(57)【要約】【課題】高硬度で耐摩耗性に優れ、耐食性、特に応力腐食割れに強い安価な材料を用いた混練用スクリュを提供することにある。【解決手段】Ｆｅ中にＳｉが３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｍｎが０．５ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｃｕが０．８ｗｔ％以上１．２ｗｔ％以下、Ｎｉが６ｗｔ％以上７ｗｔ％以下、Ｃｒが１０ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下、Ｍｏが０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｎｂが０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｃが０．０２ｗｔ％以下、不可避不純物であるＰが０．０４ｗｔ％以下、Ｓが０．０３ｗｔ％以下含有の高珪素ステンレス鋼からなる混練用スクリュとした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックの混練用スクリュにおいて、少なくとも前記プラスチックに接触する部分の一部は、
Ｆｅ中にＳｉが３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｍｎが０．５ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｃｕが０．８ｗｔ％以上１．２ｗｔ％以下、Ｎｉが６ｗｔ％以上７ｗｔ％以下、Ｃｒが１０ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下、Ｍｏが０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｎｂが０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｃが０．０２ｗｔ％以下、不可避不純物であるＰが０．０４ｗｔ％以下、Ｓが０．０３ｗｔ％以下含有の高珪素ステンレス鋼からなる混練用スクリュ。
【請求項２】
前記高珪素ステンレス鋼は、窒化処理されていることを特徴とする請求項１記載の混練用スクリュ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラスチックのコンバウンデイングに用いる２軸押出機等の混練用スクリュに係り、特に応力腐食に対する耐久性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の２軸押出機用スクリュの材料はＳＵＳ４２０Ｊ２或いはＳＵＳ６３０（ＪＩＳ）等を用いることが一般的であった。
【０００３】
そしてプラスチックのコンバウンデイングに用いる２軸押出機について含水原料（ｗｅｔ　Ｐｏｗｄｅｒ）を含む例えばＡＢＳ樹脂の造粒システムを例にとり説明すると、図４に示すように２軸押出機のバレル１１の原料供給口１２から含水紛体原料を矢印ａのように導入し、スクリュ１３の回転により前方（図中左方）に移送させ、先端部１４から押出される間、脱水スリット１５から原料の含水分の一部を液体とともに絞り出し、加熱および混練作用により原料を溶融状態にしながら大気開放ベント口１６および真空ベント口１８を経て残水分や揮発分等を分離するようにしている。
【０００４】
原料供給口２から導入された含水原料は脱水スリット１５から水分を排出され、残水分のほとんどは大気開放ベント口１６から蒸気として脱水され、加熱冷却により所定温度にコントロールされながら圧縮、溶融、混合されるが、図４に示すスクリュエレメント２０ａから２０ｆのうち、ゾーンＡ（輸送、供給）、ゾーンＢ（圧縮、溶融、混合）のスクリュエレメント２０ａおよび２０ｂはＨ＋、Ｃｌ−、ＳＯ４−等を含む水分の腐食雰囲気に晒されるため、スクリュエレメント２０ｂは、図５に示すように外表面から亀裂２１が発生し、成長していずれは剥離、欠損に至る応力腐食割れの事故が発生する。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
スクリュ３の材料であるＳＵＳ４２０Ｊ２は硬度が高く、製作費用は安価であるが耐食性に劣り、ＳＵＳ６３０は耐食性が良く、製作費用も安価であるが硬度が低く、使用条件が制約されるという欠点があった。
【０００６】
また、コバルト系の複合材料、或いはニッケル系の複合材料をスクリュとして使用することもあったが、前者は耐食性が優れているが硬度が低く、材料が高価であるという欠点があった。後者は耐食性も良く、硬度も高くすることができるものの、材料が高価であり、機械装置の価格が高くなるという欠点があった。
【０００７】
本発明の目的は、高硬度で耐摩耗性に優れ、耐食性、特に応力腐食割れに強い安価な材料を用いた混練用スクリュを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため本発明は、プラスチックの混練用スクリュにおいて、少なくとも前記プラスチックに接触する部分の一部は、
