JPH02230968A - 水車及び機器とその製造方法 - 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，水車及びその製造方法に係り、特に土砂含有
の多い流水で使用される回転機器部材等の表面はキャビ
テーション，土砂摩耗、及びこれらの複合損傷を受ける
ため、これを防止するのに好適な耐水中土砂摩耗性肉盛
溶接層を形成した水車及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

水力発電機器用水車ランナ，ガイドベーン及びステーベ
ン等の流水接触部材は，その部材の形状及び流速との関
係によりキャビテイの崩壊，衝撃によるキャビテーショ
ン，エロージヨンの損傷を受けることがある。このキャ
ビテーションによる部材の損傷は、高速流水中で発生し
たキャビテイが部材表面に衝突し、崩壊する際に高い衝
撃応力が部材に加わり、その部分が侵食される現象であ
る。そのとき衝撃圧力は流速３５〜１２０ｍ／ｓｅｅに
おいて５１４〜１７４５ａｔｍという高いものである。

このため、流水接触部の母材表面に耐キャビテーション
・エロージヨン性の優れたステンレス鋼系材料を肉盛し
、損傷を抑制しようとする金属肉盛溶接材料が開発され
てきた．これらの溶接材料の組成は、特開昭５７−１５
２４４７号公報，特開昭５７−１５６８９４号公報，特
開昭５７−１９９５９３号公報に開示され、ステンレス
鋼系材料が用いられてきた。そのキャビテーションによ
る損傷を抑制する金属材料としては、高強度かつ高硬度
のものか、衝撃圧力を利用して流水表面層の加工硬化が
期待される肉盛溶接材料である． 一方、ポンプ等の構成部材である鋳鉄は、耐摩耗性が十
分でないことから、耐摩耗性ゴム，ポリウレタン，また
はエボキシ樹脂等にセラミックス粒子を分散させた耐摩
耗性材料が開発されてきた。

このような材料の組成は、特開昭５９　−　４５３６３
号公報〜特開昭５９　−　４５３６６号公報，特開昭５
９　−　６８３４９号公報，特開昭６２　−　７２９２
２号公報〜特開昭６２−７２９２３号公報等に多く開示
されている。

しかしながら、土砂を多量含む河川水を用いる水力発電
用水車は、水車の構成部材が土砂の成分の硬質のＳｉＯ
ｚやＡ　Ｑ　ｚ○３による切削作用等により侵食される
。金属材料のキャビテーション損傷には硬度の高い金属
ほど耐えるとされているが．土砂を含有した環境では必
ずしも良いとは限らない。一般的には土砂の成分物質よ
り硬度が高い材料であれば切削作用等による侵食が防止
できるものと考えられている。しかし大型構造部品等へ
硬度の大きい材料を所定形状で設けることは一般的に非
常に困難である． また、水力発電機用水車は高土砂含有地点で使用された
実績が今まで比較的少ないため．水中土砂による摩耗の
抑制を直接対象として開発された材料は見当らない。そ
こで，水車ランナ等の部位には、その強度特性を満足す
るように焼入れ、焼戻し処理を施した含Ｎｉｌ３Ｃｒ＆
９ｍが用いられ，その表面にステンレス鋼のＪＩＳＤ３
０８　，ＪＩＳＤ３０９Ｍｏ，ＨＳＴ２５等による被覆
アーク溶接肉盛施工が採用されているのが現状である．
しかしこの方法は耐水中土砂摩耗性を考慮して実施され
たものでないので、高土砂含有地点の水力発電機用水車
等を対象とする場合には耐水中土砂摩耗性が不十分で摩
耗が著しい． また被覆アーク溶接肉盛用の材料として、Ｃｏ基超耐熱
合金粉末とセラミックス粉末とが混合した混合粉末を使
用して母材表面に肉盛層を設ける技術が特開昭６２−１
３４１９３号明細書に示されているが、この技術は高温
部材表面に耐熱及び耐圧縮変形等を付与するための技術
であり、本発明の対象とする水車の場合に適用される技
術ではない。

（発明が解決しようとする課題〕 従来の金属溶接材料による水車部材への肉盛溶接は、耐
食性は言うまでもないが、水車ランナ等のキャビテーシ
ョン・エロージヨンによる侵食を防止することを主目的
として実施されているものであり、耐水中土砂摩耗性は
必ずしも高くない。

これはキャビテーション・エロージヨンと土砂摩耗とは
その損傷機構が異なることによる．即ち、前者は高速水
中で発生したキャビティが材料表面で衝突，崩壊すると
きの衝撃圧により侵食するものであり、後者は主として
土砂による切削作用により侵食する現象である．また、
高土砂含有の流水中で，キャビテーションと土砂摩耗と
が相乗する場合では、それぞれの単独の要因よりも材料
の損傷が加速される．そのため上述の従来技術のスラン
レス鋼のＪＩＳＤ３０８，　ＪＩＳＤ３０９Ｍｏ，　Ｈ
　Ｓ　Ｔ　２　５等は高土砂含有地点の水車に適用する
には問題があった． 一方、高分子有機材料にセラミックスを複合した高分子
−セラミックス複合材料の耐土砂摩耗性材料が開発され
ている．これは、高分子中に硬度の高いセラミックスを
分散させて、土砂による切削的作用を緩和しようとした
ものである．しかし、水中で使用される場合は必ずしも
土砂摩耗のみでなく、キャビテーション・エロージヨン
との複合損傷が大きく、特に高分子−セラミックス複合
材料の水中の土砂摩耗性が金属材料に比べて優れても劣
らないものであるが、キャビテーション損傷に対しては
金属材料よりも非常に劣る．従って高土砂含有流水地点
の水車構造部材に高分子一セラミックス複合材料を適用
することは信頼性の点で問題がある． 本発明の第１の目的は、水の衝撃を受ける基村上に、キ
ャビテーションによる侵食と土砂による摩耗を同時に抑
制し、かつ施工性の容易な肉盛溶接層を有する水車を得
ることである． 本発明の第２の目的は，キャビテーションにする侵食と
土砂による摩耗を同時に抑制し且つ施工性の容易な肉盛
溶接層を有する水車の製造方法を得ることである． 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、流水の流れを調整するガイドベーン及び該流
水によって回転するランナを備えた水車において，流水
による衝撃を受ける部分に母材よりも耐キャビテーショ
ン性の高い肉盛溶接層を有する部材を有し、該肉盛溶接
層はオーステナイト系ステンレス鋼のマトリックスと、
このマトリックスに分散した炭化物とを有する金属組織
であることを特徴とする． 水の衝撃を受ける部分の少なくとも一部分に母材よりも
耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を設ける、本発
明の第２の目的を達成する本発明の水車製造方法は，オ
ーステナイトステンレス鋼粉末と金属炭化物系セラミッ
クス粉末との混合粉末をプラズマアークによって溶融し
被溶接部分に供給するとともに，該被溶接部分に溶湯の
プールを作りながら所望の厚さの肉盛溶接層を形成する
ことを特徴とする． 炭化物の含有量は面積率で１〜５０％が好ましい。特に
流水による急激な衝撃を受け、キャビテーションを受け
る部分では肉盛溶接層として靭性が高いものが良く、１
〜１０％が好ましい。また、流水による摩耗が支配する
部分では１０〜５０％が好ましく、硬さとしてＨ　ｖ　
３　０　０〜７００が好ましい．炭化物の添加量と肉盛
溶接層中に含有される晶出物の面積率との関係は添加量
５重量％のとき２０％，１０重量％のとき４０％，１５
重量％のとき６０％となる。

