JPS5913952B2 - 表面硬化肉盛用被覆ア−ク溶接棒 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面硬化肉盛用被覆アーク溶接棒に係り、特
に加工用金型のダイフェース面あるいはビード部肩Ｒ部
等のように加工時に接圧を受けて金型の摩耗や焼付き、
かじり傷等の発生が顕著な部分の肉盛溶接に使用して好
適な表面硬化肉盛用被覆アーク溶接棒に関するものであ
る。

たとえは、自動車製造時の代表的な量産工法であるプレ
ス加工は、低速で接触圧力の大きな塑性加工であるが、
加工時に発生する型の摩耗や型とパネルの焼付きあるい
はパネルのかじり傷等、製５ 品の寸法精度や表面品質
を低下させ、その手直しには美大な工数が必要なため、
高能率な加工性、製品の均一性および材料の経済的使用
等の各種生産目標の向上を著しく妨げている。

一般に在来のプレス型用素材としては鋳鉄を使１０用し
ているため、上記した弊害を除去するには耐摩耗性や耐
かじり性（耐焼付き性）の向上を目的として何らかの表
面処理を施すことが行われている。

一例として、硬質Ｃｒメッキ処理のような被覆法がある
が、この方法では加工中に被覆層がは１５く離しやすい
欠点がある。この欠点を防ぐため、溶接による表面被覆
法も採用され、各種の溶接材料が市販されているが、こ
れらはいずれもハードフエーシング材料と呼はれる鉄基
の表面硬化肉盛用溶接材料であり、鋳鉄素材への溶接施
工時に溶２０接割れを発生し易く、かつプレス加工時に
はかじり傷の発生が顕著なため、潤滑剤無しでは使用で
きるものではなく、さらに、かじり傷の進展に伴なつて
肉盛溶接部位の摩耗も促進されるので極めて不十分なも
のであつた。２５−方、鋳鉄素材への肉盛溶接住に比較
的優れた鋳鉄用溶接材料と称されているニッケル系溶接
材料もあり、この場合には前記したハードフエイシング
材料と違つて滑潤が完全でない場合でもかじり傷の発生
をほとんど伴なうことなく使用できる３０が、反面、溶
接金属の硬さが低いため耐摩耗性に劣り、製品パネルに
しわを発生したり、寸法精度が低下したりし、型寿命が
短かく能率を低下させる欠点があつた。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を解消す３５るこ
とにあり、特に、プレス型鋳鉄素材に容易に肉盛溶接が
可能であり、しかも優れた耐摩耗性を備えるはかりでな
く、潤滑剤なしでもかじり傷等を発生しない特件の溶着
金属を得ることができる表面硬化肉盛用被覆アーク溶接
棒を提供することにある。

本発明の表面硬化肉盛用被覆アーク溶接棒は、Ｎｉもし
くはＦｅ−Ｎｉ系心線に、合金剤としてＳｉ：５〜１３
％、Ｂ：１〜５％、Ｎｂ：０．４〜４％、Ｃ：１〜６％
を含みかつその他通常の炭酸塩、フツ化物等のアーク安
定剤、スラグ生成剤、ガス発生剤等からなる被覆剤を被
覆してなることを特徴としており、一実施態様において
は、溶接された溶着金属組成が、重量？で、Ｎｉ：４０
％以上、Ｓｉ：３〜８％、Ｂ：０，１〜０．５％、Ｎｂ
：０．３〜２％、Ｃ：０．２〜１．５％、残部Ｆｅおよ
び不可避的不純物からなることを特徴としている。

前述したような従来技術の欠点を解消すべく、本発明者
らが種々の試験および研究をした結果、被覆アーク溶接
によつて得られる溶着金属組成を、より望ましくは重量
？で、Ｓｉ：３〜８％、Ｂ：０．１〜０．５％、Ｎｂ：
０．３〜２％、Ｃ：０．２〜１、５？、Ｎｉ４Ｏ％以上
および残部Ｆｅと少量の不可避的不純物とからなる組成
にすることによつて、優れた硬さと耐摩耗性を有する溶
着金属が得られるばかりでなく、この溶着金属を肉盛し
たプレス型と被加工材である鋼板とのすべり接触におい
て特に潤滑油を使用しなくとも焼付きに起因するかじり
傷を生じないことを確認した。したがつて、このような
溶着金属組成を得ることができるような表面硬化肉盛用
被覆アーク溶接棒を用いることによつて、前述のプレス
加工において要求される諸特件を具備し、さらにすぐれ
た耐摩耗件ならびに耐かじり性をも有する肉盛溶接部を
得ることができるようになる。

