JPS62134193A - 溶接肉盛用複合粉末溶接材 - 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、プラズマ溶接法により、高温部材の表面に、
耐熱・耐圧縮変形・耐摩耗性にすぐれた肉盛層を形成す
るための金属粉末とセラミック粉末とからなる複合粉末
溶接材に関する。

〔従来の技術〕

耐熱・耐圧縮変形・耐摩耗用材料として、例えば、２５
Ｃｒ　−２ＯＮ　ｉ　−Ｆ　ｅ、２５Ｃｒ　−３５Ｎ　
ｉ　−Ｆｅ、２８Ｃｒ−２ＯＮｉ−２０Ｃｏ−４Ｗ−Ｆ
ｅ、または３０Ｃｒ−２ＯＮｉ−４０Ｃｏ−２Ｍｏ−Ｆ
ｅ等の耐熱鋼が賞月されている。これらの耐熱鋼製部材
は、約１１００℃付近までの温度において優れた耐久性
を示す。

〔解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記耐熱鋼は、スラブ加熱炉の炉床金物
（スキントレール、スキントポタン等）等のように、１
１００℃を越え、１２００〜１３００℃の高温酸化雰囲
気に曝され、かつ重量物であるスラブの負荷と、スラブ
による摩耗とが加わる条件下に使用される部材としては
、必ずしも十分でなく、早期に部材表面の損耗・劣化が
進み易い。このような部材の損耗・劣化は、これに当接
する被加熱処理材（スラブ）の表面品質を損なう原因と
なり、またそれを防止するには炉床部材の早期の取替・
修復作業を必要とする等、炉操業の安定・円滑性を阻害
する。このため、上記の高温用材料として、１２００℃
を越える高温環境下で、よりすぐれた耐圧縮強度、耐酸
化性および耐摩耗性等を保証する新たな材料の開発が強
く要請されている。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
上記高温用部材の表面に保護層として、耐圧縮強度、耐
酸化性、および耐摩耗性等にすくれた肉盛層を形成する
ことにより丸その耐久性を改善しようとするものである
。

本発明に係る溶接肉盛用複合粉末溶接材は、金属粉末と
、セラミック粉末との混合粉末であって、第１の複合粉
末溶接材は、 金属粉末が、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．５％以下
、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ　：　２５．０〜３２．０
％、Ｎ　ｉ　：　１０．０〜２５．０％、Ｃｏ：２５．
０〜４５．０％、および所望によりＭｏ：３．０〜１０
，０％を含有し、残部は実質的にＦｅからなる成分組成
を有し、混合粉末に占めるセラミック粉末の配合量は３
０〜７０％であり、 混合粉末の粒度は５０〜２５０メッシュであること、を
特徴とする。

また、本発明に係る第２の複合粉末溶接材は、金属粉末
が、Ｃｒ　：　２０．０〜６０．０％、残部は実質的に
Ｃｏからなる成分組成を有し、 混合粉末に占めるセラミック粉末の配合量は３０〜７０
％であり、 混合粉末の粒度は５０〜２５０メツシユであること、を
特徴とする。

なお、金属粉末の成分組成を示す％、およびセラミック
粉末の配合量を示す％は、いずれも重量％である。

本発明の肉盛用溶接材は粉末体であるので、肉盛層の形
成には、プラズマ溶接法が適用される。

本発明の複合粉末溶接材を用いてプラズマ溶接により単
層または多層盛りを行って形成される肉盛層は、金属粉
末が溶融して与えられる所定成分組成の合金がマトリッ
クスとなり、そのマトリックス中にセラミック粒子が分
散相として均一に混在してなる「金属−セラミック粒子
」複合組織を有する。

その肉盛層は、後記実施例にも示されるように、従来の
耐熱鋼に比し、１２００℃以上の高温域における耐圧縮
強度や耐酸化性にすぐれており、また硬度が高く、良好
耐摩耗性を備えている。しかも、肉盛層と基材表面との
界面は、肉盛溶接時に供給される十分な量の溶接熱によ
り強固な融着結合関係を形成しており、１２００℃の高
温域においても、高い接着強度を失うことがない。

本発明に係る複合粉末溶接材の金属粉末の成分組成限定
理由を、まず第１の発明について説明すると、次のとお
りである。

Ｃ：０．１５％以下 Ｃは不純物元素であり、マトリックス金属を高融点に保
つために、上限を０．１５％とする。

Ｓ　ｉ　：　１．５％以下 Ｓｔは溶接肉盛時に形成される溶融金属の流動性の確保
および脱酸効果の点から、多い程よい。

しかし、その反面、溶融金属中の脱酸生成物（ＳｉＯ□
）の残存量が増加し、マトリックス金属の清浄度が損な
われるので、１．５％を上限とする。

Ｍｎ：２．０％以下 ＭｎはＳｉと同様に、溶融金属の脱酸作用を有するほか
、溶融金属中の不純物であるＳをＭｎＳとして固定無害
化する働きを有する。しかし、含有量が多くなると、溶
融金属中におけるＭｎＳの残存量が増加し、マトリック
ス金属の清浄度が低下するので、２．０％を上限とする
。

