残留オーステナイト量が容積比で１０〜４０％、δ
フェライト量が面積比で１０％以下であることを特徴と
するものである。

次に本発明におけるステンレス鋳鋼の化学成分の限定理
由を述べる。

まずＣは０．１５％より以上では特に溶接性を悪くする
ので、上限を０．１５％とし、強度および溶解上の点か
ら０．０１％以上に規制される。

好ましくは０．０３〜０．０８％である。Ｓｉは製鋼時
の脱酸剤として０．１％以上必要であ−るが、靭性の点
から１％以下が適当である。

好ましくは０．２〜０．６％である。Ｍｎもやはり脱酸
剤として用いられるが、オーステナイト化元素として靭
性にも寄与するので２．０％まで添加するのが適当であ
る。

好ましくは．０．３〜０．９％である。Ｃｒはステンレ
ス鋼において耐食性を高める最も重要な成分であるが、
耐食性の点から１０％以上必要である。

Ｃｒ量が増加するとδフェライトが増し、脆化するので
、上限は１５％に限定される．が、特に１２〜１４％が
好適である。Ｎｉは顕著なオーステナイト生成元素であ
り、溶接性の点および有効な残留オーステナイト量を得
るためにも２〜７％必要であるが、特に４〜６％が好適
である。

しかし、７％より以上のＮｉをζ含有すると残留オース
テナイトが増加し、強度低下が著しくなる。ＭＯは耐食
性を高めると同時に強度向上にも有効な成分であり、か
つ焼もどし脆化の防止には最適である。

しかし、３％を超えると強度向上もさることながら、靭
性低下が著しくなり、従つて０．１〜３％に規制される
。好ましくは１〜２％である。Ｖは炭化物形成元素とし
て知られるが、Ｃｒ炭化物、窒化物の析出を抑制し、徐
冷脆化を防止するとともに、焼もどし過程中に二次硬化
を起こし、強度を高める働きがある。

しかし、０．５％より以上では偏析の問題を生じ、また
靭性を低下すｊるので、０．５％以下がよい。■は効果
を期待するためには０．０５％以上必要であり、結局０
．０５〜０．５％（好ましくは０．１〜０．３％）に規
制される。Ｎｂ，ＺｒおよびＨｆは、いずれもＶと同様
に炭化物形成元素であり、Ｖの効果を補助するものであ
る。靭性を損なわない範囲として、これらの１種以上が
０．００５〜０．５％が適当である。さらに２種以上の
場合その合計量として０．００５〜０．５％で好適であ
る。本発明のステンレス鋳鋼製水車ランナは鋳放し後、
例えば９００〜１．１００℃で焼入れ、放冷後、更に５
００〜６５００Ｃで焼きもどしした状態で使用される。

この状態で主としてマルテンサイト＋残留オーステナイ
トからなる混合組織となる。残留オーステナイト量は容
積比で１０〜４０％になるように各成分および熱処理条
件が調節される。残留オーステナイト量は靭性の点より
１０％以上、強度の点より４０％以内が好適である。δ
フェライト量は本発明の成分範囲では若干現出するが、
面積比で１０％以内であれば、強度、靭性上いずれも特
に問題はない。以下、本発明を実施例によりさらに詳細
に説明する。

第１図は、本発明が適用される水車ランナの断面図であ
る。

図において、クラウン２とシユラウドリング４の間に複
数の羽根３が設けられている。クラウン２の中心は駆動
軸が連結されるが、この肉厚の部分は特にクラウンボス
とよばれる。これらの水車ランナ（またはポンプ水車）
は主に一体で鋳込まれるか、または各部毎に鋳込み後に
溶接接合するか、いずれかの製造方法がとられる。次に
第１表に上記水車ランナの供試材の組成をおよび第２表
にそれぞれの機械的性質およびキャビテーション●エロ
ージヨン試験結果を示す。キヤビテーシヨン●エロージ
ヨン試験（第２表にＣＥ試験と略示する。）ては磁歪振
動型試験機を用い、試験条件を、周波数：６．５ＫＺ１
振巾：１２０μｍ、試験液：水道水、試験液温：２５℃
、試験時間：１２紛とし、試験材の潰食量（試験前と試
験後の試験片の重量の差。）を測定し、これよりキャビ
テーション●エロージヨン性を判断した。供試材１〜３
は本発明の代表組成例、供試材４〜８は本発明で述べた
成分範囲外の比較材である。なお、これらの供試材はす
べて鋳放し後、焼入れし、焼もどし処理を行つたもので
ある。ＭＯ，Ｖ，Ｎｂ等の炭化物生成元素を含む供試材
１〜５および加熱変態点の高い供試材８は焼入れ温度を
１０００℃とし、また含Ｎｉ−１３％Ｃｒ鋳鋼の供試材
６，７は焼入れ温度を９７（代）とした。焼もどし温度
は供試材８のみ６８０℃とし、その他は全て５７０℃と
した。第１表および第２表において、比較材である供試
材８は通常の１３％Ｃｒ鋳鋼であり、強度および靭性が
低く、潰食量は最も多い。