以下、上述した好ましい溶着金属組成範囲（重量％）の
限定理由を述べる。

まず、Ｎｉはプレス加工時の鋼板とのすべり接触におい
てその優れたすべり特件により焼付やかじり現象を起こ
させないために不可欠の元素であるが、溶着金属中で４
０％より少なくなるとかじり傷の発生が顕著となるため
４０％以上必要である。

Ｓｉは主にＮｉやＦｅと化合物を形成して溶着金属の硬
さ向上に寄与する元素であるが、３％未満ではその効果
ははとんどなく耐摩耗件が不十分である。

一方、含有量が８％を越えると硬さはさらに上昇するも
のの、耐摩耗性に及ぼす効果は飛やく的に向上すること
はなく、逆に溶着金属が脆弱となり割れ発生の原因とも
なるため上限値を８％とするのが望ましい。Ｂは溶着金
属中で０．１％程度の含有量でも硬度を上昇させ、耐摩
耗性の向上に有効であり、その効果はＣの存在により一
層顕著になる。

しかしながら、含有量が０．５％を越えると、溶着金属
が脆弱となつて割れ発生の原因となると共に肉盛溶接後
の機械加工件が悪くなるため上限を０．５％とした。Ｎ
ｂは溶着金属組成を微細化させ、割れ感受性を著しく低
下させる。

そしてその効果は含有量０．３％程度から顕著となるが
、２％を越えて含有するとＮ１やＢとの化合物の生成が
多くなり、溶着金属の硬さもＨｖ３８Ｏを越えて脆弱と
なり、逆に割れ発生の原因ともなるので好ましくない。
Ｃはマトリツクス中に固溶しあるいはＮｂやＢと結合し
て炭化物を生成して耐摩耗性向上に寄与する。この効果
は含有量０．２％程度より顕著となるが、１．５％を越
えて含有すると前記炭化物の生成量が多くなり、プレス
加工時に炭化物のエツジが被加工材であるパネル表面に
傷をつける弊害が発生するため、含有量を１．５％以下
とした。以上詳述したように、各合金元素は各々の含有
量の範囲内において溶着金属の硬さを上昇させ、プレス
加工時の型の摩耗や焼付きあるいはかじり傷の発生を防
止する機能を発揮する。そして、特にＮｂの添加は高硬
度の溶着金属組成物を被覆アーク溶接によつて型の任意
の場所に簡便にかつ溶接割れの発生もなく肉盛できるこ
とを可能にしている。そこで、上述した溶着金属組成を
得るための表面硬化肉盛用被覆アーク溶接棒において、
心線には９５％以上のＮｉと不可避的不純物からなるい
わゆる純Ｎｌ心線あるいは５０〜６０％Ｎｉと残部Ｆｅ
および不可避的不純物からなるいわゆるＦｅ−Ｎｉ心線
を用い、被覆剤には合金剤としてＳｉ：５〜１３％、Ｂ
：１〜５％、Ｎｂ：０．４〜４％、Ｃ：１〜６％を含み
その他通常の炭酸塩、フツ化物等のアーク安定剤、スラ
グ生成剤、ガス発生剤等からなるものを用いるのが望ま
しく、この被覆剤を心線に被覆する。

このとき、前記心線に対して被覆剤を被覆率が重量で３
０〜５０％程度になるように被覆するのがよい。また、
上記被覆剤中の合金剤の添加量は、種々の実験の結果、
溶接中の歩留りを考慮しつつ前記した溶着金属組成が得
られるように決定したものであり、以下さらに詳しく説
明する。

まず、Ｓｌは被覆剤中に５％以上添加することにより、
溶着金属の硬さを上昇させて耐摩耗性向上に寄与する。

また、Ｓｉを添加することにより溶融金属の湯流れ性が
良くなり、ビード外観が美麗となる。しかしながら、１
３％を越えると溶着金属が脆くなり、溶接割れを生じる
ので好ましくない。次に、ＢとＮｂは被覆剤中にそれぞ
れ１〜５％、０．４〜４％添加することにより前記した
溶着金属中の組成範囲が得られるもので、被覆剤中に前
記量以上添加すると溶接割れを生じるが、前記した範囲
内の添加量の場合には溶接作業件の点では特に悪影響は
認められない。

