JPS619550A - 耐応力腐食割れオ−ステナイト鋳鉄製機器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は塩水（海水、濃縮海水、希釈海水をはじめ塩化
物イオン（０／−）を含む液をいう）中で耐応力腐食割
れ性能を有するオーステナイト鋳鉄で構成される耐塩水
用機器に関するものである。

〔技術的背景〕

ニッケルを１五５〜２２重量％あるいは２８〜３７重量
％（以下単に％と記載する）含むオーステナイト鋳鉄（
片状黒鉛タイプ−ＡＳＴＭ　Ａ４３６、球状黒鉛タイプ
−ＡＳＴＭ　Ａ４３９　）は耐食性或いは耐熱性が良好
であって、塩水等を扱う腐食環境あるいは高温環境下で
使用する機器に用いられて来た。

これらのオーステナイト鋳鉄のうち、海水および塩水中
で使用する機器用としては、ニッケル含有量１五５〜２
２％のオーステナイト鋳鉄であるＡＳＴＭ　１４５６　
Ｔｙｐｅ　１．　Ｔｙｐｅ　１ｂ、Ｔｙｐｅ　２゜Ｔｙ
ｐｅ　２ｂ、　ＡＢＴＭ　Ａ４３９　Ｔｙｐｅ　Ｄ−２
，Ｔｙｐｅ　Ｄ−２Ｂ等が使用されている。オーステナ
イト鋳鉄のうち、ニッケルを２８％以上含むものは主と
して耐熱性が期待される化学機器用として使用されてお
シ、塩水中で使用される機器に対してはニッケル２２％
以下のもので一般耐食性は充分であり、ニッケル含有量
が低いため経済的にも有利であるため、２８％以上のニ
ッケルを含有するオーステナイト鋳鉄はこのような用途
に使用された例はない。

オーステナイト鋳鉄としては、ｌｉｉを２４％まで含有
し、かつ、Ｍｎを増加させたタイプのもの（例えば、Ｔ
ｙｐｅＤ−２０）もあるが、これは極く低温で使用する
機器の構成材料として使用されているもので塩水中で使
、用する耐食性機器用として使用され九例はない。

塩水中におけるオーステナイト鋳鉄の耐食性のうち、ま
ず、全面腐食について述べると、例えば常温の海水中に
おける侵食速度はα１霞／年程度の軽度のものであり、
また、軟鋼や通常の鋳鉄と異なシ、流動海水中でも腐食
速度は＃１とんど増加せず、高流速側ではむしろ腐食が
減るような傾向さえ示す。更に、ステンレス鋼にみられ
るようなすき間腐食、孔食等の局部腐食を起こさない特
徴を有している。以上のようなバランスのとれた耐食的
特徴がオーステナイト鋳鉄を海水等を扱う機器に好んで
使用する理由となってｂる。

ところが近年、海水あるいは濃縮海水を扱うオーステナ
イト鋳鉄製機器が、使用開始後、かなシの時間が経過し
た後に割れを発生する事故を起こし、この原因究明が必
要となった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記問題を解決するため、特定の組成のオー
ステナイト鋳鉄で構成された耐塩水用機器を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は、 Ｃ五〇〇　　　重量％以下 Ｅ１１　　　　　１゜００〜＆００重量％Ｍｎ１．５　
　　　　重量％以下 Ｐ　　　　　α０８　　　重量％以下 Ｎｉ　　　　　　２２．００　　　　重量％を越えゐ量
Ｃｒ　　　　　　　５．５　　　　　重量％以下Ｆｅ　
　　　残部 よりなり、黒鉛形状が球状乃至は塊状であるオーステナ
イト鋳鉄で構成されてなる耐塩水用機器である。

本発明者らは、上記問題を解決するため、調査研究を行
って来たところ、海水ちるいは濃縮海水におけるオース
テナイト鋳鉄の破壊は、応力腐食割れ（以下ｓｅａと記
載する）によるものであることが明らかになった。