本発明の水車において、水の衝撃を受ける部分に設けら
れた肉盛溶接層を構成するオーステナイトステンレス鋼
のマトリックスに分散している炭化物は，（Ａ）前記肉
盛溶接層中に残存する前記金属炭化物系セラミックス粒
子、及び（Ｂ）前記金属炭化物系セラミックス粒子が残
存せず肉盛溶接後に晶出した金属複合炭化物の両者を包
含するものである． （Ａ）セラミックス粒子の残存凝固組織構造被覆層は、
高融点の前記金属炭化物系セラミックス（Ｓ）の粉末粒
径が前記オーステナイト系ステンレス鋼（Ｍ）の粉末粒
径１０〜２００μｍに対して粒径比Ｓ／Ｍが２以下，好
ましくは１〜２で、金属炭化物系セラミックス（Ｓ）が
２０〜８０容積％含まれ、かつ前記肉盛溶接層は該層中
に金属炭化物系セラミックス粒子が残存された凝固組織
構造を有するものである． また，前記オーステナイト系ステンレス鋼としてはＡＩ
ＳＩ３０４　，　３　１　６等が使用できる。即ちこれ
らの材料は、重量で．Ｃ０．０１〜０．１５％，Ｓｉ１
％以下，Ｍｎ１３％以下，Ｃｒ１６〜２６％，Ｎｉ２〜
２２％をベースとする。また、これにＭ　ｏ　５％以下
，Ｃｏ１２％以下，Ｃｕ５％以下，ＮＯ．３％以下，Ｎ
ｂ，Ｔｉ，Ｗ，Ｖの少なくとも一つを０．１〜５％含有
するものである．より好ましくは重量％でｃ　：　ｏ．
ｏ　ｓ〜０．１５％，Ｓｉ　：　０．２〜１．０％，Ｍ
ｎ：７　〜１３％，Ｎｉ：２〜７％，Ｃｏ：６〜ｌＯ％
，Ｃｒ：１７〜２３％とする．更にこれにＭｏ：１〜３
％，Ｎ：０．３　　％以下を含有し、残部がＦｅ及び同
伴する不可避的不純物からなり、（Ｍｎ％＋Ｃｏ％）／
Ｃｒ％の値が０．６　〜１．３　の範囲の組成を有し、
加工硬化性がＡＩＳＩ３０４あるいは３１６よりも高い
擬似マルテンサイト系ステンレス鋼を使用するのがよい
。

また、前記金属炭化物系セラミックスはＳｉＣ，ＶＣ，
ＮｂＣ，ＴｉＣ，ＷＣ及びＣｒａＣｚの群より選定され
た少なくとも１種である． 一方、（Ｂ）セラミックス粒子が残存しない凝固組織構
造の肉盛溶接層の形成に使用した複合粉末は，高融点の
前記金属炭化物系セラミックス（Ｓ）の粉末粒径及び前
記オーステナイト系ステンレス１１　（Ｍ）の粉末粒径
が１０〜２００μｍの範囲にあり、粒径比Ｓ／Ｍが１以
下で、金属炭化物系セラミックス（Ｓ）が１〜４０容積
％含まれ、かつ前記被覆層は被覆層中に金属炭化物系セ
ラミックス粒子が残存せず、晶出した金属複合炭化物が
分散した凝固組織構造を有するものである．また，この
（Ｂ）セラミックス粒子の非残存凝固組織肉盛溶接層の
場合に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼は，前
記（Ａ）セラミックス粒子の残存凝固組織肉盛溶接層の
場合と同一のステンレス鋼が用いられる． また、前記金属炭化物系セラミックスはステンレス鋼よ
りも密度が小さく、立方晶系構造を有し，ＳｉＣ，Ｔｉ
Ｃの群より選定された少なくとも１種である． また、（Ａ）及び（Ｂ）セラミックス粒子の残存または
非残存凝固組織肉盛溶接層において、前記オーステナイ
ト系ステンレス鋼及び前記金属炭化物系セラミックスの
両者の粉末形状は，丸形，角形，丸角形、またはそれら
の混合形が好ましい．そして前記肉盛溶接層はプラズマ
アーク肉盛溶接により形成され、その厚さが５ａｍ以下
であることが好ましい． 本発明の水車は、高土砂含有水を利用する水力発電用水
車に適用され、キャビテーションによる損傷，土砂摩耗
による損傷及びこれらの複合損傷の発生を最小限にする
ものである。

更に本発明の水車について説明する。（Ａ）セラミック
ス粒子（７３３１！存凝固組織肉盛溶接層において、オ
ーステナイト系ステンレス鋼粉末より粒径の大きいｓｉ
ｃ，ｖｃ，ＮｂＣ，ＴｉＣ，ＷＣ４びＣｒｓＣｚ等の金
属炭化物系セラミックス粉末をステンレス鋼粉末に２０
〜８０容積％混合して複合粉末にしてプラズマ肉盛溶接
することにより、セラミックス粒子が残存する凝固組織
になる。この場合、セラミックス粉末（Ｓ）とステンレ
ス鋼粉末（Ｍ）の粒径比Ｓ／Ｍを１〜２とする．これは
ステンレス鋼とセラミックスの融点とを比べるとセラミ
ックスの方が高く、ステンレス鋼粉末がプラズマアーク
中で溶け、セラミックス粒子を残存させるためである。

その比が余り大きくなると，大きな粒子同志が隣接し、
偏析傾向を増長し、そのため実機適用における使用応力
によりクラツクが発生され易くなる． 一方、前記のようなセラミックスを選んだのは、土砂構
成物質であるＳｉ０２　，ｋＱｚｏ３よりも硬度の高い
セラミックスを分散させることにより、土砂による切削
作用の侵食を抑えるためである。

