JPS633946B2

JPS633946B2 -

Info

Publication number: JPS633946B2
Application number: JP55056508A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ebisutani; Masao Yamamoto; Mitsuo Kawai; Koichi Tajima
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1988-01-26
Also published as: JPS56152949A; CS275787B6; CS316581A3

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン
性を要求される水車のランナ、ガイドベーン、ス
テーベーン等、水力発電用機器に用いられるマル
テンサイト系ステンレス鋳鋼に関するものであ
る。近年、火力、原子力発電の単機容量は増大する
傾向にあるが、単機容量の大きい、火力・原子力
発電所では瞬間のピーク・ロードに対処すること
は困難である。このようなピーク・ロードの対策
のひとつとして、比較的短時間で電力の調整が可
能な水力発電、特に夜間の余剰電力を有効に利用
できる揚水発電所の建設が盛んに行なわれるよう
になつて来た。この揚水発電機に使用される水車ランナは昼間
の発電用と、夜間の揚水用との両機能を有するも
のであるが、開発地点の有効利用、単機容量に対
する建設費の低減などの観点から、ポンプ水車は
高落差、高揚程、大容量化する傾向にある。従来、水車ランナ、ガイドベーン、ステーベー
ン等の水力発電用機器の材料としては、主に13ク
ロム鋳鋼が用いられていたが、高落差、高揚程、
大容量化の傾向の中で、使用条件は一層厳しくな
つてきている。即ち水流の高速化により、水車ラ
ンナの羽根表面にキヤビテイ（空洞）が発生し、
これが崩壊するときに衝撃圧力を生じ、羽根表面
に損耗するキヤビテーシヨン・エロージヨンが発
生する。このため、将来一層の高落差、高揚程、大容量
化の傾向の中で、更に機械的強度と靭性の改良と
共に、特に耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性
に優れた材料の開発が望まれている。本発明は、かかる要望に鑑みなされたもので、
水車ランナ、ガイドベーン、ステーベーンなど水
力発電用機器の大型鋳物として、高い機械的強度
と靭性を有し、特に耐キヤビテーシヨン・エロー
ジヨン性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋳
鋼を提供するものである。即ち、本発明は重量比で、炭素0.1％以下、シ
リコン1.0％以下、マンガン2.0％を越え6.0％ま
で、ニツケル0.5〜8.0％、クロム11.0〜14.0％、
残部が実質的に鉄からなることを特徴とする耐キ
ヤビテーシヨン・エロージヨン性マルテンサイト
系ステンレス鋳鋼、並びに重量比で、炭素0.1％以下、シリコン1.0％以
下、マンガン2.0％を越え6.0％まで、ニツケル0.5
〜8.0％、クロム11.0〜14.0％、モリブデン2.0％
以下、残部が実質的に鉄からなることを特徴とす
る耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性マルテン
サイト系ステンレス鋳鋼である。以下本発明を詳細に説明する。本発明のステンレス鋳鋼において、各成分の添
加理由および、その成分限定理由について次に説
明する。本発明ステンレス鋳鋼において、炭素（Ｃ）は
熱処理によつてマトリツクスをマルテンサイト化
して強度を向上させる作用をなすものである。な
お、炭素の過剰添加は著しく靭性を低下させるこ
とから、含有量の上限は0.1％とした。シリコン（Si）は溶解時にマンガンと共に脱酸
剤として添加するもので、また鋳鋼の湯流れ性を
向上させる作用も併せて有するものである。な
お、シリコンの過剰添加は靭性を害するため、含
有量の上限を1.0％とした。マンガン（Mn）は、本発明ステンレス鋳鋼に
おいて耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向
上させるのに特に重要な作用をなす元素であると
共に、脱酸剤としての作用をなすものである。こ
こでマンガンの含有量を2.0％を越え6.0％までに
限定した理由は、2.0％以下では効果が顕著でな
く、また6.0％を越えると、イプシロン相やオー
ステナイト相があらわれて耐力の低下を来たすか
らであり、さらに実用上2.5〜6.0％とする事が好
ましい。またニツケル（Ni）はマトリツクスとなる鉄
に固溶して焼入れ性を改善すると共に、靭性を増
す作用をなす元素である。ニツケルの含有量を
0.5〜8.0％としたのは、0.5％未満では添加の効果
が少なく、また8.0％を越えると硬さが増大し、
加工性を著しく悪くすると共に、残留オーステナ
イト量が増大して耐力を低下させるからであり、
さらに実用上は1.0〜6.0％とする事が好ましい。クロム（Cr）は前記ニツケルとの共存におい
て、耐食性を向上させると共に、鋳鋼の強度を向
上させる作用をなす元素である。クロムの含有量
を11.0〜14.0％の範囲に限定した理由は、11.0％
未満では添加効果が十分でなく、また14..0％を
越える過剰添加ではニツケル添加量との関係でマ
トリツクス中にデルタフエライトを多量に生成し
て耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を害する
からである。更にモリブデン（Mo）は炭素との親和力が強
く、硬い炭素物を生成して鋳鋼の強度を向上させ
ると共に、オーステナイト中に固溶して鋳鋼の焼
入れ性を改善し、しかもマルテンサイトの焼戻し
軟化抵抗を大きくする上、焼戻し脆性を防止する
などの作用をなすものである。このモリブデンは
必要に応じて添加すれば良いが、2.0％を越える
と衝撃値を低下させるので、これ以下に抑える必
要があり、さらに実用上は1.5％以下とする事が
好ましい。本発明ステンレス鋳鋼の製造方法を簡単に説明
すると、溶解方法としては、例えば高周波溶解、
電弧炉による溶解などの方法で行ない、また鋳造
は砂型鋳造、金型鋳造など通常の鋳造法で行なう
ことができる。また鋳造後、形状、大きさにより異なるが割れ
を生じない速度で冷却し、さらに500〜700℃の焼
戻しを行なうことが好ましい。次に本発明の実施例について説明し、併せて本
発明の効果を確認するため比較例について説明す
る。実施例第１表のNo.１〜No.５に示す成分組成の試料を高
周波溶解炉で溶解した後、大型鋳物の鋳放し徐冷
に相当する熱履歴を付与するための熱処理を施し
た。更にこれら試料を新ためて1050℃より150
℃／時の冷却速度で溶体化処理した後、焼戻しに
相当する650℃の熱処理を施した。このようにして得られた各試料について引張強
さ、耐力、伸び・絞り、衝撃値（シヤルピー
2V・20℃）ビツカース硬さ、およびキヤビテー
シヨン・エロージヨン指数（Ｃ・Ｅ・Ｉ）の各特
性を調べて、その結果を第２表に示した。なお、キヤビテーシヨン・エロージヨン試験
は、電歪振動法により、周波数6.5kHz、振幅
100μm、25℃純水中で３時間行ない、次式により
キヤビテーシヨン・エロージヨン指数を求めた。Ｃ・Ｅ・Ｉ＝キヤビテーシヨン試験減量（グラム）／
試験時間（分）×比重×10⁶ 比較例第１表のNo.６〜No.12に示す成分組成の試料を用
いて、上記実施例と同一の条件で溶解、鋳造およ
び熱処理を行なつた。このようにして得られた比較試料についても同
様に各種の特性を調べ、その結果を第２表に併記
した。

