JPH08224691A - 高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ - Google Patents

高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ

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JPH08224691A
JPH08224691A JP3567495A JP3567495A JPH08224691A JP H08224691 A JPH08224691 A JP H08224691A JP 3567495 A JP3567495 A JP 3567495A JP 3567495 A JP3567495 A JP 3567495A JP H08224691 A JPH08224691 A JP H08224691A
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JP
Japan
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chromium iron
welding wire
welding
carbide
arc welding
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Pending
Application number
JP3567495A
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English (en)
Inventor
Sohei Sato
荘平 佐藤
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Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤに関
し、耐摩耗性が良好で、かつ剥離脱落し難い肉盛溶着金
属を得る。 【構成】 高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤに下
記(1),(2) の成分を含有させる。Tiを添加することで
Cr炭化物の核を生成させ、結晶の成長が同方向に一直
線になることを防ぎ、異方向に成長することで素地に溶
接歪が集中することを防ぐ。 (1)C,Si,Mn,Cr,Tiを適正量含有する高
クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ。 (2)C,Si,Mn,Cr,Ti,Mo,V,Nbを
適正量含有する高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイ
ヤ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大きな衝撃荷重がかか
る石炭粉砕用クラッシャーなどの肉盛に使用される高ク
ロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤに関し、特に、耐摩
耗性が良好で、かつ剥離脱落し難い肉盛溶着金属が得ら
れる高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ
で肉盛溶接すると、高クロム鉄系溶着金属が得られる。
高クロム鉄系溶着金属は、そのものの硬さがビッカース
硬度でHv1600〜1800程度あるCr炭化物を生成させるこ
とで、組織全体の平均硬さを硬くするのが基本的な考え
方であり、このCr炭化物を多く発生させればさせるほ
ど組織全体の平均硬さが硬くなる。
【0003】図1に高クロム鉄系溶着金属組織を示す
が、Cr炭化物1は、炭化物の中でも生成自由エネルギ
ーが非常に低いため、溶着金属の溶融から凝固に至る初
期の段階から発生するが、冷却速度の速い母材側から成
長し始め、ビード表面に向かって一直線に柱状に成長す
る。凝固時の収縮応力により、延性の乏しいCr炭化物
1に沿って割れ3が発生するが、Cr炭化物1が直線状
である場合、割れ3はより発生し易くかつ直線状にな
る。
【0004】また素地2の面からみると、Cr炭化物1
を多く生成させるためにC添加量を増やしていくと、素
地2のC量も高くなるため、素地2は硬く脆い組織にな
り割れ易くなる(図中に割れ3を示す)。
【0005】この高クロム鉄系溶着金属は、大きな衝撃
荷重がかかる石炭粉砕用クラッシャーなどの肉盛に使用
されるが、前述のように素地が割れ易いことと、一直線
に成長したCr炭化物1に沿って割れ3が発生すること
の二つの理由により、大きな衝撃荷重がかかると割れが
伝播・拡大し易くなるため、肉盛した溶着金属が欠け落
ちるように剥離し、溶着金属の寿命を著しく短くしてい
た。
【0006】溶着金属の剥離を防ぐためには割れの低減
が有効であるが、割れ低減対策として、予熱パス間温度
を高く保持すること、入熱を低く抑えること、積層数を
限定することなどの施工上の方策や、Cの添加量を下げ
溶着金属の硬さを低めに抑えるなどの成分設計上の方策
がとられているが、剥離による摩耗寿命の劣化を防止で
きるに至っていないのが現状である。
【0007】以上の割れ対策の他に、組織制御の観点か
ら、Crの他にV,Nb,Moなどを添加してそれぞれ
の微細な炭化物を発生させることで、Cr炭化物の成長
を妨げCr炭化物を微細化させ、溶接歪を分散させよう
という試みがある。しかしながらこれら金属では、Cr
炭化物より生成自由エネルギーが高いためCr炭化物よ
り生成が遅れてしまい、効果を発揮させるには添加量を
多くしなければならず、添加量を多くしたために素地に
