JPS6238427B2 - - Google Patents

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JPS6238427B2
JPS6238427B2 JP58198418A JP19841883A JPS6238427B2 JP S6238427 B2 JPS6238427 B2 JP S6238427B2 JP 58198418 A JP58198418 A JP 58198418A JP 19841883 A JP19841883 A JP 19841883A JP S6238427 B2 JPS6238427 B2 JP S6238427B2
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nickel
alloy
cobalt
chromium
alloys
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JP58198418A
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Kurutsuku Hooru
Deii Zoodan Richaado
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Cabot Corp
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Cabot Corp
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053—Fe as the principal constituent
    • B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt

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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は鉄基合金に関し、より詳細には、苛酷
な耐摩耗性の用途、例えばバルブ構成品などに適
した高クロムステンレス鋼に関するものである。 鉄―クロム―ニツケル耐蝕鋼としての発明以
来、ステンレス鋼は常に発展、改良が続けられて
いる。現在何百種ものステンレス鋼が存在する。
それらの多くは、特定の用途向けに設計された。
先行技術では、必要条件として要求される特殊の
性質が得られるようにするための鋼の成分の改良
が多かつた。目下コバルト基合金によつてまかな
われている合金に代つて、耐蝕性および耐機械的
摩耗性を有する低価格合金に対する要求が極めて
緊要のものになつた。 このクラスに属する公知の合金は、ステライト
（STELLITE）No.６合金として市販されており、
代表的に28％クロム、4.5％タングステン、1.2％
炭素と残部コバルトを含有する。鉄は低価格で入
手可能性が高いことから、いくつかの鉄基合金が
摩耗を伴なう用途向けに提案された。例えばアメ
リカ特許2635044は、熱処理した場合にかじり及
び又は表面傷生成（galling）およびエロージヨ
ン−コロージヨンに耐える硬化可能型ステンレス
鋼として、モリブデン、ベリリユウムとけい素を
添加した18―８ステンレス鋼を開示している。 先行技術 アメリカ特許1790177では、孔明工具および溶
接棒としての用途に適した耐蝕合金鋼を開示して
いる。この鋼は、必須成分として、クロム、ニツ
ケル、けい素および炭素のみを含んでいるもの
で、25〜35％のクロムが主特徴である。またアメ
リカ特許2750283では、既知のほとんど全てのク
ロム―鉄合金、即ちニツケル、炭素、けい素、マ
ンガン、モリブデン、タングステン、コバルトそ
の他の任意添加元素を含み又は含まないクロム―
鉄合金の熱間圧延特性を向上させるためのほう素
の添加を開示している。アメリカ特許4002510で
は、18―８ステンレス鋼に対するけい素の添加が
デルタフエライトの形成を促進し、その結果応力
腐蝕割れに対する抵抗性を高めることを開示して
いる。 本明細書中に用いられているように、全成分は
重量パーセントで示されている。 アメリカ特許3912503及び4039356とは、臨界的
