JPS6314845A - 耐食耐摩耗性鋼 - Google Patents

耐食耐摩耗性鋼

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JPS6314845A
JPS6314845A JP62143033A JP14303387A JPS6314845A JP S6314845 A JPS6314845 A JP S6314845A JP 62143033 A JP62143033 A JP 62143033A JP 14303387 A JP14303387 A JP 14303387A JP S6314845 A JPS6314845 A JP S6314845A
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JP
Japan
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silicon
alloy
cobalt
alloys
molybdenum
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JP62143033A
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English (en)
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ナラシ スリドハー
クルック ポール
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Haynes International Inc
Original Assignee
Haynes International Inc
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3053Fe as the principal constituent
    • B23K35/308Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
    • B23K35/3086Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent containing Ni or Mn

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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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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. (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. (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. (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。
JP62143033A 1986-07-03 1987-06-08 耐食耐摩耗性鋼 Pending JPS6314845A (ja)

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FR (1) FR2601042B1 (ja)
GB (1) GB2192897B (ja)
IT (1) IT1205218B (ja)
NL (1) NL8701476A (ja)
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