また、（Ｂ）セラミックス粒子の非残存凝固組織被覆層
に６いて、ステンレス鋼より密度の小さい金属複合炭化
物系セラミックスのＳｉＣ，ＴｉＣ粉末を選定し、ステ
ンレス鋼粉末と混合して複合粉末とし，これをプラズマ
肉盛溶接により肉盛溶接層を形成し、結果としてセラミ
ックス粒子が肉盛溶接層中に残存せず、金属複合炭化物
が晶出し且つ分散した凝固組織になる。そのためにステ
ンレス鋼粉末とセラミックス粉末の粒径は１０〜２００
μｍが好適である．これらの粒径を大きくすると、未溶
解のステンレス鋼粉末とセラミックス粉末の粒子が残存
する。しかし、ステンレス鋼とセラミックス粉末の融点
はセラミックスの方が高いため、これらの複合粉末を溶
接するにはステンレス鋼粉末よりセラミックス粉末の粒
径を小さくした方が、プラズマアークによる融解が容易
になり、従って前記のようにＳ／Ｍを１以下にすること
が好ましい． また、（Ａ）及び（Ｂ）セラミックス粒子の残存または
非残存凝固組織肉盛溶接層の両者の場合、ステンレス鋼
粉末及びセラミックス粉末は共に丸形，角形，丸角形、
及びこれらの混合形であっても良く，通常の粉末冶金技
術によって製造することができる。また、実際に機器部
材表面に形成される肉盛溶接層は、その肉盛量が多い程
良いが，これらの延性，靭性を考慮し、さらに部材（母
材）との混合層がほとんど形成されないので５ｏｗ以下
であれば充分であり、耐摩耗性性能が発現できる．なお
、水の衝撃を受ける部分への肉盛施行は、被覆アーク，
ＴＩＧ，ＭＩＧ溶接等の通常の溶接方法で行うことがで
きる。しかし、本発明のように、セラミックス粉末とス
テンレス鋼粉末との複合粉末をこれらの方法で肉盛溶接
するのは比較的困難であり、従って粉末同志を混合して
溶接可能なプラズマアーク溶接により，効果的に実施で
きる． 本発明によれば、水車は高土砂含有水に接触する機器部
材表面の少なくとも一部分に２０Ｃｒ−４　Ｎ　ｉ　−
　６　Ｃ　ｏ　−　１　．　５　Ｍ　ｏ　−　１　０　
Ｍ　ｎ　−　０　．　２　Ｎオーステナイト系ステンレ
ス鋼と、ステンレス鋼より融点及び硬度が高い金属炭化
物系セラミックスとの複合粉末をプラズマアーク溶接に
より肉盛溶接層を形成する．この肉盛溶接層はオーステ
ナイト系ステンレス鋼のマトリックスに炭化物が分散し
た組織を有し、この組織により高土砂含有河川水を利用
する水車機器部材の土砂による損傷を最小限に抑えるこ
とができ、信頼性の高いシステムを構成することができ
る。

また、（Ａ）セラミックス粒子の残存凝固組織肉盛溶接
層も、（Ｂ）セラミックス粒子の非残存凝固組織肉盛溶
接層のいずれかでも、土砂摩耗による損傷とキャビテー
ションによる損傷、及びこれらの複合損傷を抑制できる
が，前者の（Ａ）は特に耐土砂摩耗性に適し、後者の（
Ｂ）は肉盛溶接層の製作性が容易である． 更に、本発明に係る耐エロージョン性肉盛溶接層は、オ
ーステナイト系ステンレス鋼、表面に金属被覆層を設け
た金属炭化物系セラミックス、さらに希土類元素の複合
粉末が機器部材の基板表面上に肉盛溶接された肉盛溶接
層で、キャビテーションによる侵食，土砂摩耗及びこれ
らの複合損傷が抑制され、かつ靭性を付与した溶接性が
良好な肉盛溶接層である。

次に本発明の主要な構成要件である肉盛溶接層が適用さ
れる水車の断面図を第ＩＡ図に示し、第ＩＡ図でＸ方向
に見た時のランナ部の斜視図を第ＩＢ図に示す。本水車
の動異であるランナ本体はクラウン１，シュラウド２と
の間に複数の羽根３が設けられ、ランナコーン４，ガイ
ドベーン５，ステーベン６，ランナライナ７及びシート
ライナ８で構成されており，ステーベン６を通った土砂
を含む流水はガイドベーン５から羽根３に流れ、ランナ
羽根に回転エネルギーを与えて下方に落下する．９はバ
ンドを示す。

第２図は、本発明の水車の羽根３に設けられた肉盛溶接
層の羽根との溶着状態及びオーステナイトステンレス鋼
マトリックスに晶出炭化物が析出している肉盛溶接層の
顕微鏡組織の例を示した写真である。この羽根３は、一
般に通常の溶解・鋳造によって得られた含Ｎｉｌ３Ｃｒ
＆ＩＩ９によって構成されている。しかし、この流水と
の接触表面には，キャビテーションによる損傷を考え、
従来はオーステナイト系ステンレス鋼の肉盛溶接（ステ
ンレス鋼ＪＩＳＤ３０８　，　Ｄ３０９Ｍｏ等）を施す
コトによりその防止対策が図られていた。しかしながら
、これらの材料は土砂摩耗に関しては必ずしも良い結果
を示さないことが判明した。そこで、高硬度を有する肉
盛溶接金属材料を検討したが、必ずしも満足すべき摩耗
特性が得られないとともに、肉盛部に割れが発生するな
ど、母材との関連から限界があることが知られた。そこ
で、種々検討した結果、オーステナイト系肉盛溶接材は
溶接割れも少なく、施工性も容易であることに着目し、
耐キャビテーション性がＪＩＳＤ３０８及ばＤ３０９Ｍ
ｏより優れている本発明の２０Ｃｒ−４Ｎｉ−６Ｃｏ−
１　．　５　Ｍ　ｏ　−　１　０　Ｍ　ｎ　−−　０　
．　２　Ｎオーステナイト系ステンレス鋼粉末に金属炭
化物系セラミックス粉末を混合した混合粉末をプラズマ
肉盛溶接して得られる層１０を形成した．この層１０は
、オーステナイト系ステンレス鋼マトリックスとこのマ
トリックスに分散して存在する炭化物とを備えた金属組
織を有し、耐キャビテーション性，耐土砂摩耗性が優れ
ていることが明らかとなった．その肉盛溶接層の厚さは
５鵬以下で多層でもよいが１層形成されるだけで充分効
果を発揮でき，好ましくは１〜３ｍである．なお、本発
明における粉末は粉末冶金の技術で通常行われている製
造法によって得られるものが使用できる．また、プラズ
マ肉盛溶接に使用される混合粉末のベース材料に前述の
オーステナイト系ステンレス鋼粉末を用いているが，こ
れは溶接性が良くかつ耐キャビテーション性が優れてお
り，本発明のベース材とじて最適であることによる。

