JPH089115B2 - 熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイド部材用プラズマ粉体肉盛溶接材 - Google Patents

熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイド部材用プラズマ粉体肉盛溶接材

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JPH089115B2
JPH089115B2 JP62175324A JP17532487A JPH089115B2 JP H089115 B2 JPH089115 B2 JP H089115B2 JP 62175324 A JP62175324 A JP 62175324A JP 17532487 A JP17532487 A JP 17532487A JP H089115 B2 JPH089115 B2 JP H089115B2
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hot rolling
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斌 篠崎
利明 石井
京宣 新谷
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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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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱間圧延ラインにおけるガイドローラやサ
イドガイド等の圧延鋼材ガイド部材に、表面保護層とし
て、耐熱性,耐摩耗性,焼付き抵抗性等にすぐれた肉盛
層を形成するためのプラズマ粉体肉盛溶接材料に関す
る。
〔従来の技術〕
熱間圧延ラインにおけるガイドローラ,サイドガイド
等のガイド部材は、赤熱状態の圧延鋼材の接触・摺接擦
過が繰り返される。このガイド部材の表面保護層とし
て、金属マトリックスに分散相としてセラミック粒子を
混在させた複合組織を有する被覆層を形成することは部
材の耐熱性や体摩耗性等を改善するための極めて有効な
方法である。
この被覆層の形成方法として、溶射法,溶接肉盛法等
があり、その溶射・溶接材として、炭化珪素(SiC)、
炭化タングステン(WC)等の炭化物系セラミック、アル
ミ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO)等の酸化物系セラミッ
クを主体とする複合粉末が工業的に供給されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
溶射法により形成される被覆層(溶射層)は、基材と
の密着強度に乏しく、機械衝撃により剥離し易いため、
実機使用における安定性や耐久性に問題がある。溶接肉
盛法によれば、基材との密着強度を高めることが可能と
なるが、熱間圧延ラインのガイド部材は、強い機械衝撃
を伴つて赤熱鋼材の接触・擦過が繰り返されるので、そ
のガイド機能を安定に維持させるためには、基材に対す
る肉盛層の密着性をより強化し、かつ耐熱性,耐摩耗性
を高め、また機械衝撃に耐え得る靭性、赤熱鋼材の擦過
に対する焼付き抵抗性等を具備することが要求される。
本発明は、熱間圧延ラインの鋼材ガイド部材表面の保
護層として上記特性を有する複合肉盛層を形成するため
のプラズマ粉体肉盛溶接材を提供する。
〔問題点を解決するための手段および作用〕
本発明の溶接材は、熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイド
部材の表面に、金属マトリックスと炭化物系セラミック
ス粒子とからなる複合肉盛層を形成するための、金属粉
末と炭化物系セラミック粉末との均一な混合物であるプ
ラズマ粉体肉盛溶接材において、 炭化物系セラミック粉末の配合割合は、20〜70重量%
であり、金属粉末は、C4〜8%,Si:2%以下,Mn:2%以
下,Ni:2〜10%,Cr:20〜60%,W:4〜15%、残部実質的にC
oからなることを特徴としている。
本発明の溶接材は、分散相成分として炭化物系セラミ
ックが配合される。炭化物系セラミック粒子は、硬質で
強度が高く、また金属マトリックスとの濡れもよく、分
散強化粒子としてすぐれている。その好ましい例とし
て、クロム炭化物(Cr3C2、Cr7C3等)、タングステン炭
化物(WC)、チタン炭化物(TiC)、ニオブ炭化物(Nb
C)、炭化珪素(SiC)等が挙げられる。
炭化物系セラミック粒子の配合割合(マトリックスと
なる金属分との混合物中に占める重量比)を20%以上と
するのは、その分散強化作用による、高温耐摩耗性およ
び高温強度等の改善効果を十分ならしめるためである。
配合割合を高めるに従って、分散強化作用による硬度、
耐摩耗性、耐熱性、高温強度等が向上するが、70%をこ
えると、溶接施工性が悪化し、溶接ビードを積層して所
要層厚の肉盛層を形成する場合におけるビード積層界面
の密着不良が生じ易くなり、また形成される肉盛層の靭
