JPS6366382B2

JPS6366382B2 -

Info

Publication number: JPS6366382B2
Application number: JP56035238A
Authority: JP
Inventors: Masao Yamamoto; Takashi Ebitani; Mitsuo Kawai; Hiroshi Pponma
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1988-12-20
Also published as: JPS57152449A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、水力発電用水車ランナ、ガイド・ベ
ーン、ステー・ベーン、船舶用プロペラ、および
各種ポンプ等に使用される耐食材料に関する。近年、エネルギーの有効利用の見地から、比較
的短時間で出力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プラント
の建設が盛んである。しかも水力発電プラントは
建設地点の限定、単機容量に対する建設費の低
減、発電効率の向上などの点から、大容量化され
る傾向にあり、揚水発電においては高落差化、高
揚程化が進んでいる。従来、水車ランナ材、ガイド・ベーン材、ステ
ー・ベーン材などには比較的多量のNiを含むマ
ルテンサイト系13％Crステンレス鋼鋳鋼が使用
されているが、高揚程化や流速の増大をまねく高
落差化はキヤビテーシヨンの発生を増大させ水車
ランナのキヤビテーシヨン・エロージヨンを加速
させるという問題を生じていた。また、船舶用プロペラ材は銅合金からより軽量
化が可能な、13％Crステンレス鋼への移行が行
なわれているが、推進器の大型化、高速化に伴い
船舶用プロペラのキヤビテーシヨン・エロージヨ
ンは加速されている。マルテンサイト系13％Crステンレス鋼鋳鋼の
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性は、Ni量
が９％程度までの範囲において、Ni量の増加と
ともに改善されることは知られているが、９％程
度のNiを含む鋳鋼でも、その耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性は、オーステナイト系ステン
レス鋼程度である。しかし、Ni量の多量添加は
機械的性質を低下させる。一般に、オーステナイト系ステンレス鋼の耐キ
ヤビテーシヨン・エロージヨン性は、マルテンサ
イト系13％Crステンレス鋼鋳鋼よりも優れてい
るが、この材料は耐力が低いことから水車ランナ
本体に適用する場合、製造工程を複雑にするた
め、水車ランナ羽根表面などのキヤビテーシヨ
ン・エロージヨン損耗の著しい部位に肉盛溶接さ
れて使用されている。しかしながら、肉盛溶接材
においてもさらに優れた耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性が必要とされている。このように水力発電用材料、船舶用プロペラ、
各種ポンプ等の使用状態が苛酷になるにつれ、従
来材よりも耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性
がさらに優れた材料が要望されてきた。このような点に鑑み、本発明は耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性がオーステナイト系ステン
レス鋼（SUS304）より優れた耐食材料を提供す
ることを目的としている。本発明はCr−Ni系ステンレス鋼に所定量Mnを
含有せしめ素地中にフエライト相を含むことなく
イプシロン相（以下ε相と記す）あるいはオース
テナイト相（以下γ相と記す）を形成させること
により、耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を
向上させるものである。すなわち、重量％で0.2
％以下のＣ、２％以下のSi、10〜20％のCr、0.5
〜10％のNiを含む鋼に２％を越え20％以下のMn
を含有させ、素地中にフエライト相を含むことな
くε相あるいはγ相を形成させた鋼の耐キヤビテ
ーシヨン・エロージヨン性がSUS304オーステナ
イト系ステンレス鋼の耐キヤビテーシヨン・エロ
ージヨン性より優れていることを見い出した。こ
の場合、素地中にフエライト相が混在すると、そ
の耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性は著しく
劣化することから素地中にはフエライト相を含ま
ないことが必要である。またＣはMn、Niとともにε相やγ相を形成さ
せ耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向上さ
せる。すなわち、本発明の組成内にあるマルテンサイ
ト系ステンレス鋼のＣ量を高めると素地組織中に
はε相やγ相が形成され耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性は著しく改善される。さらに該鋼に
0.01〜0.1％のNbあるいは0.5％以上4.38％未満の
Coを単独もしくは複合添加すると耐キヤビテー
シヨン・エロージヨン性はさらに改善される。以下、特許請求の範囲の限定理由を述べる。炭素(C)；炭素はε相やγ相を形成させ耐キヤビ
テーシヨン・エロージヨン性を向上させるために
必要な元素であるが過剰の添加は耐食性を害する
ことから上限を0.2％とする。ケイ素（Si）；ケイ素は鋼溶製時の湯流れ性を
改善し、また溶接性を改善するために必要である
が、過剰の添加は靭性を害することから、上限を
２％とする。クロム（Cr）；クロムは耐食性を向上させるた
めに、10％以上の添加が必要であるが過剰の添加
は素地中にフエライトを生成させ耐キヤビテーシ
ヨン・エロージヨン性を低下させることから上限
を20％とする。ニツケル（Ni）；ニツケルは耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性、靭性を向上させるに必要な
元素で0.5％以上の添加が必要であるが、多量に
添加しても効果は大きくなく、コスト上昇になる
ため、上限を10％とした。マンガン（Mn）；マンガンはε相やγ相を形
成させ耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を向
上させるために特に重要な元素であるが、２％以
下ではその効果は十分でないことから2.％を越え
る添加が必要である。しかし過剰の添加は湯流れ
性を悪くすることから上限を20％とする。ニオブ（Nb）；ニオブは0.01％以上添加する事
により結晶粒を微細にし耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性を向上させるが、過剰の添加はフエ
ライト相を生成させて耐キヤビテーシヨン・エロ
ージヨン性を低下させることから上限を0.1％と
する。コバルト（Co）；コバルトは0.5％以上添加する
事により耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を
向上させるが、多量に添加しても効果は大きくな
く、コスト上昇になるため上限を4.38％未満とし
た。組織；特許請求の範囲にある組成を有する鋼の
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性は素地中に
ε相あるいはγ相を含む場合に著しい効果を示す
ことから該鋼の組織中にはε相あるいはγ相を含
むことが必要である。この場合、組織中にフエラ
イト相が混在すると耐キヤビテーシヨン・エロー
ジヨン性は著しく低下することから、フエライト
相を含まない必要がある。本発明は高い耐力を必要としない耐キヤビテー
シヨン・エロージヨン用部材としてはもちろん、
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、船舶用プロペラ、各種ポンプ
等のキヤビテーシヨン・エロージヨン発生部位へ
の肉盛溶接材として使用できる他、発電プラント
のモイスチヤ・セパレータ・リヒータのパイプ等
耐エロージヨン性が要求される部位にも幅広く使
用できる耐食材料である。以下実施例をもつて本発明鋼を説明する。真空高周波誘導溶解炉により第１表に示す組成
の試料を溶製した。実施例１〜６の試料について
は、1100℃、２時間の溶体化処理後空冷した。比
較例１は市販のSUS304で上記と同様の熱処理を
施して使用した。また、比較例２、３は、従来ラ
ンナ材に適用されている熱処理相当の熱履歴とし
て、1100℃、２時間の溶体化処理を行なつたの
ち、さらに650℃、２時間の焼戻しを行なつたも
のである。

