JP2003334691A

JP2003334691A - 肉盛り用金属材料

Info

Publication number: JP2003334691A
Application number: JP2002144717A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamura; 恭山村; Mikio Yoneyama; 三樹男米山; Yoshihiro Tatsumi; 佳宏辰巳
Original assignee: JFE Steel Corp; Osaka Fuji Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Osaka Fuji Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】耐焼付き性、耐ビードマーク性の向上を図る
ことができると共に、耐食性をも向上させることのでき
る肉盛り用金属材料を得る。【解決手段】熱間工具鋼材料に０．７〜３．０％のＣ
ｕを含有している、金属母材の表面に肉盛り層を形成す
るための金属材料。約３％、約４％又は約５％のＣｒを
含有する熱間工具鋼材料に対しては１．５％のＣｕを含
有していることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、肉盛り用金属材
料、特に、高温・多湿環境下で使用される製鉄機械部品
への肉盛り用金属材料に関する。

【０００２】

【従来の技術と課題】一般に、製鉄機械部品は高温・多
湿環境下で使用されており、これらの部品に溶接、溶射
等で肉盛りされた肉盛り層には、耐摩耗性は勿論のこ
と、耐食性、耐焼付き性、耐ビードマーク性が要求され
ている。製鉄機械部品とは、例えば、コイルの熱間圧延
巻取り設備用ロール（ラッパロール、トップピンチロー
ル、ボトムピンチロール等）である。

【０００３】従来、この種のロール類は、ＳＣＭ材を母
材としてその表面にＳＫＤ６又はＳＫＤ７等の熱間工具
鋼材料の肉盛り溶接と自溶性合金材料の肉盛り溶射した
ものが使用されていた。水蒸気雰囲気中での使用を考慮
して耐食性を向上させる施策としてはＣｒの添加が重要
であり、Ｃｒの含有量に比例して耐食性が向上すること
が知られている。

【０００４】しかしながら、Ｃｒの含有量を増加させる
と、耐焼付き性が劣化したり、ビードマーク等の肌荒れ
が発生するという問題点を有していた。Ｃｒ酸化膜が形
成されることにより焼付きや肌荒れが発生しやすくなる
と推察される。そのため、Ｃｒの含有量を６％以下に抑
えていたが、これでは好ましい耐食性を得ることができ
なかった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、耐焼付き性、耐
ビードマーク性の向上を図ることができると共に、耐食
性をも向上させることのできる肉盛り用金属材料を提供
することにある。

【０００６】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明は、金属母材の表面に肉盛り層を形成するた
めの金属材料であって、熱間工具鋼材料に０．７〜３．
０％のＣｕを含有していることを特徴とする。本発明に
係る肉盛り用金属材料は、約３％、約４％又は約５％の
Ｃｒを含有する熱間工具鋼材料に、１．５％のＣｕを含
有していることが好ましい。

【０００７】熱間工具鋼材料とは、ＪＩＳ規格のＳＫＤ
６、ＳＫＤ７等として規格化されている材料で、例え
ば、Ｃ０．３２〜０．５％、Ｓｉ０．０８〜１．２％、
Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ３．０〜５．５％、Ｍｏ１．０
〜３．０％、Ｖ０．３〜０．７％を含有するものであ
る。

【０００８】以上の如く、Ｃｕを含有する肉盛り用金属
材料は、以下に説明する各種性能評価試験から好ましい
評価が得られ、耐食性、耐焼付き性、耐ビードマーク性
に優れ、また、耐摩耗性、硬さにおいて従来品とほぼ同
等の性能を示した。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る肉盛り用金属
材料の実施形態について、添付図面を参照して説明す
る。

【００１０】（製鉄機械部品、図１参照）まず、本発明
に係る金属材料が肉盛りされる製鉄機械部品について簡
単に説明する。図１は、コイルの熱間圧延巻取り設備の
一部を示し、１はマンドレル、２はスライド式ラッパロ
ール、３はスロートガイド、４はトップピンチロール、
５はボトムピンチロール、６はランアウトテーブルロー
ラである。ここで、肉盛りの対象となる部品は、ラッパ
ロール２、トップピンチロール４及びボトムピンチロー
ル５である。

【００１１】（肉盛り用金属材料）本発明に係る金属材
料は、熱間工具鋼材料に０．７〜３．０％のＣｕを含有
しており、好ましくは、約３％、約４％又は約５％のＣ
ｒを含有する熱間工具鋼材料に、１．５％のＣｕを含有
している。