影響を与えてしまうという欠点があり、あまり効果的と
言えず割れを減少させるには至っていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のような実情に鑑
みて本発明は、高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ
において、耐摩耗性が良好で、かつ剥離脱落し難い肉盛
溶着金属を得ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、高クロム鉄系
硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤにTiを添加することでCr
炭化物の核を生成させることにあり、詳しくは、金属ケ
ース及び充填フラックス中の成分元素の合計がワイヤ全
体に対し、重量%でC: 2.0〜7.0 %、Si:0.1〜1.5
%、Mn: 0.2〜3.0 %、Cr:15〜29%を含有し、
更にTi: 0.5〜2.0 %を含有することを特徴とする高
クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤである。更に本発
明は、必要に応じて重量%でMo: 0.1〜2.8 %、V:
0.1〜3.3 %、Nb: 0.1〜1.0 %のうち1種以上を更
に含有することを特徴とする高クロム鉄系硬化肉盛用潜
弧溶接ワイヤである。
【0010】
【作用】以下に本発明の高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶
接ワイヤについて、その作用を詳細に説明する。高クロ
ム鉄系の肉盛溶接において、溶接プール内で最も早く生
成されるのはCr炭化物である。これは、炭化物の中で
も標準生成自由エネルギーが低い、即ち小さいエネルギ
ーで生成されるため、他の炭化物よりも早く生成・成長
する。
【0011】Cr炭化物はほぼ六角柱の形をしており、
溶接プール内ではプールの底にある結晶粒界などを起点
として順次冷却される方向に柱状に成長する。素地はこ
の成分系の高いC量によって硬く脆い組織になってお
り、溶接歪によって割れが発生する。
【0012】そこで、本発明においてはCrよりも炭化
物の標準生成自由エネルギーが低いTiを添加した。こ
れによって、Cr炭化物よりもTi炭化物を先に生成さ
せて、核にする。Ti炭化物は、プール内の至るところ
で発生しているため、これを核にしてCr炭化物を発生
させることで、ランダムな方向にCr炭化物を生成する
ことができ、様々な方向に成長したCr炭化物が、素地
の特定箇所に集中していた凝固時の収縮応力による割れ
を細かく分散させる。また溶接後、溶着金属に大きい衝
撃荷重がかかっても割れが細かく分散しているため、衝
撃荷重が特定箇所の割れに集中せず吸収され、溶着金属
の剥離を防ぐ。
【0013】図2に本発明により得られる高クロム鉄系
溶着金属組織を示すが、Cr炭化物4の生成は冷却方向
の成長が支配的であるが、Ti添加により冷却方向の成
長を遮るような方向にCr炭化物5が成長する。
【0014】以下に本発明ワイヤの各成分の作用を示
す。 C:Cは本発明ワイヤの主要元素であり、Crなどの炭
化物形成元素と結合して硬さの高い炭化物を析出し、耐
摩耗性の向上に寄与するが、 2.0%未満の含有量では炭
化物の析出量が少なく、十分な耐摩耗性を有することが
できず、また 7.0%超では炭化物の析出量が過多とな
り、Tiを添加して炭化物の成長方向を異方性にしても
割れの発生が実用上差支えない範囲を超え、脆化した肉
盛層の剥離が生じ易くなるので、 2.0〜7.0 %の範囲と
する。
【0015】Si:Siは通常の潜弧溶接では脱酸のた
め 0.1%以上必要になるが、 1.5%超になると溶接金属
の靭性の低下をきたし易い傾向があるから、 0.1〜1.5
%の範囲とする。
【0016】Mn:Mnについても通常の鋼が含有して
いる 0.2%程度以上を合金及び脱酸のために必要とする
が、 3.0%超の添加によっても溶接金属の靭性、硬さな
どに顕著な改善がみられないので、 0.2〜3.0 %の範囲
とする。
【0017】Cr:CrはCと結合して硬さの高いCr
炭化物を析出し、耐摩耗性を増加させると共に、耐食性
・耐熱性を付与する元素であるが、その含有量が15%
未満では、析出する炭化物が少なく十分な特性を発揮す
ることができず、また29%超では析出する炭化物量が
過多となり脆化するので、15〜29%の範囲とする。
【0018】Ti:Tiは本発明における重要な元素で
あり、Cr炭化物が生成する前にTi炭化物を生成さ
せ、Cr炭化物の核になる元素であるが、その含有量が
0.5%未満では組織を変えるだけの核を生成できず、ま
た 2.0%超では溶接のアーク安定性とスラグの剥離性が
悪化するため、 0.5〜2.0 %の範囲とする。またTiを
内蔵フラックスに添加する場合は、金属TiまたはTi
Cの形で添加するのが望ましい。
【0019】Mo:Moは溶着金属全体の硬さ上昇に寄
与し、温度上昇による軟化抵抗が大であるので、特に使
用環境が高温になる場合には有効であるが、 2.8%超添
加では割れ発生が激しくなり実用上問題となるので、
0.1〜2.8 %の範囲とする。
【0020】V:Vは焼入性を増加する元素であり、そ
の添加により溶着金属の硬さが上昇するが、多量に添加
すると割れ発生程度が激しくなり実用上問題となるの
で、0.1 〜3.3 %の範囲とする。
【0021】Nb:NbはCと結合してNb炭化物を生
成し、硬さを増加するのに有効な元素であり、また耐割
れ性も改善できる元素であるが、多量に含有させてもそ
の効果は大きくならず飽和してしまうので、0.1 〜1.0
