JPS6366381B2

JPS6366381B2 -

Info

Publication number: JPS6366381B2
Application number: JP56009677A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ebitani; Masao Yamamoto; Mitsuo Kawai; Koichi Tajima
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1988-12-20
Also published as: JPS57123965A

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
電所では瞬時のピーク・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、スナーベー
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、羽根表面を損耗す
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。必須成分として重量比で炭素0.1％以下、窒素
0.02〜0.2％、シリコン1.0％以下、マンガン2.0％
を越え9.0％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
的に鉄であ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
鋳鋼およびこれに0.01〜0.1％の、ニオブ、0.1〜
0.5％の銅、0.05〜0.2％のバナジウムの１種ない
し２種以上を含む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関する
ものである。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。窒素（Ｎ）は耐キヤビテーシヨン・エロージヨ
ン性および耐食性を向上させるために必要な元素
であるが0.02％未満ではその効果は十分でなく、
また過剰の添加はピンホール、ブローホールの原
因となることから上限を0.2％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もなすものである。こ
こでマンガンの含有量を2.0％を越え9.0％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9.0％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
ある。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が低下するからである。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。モリブデン（Mo）は炭素との親和力が強く、
硬い炭化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
ある。更にニオブ（Nb）は、結晶粒を微細化して耐
力を向上させる作用をなす元素である。ニオブ
0.01％未満では、添加効果が十分でなく、また
0.1％を越えるとマトリツクス中にフエライトを
多量に生成して耐キヤビテーシヨン・エロージヨ
ン性を害するため上限を0.1％とした。銅（Cu）は耐キヤビテーシヨン・エロージヨ
ン性を向上させる作用をなす元素であるが、0.1
％未満ではその効果が十分でなく、また過剰添加
は靭性を害することから上限を0.5％とした。バナジウム（Ｖ）は結晶粒を微細化して耐力を
向上させる作用をなす元素であるが、0.05％未満
では添加効果が少なく、また0.2％を越えるとマ
トリツクス中に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ことか
ら上限を0.2％とした。なお、本発明においてはニオブ（Nb）、銅
（Cu）、バナジウム（Ｖ）を用いたが、他に、ハ
フニウム（Hf）、タンタル（Ta）、ジルコニウム
（Zr）の少なくとも１種を含有させることにより
同様の効果が得られる。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、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、比較例についても説
明する。実施例第１表のNo.１〜No.７に示す成分組成の試料を高
周波溶解炉で溶製した後、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。更にこれら試料を改ためて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100μ
ｍ、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 参考例第１表のNo.９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。この様にして得られた参考資料に
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。比較例第１表のNo.10〜No.16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が約40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.11）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
は比較例試料に比べて、機械的強度および靭性に
も優れている。なお、比較例試料No.15はキヤビテーシヨン・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
て不適当である。また参考例資料No.９は本発明において炭素無添
加の場合を示すが、本願と同様の添加を得る事が
確認されている。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必須成分として重量比で炭素0.1％以下、窒
素0.02〜0.2％、シリコン1.0％以下、マンガン2.0
％を越え9.0％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
的に鉄であ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必須成分としての重量比で炭素0.1％以下、
窒素0.02〜0.2％、シリコン1.0％以下、マンガン
2.0％を越え9.0％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。および
0.01〜0.1％のニオプ、0.1〜0.5％の銅、0.05〜0.2
％のパナジウムの１種ないし２種以上を含むこと
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。