JPS6314845A

JPS6314845A - 耐食耐摩耗性鋼

Info

Publication number: JPS6314845A
Application number: JP62143033A
Authority: JP
Inventors: ナラシ　スリドハー; クルックポール
Original assignee: Haynes International Inc
Current assignee: Haynes International Inc
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1987-06-08
Publication date: 1988-01-22
Also published as: SE8702703L; NO872773L; DE3720055A1; FR2601042B1; GB2192897A; NO872773D0; GB2192897B; SE8702703D0; CA1296929C; IT1205218B; US4678523A; FR2601042A1; IT8721114A0; GB8711822D0; NL8701476A

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】発明の分野本発明は高濃度の硫酸のような高酸化酸の腐食に対して
特に抵抗性であり、かつ高度の耐摩耗性を有している高
級ステンレス鋼に関する。

先行技術の背景７５％を越す特に９０〜９９％の高レベルの濃度のＩａ
酸は金属容器やそれを取り扱う装置を暑しルベース合金
はかかる製品の製造に使用されているが、鋳造の形態に
限定されている。米国特許第３．３１１，４７０号には
、その問題が非常に詳しく説明されている。その明細書
には、高濃度の硫酸の工業的取扱における問題点が明喰
に提示されている。

米国特許第３．６１５．３６８号には、クロム、ニッケ
ル、およびケイ素を含有している耐食性鋼における窒素
の効果が開示されている。この鋼はモリブデンおよびマ
ンガンを含有していてもよい。

米国特許第１Ｉ、７１８７．６３０号には、クロム、ニ
ッケル、ケイ素、炭素、およびコバルト、場合によって
は、さらにマンガン、モリブデン、タングステン、バナ
ジウム、ジルコニウム、タンタル、コロンビウム、ホウ
素、チタン、およびハフニウムの任意成分を含有してい
る耐摩耗性鋼が開示されている。米国時ＦＦ第４．０３
３，７６７号および第３，７５８，２６９号ｔよケイ素
に富む耐食性ニッケルークロム合金に関する。上記グル
ープごとに記載した特許はいずれも、耐摩耗特性または
耐食特性を有する合金を開示しているが；いずれも両特
性の良好な組み合わせおよび釣り合いと共に高度の延性
および低コストを有しているものではない。

化学工業では、（１）１１０！ＩＭ品（ｗｒｏｕｇｈｔ
　ｐｒｏｄｕｃｔ　）の形態に製造することができ：　
（２１１４Ａｔ！およびその他の酸に対して抵抗性であ
り；（３）良好な強度および延性を有し；かつ（４）容
易に溶接可能である低コスト合金に対する要求が大ぎく
なっている。さらに、その合金は工業的用途に使用する
ためには高度の、摩損−摩耗および応力腐食割れに対す
る抵抗性を有していなければならない。現実には、現時
点の技術はこの問題に対する理想的な解決を得ていない
。高コストのニッケルベース合金は一般に化学的な用途
には製造し、造形し、溶接することが困難である。可鍛
ニッケルベース合金は十分な耐摩耗性を有していない。

発明の目的本発明の主な目的は上記特徴の組み合わせを有するステ
レンス鋼を提供することである。

その他の目的および効果はここに記載されているデータ
、議論、および特許請求の範囲の記載から認識されよう
。

発明の概要これ等目的は第１表に掲載されている本発明の合金によ
って達成される。本発明の合金は本発明の完全な利益を
Ｖするためにコバルト／ケイ素の臨界比を必要どする。

十分な延性と、耐摩耗性と、耐食性と、機械的強度の最
良の組み合わせを得るためにはケイ素含饋がコバルトよ
り大きくなってはならない。図面は耐摩耗（耐摩損）性
におけるコバルトおよびケイ素の効果を示している。図
面は耐摩損性には上記のように特定ｉ！、Ｉｊ合のコバ
ルトとケイ素の両方を必要とすることを示している。