【表】

【表】上記の結果から明らかなように、実施例試料は
Ｃ・Ｅ・Ｉが45以下と比較例試料に比べて小さ
く、特に従来多く用いられている13クロム鋼（試
料No.６およびNo.７）のＣ・Ｅ・Ｉが55以上である
のに比べて、著しく耐キヤビテーシヨン・エロー
ジヨン性に優れていることが確認された。また実
施例試料は比較試料に比べて機械的強度および靭
性にも優れている。なお比較試料No.11は、耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性には優れているが、衝撃値が著しく
低く、高靭性を要求される水車ランナの材料とし
ては不適当である。以上説明した如く、本発明に係わる耐キヤビテ
ーシヨン・エロージヨン性マルテンサイト系ステ
ンレス鋳鋼によれば工業的に製造が容易である
上、鋳造も特別の方法を必要とせずに、優れた耐
キヤビテーシヨン・エロージヨン性を有すると共
に、機械的強度および靭性にも優れ、水力発電用
機器材料のみならず船舶用プロペラ材料としても
好適なものである。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で、炭素0.1％以下、シリコン1.0％以
下、マンガン2.0％を越え6.0％まで、ニツケル0.5
〜8.0％、クロム11.0〜14.0％、残部が実質的に鉄
からなることを特徴とする耐キヤビテーシヨン・
エロージヨン性マルテンサイト系ステンレス鋳
鋼。２重量比で、炭素0.1％以下、シリコン1.0％以
下、マンガン2.0％を越え6.0％まで、ニツケル0.5
〜8.0％、クロム11.0〜14.0％、モリブデン2.0％
以下、残部が実質的に鉄からなることを特徴とす
る耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性マルテン
サイト系ステンレス鋳鋼。