【００１２】熱間工具鋼材料とは、ＪＩＳ規格のＳＫＤ
６、ＳＫＤ７等として規格化されている材料で、例え
ば、Ｃ０．３２〜０．５％、Ｓｉ０．０８〜１．２％、
Ｍｎ２．０％以下、Ｃｒ３．０〜５．５％、Ｍｏ１．０
〜３．０％、Ｖ０．３〜０．７％を含有するものであ
る。

【００１３】以下に説明する各種性能評価試験のため
に、約４％のＣｒを含有する４Ｃｒ系ＳＫＤ材料に１．
５％のＣｕを含有したもの（以下、本発明材と称す
る）、Ｃｕを含有しない４Ｃｒ系ＳＫＤ材料（以下、比
較材１と称する）、Ｃｕを含有しない５Ｃｒ系ＳＫＤ材
料（以下、比較材２と称する）のそれぞれを、Ｓ４５Ｃ
材を母材としてその表面に肉盛り溶接したものを試験片
として用意した。

【００１４】使用された４Ｃｒ系ＳＫＤ材料の組成は、
０．５Ｃ−０．６Ｓｉ−１．９Ｍｎ−４Ｃｒ−３Ｍｏ−
０．６Ｖである。

【００１５】（性能評価試験）前記本発明材、比較材
１，２について、以下のように耐焼付き性、耐食性、耐
摩耗性、耐ビードマーク性の試験を行った。耐焼付き性
はリングオンディスク摩耗試験を行い、トルク変化によ
る焼付き発生までの時間で評価した。耐食性は水蒸気雰
囲気中での腐食試験を行い、試験片の重量減により評価
した。耐摩耗性は試験片の断面硬さ及び表面硬さを測定
し、硬さから評価した。耐ビードマーク性は試験片の断
面組織を観察し、相対的な比較で評価した。

【００１６】ところで、以下に示す各種評価はＣｕの含
有量が１．５％の４Ｃｒ系ＳＫＤ材料について説明する
が、本発明者らの評価試験において、Ｃｕの含有量が
０．７％を下回ったり、３．０％を上回ると、比較材
１，２に比べて好ましい評価が得られなかった。

【００１７】また、３Ｃｒ系ＳＫＤ材料及び５Ｃｒ系Ｓ
ＫＤ材料についてもＣｕを添加して同種の評価試験を行
った結果、いずれの金属材料においてもＣｕの含有量が
０．７〜３．０％の範囲で従来品よりも好ましい評価が
得られた。

【００１８】（耐焼付き性評価試験、図２、図３参照）
焼付き試験は周知のリングオンディスク式摩耗試験機を
用いて行った。図２に示すように、相手材１５（ＳＵＳ
４１０）上に試験片１０を所定の圧力で押し付け、相手
材１５を回転させると共に、試験片１０に水を供給する
ウェット状態及びドライ状態にてトルク変化を測定し
た。試験片１０は母材１１に肉盛り層１２を設けたもの
である。試験条件は以下のとおりである。

【００１９】試験片形状：リングタイプ（外径２５ｍ
ｍ、内径１５ｍｍ、高さ１５ｍｍ、）相手材形状：ディスクタイプ（外径２５ｍｍ、高さ１５
ｍｍ）雰囲気：湿式（水道水）及び乾式面圧：０．０１ｋｇ／ｍｍ²（荷重２ｋｇｆ）回転数：６００ｒｐｍ（外周速）７８５ｍｍ／ｓｅｃ試験時間：９０ｓｅｃ

【００２０】以上の条件による耐焼付き試験では図３に
示すような摺動トルクの変化曲線が得られる。領域Ｔ１
はトルクが小さくて安定している時間帯であり、焼付き
発生までの時間である。領域Ｔ２は焼付きが発生した時
間帯であり、トルクが増大して大きく変動している。

【００２１】前記試験条件は比較材１，２が焼き付く条
件で行われ、以下の表１及び図４に示すように、本発明
材は焼付きが発生するまでの時間は、ウェット条件下で
９０秒、ドライ条件下で１９秒であり、優れた耐焼付き
性を示した。なお、表１における摩擦係数μとは、μ＝
Ｔ／（ｒ・Ｐ）であり、Ｔは摺動トルク、ｒは摺動半
径、Ｐは荷重である。

【００２２】

【表１】

【００２３】（耐食性評価試験、図４〜図６参照）耐食
性は図４に示す容器３０を使用した高温水蒸気腐食試験
で評価した。容器３０の上部に試験片１０を吊り下げ、
水をヒータ３１にて沸騰させ、５０時間ごとに試験片１
０の重量を測定した。試験片１０は、図５に示すよう
に、長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍのものに直
径２．５ｍｍの穴１０ａを形成したものである。