オーステナイ）Ｍ鉄が常温近くの塩水中でＳＯａを起こ
した事例はこれまで発表されていない。沸騰４２％Ｍｇ
Ｃｊ、溶液、沸騰２０　％　１Ｎａｏ感液、沸騰ＮａＯ
Ｈ溶液中において、降伏応力の°９０％でＳａＣを起こ
した事がわずかに報告されているにすぎず（Ｅｎｇｉｎ
ｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｍＡｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎ−Ｒｅ５ｉｓｔｓ　
ａｎｄ　Ｄｕａｔｉ’１ｅＮｉ−Ｒｅｓｉｓｔｓ　（工
Ｎ０Ｏ）　）、むしろオーステナイト鋳鉄は塩化物環境
中でＢｏｏ抵抗性が高いと、さえ云われてきたのである
。また、オーステナイト組織をもつ合金のｓｅａとして
は例えば０ｒ−）ｉｉミオ−ステナイトステンレスの塩
化物溶液中でのＳａＣがよく知られているが、これさえ
も５０℃以下で発生した場合の事例はほとんど無い。

一方、水素脆化が原因となるＢＣＣは常温でも発生する
が、オーステナイト組織ではその感受性が低い。

発明者らは、オーステナイト鋳鉄がｓＣａを起こす可能
性を調べるため以下のような８００試験を行った。第１
表に供試材料の化学成分および引張強さく破断応力）を
示す。オーステナイト鋳鉄の他、フェライト鋳鉄、オー
ステナイトステンレス鋼等も比較のため供試した。

オーステナイト鋳鉄はすべて応力除去焼鈍熱処理（６３
５℃、５ｈ加熱後炉冷）を行った。

試験は竿杆シ形の引張試験機を用い、直径５■の試験片
に３３℃の７％Ｍａｉｌ　水溶液中で引張応力を負荷す
ることによって行った。Ｔｙｐｅ　２゜ＴｙｐｅＤ−２
１Ｃついては２５℃の３％Ｎａ０４．１％Ｎａ０ｊ　溶
液および自然海水中でも試験を行った。

いずれの材料にもそれぞれの破断応力の８０％の応力を
負荷した。結果を第２表に示す。

第２表に示すようにオーステナイト鋳鉄は、破断時間に
差異はあるものの、いずれも大気中では破壊しない応力
で破壊しており、これはＮａｐ／　水溶液の腐食作用と
応力との相互作用によって引き起こされるｓＯａ現象で
あることは明らかである。またＴｙｐｅ　２．　Ｔｙｐ
ｅ　Ｄ−２は、２５℃の３％ＮａＣｌ　水溶液、１％Ｎ
ａＣ４水溶液中および自然海水中でも同様に応力腐食割
れ現象を起こしているがこれらの実験結果から、オース
テナイト鋳鉄が、濃縮海水、希釈海水中においても同様
に応力腐食割れ現象を起とすことは容易に推察できる。

また同時に試験した、フェライト鋳鉄：ＪＩＥ３　ＦＯ
２０，ＪＴＳ　Ｆ（３Ｄ４５．　Ｂ５５１Ｆ’、１１８
５１゜オーステナイトステンレス鋼Ｊより５Ｃ８１４の
いずれも２０００時間経過しても破断せず、また試験片
には微小な割れも一切観察されなかった。

以上のように、オーステナイト鋳鉄が常温近くの塩水中
でｓｅａ現象を起こし、またこれがフェライト鋳鉄、オ
ーステナイトステンレス鋼などには起こらないオーステ
ナイト鋳鉄に特有の現象であることを本発明者らが初め
て見出だしたものであるが、オーステナイト鋳鉄が常温
乃至常温近くの塩水中で応力腐食割れ現象を起すことは
、今までの常識では考えられず、全く驚くべきことであ
った。

次に、オーステナイト鋳鉄のｓｅａの挙動を更に詳しく
知るため、Ｔｙｐｅ　２およびＴｙｐｅＤ−２に関し、
負荷応力と破断時間の関係を調べた。この調査では直径
をＩＺ５１ＥＩＩの試験片を用いた。

これは、寸法効果すなわち径が大きくなる程破断時間が
長くなる現象を考慮し、大型の機器、例えば大型ポンプ
に適用し得るデータを得るため、前記の試験の場合よシ
も試験片の平行部の直径を大きくしたものである。試験
溶液は３３℃の７％Ｎａｐ／　　水溶液を用いた。

