JPH01273693A - 肉盛溶接材料 - Google Patents

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】

（産業上の利用分野） 本発明は、肉盛溶接材料に係り、より詳しくは、耐熱、
耐食、耐摩耗肉盛に使用される溶接材料に関するもので
、主としてディーゼルエンジン用バルブ、ボイラーチュ
ーブ等の肉盛に適する。 （従来の技術） 内燃機のエンジンバルブ、バルブシートは高温の燃焼ガ
スに曝され、高温での金属間摩耗も受ける部品であるこ
とから、摩耗を受ける部分に肉盛溶接して用いることが
多い。 従来より、耐熱、耐食、耐摩耗用の肉盛材料としてはＣ
ｏ−Ｃｒ−Ｗ合金（ステライト合金）やＮｉ−Ｃｒ−８
ｉ−Ｂ合金（コルモノイ合金）がよく知られている。こ
れらの合金は高温における硬度が高く、耐食性も良好で
あり、更には溶接性にも優れていることから、エンジン
バルブへの肉盛に多用されている。 （発明が解決しようとする課題） 燃料としてガソリンを用いるエンジンのバルブについて
は、これらの肉感材料で特に問題はなく、良好な性能が
得られている。しかし、重油を燃料とするディーゼルエ
ンジン（特に船舶用エンジン）においては、最近の使用
環境の変化により、従来のステライト合金やコルモノイ
合金では十分な性能が得られなくなっている。 すなわち、重油には、不純物としてＶ（バナジウム）や
Ｓ（イオウ）が含まれており、これらは高温時において
極めて強い腐食性を示す成分である。 良質な重油を用いている場合は、ＶやＳが少ないため、
バルブ等の腐食もあまり問題とならないが。 近年、燃料費削減のため、低質重油の使用が増加してき
ており、低質重油にはこれらの成分が多く含まれている
ため、従来の肉盛材料では耐食性が不十分でバルブ寿命
の低下を来たしている。 このため、低質重油に対する耐食性の向上を図る対策と
して、従来より、ｖ、Ｓ腐食にはＮ１−Ｃｒ（２０％以
上）系合金が有用であることが知られており、ボイラー
チューブへの溶射等では一部使用されている。しかし、
通常のＮｉ−Ｃｒ合金は硬さが低く、耐摩耗性が不十分
でエンジンバルブへ適用することは困難である。 また、特開昭５６−８４１９３号にみられるように、Ｎ
ｉ−Ｃｒ合金を改良して熱処理により硬さを得ることも
試みられているが、熱処理温度として８００’Ｃ以上が
必要であり、これでは一般に用いられる母材は劣化する
ため、実用上大きな制約となっている。 本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、高温におい
て十分な酎Ｖ、耐Ｓ腐食性と耐摩耗性を兼ね備え得る硬
質肉盛溶接材料を提供することを目的とするものである
。 ＣＲＭを解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者等は、溶接後に特別
の熱処理を必要とせずに所期の性質を具備し得るＮｉ基
合金を見い出すべく、その成分組成について鋭意研究を
重ねた。その結果、特定の種々の元素の含有量をバラン
スよく調整することにより、可能であることが判明し、
ここに本発明をなしたのである。 すなわち、本発明に係る硬質肉盛溶接材料は、Ｎｉ基合
金であッテ、Ｃ：０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：０．１
〜２．０％、Ｃｒ：３５〜６０％、Ａｆｌ＋Ｔｉ：０．
５〜４．０（但し、Ｔｉのみの場合は０．５〜３．０％
）及びＮ：０．０１〜０．２％を含み、更に、Ｍｎ：２
％以下、ｖ：３％以下、Ｎｂ：１％以下、Ｍｏ：５％以
下、Ｗ：５％以下及びＦｅ：５％以下のうちの１種又は
２種以上を含み、残部がＮ１或いはＮｉと３０％以下の
Ｃｏ並びに不可避的不純物からなることを特徴とするも
のである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） 本発明における化学成分の限定理由は次のとおりである
。 Ｃ： Ｃは固溶体を強化する成分である。しかし、０゜０１％
より少ないと十分な硬さを得ることができず、また０、
５０％を超えると溶接時に割れを発生する。したがって
、Ｃ量は０．０１〜０．５０％の範囲とする。 Ｓｉ： Ｓｉは作業性を安定させるために必要な成分である。し
かし、０．１％以下では母材とのなじみが悪く、一方、
２．０％を超えると渦流れがよくなりすぎて溶着不良を
発生する。したがって、Ｓｉ量は０．１〜２．０％の範