Ｆｅ中にＳｉが３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下、Ｍｎが０．５ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下、Ｃｕが０．８ｗｔ％以上１．２ｗｔ％以下、Ｎｉが６ｗｔ％以上７ｗｔ％以下、Ｃｒが１０ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下、Ｍｏが０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｎｂが０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下、Ｃが０．０２ｗｔ％以下、不可避不純物であるＰが０．０４ｗｔ％以下、Ｓが０．０３ｗｔ％以下含有の高珪素ステンレス鋼からなる混練用スクリュとした。
【０００９】
また、高珪素ステンレス鋼に窒化処理を行えばよりスクリュの表面硬度が高くなり、より好適なスクリュとなる。
【００１０】
ここで前記高珪素ステンレス鋼における各成分の機能およびその適正範囲について説明する。
【００１１】
Ｓｉは、時効処理によって微細に金属間析出して硬度を増大させ、また、Ｓｉを添加した合金を摺動部品に使用した場合に焼き付きを減少させる効果があるが、過度の添加は靭性の低下を招くので、３ｗｔ％以上５ｗｔ％以下とした。
【００１２】
Ｍｎは、溶湯の脱酸、合金の硬度および靭性の向上を目的に、添加するが、入れ過ぎると耐食性に害を及ぼすので、０．５ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下とした。
【００１３】
Ｃｕは、耐食性の向上と析出硬化元素として添加されるが、一定量以上の添加は加工性に害を及ぼすので、０．８ｗｔ％以上１．２ｗｔ％以下とした。
【００１４】
Ｎｉは、オーステナイトを安定化させ、耐食性および靭性の付与に重要な元素であるが、一定量以上の添加は効果が無いので、６ｗｔ％以上７ｗｔ％以下とした。
【００１５】
Ｃｒは、耐食性、耐摩耗性を向上させるが、入れ過ぎると焼きなまし状態での硬度が上昇して加工性が損なわれるので、１０ｗｔ％以上１３ｗｔ％以下とした。
【００１６】
Ｍｏは、耐食性および硬度を向上させるが、一定量以上の添加は効果が無いので、０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下とした。
【００１７】
Ｎｂは、炭化物に作用し、機械的性質を向上させるが、一定量以上の添加は効果が無いので、０．３ｗｔ％以上１ｗｔ％以下とした。
【００１８】
Ｃは、耐食性に著しく悪影響を及ぼし、応力腐食割れ強度を低下させるので、０．０２ｗｔ％以下とした。
【００１９】
不純物であり不可避成分であるＰは、０．０４ｗｔ％以下とし、Ｓは、０．０３ｗｔ％以下とした。
【００２０】
これによりＳＵＳ４２０Ｊ２なみの硬度が高く耐摩耗性があり、しかもＳＵＳ６３０に劣らない耐食性も良く、そして応力腐食割れに強いスクリュとなった。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、上記高珪素ステンレス鋼を用いて製作した押出機の混練用スクリュ１を図１に示す。混練用スクリュ１は、駆動軸３に複数個のスクリュエレメント２ａ、２ｂ、２ｃ…２ｆを貫装して成る組み立て式スクリュである。駆動軸３は、材料ＳＵＳ４２０Ｊ２で製作し、スクリュエレメント２ａ、２ｂ、２ｃ…２ｆは、上記高珪素ステンレス鋼で製作した。
【００２２】
本発明の混練用スクリュ１のスクリュエレメント２ａ、２ｂ、２ｃ…２ｆに用いた材料の試験片（以後実施例１という）と従来の材料の試験片（以後比較例１および比較例２という）における試験について説明する。実施例１、比較例１および比較例２の材料の化学成分は表１に示す。比較例１はＳＵＳ４２０Ｊ２であり、比較例２はＳＵＳ６３０である。
【００２３】
【表１】
2004100030.tif 000003
【００２４】
（試験１）表１に示す化学成分から成る材料（実施例１、比較例１）について応力腐食割れ試験を行い、破断強度を評価した。比較例２は腐食割れに強いことが分かっているので試験は省いた。
【００２５】
応力腐食割れ試験は、試験片１を０．０５％のＨ２ＳＯ４の沸騰液に浸した状態で引っ張り破断試験を行った。薬品に対する腐食応力を調べるためである。ＪＩＳ（Ｂ７７２１）に基づく試験機を用い、ＪＩＳ（Ｚ２２４１）に基づく方法で行った。使用した試験片はＪＩＳ（Ｚ２２０１）に基づくもので、図２（イ）に示す。試験結果は図２（ロ）に示す。
【００２６】
（試験１の結果と効果）図２（ロ）より、実施例１は比較例１に比べ破断応力が高い。比較例１の３５０ＭＰａに対して、７００ＭＰａと約２倍である。また、窒化処理により破断時間が延びている。応力７００ＭＰａで比較すると比較例１の約５時間に対し１００時間と２０倍である。このことから実施例１は、薬品Ｈ２ＳＯ４に対する応力腐食割れに対し優れ、破断強度が高いことが判る。