比較材７はＮｉを約４％添加した材料であるが、供試材
８よりも強度、靭性および耐キャビテーション・エロー
ジヨン性が大幅に向上しているがまだ不充分である。比
較供試材６は更にＮｉを増して、約５％添加したもので
ある。これは供試材７と比較して衝撃値および耐キャビ
テーション・エロージヨン性は改善されているが、強度
の点ではまだ不充分である。しかし、Ｎｉ量の増加に伴
ない残留オーステナイト量が増加し、溶接割れ感受性は
顕著に向上する。供試材５は、供試材６にＭＯを添加し
たもので引張強さ１００ｋ９／ｉレベルが得られ耐キャ
ビテーション●エロージヨン性も向上しているが、０．
２％耐力は約８０ｋ９／ｄ程度であり、更に０．２％耐
力の向上が望まれる。比較供試材４は更にＮｂを０．２
％程添加したものであり、引張強さは１００ｋｇ／Ｔｒ
ｒｌｔレベル、０．潤力は９０ｋ９／ｉレベルであり、
当初目標の強度レベルを満足し、耐キャビテーション・
エロージヨン性もある程度向上しているが、衝撃値が２
．４ｋ９−ｗ！．／Ｃｌｉと低く使用に適さない。上記
比較材に対して、本発明鋼である供試材１〜３は引張強
さ１００ｋ９／ｉレベル、０．２％耐力９０ｋｇ／Ｔｎ
ｌｔレベルを満足し、かつ衝撃値１０ｋ９−ｍ／ＣＦｌ
ｆレベルが得られ、比較材と比べて強度、靭性が特に優
れている。

このような優れた性質は、従来の水車ランナ用鋳鋼では
得られなかつたものである。また、前表には示されてい
ないが、供試材１〜３は、従来の比較材よりも腐食疲労
強度が大きことが確認されている。次に、上記供試材の
強度（イ）．２％耐力）と靭性（衝撃値）との関係を第
２図に表す。

図中、白丸印は本発明鋼、黒丸印は比較供試材を示す。
一般に強度と靭性は相反する性質であり、一方が高い値
を示すと他方は低い値を示すことが知られているが、本
発明鋼は図に示すように、０．２％耐力が９０ｋ９／Ｗ
Ａ以上、かつ衝撃値が１０ｋ９−Ｍ，／Ｃｌｔ以上を有
し、比較材よりも強度、靭性のレベルはいずれも優れて
いることは明瞭である。本発明による高強度、高靭性ス
テンレス鋳鋼は通常の電弧炉あるいは場合によつて高周
波誘導炉等により容易に溶解、鋳込みができ、水車ラン
ナおよびポンプ水車の製造上特別な方法を必要としない
。

以上、本発明によれば、特に強度および靭性に優れ、そ
の他腐食疲労強度、溶接性にも優れたステンレス鋳鋼を
提供することができ、この鋳鋼は、特に落差の大きい揚
水型発電用の水車ランナまたはポンプ水車の部材として
好適に用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、水車ランナの構造を示す概略断面図、第２図
は、各鋼種の０．２％耐力と衝撃値との関係を示す図で
ある。１・・・・・・クラウンボス、２・・・・・・クラウン
、３・・・・羽根、４・・・・・・シユラウドリング。

Claims

【特許請求の範囲】１重量で、Ｃ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１〜１
％、Ｍｎ０．１〜２％、Ｃｒ１０〜１５％、Ｎｉ２〜７
％、Ｍｏ０．１〜３％、Ｖ０．０５〜０．５％、残部Ｆ
ｅおよび不純物からなり、主としてマルテンサイトと残
留オーステナイトの混合組織を有し、かつ残留オーステ
ナイト量が容積比で１０〜４０％、δフェライト量が面
積比で１０％以下である水車ランナ用ステンレス鋳鋼。２重量で、Ｃ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１〜１
％、Ｍｎ０．１〜２％、Ｃｒ１０〜１５％、Ｎｉ２〜７
％、Ｍｏ０．１〜３％、Ｖ０．０５〜０．５％と、Ｎｂ
、ＺｒおよびＨｆの１種以上を０．００５〜０．５％と
、残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなり、主として
マルテンサイトと残留オーステナイトの混合組織を有し
、かつ残留オーステナイト量が容積で１０〜４０％、δ
フェライト量が面積比で１０％以下である水車ランナ用
ステンレス鋳鋼。