性が低下、機械的・熱的衝撃による亀裂・剥離等を生じ
易くなる。このため、70%を上限とした。炭化物系セラ
ミック粒子の粒度は、約50〜300メッシュであればよ
い。
マトリックスとなる金属分の成分限定理由は次のとお
りである。
C:4〜8% CはCrと結合して金属マトリックス中に炭化物を析出
し、肉盛層の硬度・耐摩耗性を高める。炭化クロムの析
出による硬質・耐摩耗性の改善効果を確保するために、
C量は、Cr量と関連して4〜8%とする。このC量範囲
において、マトリックス金属には、Cr7C3型を主体とす
る炭化クロムが析出生成する。Cr7C3型炭化クロムは極
めて硬質で、配合される炭化物系セラミック粒子の分散
強化作用と相まって、肉盛層に高度の硬度・摩耗抵抗性
を帯有させる。
Si:2%以下 Siは溶接肉盛時の溶融金属に流動性を付与する他、脱
酸効果を有する。しかし、その量が2%をこえると、マ
トリックスの靭性の不足をきたすので、これを上限とす
る。
Mn:2%以下 MnはSiと同様に溶接金属を脱酸する。また、不純分で
あるSをMnSとして固定することにより、低融点化合物
であるFeSの生成を防止する。しかし、その量が多くな
ると、肉盛層中に残存するMnS量が増大し、マトリック
スの清浄度の低下とそれに伴う機械的性質の劣化を生じ
るので、2%以下とする。
Ni:2〜10% Niは金属マトリックスの靭性を高めると共に、Crとの
相互作用により耐酸化性を強化する。また分散相である
炭化物系セラミック粒子との濡れ性を良くし、複合組織
の緻密性および均質性を高める。含有量が2%に満たな
いと、上記効果が不足し、他方10%をこえると、マトリ
ックスの融点の低下に起因して、高温域での摩耗抵抗性
が低下し、また赤熱鋼材の接触に対する焼付き抵抗性が
弱くなる。よって2〜10%とする。
Cr:20〜60% Crはマトリックス金属の耐酸化性を高め、またCと結
合し炭化クロムを析出して肉盛層の硬度・耐摩耗性を高
める。析出炭化クロムの組成は、Cr量,Cr/Cの量比によ
り異なり、十分なCr量が存在し、かつCr/C比が10以上で
あることにより、Cr7C3を主体とする炭化クロムが生成
する。Cr7C3(Hv約1200〜1500)は、Cr3C(Hv約800〜10
00)等に比べて硬度が高く、耐摩耗性の改善効果が大で
ある。この効果を得るためにCr量は20%以上とする。含
有量の増加に伴ってその効果は増すが、60%を越える
と、靱性が低下し、機械衝撃によるクラックを生じ易く
なるので、これを上限とする。
W:4〜15% WはCと結合し炭化物を形成することにより、金属マ
トリックスの強度を高める。この効果を十分なものとす
るためには4%以上の添加が必要であり、添加量の増加
に伴ってその効果は増す。しかし、Wは比重の大きい元
素であるため、あまり多く添加すると、溶融金属中での
偏析による不均一性が著しくなるので、15%を上限とす
る。
Co:残部 Coは、金属マトリックスと炭化物系セラミック粒子の
濡れ性を高め、分散相粒子の分布を均一化すると共に、
マトリックスと分散相粒子との結合性を良好にする。
本発明の溶接材は、上記金属粉末と炭化物系セラミッ
ク粉末との混合物のまま使用することもできるが、必要
に応じて、その粉末混合物を、スプレードライヤ等によ
る公知の造粒処理に付して適当な粒径(例えば50〜300
メッシュ)の造粒粉として使用される。造粒粉として使
用することは、比重の異なる金属粉末とセラミック粉末
との均一な混合状態を確保し、溶接施工の安定性を高め
ると共に、形成される肉盛層の複合組織の均質性を高め
るのに有効な方法である。
本発明の溶接材を用いてプラズマ粉体溶接肉盛法によ
り部材表面に形成される複合肉盛層は、1000℃前後の高
温域においても高い硬度を有し、高耐摩耗性を示す。ま
た強い衝撃の繰り返しに耐える高靭性を有し、焼付きを
生じ難い安定性をも備えている。その肉盛層と部材との
界面は、溶接熱により形成された強固な融着結合関係を
有し、1200〜1300℃の高温域においても高い接着強度を
失うことがない。なお、肉盛層の層厚は、約3〜20mm程
度であればよい。
〔実施例〕
〔I〕肉盛溶接材の調製 金属粉末(粒度300メッシュ)と炭化物系セラミック
粉末(粒度200メシュ)との混合粉末に適量の水を添加
てスラリーを調製し、スプレードライヤによる造粒処理
に付し、脱ろう,焼成,および解砕処理を施して、造粒
粉(粒度150メッシュア)を得る。
〔II〕肉盛溶接の施工 プラズマ粉体肉盛溶接機により、基板(ステンレス圧
延鋼板,C:0.07%、Cr:24.5%、Ni:20%)(100×25t,
mm)の表面に、ビードを積層(5層盛り)し、層厚15mm
の肉盛層を形成する。
〔III〕肉盛層の品質 上記肉盛溶接施工後、試験片を調製し、各種試験を行
って第1表に示す結果を得た。表中、試番(No.)1〜
8は発明例、No.101〜108は比較例である。比較例No.10
1〜108のうち、No.101と102は炭化物系セラミック粒子
の配合量が不足している例、No.103と104は、その配合
量が過剰である例、No.105およびNo.106は、マトリック
ス金属の化学組成が本発明の規定から外れている例(N
o.105はCr量不足、No.106はNi量過剰)であり、またNo.