【００２７】
（試験２）表１に示す化学成分から成る材料（実施例１、比較例１）についてＪＩＳ（Ｚ２２７４）に基づく繰返し回転曲げ疲労試験を行い、疲労強度を評価した。試験結果は図３に示す。試験は、硬度が高い比較例１と比較するために行い、硬度の低い比較例２の試験は省いた。
【００２８】
（試験２の結果と効果）図３は、回転に対する負荷応力の変化を示したもので、比較例１は、繰返し数１０５〜１０６で負荷応力が約５００〜６００ＭＰａに落ちてしまう。実施例１は、時効処理だけの場合では比較例１とほぼ同じで、繰返し数１０５〜１０６で負荷応力が約５００ＭＰａであるが、しかし、窒化処理を加えることにより繰返し数１０６〜１０７で負荷応力が約８００ＭＰａと高くなり、疲労強度に優れていることが判る。ここで、時効処理とは材料の硬さ、強さを高めるために行うもので一種の焼き戻しである。
【００２９】
（試験３）表１に示す化学成分から成る材料（実施例１、比較例１）について腐食試験を行い、腐食性を評価した。比較例２は腐食割れに強いことが分かっているので試験は省いた。
【００３０】
試験は、表２の１に示す試験条件で、塩酸、硫酸、硝酸それぞれ室温下で５時間試験片を浸したときの腐食量を調べた。試験結果は表２の２に示す。
【００３１】
【表２】
2004100030.tif 000004
【００３２】
（試験３の結果と効果）実施例１は、比較例１に対し塩酸では約２％、硫酸では約１％の腐食量、硝酸では両者ともに腐食量は零であった。この結果実施例１は、塩酸、硫酸、硝酸に対して腐食性に優れていることが判る。
【００３３】
（試験４）表１に示す化学成分から成る材料（実施例１、比較例１、比較例２）について硬度試験、加工性試験、熱処理変形性試験を行い、ＨＲＣ硬度、切削時間、ブローチ加工性、変形を評価した。試験結果は表３に示す。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
（試験４の結果と効果）
１．硬度試験は、ＪＩＳ（Ｂ７７２６）に基づくロックウェル試験機を用い、ＪＩＳ（Ｂ７７２６）に基づく方法で行った。硬度はロックウェルのＣスケールである。実施例１は、硬度に関して比較例２より優れている比較例１と同等の高硬度であり、高い硬度を必要とするスクリュの材料に適していることが判る。
【００３６】
２．加工性試験は、スクリュを切削加工する切削時間を調べるとともにキー溝を加工するブローチ加工の加工性を調べた。切削時間は、切削加工に要した時間を示し、ブローチ加工の加工性評価は、加工性良は○、加工性可は△とした。実施例１は、切削時間およびブローチ加工の加工性は比較例１より劣るが比較例２と同程度であり、加工性について問題が無いことが判る。
【００３７】
３．熱処理変形性試験は、材料を熱処理したときの曲がり、そりなどの変形を調べた。評価は変形なしは◎、変形有るが実用可は△とした。実施例１は、熱処理変形性では比較例２と同様に変形が無く優れていることが判る。
【００３８】
上記高珪素ステンレス鋼で製作したスクリュエレメント２ａ、２ｂ、２ｃ…２ｆを組み込んだ混練用スクリュ１を実機に用いて運転したところ、問題となっていた応力腐食割れは発生せず良好であった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の混練用スクリュによれば、ＳＵＳ４２０Ｊ２のスクリュと同等に高硬度で耐摩耗性に優れ、ＳＵＳ４２０Ｊ２より耐食性も良く、特に応力腐食割れの特性に優れたものになった。そして材料価格はＳＵＳ６３０なみとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す混練用スクリュの概略の説明図である。
【図２】本発明の混練用スクリュに用いた材料の試験片（実施例１）と従来の材料の試験片（比較例１）の応力腐食割れ試験結果であり、（イ）は試験片の形状を示し、（ロ）は応力と破断時間の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の混練用スクリュに用いた材料の試験片（実施例１）と従来の材料の試験片（比較例１）の繰返し回転曲げ疲労試験結果であり、負荷応力と繰返し数の関係を示すグラフである。
【図４】従来の２軸押出機の要部説明図で、含水樹脂例えばＡＢＳ樹脂に用いた場合の説明図である。
【図５】従来の２軸押出機の説明図で、図４のＡ−Ａ断面のスクリュ拡大図である。
【符号の説明】
１　混練用スクリュ
２ａ、２ｂ、２ｃ、…２ｆ　スクリュエレメント
３　駆動軸
１１　バレル
１２　原料供給口
１３　スクリュ
１４　先端部
１５　脱水スリット
１６　大気開放ベント口
１８　真空ベント口
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、…２０ｆ　スクリュエレメント
２１　亀裂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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