%の範囲とする。
【0022】
【実施例】本発明によるワイヤと比較のために用意した
ワイヤを実際に肉盛溶接して比較した。この時の溶接条
件を表1に示す。なお、母材はSM 490B(板厚50m
m)を使用した。また、硬化肉盛用ワイヤを母材である
SM 490Bに直接肉盛溶接すると、母材によりワイヤ成
分が希釈され、割れ易い成分系になってしまうので、 3
09ステンレスによる下盛りを2層行って初期の割れを防
いだ。本発明例と比較例のワイヤ成分及び評価結果を表
2に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】評価の指標として、ビッカース硬さ、落重
試験による剥離量、摩耗試験による磨耗量を示し、また
アーク安定性の良否を○×で示した。落重試験は、落下
体を各試験片に15回ずつ落とし、溶着金属に衝撃を与
えることで強制的に剥離させ、剥離重量を測定した。な
お、落下体重量は4kg、落下高さは1mとした。
【0026】また、摩耗試験は土砂摩耗を想定し、硅砂
を研磨剤に使用したラバーホイル試験法で行い、摩耗重
量を測定した。なお、この試験法はASTM/ Designa
tion:G65-91 に規定されている。落重試験と摩耗試験の
試験片は、20×20×55mmのサイズの物を使用した。
【0027】本発明例A1,A2はTi添加ワイヤ、比
較例B1,B2はTi未添加のワイヤである。両者を比
較すると磨耗量はほぼ同様であるが、剥離量は比較例よ
りも本発明例の方が少ない。本発明例A3〜A5はTi
添加量を変化させたものであるが、Tiを増加させるに
つれ剥離量は減少している。
【0028】A6は、C量が高いうえCr量が低めであ
るため、最も割れ易く剥離し易い成分比であるが、耐摩
耗性は向上した。A7〜9は、同様なC・Cr量でそれ
ぞれMo,V,Nbを添加したものであるが、いずれも
硬さが向上し、磨耗量が減少した。A10はMoとVを
複合添加したものであるが、硬さが向上し、磨耗量が減
少した。A11はMoとVとNbを複合添加したもので
あるが、A10よりも更に硬さが向上し、磨耗量が減少
した。
【0029】比較例B3〜B5はTiを添加してそれぞ
れMo,V,Nbを本発明の成分範囲を超える量添加し
たもので、いずれも剥離量が増加した。B6はTiを添
加してCとCrの添加量を本発明の成分範囲を下回る量
に抑えたもので、問題となる剥離は全く無かったが磨耗
量が増加した。
【0030】B7はTiを添加してCとCrの添加量を
本発明の成分範囲を超える量添加したものであるが、T
iの添加効果はみられず剥離を抑えることはできなかっ
た。B8はTiを本発明の成分範囲を超える量添加した
もので、溶接作業性、特にアーク安定性が悪化した。
【0031】
【発明の効果】本発明の成分構成によるワイヤで肉盛溶
接することにより、高い耐摩耗性を持ち、かつ割れが少
なく剥離脱落し難い肉盛溶着金属を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高クロム鉄系溶着金属組織を示した電子顕微鏡
写真。
【図2】本発明により得られる高クロム鉄系溶着金属組
織の電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
1、4、6:Cr炭化物 2、5 :素地 3 :割れ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属ケース及び充填フラックス中の成分
    元素の合計がワイヤ全体に対し、重量%で C :2.0〜7.0% Si:0.1〜1.5% Mn:0.2〜3.0% Cr:15〜29% を含有し、更に Ti:0.5〜2.0% を含有することを特徴とする高クロム鉄系硬化肉盛用潜
    弧溶接ワイヤ。
  2. 【請求項2】 金属ケース及び充填フラックス中の成分
    元素の合計がワイヤ全体に対し、重量%で C :2.0〜7.0% Si:0.1〜1.5% Mn:0.2〜3.0% Cr:15〜29% を含有し、更に Ti:0.5〜2.0% を含有し、必要に応じて Mo:0.1〜2.8% V :0.1〜3.3% Nb:0.1〜1.0% のうち1種以上を含有することを特徴とする請求項1記
    載の高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ。
JP3567495A 1995-02-23 1995-02-23 高クロム鉄系硬化肉盛用潜弧溶接ワイヤ Pending JPH08224691A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1837118A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-26 Lincoln Global, Inc. Hardfacing electrode
US8961869B2 (en) 2005-01-24 2015-02-24 Lincoln Global, Inc. Hardfacing alloy

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7491910B2 (en) 2005-01-24 2009-02-17 Lincoln Global, Inc. Hardfacing electrode
US8961869B2 (en) 2005-01-24 2015-02-24 Lincoln Global, Inc. Hardfacing alloy
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030107