成分量のマンガンとけい素を有する改良18―８ス
テンレス鋼に関するものである。 当業界では、これに類似の市販鋼としてアーム
コ社の商標名ニトロニツク（NITRONIC）60が
あり、これは重量パーセントで代表的に最大0.1
％の炭素、８％のマンガン、４％のけい素、17％
のクロム、8.5％ニツケルと0.13％の窒素を含
む。この鋼は耐特性が良く、特にかじり又は表面
損傷試験の結果が良好なことをデータが示してい
る。 産業界あるいは消費者の機械的操作における金
属摩耗は、常に不経済かつ危険な問題となつてい
る。摩耗環境は非常に多様化しているので、これ
ら問題の全てを解決しうるような最適又は完全と
いえる耐摩耗合金はない。更に、ある耐摩耗合金
を生産するための元素の価格及び入手可能性とい
う点を考慮することが重要になつている。当技術
界は、定常的にこれらの要求を満たす新しい改良
された合金を捜し求めている。 例へば、化学的に侵食性のある媒体のもとで使
用されるバルブ部材は、ステンレス鋼か高ニツケ
ル合金で作られている。代表的には、304ステン
レス鋼は食品加工産業比較的に弱い腐食剤を含む
システムで選択され、316ステンレス鋼は化学プ
ロセス産業で多く使用され、高ニツケル合金は侵
食性の高い媒体が存在する場所で使用される。 300タイプのステンレス鋼及び高ニツケル合金
の大きな欠点はというと、これらがバルブの作動
として宿命的とも言える高荷重の下での相対的な
運動をしている時に、かじりおよび／または表面
損傷（表面のひどい傷害を受ける）を生起しがち
であることである。この点で、特に問題となるの
は、シール目的のため完全性を保有することが不
可欠な弁座面である。 一般的に、300シリーズ鋼は基本的な耐蝕ステ
ンレス鋼である。ニツケルの使用を低減する手段
として、200シリーズ鋼が開発された、この鋼種
ではニツケルの代わりとしてマンガンと窒素が用
いられている。用途によつては、これら200シリ
ーズ鋼が300シリーズ鋼以上の機械的張力を有す
ることがわかつた。これら合金の耐かじり及び又
は耐表面傷特性を向上するために、一層高濃度の
シリコン（けい素）が添加されたニトロニツク
（NITRONIC）60というタイプの合金がつくられ
た。ニトロニツク（NITRONIC）60は、200およ
び300シリーズ鋼に比較し優れた耐かじり特性と
耐表面傷特性を有している。 実験の結果、ニトロニツク60は、それら同士が
結合された場合、高い耐表面損傷性を示すことが
判明した。一方、他の対向する材料、特に300シ
リーズ鋼や高ニツケル合金と相対向して結合され
た時は、耐かじり特性と耐表面傷特性は限られた
程度でしかなかつた。したがつて、技術界でのこ
れら合金の使用には限度があることになる。 更に、通常の窒素含有合金の生産においては、
経験的に窒素含有量の制御が困難であることが知
られている。窒素は溶接時のガスの問題を促進し
がちである。マンガンもある種の炉のライニング
材を著るしく劣化させる原因となつているようで
ある。 目 的（OBJECTS） 従つて、本発明の第１の目的は、既存合金では
得られないような一層高度の耐摩耗性有する合金
の供給にある。 また本発明のもう一つの重要な目的は、種々の
摩耗環境下でより高い耐摩耗性を有する合金を供
給することである。 本発明の他の目的は、第１表に開示されている
本発明の合金により当業者には十分認識されるこ
とと思はれる。 本発明 第１表には、本発明の合金の各種の実施態様を
規定するところの成分範囲が示されている。第１
表における“広い範囲”とは、ある状況下では、
本発明のいくつかの有効性が達成され得る範囲を
規定するものである。第一表中の好適成分範囲の
意味は、より高度の有効性が得られることが可能
な範囲である。この範囲内の成分では、多くの特
性が向上することがデータに示されている。第１
表中“一層好適な範囲”として規定されている範
囲においては、より望ましい工学的特性が組合せ
て達成される。 第１表に規定される“代表的な合金”は、本発
明中で最適の成分を有するものである。この“代
表的な合金”は実質的に第１表の“代表的成分範
囲”と規定されているように、実用的な実施可能
範囲を有しているものである。
【表】 耐蝕性を与え、またクロム炭化物、クロムほう
化物などの形成を促進させるため本発明の合金に