次に夫々の成分限定理由について述べる。

（オーステナイト系ステンレス鋼粉末）なお、組成は重
量％を示す． Ｃは強力なオーステナイト生成元素であり、オーステナ
イトの安定化及び基地の強化に寄与している．Ｃ量が少
ない場合，δフェライト析出量が増し、延性，靭性及び
耐キャビテーション性が低下する．しかし、Ｃ量を増加
すると溶接に際しては溶接割れ感受性を高めるため、Ｃ
は０．０５〜０．１５％の範囲が好適である． Ｓｉは溶接部材の脱酸のために加えるもので、０．２％
未満ではこの脱酸効果が不十分であり、１．０％　を越
えると凝固粒界に低融点化合物を作って高温割れ感受性
が増すため、Ｓｉは０．２〜１．０％の範囲が好適であ
る． Ｍｎは通常鋼材の脱酸脱硫のために更に加工硬化性を高
めるために１３％以下加えられるが、Ｎ固溶量増加に寄
与すると共にオーステナイト生成元素である．本発明の
添加量は、Ｎｉ及びＣｏとあいまってオーステナイト組
成を安定化させ、さらにオーステナイト基地を軟化させ
るが，加工硬化性を増大させるので耐土砂摩耗性を顕著
に高める。その結果、Ｍｎ添加量を増加すると切削抵抗
が増し、耐土砂摩耗性が付与される。したがって，この
加工硬化性を得るには、Ｍｎ添加量７％以上が好ましい
．一方、Ｍｎを過剰に添加すると湯流れ性を悪くし、ま
た溶接に際して溶接ヒュームの増加を招き、溶接゜作業
性が低下するので，Ｍｎ量の上限を１３％とする。従っ
てＭｎは０．５〜１３％であるが加工硬化性を有するに
は７〜１３％の範囲が好適である． Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、Ｍｎ及びＣｏと
あいまってオーステナイトを安定化させ、延性及び靭性
向上のため２％以上の添加が必要である．しかし、添加
量が６％を超えるとオーステナイトの安定化が進む。加
工硬化性を伴う高い耐土砂摩耗性，耐キャビテーション
性を有するためには，Ｎｉは２〜７％の範囲が好適であ
る．Ｎｉの上限は２２％が好ましい． ＣｏはＭｎ及びＮｉと共にオーステナイトを適度に安定
化させ、特に耐土砂摩耗性，耐キャビテーション，エロ
ージヨン性を向上するので１２％以下含有させるのが好
ましい．その量が６％未満ではこれらの効果が十分では
なく、１ｏ％を超えると基地の強化が進み延性及び延性
を低下させる。

特にＣｏは６〜１０％の範囲が耐土砂摩耗性に好適であ
る。

Ｃｒは水中における耐食性向上に有効で、また基地の強
化に必要であるが１７％未満では耐土砂摩耗性を十分に
発揮できない．一方、２３％を超えるとδフエライト生
成量が増す結果、延性及び靭性が低下するので、Ｃｒｌ
６〜２６％の範囲が好適である．より好ましくは１７〜
２３％である。

Ｍｏは基地を強化する他、耐食性を改善し、耐土砂摩耗
性，耐キャビテーション・エロージョン性改善に効果が
ある。しかし、５％を超えるとδフエライト生成量を増
し、靭性を低下する。特にＭｏは１〜３％の範囲が好適
である． ＮはＣとあいまってオーステナイトを安定化させ，特に
低Ｃ鋼ではオーステナイト生成のために不可欠な元素で
ある。また、耐土砂摩耗性等の改善にも効果があるが、
過剰に添加すると窒化物を形成して靭性を害するため、
Ｎを０．３％以下にすることが好適である．より好まし
くは０．０　５〜０．２％である。

Ｃｕはオーステナイト地に固溶し、基地を強化し、土砂
摩耗性，耐キャビテーション性を向上させる。しかし、
あまり添加量を増すと溶接による割れを増長するためそ
の範囲は０．１〜５％が好ましい。

Ｎｂ，Ｔｉ，Ｗ，Ｖは結晶粒微細化や炭化物形成元−素
であり，この系の炭化物セラミックスを用いない場合は
、分解溶融したＣと反応し、炭化物を形成し延性や靭性
を向上させる．しかしあまり添加すると溶接性を低下す
るため、０．１〜５％の範囲が好ましい。

残部はＦｅ及び同伴する不純物からなり、不純物として
Ｐ，Ｓ及びそのためＡｓ，Ｓｂなどがあるが、これらの
元素は延性，靭性を害するとともに溶接性を低下させる
ため極力少ない方が望ましい． （金属炭化物系セラミックス粉への金属被覆）金属炭化
物系セラミックス粉への金属被覆は，ステンレス鋼粉末
に、特にこれより比重の小さいセラミックスを複合する
場合に、溶接時のセラミックスの飛散等を抑制するとと
もに、肉盛溶接層中に均一に分散・溶融させるための手
段である。

この金属被覆した炭化物系セラミックスは、ステンレス
鋼粉末の比重に近づくため、粉末の供給が容易となり、
溶接施工性に効果を示す。

この炭化物系セラミックスへの表面金属被覆は化学メッ
キ，電気メッキ及びその他の物理的化学的手法によって
、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｏ及びそれらの合金があ
る。この場合、高融点でかつ単金属の被覆が好ましい，
しかし、セラミックス粉末への施工は、化学メッキ法に
よるＮｉ−Ｐ化合物が容易である．また，その金属被覆
量はステンレス鋼及び後記する希土類元素との関連にお
いて、粉末混合及び溶接施工性をそこなわない金属被覆
層の厚さと炭化物系セラミックス粒径の半径との比が１
以下が好ましい。

（希土類元素） 本発明の希土類元素粉末の混合は、金属炭化物系セラミ
ックス粒子表面へ、特に低融点の化合物を形成させるＰ
等を含む被覆層の場合に有効である。これは、これら希
土類元素がＰ等と化合し，高融点化合物を形成させると
いうことに基づくものである。

この希土類元素は周期律表の５７番から７１番に記載さ
れているランタニド元素及びそれらの合金が好ましい。

しかし、一般的に使用されているＬａ，Ｃｅ及びそれら
の化合物である粉末が好ましい、特に、Ｌａ，Ｃｅの単
元素は酸化しやすく、大気中で取扱う場合に酸化層を形
成させ，溶接性を低めるためこれらの化合物たとえばＬ
ａＮｉｅ等が最適である．その混合量は０．１％以下で
はその効果が発揮されず，５％以上になると溶接性を低
める効果となるため０．１〜５％が好ましい．ステンレ
ス鋼粉末とセラミックス粉末との混合粉末に対し混合さ
れる量は１〜５ＶｏＱ％が好ましい． 一方，これらの肉盛層は、その表面にショットピーニン
グ処理等により圧縮残留応力を付与することにより効果
的に耐エロージヨン性を発揮させることができる。更に
、ピーニング等による表面処理のままでは、処理による
金属粉等が肉盛層表面に巻き込等で残存するので表面層
を除去することによりさらに効果的に耐損傷性を発揮で
きる。

この場合、押付力の大きいエメリー紙等で表面層を切削
除去すると切削面には圧縮残留応力が残り、さらに耐損
傷性を付与するのに効果的であり，その表面あらさば１
０μｍ以下とすべきである。

なお、本発明の耐エロージヨン性被覆層は特に水車を考
えた場合、河川水中には定常状態で土砂を１％以下含有
しているが、上記被覆層は重量で１０％以下の土砂を含
む流水に対して有用である。