試験方法は前記の試験と同様である。

第１図に結果を示す。Ｔｙｐｅ　２．　Ｔｙｐｅ　Ｄ−
２ともに応力が高い程破断時間が短かくなる傾向がみら
れる。逆に応力が低くなる程破断時間は長くなるが、Ｔ
ｙｐｅ−２では破断応力の２０％である５に９ｆ／ｍ１
（Ｄ応力下で２ｏｏｏ時間で、ＴｙｐｅＤ−２テも破断
応力の２３％〕１０　ｋｇｆ／−で７０００時間で破断
し、驚くべきことに、オーステナイト鋳鉄のｓｅａ現象
が極めて低応力でも発生するものであシ、塩水中で使用
する機器の破壊事故原因となり得ることがわかった。

すなわち、オーステナイト鋳鉄Ｉといえども塩水中で安
心して使用できないことが判明した。

発明者らは、このオーステナイト鋳鉄の塩水中における
耐ＳａＣ性を向上させるために種々検討した結果、Ｎｉ
含有量の増加が極めて効果的であることを見出だした。

既に、オーステナイトステンレス鋼に関しては文献に対
Ｅ１００性を向上させるのにＮｉが効果的であると記載
されているが、オルステナイト鋳鉄に関しては常温近く
の塩水中ではｓｅａを起こすこと自体がこれまで全く知
られておらず、発明者らがそれを初めて明らかにし、更
１ｃＮｉの効果についても確かめたものである。

次いでオーステナイト鋳鉄のｓｏｃに対するＮｉの効果
を調べた実験について説明する。実験に用いたオーステ
ナイト鋳鉄の化学成分を第３表に示す。

第　　５　　表 供試材はＮｉ含有量を１＆５２％から２９４６％まで種
々変化させた７種類のオーステナイト鋳鉄を用い、Ｎｉ
以外の組成はＡ鋳鉄を除いて同一としである。Ａ鋳鉄は
Ｎｉ量を１Ｎ５２％と低くしておシ、このままではオー
ステナイト組織を保てないので、Ｍｎ’ｌ＆７２％加え
ている。以上７種類のオーステナイト鋳鉄はいずれも黒
鉛形状は球状である。

試験は、直径５慎の試験片を用い３３℃の７％Ｎａｏｔ
　水溶液中で、それぞれの破断応力の８０％の引張応力
を負荷して行った。結果を第２図に示す。結果はいずれ
も同一条件で２回試験した平均値を示しである。

第２図かられかるように、オーステナイト鋳鉄のｓｅａ
に到るまでの寿命を延ばすのにＮｉの効果が大であるこ
とは明らかであ）、Ｎｉを２２％特に２４％以上添加す
ることでその効果が大きくあられれることがわかる。

本発明鋳鉄は以上の知見によるものであり、以下の如き
組成を特徴とするものでちる。

Ｃ五〇Ｄ　％以下 ｇｌ　　　　　　　１．００〜＆００％Ｍｎ　　　　　
１．５　　　％以下 Ｐ　　　　　α０８　％以下 Ｎｉ　　　　　　２ＬＯＯ％を越える量Ｃｒ　　　　　
５．５　　　％以下 Ｆｓ　　　残部 からなシ、更に黒鉛形状が球状乃至は塊状であるオース
テナイト鋳鉄。

次いで本発明において成分限定をした理由を以下に述べ
る。

Ｃを５００％以上含有すると鋳鉄が脆化するようになる
ので、五〇〇％を上限とする。

Ｓｌの含有量が１−％未満では白銑化傾向が強くなるの
で１％以上含有させなければならない。

８１の上限を６％としたのは、Ｓｉを多く添加すると耐
ＳａＣ性を劣化させる事がわかったからである。ｓ１添
加の影響を調べるために実施した実験について説明する
。

試験はＳｌを２，５２％とした鋳鉄ＢとＳｌを６．０３
％とした鋳鉄Ｈを供試材としてｓｅａ試験を行った。供
試材の化学成分を第４表に示す。

第４表 化学成分重量％ 直径５１１１１の試験片を用い、３３℃の７％Ｎａｐ／
水溶液中で、３ｏｋｇｆ７／−の引張応力を負荷したと
ころ、鋳鉄Ｂが３０４時間で破断したのに対し、鋳鉄■
は、鋳鉄Ｂよりも破断応力が高いにもかかわらず、５２
時間で破断し、Ｓｉの増加が耐ｓｅａ性を劣化させるこ
とがわかった。