はクロムが存在している。10％以下のクロムでは
十分な耐蝕性が得られないし、一方、40％以上の
成分のクロムでは合金の延性が低下する。 ニツケルは、合金中のオーステナイト構造を促
進させるため含有させるべきものである。効果的
には少くとも５％のニツケルが必要だが、15％以
上にしても何等の付加的効果が期待できない。試
験の結果によれば、僅に5.12％のニツケル量で
は、高ニツケル合金に本合金を結合した場合に
は、高度の耐かじりおよび耐表面傷特性が認めら
れた。14.11％のニツケル量でもまた高ニツケル
合金に対する耐かじりおよび耐表面傷特性は劣
り、また14.11％ニツケル合金同士を結合した場
合も同様であつた。 けい素は合金の耐かじりおよび耐表面傷特性を
増強するためのものとして存在させねばならな
い。３％以下では十分でなく、また７％を超える
と合金を脆くする。 勿論、鉄の炭化物とほう化物も形成される。合
金中にこれらの炭化物やほう化物の有効量を得る
ためには、炭素及びほう素は合計量が0.25％以上
なければならない。合計で3.5％以上の炭素とほ
う素が存在すると合金の延性は低下する傾向にな
る。前述した炭化物またはほう化物形成元素（鉄
以外）の総量は、効果をもたらすためには10％以
上存在しなければならない、しかし一方、40％以
上の量では、延性を低下させるだろうし、更にコ
ストがかさんでしまう。 一般には、炭化物およびほう化物は、３ないし
それ以上の元素からなる複合体であると理解され
ているもの、つまりクロム―鉄―炭化物のような
ものである。 勿論、炭化物―ほう化物形成元素の１部は基質
内に見出される。本発明の合金中で窒素は、いく
つかの用途にとつては有益となるものであつて、
過剰の窒化物の形成と溶接時のガスに関する問題
を避けるために0.2％を超えない量だけは存在し
ていてもよい。即ち窒素が0.2％を超えると合金
中の窒化物が過剰となり溶接性が劣化する。好適
な窒素の量は第１表に示されているように0.15％
以下である。 コバルトは合金成分中でも特に臨界的なもので
ある。下記のデータが示しているように、制御さ
れた量のコバルトによつて合金の本質的特徴が得
られるもので、特に衝撃強度において有効であ
る。衝撃強度を効果的に高めるには、最低５％の
コバルト量が必要である。コバルト量が30％を超
えると、有益な効果は失なわれコスト増加の割に
見合うだけの付加的な改良度は見られなくなる。
実際の試験に結果、コバルトの最適量はほぼ12％
と示されている。このようにして、好適成分範囲
のコバルト量は５〜20％が本発明に最も有用なも
のとして提案できる。 コバルトの臨界性についての一連の試験を２種
の鉄基合金を用いて行なつた。合金Ａは、コバル
トを除いては第２表の6781合金と同一のものであ
る。合金Ｂはクロム20.37％、ニツケル9.83％、
けい素4.74％、炭素2.2％、バナジウム7.93％から
成る。この基本合金Ａ，Ｂにコバルトが添加され
た。このようにしてできた合金の衝撃強度試験を
行つた。試験は標準シヤルピー衝撃試験機で行な
われ、測定値は非切り欠き試験片からジユール単
位で得られた。データは第３表に示されており、
別図にグラフで示されている。 データ及びグラフから、コバルト量のコントロ
ールが衝撃強度に対し劇的なまでに作用している
ことが明確にされている。データから12％付近が
コバルトの最適成分量となつている。コバルトの
効果が有効的に働くのは合金Ａでは30％、合金Ｂ
では20％までとなつている。 このデータによれば、基本合金Ａ自体はもとも
と高い衝撃強度を有していることを示している、
しかしながら、コバルトの影響は合金Ｂでも同様
なことを示している。試験した材料の組合わせの
全てを考慮してみると、第４表に示されているデ
ータのように、コバルトが4.86％しか含まれない
もの（合金Ａ―１）は、コバルトを11.95％含む
もの（Ａ―２）に比較しかじりおよび／又は表面
損傷に対する一般的抵抗性（general resistance
to galling）は劣る。一方コバルトを26.92％まで
増やしても（Ａ―３）、かじりに対する抵抗性の
改善はほとんど得られなかつた。先行技術で公知
の合金との直接の比較のために、第４表にはステ
ライト（STELLITE）合金６、ニトロニツク
（NITRONIC）60、およびニツケル基合金として