固液混相流動媒体中で使用される機器は、少なくとも水
車のランナ，ライナやノズル，蒸気タービンブレード，
船舶プロペラ，サンドポンプのインペラやライナ，スラ
リー輸送ポンプや配管及びそれらの媒体を取り扱う部材
表面に対し有効である． （金属炭化物系セラミックス） 金属炭化物系セラミックスに関し、（Ａ）セラミックス
粒子が残存された凝固組織を有する被覆層、及び（Ｂ）
セラミックス粒子が残存せず、金属複合炭化物である晶
出炭化物が分散した凝固組織を有する肉盛溶接層のもの
に対し、（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合でもセラミッ
クスは高融点，高硬度であれば如何なる金属炭化物系セ
ラミックスでも使用できる．しかし（Ａ）又は（Ｂ）の
場合には次に示す金属炭化物系セラミックスを用いるこ
とが一層好適である。

（Ａ）　　セラミックス粒子が残存された凝固組織構造 本発明は金属炭化物系セラミックスのＳｉＣ，Ｉ　ｉＣ
，ＷＣ，ＣｒｓＣｚ，ＮｂＣ，ＶＣより少なくとも１種
を選び、ステンレス鋼との混合粉末により肉盛溶接層を
形成し、その層中にセラミックス粒子を残存させること
により、耐水中土砂摩耗性を有効に向上ならしめるもの
である．この粒子の残存は溶接条件にもよるがステンレ
ス鋼に対し２０容積％以下では層中に溶け込み効果は発
揮できない．しかし，８０容積％以上になるとセラミッ
クスの粒子と粒子が接触する領域が増し、その部分が土
砂により欠落する頻度が多くなり、それを基点とする割
れを発生しやすくなる。従ってセラミックス量はステン
レス鋼粉末量に対し２０〜８０容積％が好ましい．また
セラミックスの中でも好ましくはＳｉＣが良い． （Ｂ）　　セラミックス粒子が残存せず且つ晶出金属複
合炭化物が分散した凝固組織構造炭化物系セラミックス
のＳｉＣ．ＴｉＣ粉末をステンレス鋼粉末に混合し、こ
の混合粉末から肉盛溶接層を作ることにより、オーステ
ナイトステンレス鋼マトリックスに炭化物が晶出した金
属組織が得られ、これにより、キャビテーション，土砂
摩耗及びこれらの複合損傷を抑制するものである．これ
らの耐損傷性はステンレス鋼に対し１容積％を混合しな
いとその効果は発揮されない．しかし、４０容積％以上
添加すると，このステンレス鋼においては、割れ感受性
が高くなるため、その混合量はステンレス鋼粉末量に対
し１〜４ｏ容積量％が良い．なお、本発明において．Ｓ
ｉＣ，ＴｉＣを選んだのは結晶構造がステンレス鋼と同
様に立法晶系であることによる．さらに、回転部におい
ては、その遠心力による応力を緩和するということを考
慮し、ステンレス鋼に比べ密度の低いものに限定したこ
とによる。この場合は施工性が容易な効果がある． 母材としてはＣ０．２％以下，Ｓｉ２％以下，Ｍｎ２％
以下，Ｃｒ８〜１４％，Ｎｉ６％以下を含有する鍛鋼，
鋳鋼が好ましい．更に、この組成にＭ　ｏ　２％以下，
Ｗｌ％以下，Ｔｉ，Ｎｂ，■１％以下，Ｚｒ，Ｈｆ０．
５％以下の少なくとも１種を含むことができる． 〔実施例〕 実施例１ 第１表は表中に示したステンレス鋼粉末（粒径１２５μ
ｍ）に金属炭化物系セラミックス粉末（粒径２１０μｍ
）を種々の容積比で混合した配合組成を示す．この混合
物を粉体プラズマ肉盛溶接装置により、アーク電流２２
０〜２５０Ａ，アーク電圧３２〜３５ｖ，トーチウイビ
ング幅９４■で回数１　５　〜１　６ｃｙｃｌｅ／ｗｉ
ｎ，　Ａ　ｒガス送給量（Ｑ／＋ｓｉｎ）をプラズマ３
，キャリア５，シールド１５とした溶接条件で３ｍ一層
肉盛をした。得られた肉盛溶接層は、金属炭化物系セラ
ミックスが肉盛溶接層に残存した凝固組織構造を有して
いた．第１２図は，市販のプラズマ肉盛溶接装置の概要
断面図である．作動開始時にプラズマガス（Ａｒ）２３
を導入してＷ電極（−）２１と母材（＋）２２との間に
流すことによりパイロットアークを発生させ、次にシー
ルドガス（Ａｒ）２４を流し電極２１と被溶接物２２と
の間に電圧を加えプラズマアークを発生させた．そして
粉体（パウダー）送給装置から粉体（人テンレス鋼粉末
＋セラミック粉末）とキャリアガス（Ａｒ）との混合物
２５をプラズマアーク２６に供給して、プラズマ熱にて
粉体を母材２２表面にて溶融して母材に溶着し肉盛溶接
層を作った。

また，比較のために従来の肉盛溶接層を次のようにして
施工した．第２表は従来行われている被覆アーク溶接に
使用した溶接捧の化学組成を示す。

溶接条件は捧径４ａｉφ，１！流１５０Ａ，電圧２３Ｖ
，入熱１６ＫＪ／ａＩ１の条件で３ｍ一層肉盛した．な
お，本発明の肉盛溶接層及び比較材肉盛溶接層の施工に
おいて、両溶接とは母材には含Ｎｉｌ３Ｃｒｕ鋼（成分
は第２表のＮα１２と同じ）製で２５ｔＸ１００ｍｍＸ
１５０ｎｎの寸法の板を供した。溶接後、水中土砂摩耗
試験片５　ｔ　Ｘ　２　０　ｍｍ　Ｘ　５　０　ｎａを
採取し、試験表面をエメリー紙＃１２００で仕上げて試
験に供した。

実験における耐キャビテーション性の比較は磁歪振動式
キャビテーション試験機を用い、周波数６．５ＫＨｚ　
　，振幅１２０μｍ，試験温度２５℃の条件下で水道水
中２時間試験後の減量を密度で除した体積減量（ｃｄ）
で評価した。

一方、酎土砂摩耗性は土砂含有水噴流式試験装置により
下記条件で試験し評価した。噴流速度４Ｑｍ／ｓ，衝突
角度４５ｄｅｇ．土砂は平均粒径８μｍのＡＱｚＯｓで
その含有量は３　０　ｇ　／　Ｑ、試験時間は４時間と
した。試験後の摩耗量は減量を密度で除した体積減量（
．ｆｆｌ）で表わした。なお、本装置は水中に土砂含有
水が噴射出来る方式を採用したものであり、キャビテー
ションを発生することが可能なものである．そこで、次
式で表現できるキャビテーション係数Ｋ＝０．１２とＫ
＝０．６で試験した．この条件はキャビテーションと土
砂摩耗の複合損傷を生じさせうるものである．Ｖ”／２
ｇ 但し、 Ｖ　：平均噴流速度（ｍ／ｓ） ｇ　：重力の加速数（ｍ／ｓ”） Ｐａ：大気圧（ｍＡｇ） Ｐｖ：蒸気圧（ｍＡｇ） Ｐｇ：流体圧力（ｍＡｇ） すなわち、Ｋ＝０．６　は土砂摩耗のみによって損傷さ
れる条件であり、Ｋ＝０．１２　は土砂摩耗とキャビテ
ーションが相乗した条件である．第３図はキャビテーシ
ョン係数Ｋ０．６　　と０．１２の条件下で、ＳｉＣ含
有量と土砂による摩耗量との関係を示し、曲線ＡはＫ＝
０．６　　，曲線ＢはＫ＝０．１２　　の場合を表わす
。ＳｉＣの添加量が多くなる程、摩耗量が減少する傾向
を示した．またそのＳｉＣ量が８０容積％になると摩耗
量が増加する傾向を示すため、上限を限定した。

