JPH0191997A - 複合肉盛溶接棒 - Google Patents

複合肉盛溶接棒

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JPH0191997A
JPH0191997A JP24891087A JP24891087A JPH0191997A JP H0191997 A JPH0191997 A JP H0191997A JP 24891087 A JP24891087 A JP 24891087A JP 24891087 A JP24891087 A JP 24891087A JP H0191997 A JPH0191997 A JP H0191997A
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JP
Japan
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powder
metal
welding rod
overlay welding
matrix
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Application number
JP24891087A
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English (en)
Inventor
Chikanobu Shintani
新谷 京宣
Takeshi Shinozaki
斌 篠崎
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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Publication of JPH0191997A publication Critical patent/JPH0191997A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/32Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550°C
    • B23K35/327Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550°C comprising refractory compounds, e.g. carbides

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

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、金属マトリックスに分散相としてセラミック
粒子が、混在した肉盛層を形成するための複合肉盛溶接
棒に関する。
〔従来の技術〕
耐摩耗部材等の表面改質法として、部材表面に、金属マ
トリックスとセラミック粒子とからなる複合U織を有す
る溶接肉盛層を形成することは公知である。その溶接肉
盛層は、金属マトリックス中に混在するセラミック粒子
の分散強化作用により、高度の耐摩耗性・高/!j1強
度等を示す。
この肉盛層を形成するための溶接肉盛材として、鉄系金
属チューブ内に、WC,NbC,TiC。
VC,MoC,TaC,BN、TiN、等のセラミンク
粉末を充填してなる溶接棒、あるいはセラミック粒子を
Ni、Cr、Ta、Zr等の金属皮膜で被覆したうえ、
金属チューブに充填することとした溶接棒等が提案され
ている(特開昭56−128698号、特公昭36−1
5760号等)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、上記従来の溶接棒を用いて形成される複合肉
盛層は、例えば鋼材熱処理炉における炉内雰囲気等の高
温度大気中での安定性に問題がある。すなわち、その溶
接肉盛層内の分散相であるWC,NbC,Ti C,V
C,MoC,TaC。
BN等のセラミック粉末は、高温度、特に1200〜1
400℃の大気中において、溶融、酸化、あるいは昇華
等が生じる。第5図はNbC粉末について、第6図はT
iC粉末について、加熱試験(大気中1400℃X 1
00Hr)を行った場合の粉末の変化を示している(倍
率40)。各図ともCI)は加熱前、[11)は加熱後
の粉末であり、長時間の高温加熱により、激しい酸化・
昇華等が生じた結果、これらの粉末はその本来の形態を
喪失し、加熱前とは全く性状の異なったものとなること
が判る。
分散相粒子にこのような溶融・酸化・昇華等による変質
・消耗等の変化が生じると、マトリックス中における粒
子の分散強化作用が弱められ、もしくは失われることよ