公知のハステロイ（HASTELLOY）合金Ｃ―276
のデータを掲示してある。かじりおよび表面損傷
試験の実施方法は後述する。 これらの摩耗データから、本発明合金は、他の
代表的な商業的に入手可能な合金と同等あるいは
それ以上に優秀であることがわかる。 これらのデータから、コバルトの含有量の最大
限は30％までで、コバルトの価格を考えると、20
％が好適量と考えられる。 マンガンは本発明合金では、不可欠成分ではな
いが、ニツケルと共に総量20％を超えない範囲で
存在していてもよい。
【表】
【表】
【表】
【表】 実施例 試験のため一連の合金試料を準備した。合金試
料は誘導加熱溶解されガラス管中に吸引鋳造さ
れ、径4.8mm（0.188インチ）の溶接棒にされた。
溶接棒の溶着はガス―タングステン アーク溶接
で行なつた。溶着金属は試験片として作成され
た。 本発明の合金6781―Ｗは展伸材（wrought
product）として準備された。第２表は本合金の
分析結果を示す。合金は真空誘導溶解され、続い
てエレクトロスラツグ再溶解（ESR）を行なつ
た。エレクトロスラバ再溶解（ESR）バーは
1177℃（2150〓）で鍛造され、同じ温度で圧延さ
れて板になり、最終的には1.59mm厚（1/16イン
チ）の試験用薄板にされた。かじり試験および表
面損傷試験によると、本発明の合金は展伸材の形
態において、表面硬化溶着肉盛層の状態の合金に
みられるのと同様な、顕著な耐かじりおよび耐表
面傷特性を有することがわかつた。 展伸材合金は当技術分野で公知の標準方法によ
り衝撃試験が行なわれた。試験データを第５表に
掲示した。 本合金からは粉体製品を生産することもでき
る。
【表】 本発明の合金と、例えば、タングステンカーバ
イドやほう化チタニウム（titanium diboride）
などの硬質粒とを混合した複合体を形成すること
もできる。 この混合物を更に処理して有用な形態にするこ
とになる。これに加えて、この混合物の構成成分
を別々に溶接トーチに添加して、最終製品を複合
溶着金属にすることもできる。 第４表のデータを作成するため行なつたかじり
試験および表面損傷試験は以下の手順を含むもの
である。 ａ 円柱ピン（直径15.9mm）を正逆方向に〔2.1
ラヂアン（120゜の弧）〕負荷の下に相手ブロツ
クに対し捩る、 ｂ 元来は表面研磨仕上げ状態になつていた試験
面を表面あらさ計により摺動間に生じた表面の
損傷度を調べる、 各一対の試験片に対し負荷を３種とし、1360.8
Kg（3000lb）、2721.6Kg（6000lb）および4082.3Kg
（9000lb）の荷重で行なつた。試験ピンはスパナ
を用い手動で、荷重は球軸受を介して伝達した。
ピンの首部はスパナと球軸受の両者を受け入れる
ことができるよう設計した。 高荷重下で摺動を受けた金属表面は不規則な側
面形状の一つまたは二つの溝模様を呈することが
多いので、平均的な表面粗サ（極めて損傷の甚だ
しい部分の存在を隠しがちである）の変化を測定
するよりは、むしろ谷部から最高山部までの高さ
の変化の点から損傷の程度を測定する方がより適
当だと考えられた。 目視的には、円柱ピンと相手方ブロツクの両方
が所定の試験で同程度の損傷を受けているように
認められた。損傷を定量的に測定する方法として
は、探針が傷部の周辺に達してその部分を越えて
動くのが可能であり表面あらさ計に一層適してい
る点から、ブロツクの方だけを使用することにし
た。 確度を上げるため各損傷部に対し探針を２回づ
つ（ブロツク側面に平行な直径に沿つて１回、そ
れに直角な直径に沿つてさらに１回）通過させ
た。 最初のピークからの谷までの巾の計算を可能に
するため近接した未摩耗領域をかなり重複させる
ようにした。 各半径を傷痕の明白な領域として考え、最終ピ
ークから谷部までの巾の４個の値を各傷痕ごとに
測定した。最初のピークから谷までの巾の４つの
値の平均値を控除し、これらの４つの値の平均値
を発生した損傷の程度を決定するために使用し
た。 上記の表面損傷の評価のための試験方法は、一
層厳しくかつ試験結果を一層意味のあるものにす
るために開発されたもので、公知方法から変更さ
れ修正されている。そこでこゝに報告した試験デ
ータは他の試験法によつて求められ発表されてい
るデータには必ずしも対応しない。 別途の記載がない限り、こゝに報告されている