第４図は第１表に示す本発明肉盛溶接層と第２表に示す
比較材肉盛溶接層とをキャビテーション係数０．６　の
条件下で試験した結果を示し、第１表，第２表のサンプ
ルＮαを横軸にとり土砂による摩耗量を示す。本発明肉
盛溶接層Ｎα２〜１１は比較材＆１．１２〜１６に比べ
摩耗量が著しく小さい．従って本発明肉盛溶接層は高土
砂含有水を利用した水車の構成機器部材として十分に効
果を果し得ることが明らかである。

また、第５図及び第６図の模式図に示すような水車のガ
イドベーン５，シートライナ８の５Ｎｉｌ３Ｃｒ鋳鋼の
機器部材上に本発明のＳｉＣの容積４０％含有の混合粉
末を用い、プラズマ肉盛溶接によって肉盛溶接層１０を
設け、これを５５０〜６５０℃焼純し，その後所定厚さ
（１〜３ｍ）に機械加工して被覆層１０を形成した。ま
た水車ランナ，カバーライナにも同様に肉盛溶接層を形
成した。

この肉盛溶接層を形成することにより、土砂による摩耗
，キャビテーションによる，侵食及びこれらの複合損傷
を防ぐことができた。

実施例２ 第３表は、表中に示したステンレス鋼粉体（粒径１４９
μｍ）に金属炭化物セラミックス粉末（粒径１４９μｍ
）を種々の容積比で混合した配合組成を示す．この混合
物を粉体プラズマ肉盛溶接装置により、アーク電流２２
０〜２５０Ａ，アーク電圧３２〜３５Ｖ，　トーチウイ
ビング幅９４Ｉで回数１　５　〜ｌ　６　ｃｙｃｌｅ／
ｗｉｎ，　Ａ　ｒガス送給量（Ｑ／ｗｉｎ）をプラズマ
３，キャリア５，シールド１５とした溶接条件で３ａｍ
肉盛し、容易に肉盛溶接層を成形した．なお、母材には
含Ｎ　ｉ　１　３　Ｃ　ｒ（成分は第２表のＮａｌ２と
同じ）鋳鋼（２５ｔｘ１００ｗ＋Ｘ１５０ｍ）を用いた
。そして金属炭化物系セラミックスが残存せず、オース
テナイト鋼マトリックスとこれに分散した晶出炭化物と
から成る凝固組織構造を有する肉盛溶接層が得られた．
第２図はこの肉盛層の顕微鏡組織を示す．得られた本発
明の肉盛溶接層について実施例と同様にキャビテーショ
ン係数Ｋ＝０．１２　　でキャビテーションと土砂摩耗
の複合損傷を生じさせ，摩耗試験を行い、その結果を第
７図に示す。曲線ＣはＳｉＣ、曲線ＤはＴｉＣ添加量と
キャビテーション減量を示す。またＳｉＣ及びＴｉＣと
もその添加量を増すほど硬さを向上し、特にＳｉＣ４０
容量％においてビツカース硬さ約７００が得られた。な
お、これ以上添加すると硬さを向上するが割れを起しや
すくなるため、本発明は４０容量％を限度として示した
。

硬さと同様、添加量を増すに従ってキャビテーション減
量が小さくなる。ベース材料（点１）と比較するとその
耐キャビテーション性が非常に向上していることが分る
． 第８図は第３表に示す本発明肉盛溶接層と第２表に示す
比較材肉盛溶接層とのキャビテーションによる減量を示
す。第８図のサンプルＮαは第３表のサンプル魔と第２
表のサンプル翫を表し、本発明肉盛溶接層Ｎα１７〜２
６は比較材Ｎα１，１２〜１６に比べ、本発明のステン
レス鋼−セラミックス複合粉末による肉盛溶接層は、比
較材の含Ｎｉｌ３Ｃｒ鋳鋼やＳＵＳ３０４、及び従来の
肉盛溶接材料等の比較材よりも非常に優れていることが
明らかである。

また，第９図はＳｉＣ（曲線Ｅ）及びＴｉＣ（曲線Ｆ）
の添加量と土砂による摩耗量を示す。

また、第１０図は本発明の肉盛溶接層（第３表のサンプ
ルＮｃｌ７〜２６と比較材肉盛溶接層（第２表のサンプ
ルＮα１，１２〜１６）の土砂による摩耗量を示す。第
９図及び第１０図から、本発明肉盛溶接層は耐キャビテ
ーション性と同様にＳｉＣ，ＴｉＣの添加量の増加と共
に摩耗量が少なくなり、比較材及びベース材料（点１）
に比べ、本発明肉盛溶接層が耐複合損傷性に優れること
が明らかである． 実施例３ 第ＩＡ図及び第ＩＢ図に示される水ポを製作した。第Ｉ
Ｂ図に示される水車ランナの水と接触する面（作用面Ｐ
）側（第１１Ｂ図）に関し，羽根３の両入口端（Ａ，Ｂ
）のそれぞれを中心として羽根入口長さ（ＬＬ）（約１
６５ｍｍ）の１／２〜１／５）を半径とした扇形範囲（
１０）に肉盛溶接層１ｏを設けた。第１１Ａ図に示され
る水車ランナの作用面の裏面（反作用面（Ｒ））につい
ては、羽根３の両入口端（Ｃ，Ｄ）の各々を中心として
羽根入口長さ（Ｌｌ）（約１６５ｍｍ）の１７２〜１／
５を半径とする扇形範囲に肉盛溶接層１１を設け、且つ
羽根３の出口外方端（Ｅ）（第ＩＡ図と第１１Ａ図に示
す）から幅（Ｗ）５０〜１５０ｍで羽根出口長さＬ２の
１／２〜２／３の範囲の長さ（Ｑ）の範囲で肉盛溶接層
１２を設けた．これらの肉盛溶接層は、実施例２の条件
と同じ溶接条件を使用し且つ第３表のＮａ２０の混合粉
末を使用して肉盛溶接した層を作り、次にこの層５５０
℃〜６５０℃で焼純し次にこれを厚さ１〜３ＩＩｎに機
械加工することにより作った．羽根３の作用面側入口端
（Ａ，Ｂ）を中心とする扇形部分（１０）は土砂を含む
流水による摩耗が大きい部分であり，羽根３の反作用面
側入口端（Ｃ，Ｄ）を中心する扇形部分（１１）と外方
出口端（Ｅ）から延在する肉盛溶接層（１２）に対応す
る部分との両者はキャビテーションによる損傷を受け易
．い部分である。