しかし、それ等は臨界比および適切なミクロ組織■らオ
ーステナイト組織とフェライト組織の組み合わせで存在
するべぎである。ミクロ組織が完全にオーステナイトで
ある場合には、耐摩損性が完全に失われる。ミクロ組織
が完全にフェライトである場合には、合金は脆くて売れ
ない。このミクロ構造はフェライト形成元素（Ｃｒ、Ｓ
　ｉ　、Ｍｏ）とオーステナイト形成元素（Ｎ　ｒ　％
　Ｃｏ、Ｃ，Ｎ）の比を制御することによって達成され
る。元素のこれ等２群の間の関係は当分野で公知のよう
に加工および熱処理によって通常前られる。最適耐摩損
性のためには、フェライトの容量％は約３０％であるべ
きである；しかし、５％のような低い値でも成る程度の
利益は得られる。

鍛！ＩＮ製品即ちシートやホイルやワイヤなどに加工す
るのに適した延性を付与するにはニッケルが第１表の範
囲で必要である。もつと低いニッケル含量は有効でなく
、他方もつと高い８聞は合金を完全にオーステナイトに
して耐摩耗性を低下さＩる。

クロムは第１表の範囲で、耐食性（特に硫酸および塩水
中での）を与える。もつと低いクロム含量は不十分であ
り、他方もつと高いクロム含量は延性の低い合金を生じ
る。

モリブデン、銅、および窒素は第１表に与えられＩζ範
囲内で存在してもよい。合金が塩水や希硫酸中で使用さ
れる場合にはモリブデンは必須である。モリブデンと共
にタングステンを含有してもよい。しかしなから、モリ
ブデンとタングステンは第１表に与えられた限度内に制
御されなければならず、もつと高い椿は合金を脆くする
。希硫酸中で使用するには銅が必須である。しかしなが
ら、第１表に与えられた准より高い吊の銅はなんらそれ
以上の利益を生じず、合金のコストを増大させる。窒素
はステンレス鋼の分野では周知であり、塩水に対する腐
食抵抗性を増大させ、しかもオーステナイト相を安定化
させるので延性を付与する。

炭素は回避できない不純物である。この合金にはコバル
トとケイ素が第１表に与えられた範囲内で、かつ第１表
に示されている臨界的関係をもって必要とされる。

第１表の組成物は「鉄プラス不純物」を残分として含有
している。このクラスの鉄ベース合金の製造においては
、多数の原料からの不純物が最終生成物中に見出される
。これ等「不純物」と呼ばれるものは必ずしも常に有害
ではなく、成るものは実際には有益であるか又はどうで
もよい効果を有するであろう：例えば、マンガン、コロ
ンビウム、タンタル、チタン、ランタンなど。

「不純物」の成るものは特定の処理工程から生じた残留
元素として存在してもよいし、または装填材料中に付随
的に存在してもよい；例えば、マンガン、およびアルミ
ニウム。

実際には、特定の不純物元素はこれ等合金を溶融し加工
する熟練者にとっては周知のように均一生成物を得るに
は−Ｌ限設定限度内にとどめられる。

硫黄、燐、および炭素は一般に低レベルにとどめられな
ければならない。

従って、本発明の合金はこのクラスの合金に通常関連し
ており市販の仕様書に引用されているようなこれ等およ
びその他の不純物を含有していてもよい。

実験データおよび実施例本発明の合金は高度の耐食性、耐摩耗性、および延性を
有している。これ等特性はこのクラスの市販合金では一
般に相容れないものである。合金においては延性と共に
耐食耐摩耗性の良好な組み合わせを有することは金屑分
野で大いに望まれていることである。

第２表は高度に酸化する酸性溶液ではクロム単独では保
護を与えないことを示している。その理由はこれ等条件
では酸化クロム保護皮膜が溶液中で溶解して合金が裸出
するからである。しかしながら、３％でもケイ素が存在
すると、皮膜安定性をかなり改善する効果がある。この
効果は予想外のものであり、十分には理解されていない
。合金Ｎ−１、Ｎ−２、およびＮ−３はケイ素が添加さ
れていないニッケルベース合金である。合金ＰＡ−１は
ケイ素が添加されていないステンレス鋼である。合金Ａ
、Ｂ、およびＣはケイ素をさまざまな含済で有する、第
１表に示された範囲内の合金である。これ等データは耐
食性のために（よりロムの他にケイ素が必要であること
を明らかに示している。