【表】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、振動100μｍ、25℃
の純水中で180分行ない、次式によりキヤビテー
シヨン・エロージヨン指数（C.E.I.）を求めた。 C.E.I.＝
キヤビテーシヨン・エロージヨン減量（ｇ）／試験時間
（分）×比重 ×10⁶ また光学顕微鏡観察、熱膨張測定、Ｘ線回折に
より各試料の主体的相を決定した。第２表の実施例１〜６は本発明に係る耐食材料
であり、また比較例１は従来肉盛溶接材として使
用されているSUS304オーステナイト系ステンレ
ス鋼（γ相）、比較例２は水車ランナ用材料とし
て使用されている13％Cr−3.5％Niマルテンサイ
ト系ステンレス鋼（α′相）である。

【表】実施例１〜６の組織中にはε相あるいはγ相を
含んでおり、そのC.E.I.は従来耐キヤビテーシヨ
ン・エロージヨン性に優れているとされている
SUS304（比較例１）より著しく小さく、本発明
に係る耐食材料は優れた耐キヤビテーシヨン・エ
ロージヨン性を有していることがわかる。なお実施例１〜６中には多少のα′相（マルテン
サイト相）を含む事もあるが、ε相、γ相の存在
により優れた耐食性を示す。また実施例２〜６中
にはε相を含む事もある。この様に本発明におい
てはフエライト相を含む事なく、ε相、γ相を含
んでいればよいが、実用上、ε相、γ相が多い程
優れた耐食性を示す。以上説明した如く、本発明に係る耐食材料は優
れた耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を有し
水力発電用水車ランナ、ガイド・ベーン、ステー
ベーン、船舶用プロペラ、および各種ポンプ等、
耐キヤビテーシヨン・エロージヨン性を要求され
る耐食材料として適したものと言える。

Claims

【特許請求の範囲】１重量パーセントで0.2％以下の炭素、２％以
下のケイ素、10〜20％のクロム、0.5〜10％のニ
ツケル、２％を越え20％以下のマンガン残部が実
質的に鉄からなり、かつ実質的にフエライト相を
含むことなく、イプシロン相あるいはオーステナ
イト相を含むことを特徴とする耐食材料。２重量パーセントで0.2％以下の炭素、２％以
下のケイ素、10〜20％のクロム、0.5〜10％のニ
ツケル、２％を越え20％以下のマンガンおよびこ
れに0.5％以上4.38％未満のコバルト、0.01％〜
0.1％のエオプのうち少なくとも１種を含み、残
部が実質的に鉄からなり、かつ実質的にフエライ
ト相を含むことなく、イプシロン相あるいはオー
ステナイト相を含むことを特徴とする耐食材料。