ガイドベーン及びシートライナは、実施例１に示したも
のと同じものを作った。次にこれらの部品を作立て水車
を製作した． この水車を土砂を含む流水で実際に運転したところ優れ
た耐摩耗性と耐キャビテーションの両方を示した。

実施例４ 第４表は、表中に示したステンレス鋼粉末（平均粒径１
４９μｍ）．Ｎｉ−Ｐ表面被覆金属炭化物系セラミック
ス粉末（表面被覆処理前後の平均粒径１０５μｍ→１８
５μｍ）と希土類元素化合物ＬａＮｉ５　　（平均粒径
１４０μｍ）を種々の容積比で混合した配合組成を示す
。この混合物を粉体プラズマアーク肉盛溶接装置により
、アーク電流２２０　〜２５ＯＡ，７−ク電圧３２〜３
５ｖ，トーチウイビング幅９４ｍｎで回数１５〜１６ｃ
ｙｃｌｅ／ｗｉｎ，　Ａ　ｒガス送給量（ｆｆ／ｗｉｎ
）をプラズマ３，キャリア５，シールド１５とした溶接
条件で３圃肉盛し、肉盛溶接層を形成した。なお、金属
炭化物系セラミックス粒子表面への表面被覆処理は中性
浴の無電解ニッケルメッキ液中で行った。

この溶接肉盛施工に使用した母材は含Ｎｉｌ３Ｃｒ鋳ａ
ｌ！　（２５ｔＸ１００ｍＸ１５０ａｍ）である。

また、比較のために、水車ランナ材として使用されてい
る含ＮｉｌａＣｒ＆！鋼，　ＡＩＳＩ３０４　、従来行
なわれている被覆アーク溶接によるステンレス鋼系肉盛
溶接捧及び表面金属被覆層を設けないステンレス鋼とセ
ラミックスの粉体プラズマ肉盛層を供した。第５表及び
第６表はそれらの化学組成及び配合組成を示す。その被
覆マーク溶接条件は棒径４ｍｍφ，電流１５０Ａ，電圧
２３ｖ，入熱１６ＫＪ／ａｍで母材との希釈を考慮し、
８ｍ肉盛したが、粉体プラズマ溶接は前記条件と同じと
した。なお、衝撃試験片（ＪＩＳＺ２２４２は１５ｎｍ
肉盛し採取した。

なお、本発明の肉盛溶接層及び比較材肉盛溶接層の施工
は前述と同様である。

本実施例における土砂による摩耗量はＳｉＣ含有量とし
て１０〜８０ＶｏＱ％で前述の第３図をほぼ同様の値を
示すことが確認された。

第７表は粉体プラズマ肉盛溶接における本発明肉盛溶接
層と比較肉盛溶接層の評価結果を示す。

本発明に係わる層は比較層に比べ、硬さは同程度である
が、溶接による割れ性，延性及び靭性が改善されている
。

一方、Ｎａ２〜１０の結果から知られるように，表面金
属被覆（Ｎｉ−Ｐ）ＳｉＣを用いた場合、そのＳｉＣ１
０ＶｏΩ％配合でも割れを生じている．表面金属被覆し
ないＳｉＣ１０ＶｏＲ％配合（Ｎα２０）では割れてい
ない、しかし＆５〜１０において希土類元素配合はＬａ
Ｎｉ５を０．３％以上で割れが改善されるでいる。これ
はＬａに換算すると約０．１　％となる。

第１３図及び第１４図は第４表に示す本発明肉盛溶接層
と第５表に示す比較材肉盛溶接層とのキャビテーション
損傷による減量とＫ＝０．６　　の条件における土砂摩
耗による減量を示す。本発明肉盛溶接層Ｎα４，７，８
．１０は比較材Ｎα２１，２５に比べ、その耐エロージ
ヨン性は変わらないものの、比較材Ｎａ　２　７　〜３
　１の含Ｎｉｌ３Ｃｒ鋳鋼やＳＬＩＳ３０４及び従来の
被覆アーク溶接肉盛材等より非常に優れていることが明
らかである。