り、その肉盛層の材料特性が著しく損なわれることにな
る。
また、分散相粒子としてT i N等を使用した溶接棒
にあゲては、溶接施工時の酸化反応(TiN→T i 
O,+NO□)によるTiN粒子の損耗が著しく、均一
な複合組織を形成することが困難であり、しかもその急
速な酸化反応により酸化皮膜が肉盛ビード表面に形成さ
れるために、多層盛り溶接を行う場合、ビードの積層界
面の接合不良が生じるという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するための改良された複合
肉盛溶接棒を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
金属チューブ内にセラミック粉末と金属粉末との粉末混
合物を充填してなる複合肉盛溶接棒において、 金属チューブは、ステンレス鋼からなり、セラミック粉
末は、Cr3C2、CrqCz、またはSiCから選ば
れる1種もしくは2種以上の炭化物系セラミック粉末で
あり、 金属粉末は、Fe、Cr、NiまたはCoから選ばれる
1種もしくは2種以上の粉末、または2種以上の元素を
含む合金粉末であることを特徴としている。
本発明において、分散相粒子として、Cr、C2、Cr
=C,、、またはSiCを使用することとしたのは、こ
れらの炭化物系粒子が、高温大気中における安定性にす
ぐれており、溶接施工時はむろんのこと、鋼材熱処理炉
などにおける1200〜1400℃の高温大気雰囲気に
長時間隔される使用条件下においても、溶融・酸化・昇
華等の変質・損耗等を生じることがなく、分散相粒子と
して所期の機能を維持するからである。第3図はCr、
C,粉末について、また第4図はSiC粉末について、
それぞれ、大気中1400°CX 100Hrの加熱試
験を行った場合の粉末性状を示している(いずれも、倍
率40)。
各図とも(1)は加熱前、CU)は加熱後であり、加熱
後におけるいずれの粉末も全く変化がなく、加熱前と同
じ粉末形態を有していることがわかる。
上記分散相粒子であるCr3C,、Cr、C3、SiC
の各粉末はそのいずれかを単独で、または2種以上の混
合物として使用してよい。その粉末粒径は、分散強化作
用の点から150〜350メソシユの範囲とすることが
できる。また、その粒子とマトリックスとなる金属分く
金属チューブ+金属粉末)との配合割合(重量比)は、
粒子の分散強化作用を十分ならしめるために、少なくと
も3/7(分散相粒子/マトリックス)とすることが好
ましい。ただし、粒子の配合割合が多くなると、金属マ
トリックス量の相対的減少に伴い、肉盛層の靭性が低下
するので、炉床金物等の機械街γが加わる用途での耐衝
撃性を確保する点から、7/3の比を越えないことが好
ましい。
金属チューブ材料であるステンレス鋼は、例えば、JT
S SO3310相当材(Ni:19〜22%、Cr:
24〜26%、C:0.08%以下、Si:l1%以下
、 Mn=2%以下、残部実質的にFe)、S[IS 
304相当材(N i : 8〜10%、 Cr : 
18〜20%、c:o、os%以下、3i:1%以下、
Mn:2%以下、残部実質的にFe)、あるいはSUS
 316相当材(Ni:10〜14%、  Cr : 
16〜18%9MO:2〜3%、C: 0.08%以下
、Si:l1%以下、Mn:2%以下。
残部実質的にFe)等が好ましく用いられる。
金属チューブのサイズは特に限定しないが、例えば肉厚
0.3〜0.5鶴、外径5〜7n程度のものが入手容易
であり、かつ溶接作業性の点で好都合である。
金属チューブ内に、セラミック粒子のほか、Fe、Cr
、Ni、Co等の金属粉末を充填することとしたのは、
その金属粉末と金属チューブとによってマトリックス金
属の成分調整、およびマトリックス金属分に対するセラ
ミック粒子の混合比率の調整を容易にするためである。
この金属粉末は、上記各元素の単体金属粉体、それらの
フェロアロイ粉末、またはそれらの2種以上の元素から
なる合金粉末が、所望の金属マトリックスの成分組成に
応じて使用される。
金属マトリックスは、前記分散相粒子との複合効果によ
る肉盛層の高温耐酸化性および高温強度を十分ならしめ
るために、Cr:10〜30%、Ni:2〜15%、C
o:20〜50%、C:O,X%以下。
Si:l1%以下、Mn:1%以下、残部実質的にFe
からなる成分組成とすることが好ましい。
このマトリックスの成分組成は、前記ステンレス鋼であ
る金属チューブと、これに充填される金属粉末の種類お
よび充填量とによって容易に調整することができる。
本発明の溶接棒を肉盛材とする肉盛溶接は、例えばTI
G溶接法等を適用し、常法に従って行うことができる。
〔実施例〕
下記溶接棒を使用し、TTG溶接法により、耐熱鋼(2
7Cr −25N i −40Co鋼)部材の表面に肉