Ｍｎは、オーステナイトの安定化、脱酸、脱硫等の効果
を有しておシ必要に応じて添加され゛るが、特に低温用
を目的とする以外は１．５％以上を必要としないため上
限を１．５％とした。

一方、Ｎｉ含有量が多り、Ｍｎによるオーステナイト安
定化の効果を必要としない場合や、他に脱酸、脱硫措置
が行なわれる場合には必ずしもＭｎの添加を必要としな
いので下限を定めなかった。

Ｐは、その含有量が増すと、Ｃの溶解度が下り、炭化物
を形成し易くなシ、機械的性質が劣化するため０．０８
％を上限とした。

Ｃｒは、耐熱性、耐摩耗性、耐酸性を与える有効成分で
あるが、摩耗性物質を含まない中性塩水中では必ずしも
その添加を必要としないので下限を定めなかった。一方
、鋳鉄中に含有されるＣｒは強力に黒鉛生成を妨げ、セ
メンタイトを安定化させて、白銑化傾向を強めると共に
、クロム炭化物の生成傾向が極めて強くなシ、健全な組
織が得られなくシるため上限を５．５％とした。

ｓＣａに対するＣｒの影響を調べるために実施した実験
について説明する。試験は、Ｃｒを２．３４％としたＧ
鋳鉄とＣｒを４．２１％とした工鋳鉄を供試材としてｓ
Ｃａ試験を行った。供試材の化学成分を第５表に示す。

第　　５　　表 直径５露の試験片を用い、３３℃、７％Ｎａｐ／溶液中
で３０　ｋｇｆ／−の引張応力を負荷したところ、鋳鉄
Ｇが２１００時間で破断したのに対し、鋳鉄工は１．２
２５０時間で破断し、大きな差異はなかった。

Ｃｒは、ｓＣａそのものに対しては大きな影響をおよぼ
さないが、前述の製造上の理由から上限を定めたもので
ある。

Ｎｉは、対ｓｅａ性を向上するのに最も有効な成分であ
り、２２％特に２４％以上の添加でその効果が顕著とな
ることから下限を２２％とした。

一方、Ｎｉを多く添加すれば対ＳａＣ性向上には有効で
あるが、コスト上昇をまねき、工業的には利点が生じな
いため上限は２８％程度が好ましい。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明の鋳鉄よシなる機器は、塩水中で優
れた耐ｓｃｑ性を持ち、耐塩水材料として利用効果大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーステナイト鋳鉄Ｔｙｐｅ　２とＴｙｐｅＤ
−２の３３℃の７％食塩水中における負荷応力と破断時
間との関係を示し、第２図はオーステナイト鋳鉄のＮｉ
含有量と３３℃の７％Ｈａ（３／　　水溶液中での引張
応力負荷時の破断時間との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ　　３．００　　　　　重量％以下 　　Ｓｉ　１．００〜３．００重量％ 　　Ｍｎ　１．５　　　　　　重量％以下 　　Ｐ　　０．０８　　　　　重量％以下 　　Ｎｉ　２２．００　　　　重量％を越える量 　　Ｃｒ　５．５　　　　　　重量％以下 　　Ｆｅ　残部 よりなり、黒鉛形状が球状乃至は塊状であるオーステナ
   イト鋳鉄で構成されてなる耐塩水用機器。 ２、Ｎｉ含有量が２２重量％を越え、２８重量％以下で
   ある特許請求の範囲第１項記載の耐塩水用機器。 ３、Ｎｉ含有量が２４．０〜２８．０重量％である特許
   請求の範囲第１項記載の耐塩水用機器。