かじり及び表面損傷試験は全く同一な試験条件の
もとに行なわれ、従つて試験結果はこゝに試験さ
れた各種合金間で直接比較とする上で努力がある
ものである。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は、各試料合金についてのコバルト
の含有量の変化に伴なう非ノツチシヤルピー衝撃
強度の変化を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 15〜40％のクロムと７〜13％のニツケルと、
    合計量が15％以下のニツケル及びマンガンと、
    3.5〜６％のけい素と、合計量が0.75〜3.0％の炭
    素及びほう素と、0.15％以下の窒素と、５〜20％
    のコバルトと、残部鉄及び不可避不純物とから成
    り、良好な衝撃強度と良好な耐摩耗性、特に耐か
    じり特性および／または耐表面傷生成特性を併せ
    有する合金。 ２ 25〜40％のクロムと、７〜13％のニツケル
    と、合計量が15％以下のニツケルおよびマンガン
    と、４〜5.5％のけい素と、合計量が0.75〜2.5％
    の炭素及びほう素と、0.10％以下の窒素と、９〜
    15％のコバルトと、を含有する特許請求の範囲第
    １項記載の合金。 ３ 30％のクロムと、10％のニツケルと、4.7％
    のけい素と、１％の炭素と、12％のコバルトとを
    含有する特許請求の範囲第１項に記載の合金。 ４ 28.5〜31.5％のクロムと、９〜11％のニツケ
    ルと、4.4〜5.2％のけい素と、0.85〜1.15％の炭
    素と、11〜13％のコバルトとを含有する特許請求
    の範囲第１項記載の合金。 ５ 種々の条件の下で高度の耐摩耗性、特に耐か
    じり特性及び又は耐表面傷生成特性を有する特許
    請求の範囲第１項記載の合金。 ６ 鋳造品、展伸材、表面硬化肉盛材あるいは、
    焼結粉末冶金製品の形態になつている特許請求の
    範囲第１項記載の合金。
JP58198418A 1982-10-25 1983-10-25 耐摩耗性ステンレス鋼 Granted JPS5993859A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US436233 1982-10-25
US06/436,233 US4487630A (en) 1982-10-25 1982-10-25 Wear-resistant stainless steel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5993859A JPS5993859A (ja) 1984-05-30
JPS6238427B2 true JPS6238427B2 (ja) 1987-08-18

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ID=23731643

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58198418A Granted JPS5993859A (ja) 1982-10-25 1983-10-25 耐摩耗性ステンレス鋼

Country Status (17)

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US (1) US4487630A (ja)
JP (1) JPS5993859A (ja)
KR (1) KR840006376A (ja)
AT (1) AT387791B (ja)
AU (1) AU555365B2 (ja)
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DE (1) DE3338503A1 (ja)
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FR (1) FR2534931B1 (ja)
GB (1) GB2128633B (ja)
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