Ｃｒ　：　１５．０〜３２．０％ Ｃｒはマトリックス金属の耐酸化性を高める。

この効果を得るには、少なくとも１５．０％を必要とす
る。含有量の増加に伴ってその効果は増すが、３２．０
％を越えると、靭性の低下および溶接性の劣化を招く。

よって、３２．０％を上限とする。

Ｎ　ｉ　：　１０．０〜２５．０％ Ｎｉはオーステナイト生成元素として必要であり、耐熱
性、靭性、溶接性を高める作用を有する。

この効果を得るには少なくとも、１０．０％を必要とす
る。但し、２５．０％を越えると、マトリックス金属の
低融点化を招くので、２５．０％を上限とする。

Ｃｏ：２５．０〜４５．０％ ＣＯはマトリックス金属の高温圧縮強度を高める元素で
ある。この効果を得るために、少なくとも２５．０％を
必要とする。含有量の増加に伴って、その効果は増強さ
れるが、４５．０％を越えると、耐熱性の点で好ましく
ないので、４５．０％を上限とする。

Ｍｏ：３．０〜１０．０％ Ｍｏはマ）　ＩＪフックス属の高温圧縮強度を高める効
果を有する。この効果は、含有量３．０％以上において
現れる。含有量の増加に伴って、その効果は増大するが
、１０．０％を越えると、はぼ飽和するので、１０．０
％を上限とする。

次に、本発明に係る第２の複合粉末溶接材における金属
粉末の成分組成の限定理由を説明する。

Ｃｏ　：　２０．０〜６０．０％ ＣＯは高温圧縮強度を高める元素であり、Ｃ。

−Ｃｒ系合金において、２０．０％以上を占めることに
より顕著な効果が奏せられる。含有量の増加に伴ってそ
の効果は強められるが、６０．０％を越えると、耐熱性
の点で好ましくない。よって、６０．０％を上限とする
。

Ｃｒ：残部 Ｃｒは耐酸化性を付与する元素であり、Ｃｏ−Ｃｒ系合
金の基本成分として、４０．０〜８０．０％を占める。

本発明の複合粉末溶接材を構成するために上記金属粉末
に配合されるセラミック粉末の種類は特に限定されない
が、例えば、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）、炭化タングステ
ン（ＷＣ，ＷＺＣ’）　、炭（ｔＪ−タン（ＴｉＣ）、
炭化クロム（Ｃｒ＋Ｃｚ等）などの炭化物系セラミック
粉末は、耐熱性および耐摩耗性等の点から、好ましく用
いられる。

セラミック粒子は、前記金属マトリックスに均一に分散
し、補強材として、肉盛層の耐熱性、耐高温圧縮強度等
を高める。特に、セラミック粒子は、それ自身、硬度（
ＨＶ）：約１５００以上と極めて硬質であるので、マト
リックス中に分散することにより、肉盛層に卓抜した摩
耗抵抗をもたらす。

複合粉末混合物におけるセラミック粉末の配合量を３０
％以上とするのは、セラミック粒子の上記分散効果を十
分ならしめるためである。但し、その配合量が７０％を
越えると、溶接性が悪くなり、かつ肉盛層の靭性、およ
び基材との接着強度の低下等を招くので、７０％を上限
とする。

更に、粉末の粒度を５０メツシュ以上とするのは、粒径
がそれより粗大になると、溶接性が悪くなるからであり
、一方２５０メソシュを上限とするのは、それより微細
な粒子であると、プラズマ溶接肉盛時の粉末のキャリヤ
ー性が悪化し、複合粉末溶接材の送給が不安定になるか
らである。

本発明の複合粉末溶接材による肉盛層を形成する基材の
材質に制限はないが、スラブ加熱炉の炉床金物等のよう
な場合には、前記の各種耐熱鋼が好ましく用いられる。

〔実施例〕

去隻皿よ 第１表に示す粉末を溶接材として、粉末プラズマアーク
溶接（移行アーク）溶接により、耐熱鋼基材（３０Ｃｒ
−２ＯＮｉ−４０Ｃｏ−２Ｍｏ−Ｆｅ）の表面に肉盛層
を形成した。いずれも、肉盛層数は３層であり、層厚は
１０　ｍｍである。

賦香（１）〜（３）は発明例、賦香（１０１）、（１０
２）は比較例であり、各側において使用したセラミック
粉末は、いずれもｃｒ：＋ｃｚである。

比較例（１０１）、（１０２）　（７）うち、賦香（１
０１）は金属粉末のみからなる例、賦香（１０２）はセ
ラミック粉末の配合量が本発明の規定から逸脱している
例である。