Ｃは合金剤であると同時に強力な脱酸剤でもあり、１％
未満の添加ではブローホールやピツトの発生が著しく正
常な溶接ビードを得られなくなる。

また、６％を越えて添加した場合にはＢ，Ｎｂ等との炭
化物生成が多くなり、溶着金属の耐かじり”件を低下さ
せると同時に溶接アークの吹付け力が弱くなり、溶融金
属の母材側への移行が不連続となり易く、その結果連続
した美しいビード外観が得られなくなると共に、スラグ
焼付を生じて溶接作業件を低下させるので好ましくない
。さらに、被覆剤中には上記した合金剤以外に、通常の
アーク安定剤、スラグ生成剤、ガス発生剤等の機能を有
する炭酸カルシウム、炭酸バリウム、螢石、マイカ等を
含んでいる。

このうちマイカは溶接棒心線に被覆剤を塗装する際の滑
剤として添加したものである。なお、上述の例ではＮｉ
を除くＳｉ，Ｂ，Ｎｂ，Ｃ等が全て被覆剤中から添加さ
れるようにしているが、心線中に一部合金化されていて
もその効果は変らない。

ただ、心線中１こ添加すると、線材としての線引加工が
むつかしくなり、生産件が悪くなるおそれがあると共に
コスト的にも高くなる問題を生ずる。実施例 １ 本発明による表面硬化肉盛用被覆アーク溶接棒および開
発途上で用いた参考被覆アーク溶接棒の被覆剤の配合比
率ならびに使用心線の化学組成をそれぞれ第１表および
第２表に示す。

なお、第１表に示す被覆剤配合比率のうち、Ｆｅについ
てはＳｉ，Ｂ，Ｎｂ等をフエロアロイの形で添加したた
めに含有される元素であり、溶着金属中のＮｉ％が４０
％を下まわらない範囲であれは本発明の機能を阻外する
ものではない。

そこで、第１表に示す被覆剤に適当量の水ガラスを添加
し、通常の手段により第２表に示す純Ｎｉ心線表面に前
記被覆剤を被覆して溶接棒を作成し、それぞれの溶接棒
を使用して交流電流９５〜１００Ａで肉盛溶接をおこな
い、各性能を判定した。

その結果を第３表、第４表に示す。なお、上表ｆこおい
て、◎は極めて良好、○は１△はやや不良、Ｘは不良で
あることを示す。

第３表は上記溶接棒による溶着金属の化学組成を示し、
第４表は溶着金属の硬さ、溶接作業件、耐摩粍性、耐か
じり件等の各試験結果の判定を示したものである。

さらに、第３表、第４表には比較のために従来のＮｉ系
およびＦｅ系の市販の鋳鉄用肉盛溶接材料についても同
様に評価した。その結果本発明溶接棒によるものは参考
に示した溶接棒およびＮｉ系やＦｅ系の溶接材料に比較
して良好な結果を示している。特に第３表、第４表より
明らかな如く、Ｎｉ系溶接材料にＳｉ，Ｂ，Ｎｂ等を添
加すること｝こより、耐かじり件を損なうことなく耐摩
耗性を大１」に改善することが司能となつた。実施例
２ 実施例１におけるＮｂの添加効果を更に明確にするため
、実施例１の第１表に示す溶接棒滝１の被覆剤配合比率
のものを基礎として、溶着金属中のＮｂ含有量が溶着金
属硬さ及び溶接割れ発生におよぼす影響を調べた。

すなわち、被覆剤中のＳｉｌｌ％、Ｂ２％、Ｃ３％、マ
イカ５％は一定とし、Ｎｂ量はＯ、３〜５％の間で変化
させ、Ｎｂ添加量の変化に伴ない炭ｊ酸塩、フツ化物等
の含有量を調整した。

第５表に被覆剤中に添加したＮｂ量、溶着金属中のＮｂ
含有量、溶着金属硬さおよび溶接割れ発生の有無につい
てまとめて示す。第５表から明らかなように、溶着金属
中のＮｂ含有量が０．３％未満の場合には、溶着金属の
硬さが比較的低いにもかかわらず、時々溶接割れを発生
するので好ましくない。

また、２％を越えて含有すると溶着金属の硬さがＨｖ３
８Ｏを越えてしまい、溶着金属は脆弱となり溶接割れの
発生が顕著となる。そして、溶着金属中のＮｂ含有量が
０．３〜２％の範囲内であれが溶接割れの発生もなく、
健全な溶接部を得ることができた。実施例 ３ 前述の実施例では溶接棒心線として純Ｎｉ線材を用いた
ものであり、鋳鉄に対する溶接作業件にすぐれ、得られ
た溶着金属の耐摩粍件、耐かじり件とも良好でとくにプ
レス型肉盛溶接材料として十分その機能を発揮するもの
である。