囲とする。 Ｃｒ： 耐食、耐熱性を得るために必要な成分であり、３５％以
上で効果がある。３５％未満では耐熱性が不十分で、酸
化し易くなり、耐食性も劣化する。 また６５％を超えると急速に脆化して、溶着金属は極め
て割れ易くなる。したがって、Ｃｒ量は３５〜６０％の
範囲とする。 Ａｌ、Ｔｉ： ＡｌはＮｉと金属間化合物を形成して硬さを得る成分で
ある。しかし、０．５％未満では十分な硬さが得られな
い。また、Ａｌ２は溶接棒を製造する場合の鋳造性を改
良する成分でもある。Ｎ　ｉ　−Ｃｒ系は鋳造性の悪い
材料で細径の溶接棒の製造が難しいが、これに八〇を０
．５％以上添加すると良好な鋳造が可能となる。Ａｌ１
が４％以上になると逆に酸化物が多くなり、鋳造性を阻
害するため、Ａｌ量は０．５〜４．０％が適当である。 なお、Ａ２の一部又は全部をＴｉと等量で置き換えるこ
とが可能であるが、Ｔｉのみの場合は。 ３．０％を超えると耐ブローホール性を悪くするので、
その添加量は３．０％以下に抑える必要がある。 したがって、Ａｌのみの添加のときのＡｌ量及びＡｌ＋
Ｔｉの量は０．５〜４．０％の範囲とし、Ｔｉのみの添
加のときのＴｉ量は０．５〜３．０の範囲とする。 Ｎ： ＮはＣｒと窒化物を形成して硬さを安定させる効果があ
る。しかし、０．０１％未満ではこの効果が得られず、
また０、２％を超えると溶湯の流動性が悪くなり、鋳造
性を阻害する。したがって。 Ｎ量は０．０１〜０．２％の範囲とする。 上記各成分に加えて、硬さをより安定とするために次の
成分のうちの少なくとも１種の添加が必要である。 Ｎｂ： Ｎｂは１％以下の添加により、高温硬さを安定にする効
果があるが、１％を超えると鋳造性を阻害すると共に脆
化するので好ましくない。 Ｍｎ： Ｍｎは固溶体を強化して常温での硬さを安定とし１作業
性も良くする（主としてなじみ）が、２％を超える量を
添加するとスラグ発生量が多くなるので好ましくない。 Ｗ： ＷはＭｎと同様の効果があるが、作業性には寄与しない
、添加量は５％までは効果が認められる。 しかし、５％を超えると溶接金属の耐割れ性を悪くする
ので好ましくない。 Ｆｅ： Ｆｅは硬さを若干高くする作用があり、また鋳造性を良
くする成分である。但し、耐食性を悪くする成分でもあ
るため、添加量は５％以下とすべきである。 ■＝ ■は３％以下の添加で５００℃までの高温硬さを安定に
する効果がある。しかし、３％を超えると耐割れ性を阻
害するので好ましくない。 Ｍｏ： ＭｏはＷと同様の効果がある。しかし、５％を超えると
溶接金属の耐割れ性を悪くするので、５％以下とする。 なお−Ｍｏは当量のＷと置換しても同様の効果がある。 なお、本発明はＮｉ基合金であり、残部はＮｉ及び不可
避的不純物からなるが、Ｎｉの一部をＣｏに置き換えて
も基本特性は同様のものが得られる。 但し、Ｃｏが３０％を超えると硬さが低下するため、Ｎ
ｉをＣＯに置換する場合は３０％以下とする。 不可避的不純物としての酸素は５００ｐｐｍ、水素は１
８０ｐｐｍ以下に抑えることが望ましい、それぞれこの
値を超えるとブローホール等の増加傾向がみられ、特に
本溶接材料を粉末プラズマ溶接用として用いた場合に融
合不良が発生し易くなる。 以上の成分を有する溶接材料は、主としてＴＩＧ溶接溶
接粉末溶接材料として提供される。 ＴＩＧ溶接溶接粉る場合は、一般に鋳造法で製造するの
が良い、鋳造方法としてはシェルモールド法、減圧吸引
法、連続鋳造法等があり、細径棒を鋳造できる方法であ
ればどのような方法によっても良い。溶接棒径としては
、溶接作業性、経済性の各面より一般に３．２〜６．０
＋ａｍφが実用的である。なお、本溶接材料にはＡＲ，
Ｔｉが含まれているので、酸素−アセチレンガス溶接は
困難である。 粉末材料として提供する場合は粉体プラズマ溶接用とし
て用いるのが好ましい、粉末としては６０〜３５０メツ
シュ程度とすることが良好な溶接作業性を確保するため
に望ましい、粉末の製造方法はガスアトマイズ法による
ものが最も適している。勿論、水アトマイズ法により製
造することも可能であるが、ガス成分が多くなりやすく
、特に酸素を低く抑えるのが難しく、溶接材料の製法と
してあまり好ましくない。 本発明による溶接材料はディーゼルエンジンバルブ以外
にも重油を燃料として用いる機器の耐食、耐摩耗肉感に
広く利用できることは云うまでもない。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 実施例１ 本例は溶接棒として利用した例である。 第１表に示す化学成分を有する溶接棒を用い、以下の溶