従って、本発明肉盛溶接層は水車等、高土砂及び固形物
を含む混和流動場中で使用される構成機器部材として十
分に効果を果し得ることが明らかである。

また，第５図及び第６図の模式図に示すような水車のガ
イドベーン５，シートライナ８の５Ｎｉｌ３Ｃｒ鋳鋼の
機器部材上に前述の表面金属被覆ＳｉＣの容積４０％含
有の混合粉末を用い，プラズマ肉盛溶接によって肉盛溶
接層１０を形成した。また水車ランナ，カバーライナに
も同様に肉盛溶接層を形成した。この肉盛溶接層を形成
することにより，土砂による摩耗，キャビテーションに
よる摩耗，複合損傷を防ぐことができた．〔発明の効果
〕 本発明の水車の被覆層は、土砂含量河川水を利用する水
力発電用水車等を対象として、オーステナイト系ステン
レス鋼と金属炭化物系セラミックスとの複合粉末により
、セラミックス粒子が残存された凝固組織構造、または
セラミックス粒が残存せず、晶出炭化物がマトリックス
に分散した凝固組織構造を有する肉盛層を機器部材表面
に形成させるため、キャビテーション，土砂摩耗、及び
複合損傷を抑制でき、従って機器が侵食されるのを防止
し、運転効率の低下を軽減でき、かつその寿命の向上に
大に効果をあげることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に関する肉盛溶接層が適用される
水車の主要部を示す断面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ
）でＸ方向から見た斜視図、第２図は本発明被覆層のう
ちオーステナイトステンレス鋼のマトリックスに晶出炭
化物が分散した肉盛溶接層の断面の金属組織を示す顕微
鏡の写真、第３図はＳｉＣ添加量と土砂による摩耗量と
の関係を示す図，第４図は本発明肉盛溶接層と比較材と
の土砂による摩耗量の比較図、第５図，第６図は本発明
肉盛溶接層を形成した水車構成機器部材の模式図、第７
図はＳｉＣ及びＴｉＣ添加量とキャビテーション減量と
の関係を示す図、第８図は本発明肉盛溶接層と比較材と
の耐キャビテーション減量を示す図、第９図はＳｉＣ及
びＴｉＣ添加量と土砂による摩耗侵食量との関係を示す
図，第１ｏ図は本発明肉盛溶接層と比較材との土砂によ
る摩耗侵食量を示す図、第１１図（Ａ）及び第１１図（
Ｂ）は本発明の実施例の水車の羽根において被覆層が設
けられた個所を示す図、第１２図は肉盛溶接層を設ける
時に使用したプラズマアーク溶接装置の概略図、第１３
図は各試料についてのキャビテーションによる減量を示
したグラフ、第１４図は第１３図に示した各試料につい
て土砂による減量を示したグラフである． １・・・クラウン、２・・・シュラウド、３・・・羽根
、４・・・ランナコーン、５・・・ガイドベーン、６・
・・ステーベン、７・・・ランナライナ、８・・・シー
トライナ、１０・・・肉盛溶接層。 第 図 ２　５　／ｔｒｒ＋ 第 図 ＳｉＣ含有量（Ｖｏｔ％） 第 図 第 図 第 図 ＳｉＣ　，ＴｉＣ（Ｖｏｔ％） 添加セラミックス 第 図 ＳｉＣ，ＴｉＣ（Ｖｏｌチ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流水の流れを調整するガイドベーン及び該流水によ
   つて回転するランナを備えた水車において、流水による
   衝撃を受ける部分に母材よりも耐キャビテーション性の
   高い肉盛溶接層を有する部材を有し、該肉盛溶接層はオ
   ーステナイト系ステンレス鋼のマトリックスと、このマ
   トリックスに分散した炭化物とを有する金属組織である
   ことを特徴とする水車。 ２、前記肉盛溶接層は、オーステナイト系ステンレス鋼
   粉末と金属炭化物系セラミックス粉末との混合粉末を肉
   盛溶接して得られた層であり、炭化物は単一金属の炭化
   物及び該炭化物とマトリックス金属との複合共晶炭化物
   とからなる請求項１記載の水車。 ３、前記炭化物は、単一金属の炭化物が前記マトリック
   ス中に実質上存在せず、マトリックス金属の複合炭化物
   の晶出物である請求項１記載の水車。 ４、前記炭化物は金属炭化物系セラミックス粒である請
   求項２記載の水車。 ５、前記金属炭化物系セラミックスはＳｉＣ、ＴｉＣ、
   ＷＣ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、ＮｂＣ及びＶＣの群より選定さ
   れた少なくとも１種である請求項１または２記載の水車
   。 ６、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、重量％でＣ
   ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍ
   ｎ：１３％以下、Ｎｉ：２〜７％、及び、Ｃｒ：１７〜
   ２３％を含み、又はこれにＭｏ：１〜３％、Ｎ：０．３
   ％以下及びＣｏ：１０％以下の少なくとも１つを含有し
   、残部がＦｅ及び同伴する不可避的不純物からなる請求
   項１に記載の水車。 ７、前記オーステナイト系ステンレス鋼は、周期律表で
   第５７番から第７１番までの希土類元素の少なくとも一
   種を０．１〜５重量％を含有する請求項６記載の水車。 ８、前記（Ｍｎ％＋Ｃｏ％）／Ｃｒ％の値が０．６〜１
   ．３の範囲の組成である請求項６又は７記載の水車。 ９、前記肉盛溶接層はプラズマアーク肉盛溶接により形
   成され、その厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の水車。 １０、前記肉盛溶接層は、水車ランナーの羽根の作用面
   側及び反作用面側のそれぞれの入口端部分、羽根の反作
   用面側の外方出口端部分、ガイドベーンの支持部を除く
   全面、及びシートライナの摺動面に設けられている請求
   項１〜９のいずれかに記載の水車。 １１、水の衝撃を受ける部分の少なくとも一部分に母材
   よりも耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を設ける
   水車の製造方法において、オーステナイトステンレス鋼
   粉末と金属炭化物系セラミックス粉末との混合粉末をプ
   ラズマアークによつて前記ステンレス鋼粉末を溶融し被
   溶接部分に供給するとともに、該被溶接部分に溶湯のプ
   ールを作りながら所望の厚さの肉盛溶接層を形成するこ
   とを特徴とする水車の製造方法。 １２、前記金属炭化物系セラミックス（Ｓ）の粉末粒径
   は、オーステナイト系ステンレス鋼（Ｍ）の粉末粒径１
   ０〜２００μｍに対して粒径比Ｓ／Ｍが１〜２で形成さ
   れ、前記金属炭化物系セラミックス（Ｓ）が１〜８０容
   積％含まれるとともに、前記金属炭化物系セラミックス
   粉が残存した凝固組織及び該金属炭化物系セラミックス
   粉が分解溶解して晶出した複合炭化物とを有する構造を
   なす請求項１１記載の水車の製造方法。 １３、前記金属炭化物系セラミックスはＳｉＣ、ＴｉＣ
   、ＷＣ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、ＮｂＣ及びＶＣの群より選定
   された少なくとも１種である請求項１２記載の水車の製
   造方法。 １４、前記金属炭化物系セラミックス（Ｓ）の粉末粒径
   及びオーステナイト系ステンレス鋼（Ｍ）の粉末粒径は
   、それぞれ１０〜２００μｍの範囲でかつ粒径比Ｓ／Ｍ
   が１以下で形成され、前記金属炭化物系セラミックス（
   Ｓ）が１〜４０容積％含まれるとともに、金属炭化物系
   セラミックス粉末を溶湯の中に分解して溶解させ、金属
   基地中に金属炭化物系セラミックス粒子が残存せず、複
   合金属炭化物がオーステナイトステンレス鋼マトリック
   スに晶出分散した凝固組織構造をなすクレーム１１記載
   の水車の製造方法。 １５、肉盛溶接層はプラズマアーク肉盛溶接により形成
   され、その厚さが５ｍｍ以下で、少なくとも１層形成さ
   せることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記
   載の水車の製造方法。 １６、前記金属炭化物系セラミックス粉末が金属被覆層
   で被覆されていることを特徴とするクレーム１１〜１５
   のいずれかに記載の水車の製造方法。 １７、流水の流れを調整するガイドベーン及び該流水に
   よつて回転するランナを備えた水車において、流水によ
   る衝撃を受ける部分にマルテンサイト系ステンレス鋳鋼
   の母材よりも耐キャビテーション性の高い肉盛溶接層を
   有する部材を有し、該肉盛溶接層はオーステナイト系ス
   テンレス鋼のマトリックスと、このマトリックスに分散
   した炭化物とを有する金属組織で、前記オーステナイト
   系ステンレス鋼は、重量％でＣ：０．０５〜０．１５％
   、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｍｎ：１３％以下、Ｎｉ：
   ２〜７％を含有する鋼からなり、又はこれにＣｏ：１０
   ％以下、Ｃｒ：１７〜２３％、Ｍｏ：１〜３％、Ｎ：０
   ．３％以下の少なくとも１種を含有し、残部がＦｅ及び
   同伴する不可避的不純物からなり、前記金属炭化物系セ
   ラミックスはＳｉＣ、 ＴｉＣ、ＷＣ、Ｃｒ＿３Ｃ＿２、ＮｂＣ及びＶＣの群よ
   り選定された少なくとも１種である水車の製造方法。 １８、母材表面に該母材より耐エロージヨン性の高い肉
   盛溶接層を有する金属部材において、前記肉盛溶接層は
   オーステナイト系ステンレス鋼のマトリックスに単一金
   属の炭化物が分散した金属組織を有することを特徴とす
   る耐エロージヨン性の高い金属部材。