盛ビードを多層盛りして供試材を得る。
(A)溶接棒 (1)チューブ SUS 304相当のステンレス鋼チューブ。肉厚0.
4鶴、外径51璽。
(2)充填粉末 Cr 3 Cz粉末と、Co粉末、Cr粉末およびNi
粉末との混合粉末(粒度:250メツシユ)CB)溶接
条件 溶接電流・電圧:220A、 31V (C)肉盛層 (i)マトリックス成分組成(wt%)N i : 6
. Cr :16.5.  Co :41. C:0.
05゜S i :0.1. Mn :0.4.残部Fe
(ii)分散相粒子:マトリックス=50:50(重量
比)。
(iii )肉盛層厚:10貫1 CD)耐酸化性試験 上記供試材から試験片を切出し、高温大気雰囲気炉(炉
内温度: 1250〜1350℃)内に50時間保持し
たのち、スケールを除去して試験片重量を測定し、重量
減少率(mg/cI]!・hr)から肉盛層の耐酸イヒ
1生を評価した。試験結果を第1表中、(A)に示す。
なお、(B)および(C)は、それぞれ炉内金物として
使用されている従来の代表的耐熱鋼であるSCH13゜
およびUMCo−50について上記と同一の耐酸化性試
験により得られた結果を示している。
本発明の溶接棒を用いて形成される肉盛層は、1200
℃をこえる高温酸化性雰囲気において安定した酸化抵抗
性を備えていることがわかる。
(E)高温圧縮変形抵抗試験  − 前記供試材から試験片を切出し、前処理として、130
0℃の大気中に100Hr加熱保持したのち、高温圧縮
変形抵抗試験を行い、第2図中、(A)に示す結果を得
た。図中、(B)および(C)は、前記耐酸化性試験に
供した耐熱鋼と同種のものについての試験結果を示して
いる。この試験結果から、本発明の溶接棒を用いて形成
される肉盛層は、1200℃をこえる高温大気中に長時
間加熱保持されたのちにも、高位かつ安定した高温強度
を有することが認められる。
〔発明の効果〕
本発明の溶接棒を使用して形成される肉盛層は、その分
散相粒子とマトリックス金属との複合効果により、12
00℃をこえる高温大気雰囲気において、部材の表面保
護層として必要な高度の耐酸化性や強度等を維持発揮す
る。また、溶接施工性も良く、肉盛層の層厚に応じた任
意の多層盛りを行うことができる。従って、本発明の溶
接棒は、鋼材熱処理炉の炉内金物(例えば、スキッドボ
タン、スキッドレール)等、高温大気雰囲気での耐酸化
性、強度、耐摩耗性等が要求される部材の表面に肉盛層
を形成するための溶接棒として有用であり、そのすぐれ
て安定した高温強度や耐摩耗性等により、部材の耐久性
の向上とそれに伴う炉操業の安定・効率化、部材メンテ
ナンスコストの低減等の諸効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図および第2図は部材の高温試験結果を示すグラフ
、第3図〜第6図はセラミック粉末の高温加熱試験にお
ける粒子構造の変化を示す図面代用写真である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属マトリックスと分散相であるセラミック粒子
    からなる複合組織を有する肉盛層を形成するための、金
    属チューブ内にセラミック粉末と金属粉末との粉末混合
    物を充填してなる複合肉盛溶接棒において、 金属チューブは、ステンレス鋼からなり、 セラミック粉末は、Cr_3C_2、Cr_7C_3、
    またはSiCから選ばれる1種もしくは2種以上の炭化
    物系セラミック粉末であり、 金属粉末は、Fe、Cr、NiまたはCoから選ばれる
    1種もしくは2種以上の粉末、それらのフェロアロイ粉
    末、または2種以上の元素を含む合金粉末であることを
    特徴とする複合肉盛溶接棒。
  2. (2)マトリックスとなる、金属チューブと金属粉末の
    合計の金属分が、Cr:10〜30%、Ni:2〜15
    %、Co:20〜50%、Si:1%以下、Mn:1%
    以下、C:0.1%以下、残部実質的にFeからなる成
    分組成を有し、金属分と、分散相となるセラミック粒子
    との配合割合が7/3〜3/7(重量)であることを特
    徴とする上記第1項に記載の複合肉盛溶接棒。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120282480A1 (en) * 2009-12-16 2012-11-08 Sumitomo Metal Industries, Ltd. High-temperature material transferring member

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