接条件のＴＩＧ溶接により肉盛溶接した。 作業性及び割れ状況を調べると共に耐食テスト及び硬さ
測定を行った結果を第２表に示す。 〈溶接条件〉 溶接棒径：５．０φ鋳造棒 電流：　１５０Ａ（ＤＣ８Ｐ） 予熱温度：２．００℃ 母材：５Ｍ５０Ａ １９ｔＸ１００Ｘ２００ｕ（＋ｎ＋ａ）積層法：２層盛
（３パス／１層） シールドガス：Ａｌ　　１５Ｑ／ｗｉｎなお、耐食試験
方法には、３ｔＸ　１０ｗＸ４０　Ｑ（ｍｍ）の寸法の
試験片を用い、耐Ｖ腐食の評価の場合は、Ｖ、Ｏ，％＋
Ｎａ、　Ｓ　０．１５％の腐食溶液を２０　Ｂ／ｃｍ”
塗布し、９００℃Ｘ３ｈｒ（大気）に加熱して腐食減量
を測定し、また耐Ｓ腐食の評価の場合は、前記腐食溶液
をＮａ、３０．９０％＋ＮａＣＱ１０％に代えた以外は
同じ条件で塗布、加熱し。 腐食減量を測定した。 第２表より以下の如く考察される。 Ｎα１〜Ｎａ　５は本発明例であって、良好な作業性を
示し、割れのない溶着金属が得られた。また耐食性も良
好で、耐Ｖ腐食２０ｍｇ／ａｍ２以下、耐Ｓ腐食５ｍｇ
／Ｃｍ以下となり、ステライトやコルモノイに比べて良
好な値を示している。また硬さもＩ−Ｉｖ４００以上が
得られ、十分な耐摩耗性が期待できる。 一方、比較例Ｎα６はＣが低いため、硬さがＨｖ３２０
と低く、更にＦｅ量が多いため、耐食性が悪い。 比較例Ｎα７はＭｎが多いのでスラグを発生し、作業性
が悪い、更にＡｆｌとＴｉが不足しているため、硬さは
低くなっている。 比較例Ｎα８はＣｒが不足して耐食性不良であり、低Ｓ
Ｌによるなじみ不良も起こっている。更にＮｂが高すぎ
るため、割れが発生している。 比較例Ｎα９はＣが多すぎるため、割れを発生している
。 比較例Ｎｎ１ＯはＳｉが高すぎてコールドラップとなり
、高Ｃｒによる割れも発生している。 比較例Ｎ（１１１はＴｉが多すぎてブローホールを発生
し、Ｗも多すぎて割れを発生している。 比較例Ｎα１２は高Ａｌで割れを発生している。 比較例Ｎｎ１３はＡｌが低すぎて硬さがです、高Ｎによ
りなじみが悪くなっている。また■が高すぎて割れを発
生している。 比較例ＮＱ１４はステライト合金であり、作業性、硬さ
は問題ないが、耐食性が悪い。 比較例ＮＱ１５はコルモノイ合金であり、作業性１　　
は良いが、２００℃予熱では割れを発生している。 耐食性も不十分である。 ［以下余白１ ス」１１Ａ 本例は粉体プラズマ溶接の粉末として利用した例である
。 第３表に示す化学成分を有する粉末をガスアトマイズ法
により製造し、これを用いて以下の溶接条件の粉体プラ
ズマ肉盛溶接を行った。 く溶接条件〉 母　材：ＳＣＭ４４５ １９ｔＸ１００ｗＸ３００Ｑ（ｍｍ） 電　流：１６０Ａ　　ＤＣ３Ｐ 予熱温度：２００℃ 積層法：２層法（３バス／１層） その結果、Ｎａ　１、Ｎａ２は作業性が特に良好で。 割れのない施工ができた。一方、Ｎａ３は粒度が粗いた
め、粉末が若干溶けに＜＜、融合がやや不足気味となる
傾向がみられた。また、＆４は逆に粒度が細かすぎて粉
末の飛散が若干多くなり、ノズルがやや詰まり易くなる
傾向が生じた。しかし。 いずれの場合も、実施例１の本発明例と同様１割れがな
く、■腐食及びＳ腐食に対する耐食性が優れ、硬さも十
分であった。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、Ｎｉ基合金の化
学成分をバランスよく調整したので、耐熱性、耐摩耗性
は勿論のこと、特に高温における耐Ｖ、耐Ｓ腐食性に優
れた肉盛溶接材料を提供することができる。しかも、溶
着金属に特別の熱処理を要することなく特性を得ること
ができるので、実用上の効果は大きい。特にｖ、Ｓを含
む低質重油を使用する環境に曝される各種機器、部品の
肉　　゛盛溶接材料として好適である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎｉ基合金であって、重量％で（以下、同じ）、Ｃ：０
   ．０１〜０．５０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：
   ３５〜６０％、Ａｌ＋Ｔｉ：０．５〜４．０％（但し、
   Ｔｉのみの場合は０．５〜３．０％）及びＮ：０．０１
   〜０．２％を含み、更に、Ｍｎ：２％以下、Ｖ：３％以
   下、Ｎｂ：１％以下、Ｍｏ：５％以下、Ｗ：５％以下及
   びＦｅ：５％以下のうちの１種又は２種以上を含み、残
   部がＮｉ或いはＮｉと３０％以下のＣｏ並びに不可避的
   不純物からなることを特徴とする硬化肉盛溶接材料。