ｌ　ｌ　ｌ　ｌ　＜　ＣＬＩ　Ｕ第３表は本発明の合金の溶接特性に関するデータを提示
している。一般に、「ｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金にＪ３ける高
含量のケイ素は溶接Ｌ１１れ低抗性に対して極めて有害
である。しかしながら、オーステナイト相中に特定量の
フエライｉ〜相を生成する（二重ミクロ組織）合金用元
素の適切なミックスは溶接割れ抵抗をかなり増大させる
。

ケイ素含量を除いて第１表に開示されている好ましい範
囲の組成をｂつだ一連の合金を！ｌｌ造した。

合金Ｗ−１〜Ｗ−４は本質的にオーステナイト相であり
：合金Ｗ−５は約３０％フェライトを含有している。合
金は０．２５インチの板であり、マツチングフィラーを
使用してタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接を施こ
され、そして２−１曲げ試験を施こされた。合金Ｗ−１
〜Ｗ−４においてはケイ素含量が３．１％から５．２％
まで様々であり、どの試験体も不合格であったことに留
意されたい。３０％フェライトを含′ｆｉするＷ　−５
ｂ）ら製造された試験体は試験に合格し、亀裂を生じな
かった；それは、５０インチ厚さの板からなる試験体を
使用してもつと厳しい試験を行った場合にちそうであっ
た。

これ等試験データは二重組織が溶接用に好ましいことを
示している。

第４表は８０℃の９０％硫酸中での耐食性に対するモリ
ブデンおよび銅の効果を示ずデータを提示している。

第１表の包括的範囲に入り、第４表に示されているよう
な含はでケイ素、モリブデン、および銅を含有する一連
の合金を溶融した。

これ等データは合金が９０％硫酸の条件にさらされたと
きに最適耐食性をｕＪるのにモリブデンと銅が効果的で
あると云うことを示している。

第５表は塩水中でのモリブデンの有益な効果を示してい
る。これ等タイプの溶液中での腐食の形態は孔食である
。孔食抵抗性は臨界孔食温度で評価されたが、数字が高
いほど孔食抵抗性が高い。

同じ２つのサンプルを、第５表に示されている溶液中に
さまざまな温度で１２０時間浸漬し、そして４０倍の顕
微鏡で検査した。サンプルの少なくとも一方に食孔がｔ
ｉｌｌ！察される温度を臨界孔食温度とする。

第１表に示されている中間的組成と本質的に同じ組成の
、しかし様々なモリブデン含量の合金を、第５表に示さ
れているデータで、溶融し、加工し、そして孔食抵抗性
について試験した。モリブデンが高いほど、孔食抵抗性
が高いことがわかる。しかしながら、モリブデンが３％
を越すと、合金は非常に脆くなる。

第４図８０℃の９０％硫酸中での耐食性に関するＭＯおよびＣ（」の効果４．６　　　　　　　　　　　　　１０００４．６　　
　Ｌ９　　　　　　　　　　９０５．０　　３．１　　
　　　　　　　　４９４．８　　　　　　２．１　　　
　　　３５４．７　　１．４　　２．３　　　　　　２
４図面は合金の耐ＦＪ損摩耗性に対するコバルトおよび
ケイ素含有聞の効果を示している。第１表の中間的範囲
の組成の一連の合金を製造した。コバルトとケイ素の含
量は図面中に点で表示されているようにさまざまであっ
た。記号は限界荷重を表示でいる：○は少なくとも９０
００　ｌｂを表示し；△は３０００〜６０００　ｌｂを
表示し；口は３０００１ｂ未満を表示している。