【００２４】５０時間ごとに試験片１０の酸化スケール
をスチールブラシにて除去し、その重量を電子天秤を用
いて１／１０００ｇの単位で測定した。以下の表２及び
図６に示すように、本発明材は比較材１，２に比べて極
めて良好な耐水蒸気腐食性が得られた。即ち、本発明材
の耐水蒸気腐食性は、比較材１の約２倍、比較材２の約
１．３倍であった。なお、比較材１，２の耐水蒸気腐食
性の差は金属材料のＣｒ含有量に基づく。

【００２５】

【表２】

【００２６】（耐摩耗性評価試験、図７、図８参照）耐
摩耗性の評価は試験片の断面硬度を測定して行った。そ
の結果を図７、図８に示す。図７に示されているよう
に、硬度的に本発明材と比較材１との差はあまり見られ
ず、摺動摩耗性に関して両者はほぼ同等である。図８に
示されているように、ビード重ね部における硬度変化は
本発明材のほうが比較材１よりも少なく、この点では本
発明材が優れていると評価できる。

【００２７】（強度評価試験）本発明材及び比較材１に
ついて、周知の引張強度試験、降伏強さ試験、伸び試験
を行った。その結果を以下の表３に示す。いずれの強度
試験においても、本発明材は比較材１を上回る数値を示
していた。

【００２８】

【表３】

【００２９】（耐ビードマーク性評価試験、図９参照）
断面マクロ組織を図９に模式的に示す。図９（Ａ）は比
較材１の組織、図９（Ｂ）は本発明材の組織である。こ
こでは、耐ビードマーク性に影響を与える溶接金属の柱
状結晶組織の方向性を示している。図９（Ａ）に示され
ているように、比較材１ではサブマージアーク溶接で得
られるビード形状は溶け込みが大きくなる。これに対し
て、本発明材ではサブマージアーク溶接で得られるビー
ド形状は溶け込みが少ない。

【００３０】本発明材のビード形状は、バンドアーク溶
接に近いものとなり、組織の方向性が同じであるため、
ビード重ね部の組織変化が起こりにくく、耐ビードマー
ク性を向上させると推測される。本発明材は５０時間の
水道水による浸漬試験でもビードマークの現れ難い結果
を得た。

【００３１】（他の実施形態）なお、本発明に係る肉盛
り用金属材料は前記実施形態に限定するものではなく、
その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

【００３２】特に、本発明に係る金属材料の主要成分で
ある熱間工具鋼材料は前記実施形態に示したもの以外に
種々の成分、組成比の材料を使用することができる。例
えば、耐摩耗性の向上を目的にＮｂ、Ｗ元素を添加して
もよい。

【００３３】また、本発明に係る金属材料が肉盛りされ
る機械部品は、コイルの熱間圧延巻取り設備のロール類
に限定するものではなく、耐食性、耐焼付き性を要求さ
れる種々の部品であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属材料が肉盛りされる機械部品
（熱間圧延巻取り設備の一部）を示す概略構成図。

【図２】耐焼付き性評価試験の説明図。

【図３】耐焼付き試験における摺動トルクの変化を模式
的に示すグラフ。

【図４】高温水蒸気耐食試験の説明図。

【図５】高温水蒸気耐食試験で使用された試験片を示す
斜視図。

【図６】高温水蒸気耐食試験での試験片の重量減を示す
グラフ。

【図７】耐摩耗性試験における断面硬度を示すグラフ。

【図８】耐摩耗性試験におけるビード重ね部での硬度を
示すグラフ。

【図９】断面マクロ組織を示す模式図、（Ａ）は比較材
１を示し、（Ｂ）は本発明材を示す。

【符号の説明】

２，４，５…ロール１０…試験片１１…母材１２…肉盛り層

フロントページの続き (72)発明者米山三樹男兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号大阪富士工業株式会社内 (72)発明者辰巳佳宏兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号大阪富士工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属母材の表面に肉盛り層を形成するた
めの金属材料であって、熱間工具鋼材料に０．７〜３．
０％のＣｕを含有していることを特徴とする肉盛り用金
属材料。
【請求項２】約３％、約４％又は約５％のＣｒを含有
する熱間工具鋼材料に、１．５％のＣｕを含有している
ことを特徴とする請求項１記載の肉盛り用金属材料。