（Ｔ）溶接条件 （１１電圧：３５Ｖ、電流：１２０Ａ （２）作動ガス：Ａｒガス プラズマガス・・・・２．５ｊ？／ｍｉｎシールドガス
・・・・２０．５β／　ｍ　ｉ　ｎキャリアーガス・・
２５．５　（１／　ｍ１ｎ（Ｉり肉盛層の諸特性 各溶接材を用いて形成された肉盛層の圧縮強度（ｋｇ／
　ｎｉ’、ａｔ１２５０℃）、硬度（Ｈｖ　、　ａｔｌ
ｏｏｏ℃）、耐酸化性（、、／年、　ａｔ１２００℃）
、基材表面との接着強度（ｋｇ／ｍｌ、室温）、および
溶接性を第２表に示す。但し、耐酸化性（鰭／年）は、
肉盛層表面の酸化損耗層厚で評価し、溶接性は肉盛層を
切断し、切断面を液体浸透探傷試験に付し、割れの有無
（０７割れなし、×：割れ有り）により評価した。

天、ｆｉｌ 第３表に示す粉末を溶接材とし、実施例１と同じ溶接条
件により耐熱鋼基材（ＳＵＳ３１０相当）の表面に３層
盛の肉盛層（層厚ニアｍｍ）を形成し、それぞれ肉盛層
の諸特性を実施例１と同じ要領で測定評価して第４表に
示す結果を得た。

賦香（２１）〜（２３）は本発明例、賦香（２０１）〜
（２０５）は比較例である。セラミック粉末は、Ｃｒ、
Ｃ２粉末である。比較例のうち、賦香（２０１）は金属
粉末のみからなる例、賦香（２０２）〜（２０３）はマ
トリックス組成が本発明の規定から逸脱している例、賦
香（２０４）、（２０５）はセラミック粉末の配合料が
本発明の規定から逸脱している例である。

前記第２表および第４表に示すとおり、本発明例におけ
る肉盛層は、セラミック粒子を含まない肉盛層（賦香１
０１，２０１）に比し、格段にすくれた高温での圧縮強
度、硬度（耐摩耗性）および耐酸化性を有し、また溶接
性が良好であり、基材表面との接着強度も十分である。

なお、比較例のように、セラミック粒子を含む複合組織
を有する肉盛層であっても、その配合量が不足すると、
高温での圧縮強度、硬度および耐酸化性等の改善効果が
乏しく　〔賦香（１０２）、（２０５））、逆に配合量
が多過ぎると、溶接性や基材表面との接着強度が低下し
ている〔賦香（１０３）、（２０４））。またマトリッ
クス組成が不適当な場合〔賦香（２０２）、（２０３）
）にも本発明例における肉盛層の品質に及ばない。

〔発明の効果〕

本発明の複合粉末を溶接材としてプラズマ粉体溶接によ
り、耐熱合金をマトリックスとし、該マトリックスにセ
ラミック粒子が分散相として混在する肉盛層を形成する
ことができる。その肉盛層は、マトリックス金属とセラ
ミック粒子との複合効果により、従来の耐熱・耐圧縮強
度・耐摩耗用材をはるかに凌ぐ高温特性を備えており、
かつ基材表面に対する接着強度にもすぐれている。

本発明複合粉末溶接材により形成される肉盛層は、高温
用部材、特にスラブ加熱炉の炉床金物等のように、１２
００”ｃを越える高温酸化雰囲気中、スラブ等の重量物
の負荷と摩耗をうける苛酷な条件下に使用れる部材の保
護層として好適であり、これらの部材の耐久性の改善、
炉操業の安定・円滑化は大きく貢献する。むろん、その
用途は、これに限られず、例えば圧延用ロールワーク、
ガイドシーリング部材等の表面保護層としても有用であ
り、その工業的意義は大である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粉末とセラミック粉末との混合粉末からなり
   、 金属粉末は、Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：１．５％以下
   、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１５．０〜３２．０％、
   Ｎｉ：１０．０〜２５．０％、Ｃｏ：２５．０〜４５．
   ０％、残部実質的にＦｅからなる成分組成を有し、 セラミック粉末の配合量は３０％以上であり、混合粉末
   の粒度は５０〜２５０メッシュであること、を特徴とす
   るプラズマ溶接肉盛用複合粉末溶接材。
2. （２）金属粉末は、Ｍｏ：３．０〜１０．０％を含有す
   るものである上記第（１）項に記載のプラズマ溶接肉盛
   用複合粉末溶接材。
3. （３）金属粉末とセラミック粉末との混合粉末からなり
   、 金属粉末は、Ｃｏ：２０．０〜６０．０％、残部は実質
   的にＣｒからなる成分組成を有し、 セラミック粉末の配合量は３０％以上であり、混合粉末
   の粒度は５０〜２５０メッシュであることを特徴とする
   プラズマ溶接肉盛用複合粉末溶接材。