摩損試験Ｔｌｌ損試験は同一合金のブロックに対して円ｆ’ｌｉ
＋を加圧下で回転させ、そして得られる損傷を測定する
ことからなる。圧縮荷重はスクリュー駆動ンシンによっ
て適用され、そして測定される。針はブロックの前後に
１２０°の角度で１０回転させられる。ブロックサンプ
ルに対するＩｔｉ　ｆｉｌ：はプロフィロメーター（生
じた表面損１カの娠幅を３１す定する）によって測定さ
れる。各間・■において同じものを２個試験する。摩損
抵抗性は最大厚ｊ口損ｆカが１０μを越す限界６４重を
もって比較される。

コバルト約８〜１０％を含有し、ケイ素を殆どまたは全
く含有しない合金は最低のｉ）ｌ摩耗性を示したことに
留意されたい。ケイ素３〜４％、およびコバルト１２％
、６％、および３％の合金もｖＪはり最低の耐摩耗性を
示した。

ケイ素５％とコバル１〜零を含有する合金もやはり最低
の耐摩耗性を有した。

しかしながら、ケイ素約４〜５．５％と、コバルト１２
％、６％、および３％を含有する合金は中間の耐摩耗性
を示した。

最高の耐摩耗性はケイ素５〜６％とコバルト６％超を含
有する合金によって得られたことに留意されたい。

これ等データは最大の耐摩損性を得るにはコバル］〜と
ケイ素の両方を必要とすることを明らかに示している。

一方を他方で置き換えることはできない。従って、Ｉｇ
損のための限界荷重から表示されるように、Ｒ高度の耐
摩損性を得るにはコバルト約１２％とケイ素約４．５％
の存在は必須である。図面に示されている合金はいずれ
もフェライト／オーステナイト二重ミクロ組織を有する
。ミクロ組織が完全にオーステナイトになると、摩損限
界？ｉＪ重はコバルトおよびケイ素の含量に関係なく　
３０００１ｂ未満になった。

本発明の合金はこのクラスのステンレス鋼例えば二重組
織鋼の製造に現在使用されているどの方法によって製造
されてもよい。合金はＶｊ造の形態で、および既知粉末
冶金加工用の粉末の形態で製造されてもよい。この合金
は容易に溶接されたが、溶接用製品例えば溶接用ワイヤ
などとして使用されてもよい。この合金の熱間および冷
間加工性は熱間および冷間圧延された薄いシート、管、
およびその他の商業的形態の製造を可能にする。

以上、本発明の成る好ましい態様を記載したが、本発明
は特許請求の範囲内でその他にも具体化できることが理
解されよう。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の合金の耐摩耗性に対するコバルトとケイ
素の臨界的関係を示している。代哩人　浅　村　　　皓ケイ紫（外）手続補正書昭和６２年１０月を日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）本質的に、重量％で、炭素０．１未満、コバルト
６〜１６、クロム１６〜２６、ニッケル７〜２０、ケイ
素３〜６、モリブデン４以下、銅３以下、窒素．４未満
、および残分の鉄プラス不純物からなり、この合金に耐
摩耗性と耐食性の望ましい組み合わせを付与するために
コバルト／ケイ素の比が１〜４．５である、ステンレス
鋼。
（２）合金が炭素．０６、コバルト１０〜１４、クロム
１９〜２１、ニッケル９〜１３、ケイ素４．５〜５．５
モリブデンおよび銅それぞれ１〜３、窒素．２以下を含
有し、そして比が１．５〜３．５である、特許請求の範
囲第１項のステンレス鋼。
（３）合金が炭素約．０１、コバルト約１２、クロム約
２０、ニッケル約１１、ケイ素約５、モリブデン約１．
５、銅約２、窒素約．２以下を含有し、そして比が約２
．５である、特許請求の範囲第１項のステンレス鋼。
（４）鋳造品、鍛錬製品、ハードフェーシング材料、溶
接用材料、および焼結粉末冶金製品の群の少なくとも一
つの形態をとつた、特許請求の範囲第１項のステンレス
鋼。
（５）フェライト約５〜６０％と残部の本質的にオース
テナイトとからなる二重組織を有する、特許請求の範囲
第１項のステンレス鋼。
（６）フェライト約３０％を含有する、特許請求の範囲
第５項の合金。