しかしながら純Ｎｉ線材は高価であるため、さらに安価
なＦｅ−Ｎｉ線材を用いて前記した機能を満たすべく、
第６表に示す配合比率の被覆剤を第７表に示す化学組成
のＦｅ−Ｎｉ線材に被覆して種々の検討を加えた。そこ
で、実施例１と同様にして溶接棒を作成し、それぞれの
溶接棒を使用して肉厚溶接をおこない、各件能を判定し
た。

示す。

その結果を第８表、第９表に 第８表は上記溶接棒による溶着金属の化学組成を示し、
第９表は溶着金属硬さ、溶接作業件、耐摩耗性、耐かじ
り性等の各試験結果の判定をそれぞれ示した。

また、第８表、第９表には比較のため市販のＦｅ−Ｎｉ
系の鋳鉄用肉盛溶接材料についても同様の評価結果を示
した。その結果、滝１３〜７ｆ６．１８については溶着
金属中にＣ，Ｓｉ，Ｂ，Ｎｂ等を含有しているため優れ
た耐摩耗件を示しているものの、耐かじり件の点では滝
１８が劣つている。その理由としては、溶着金属中のＢ
，Ｎｂ，等が結晶粒界において過大な炭化物を形成し、
そのエツジがパネル表面にかじり傷を生じたものである
ことを確認した。一方、溶着金属中のＮｉ含有量が低下
したため、その優れたすべり特件が阻害されたことも考
えられるので、Ｎｉ含有量が耐かじり性に及ぼす影響を
実施例４においてさらに詳細に調査した。実施例 ４ 第１０表に本実施例において使用した溶接棒の被覆剤配
合比率を示す。

この配合比率は第６表の滝１３を基礎としたものであり
、Ｓｉ，Ｂ，Ｎｂ，Ｃ量は一定とし、Ｆｅ量を２４％〜
４３％の範囲で変化させることにより溶着金属中のＮｉ
含有量が耐かじり件に及ぼす影響を明らかにした。この
とき、他の被覆剤はＡ６．ｌ３の配合と同一比率とした
。得られた溶着金属の特性を第１１表にまとめて示す。
本実施例４において、いずれの溶着金属にも実施例３に
示したようなかじり傷を発生させるほどの炭化物の生成
は無いことを顕微鏡により確認した。

また、表１１の結果より明らかなように、溶着金属中の
Ｎｉ含有量が４０％以上であれば、プレス加工時の鋼板
とのすべり接触においてその優れたすべり特件により焼
付やかじり現象を生じることなく耐かじり件が非常に良
好であることが判明した。なお、上記各実施例ではとく
にプレス加工用金型において加工時に極圧を受けて金型
の摩耗や焼付き、かじり傷等の発生が顕著な部分の肉盛
溶接に使用した場合を例にとつて示しているが、本発明
ではこのような用途にのみ限定されるものでないことは
当然であり、母体材料が鋳鉄の場合はもちろんのこと、
その他の材料に対しても十分にすぐれた耐摩耗件や耐か
じり件等の機能を発揮することができるものである。

以上詳述したところから明らかなように、本発明の表面
硬化肉盛用被覆アータ溶接棒を使用すると、とくにプレ
ス加工における焼付きやかじり現象をたとえ無潤滑であ
つても全く起こさせることなく耐摩耗件を保持する溶着
金属の肉盛溶接が可能であり、しかもアーク溶接である
ため非常に簡便にかつ能率よく肉盛作業ができるばかり
でなく、摩耗部の再補修や局部的な型の変更が容易にで
きるという経済的な利点もあわせて有する非常にすぐれ
た効果を奏するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＮｉもしくはＦｅ−Ｎｉ系心線に、合金剤としてＳ
   ｉ：５〜１３％、Ｂ：１〜５％、Ｎｂ：０．４〜４％、
   Ｃ：１〜６％を含みかつその他通常の炭酸塩、フッ化物
   等のアーク安定剤、スラグ生成剤、ガス発生剤等からな
   る被覆剤を被覆してなることを特徴とする表面硬化肉盛
   用被覆アーク溶接棒。 ２ 溶接された溶着金属組成が、重量％で、Ｎｉ：４０
   ％以上、Ｓｉ：３〜８％、Ｂ：０．１〜０．５％、Ｎｂ
   ：０．３〜２％、Ｃ：０．２〜１．５％、残部Ｆｅおよ
   び不可避的不純物からなる特許請求の範囲第１項記載の
   表面硬化肉盛用被覆アーク溶接棒。