107は、No.1と同じ複合溶接材を使用して溶射法により
肉盛層を形成した例、No.108はステライト合金(30Cr−
10W−2Fe−1C−Co)の肉盛層(セラミック粒子の配合な
し)の例である。
摩耗試験は下記のリング−ディスク法により行い、摩
耗量(mg/m2)を測定すると共に、摩耗面の焼付き発生
の痕跡の有無を目視観察した。
摩耗試験(リング−ディスク法): 円盤状試験材をリング(S25C炭素鋼製)に押圧(荷重
20Kg)。
試験温度1000℃、回転数200RPM、摩耗距離1130m、時
間60分。
表中、「耐摩耗性」欄の数値は、ステライト合金肉盛
層(No.108)の摩耗量(mg/m2)を1とする比率で表し
ている(数値が小さい程、耐摩耗性良好)。
「溶接施工性」の欄は、3層以上のビード積層(層厚
10mm以上)が可能であったものを「○」、不可能であっ
たもの(ビード積層界面の接合不良発生)を「×」で表
している。
第1表に示したように、本発明の溶接材を用いて形成
される複合肉盛層(No.1〜8)は、溶射法により形成さ
れる複合肉盛層(No.107)に比し、基材との密着強度が
高く、また高温域での硬さが高く、ステライト合金肉盛
層(No.108)等に比し摩耗抵抗性にすぐれている。ま
た、摩耗試験における摩擦面の焼付き(ガーリングや疵
の発生)はなく、健全な平滑表面を呈している。しか
も、溶接施工性が良好で、多層盛りも容易である。他
方、セラミック粒子配合割合が不足する場合(No.101,1
02)は高温硬度や耐摩耗性が低く、逆にその配合割合が
過剰の場合(No.103,104)は、溶接施工性に劣る。ま
た、No.105(マトリックス金属のCr量不足)では、耐摩
耗性が低く、No.106(マトリックス金属のNi量過剰)で
は、硬さおよび摩耗抵抗性の改善効果が小さく、しかも
その摩耗試験片の摩擦面には、焼付きによるガーリング
痕跡が観察される。
〔発明の効果〕
本発明の溶接材を用いてプラズマ粉体肉盛溶接により
形成される複合肉盛層は、基材表面との密着強度が高
く、かつ高温域での耐摩耗性にすぐれ、焼付きに対する
抵抗性等も良好である。また良好な溶接施工性を有し、
多層盛りによる厚い層厚の肉盛層を形成することも容易
である。従って、熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイド部材
に適用することにより、部材の耐久性を高め、ガイド機
能を安定に維持する等の効果が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−45450(JP,A) 特開 昭55−5126(JP,A) 特開 昭61−293696(JP,A) 特開 昭62−33090(JP,A) 日本溶接協会誌「溶接技術」(第34巻, 第8号),産報,P.45−50

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイド部材の表
    面に、金属マトリックスと炭化物系セラミックス粒子と
    からなる複合肉盛層を形成するための、金属粉末と炭化
    物系セラミック粉末との均一な混合物であるプラズマ粉
    体肉盛溶接材において、 炭化物系セラミック粉末の配合割合は、20〜70重量%で
    あり、金属粉末は、C4〜8%,Si:2%以下,Mn:2%以下,N
    i:2〜10%,Cr:20〜60%,W:4〜15%、残部実質的にCoか
    らなることを特徴とする熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイ
    ド部材用プラズマ粉体肉盛溶接材。
JP62175324A 1987-07-14 1987-07-14 熱間圧延ラインの圧延鋼材ガイド部材用プラズマ粉体肉盛溶接材 Expired - Lifetime JPH089115B2 (ja)

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