JP2012176422A - Laser cladding method, laminated structure, and corrosion-resistant metal clad steel - Google Patents
Laser cladding method, laminated structure, and corrosion-resistant metal clad steel Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012176422A JP2012176422A JP2011040188A JP2011040188A JP2012176422A JP 2012176422 A JP2012176422 A JP 2012176422A JP 2011040188 A JP2011040188 A JP 2011040188A JP 2011040188 A JP2011040188 A JP 2011040188A JP 2012176422 A JP2012176422 A JP 2012176422A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- carbon steel
- laser
- clad
- cladding layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、レーザー肉盛方法、積層構造および耐食性金属クラッド鋼に関する。 The present invention relates to a laser cladding method, a laminated structure, and a corrosion-resistant metal clad steel.
従来から、炭素鋼の耐食性を向上させる方法として、例えば下記特許文献1に示されるようなレーザー肉盛方法が知られている。この方法は、金属成分中の低融点金属と高融点金属とを合金粉末化する工程と、合金粉末を含むクロム系複合材からなる金属粉末およびバインダを混合した被焼成被膜を炭素鋼の表面に形成する工程と、該被焼成被膜をレーザー照射によって焼成しクラッド層を形成する工程と、を有する。
前記金属粉末は、Fe基合金が粉末化されてなり、主成分として鉄を含有するとともに、その他クロム、ニッケルおよびモリブデンを含有している。そして、前記クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率が、鉄の含有比率に対して一定の値以上となっている。これにより、クラッド層に耐食性が具備されることとなり、炭素鋼に耐食性処理をすることができる。
Conventionally, as a method for improving the corrosion resistance of carbon steel, for example, a laser cladding method as shown in Patent Document 1 below is known. In this method, a low-melting-point metal and a high-melting-point metal in a metal component are alloyed into a powder, and a fired coating in which a metal powder composed of a chromium-based composite material containing the alloy powder and a binder are mixed is applied to the surface of the carbon steel. Forming a clad layer by firing the film to be fired by laser irradiation.
The metal powder is formed by pulverizing an Fe-based alloy, and contains iron as a main component, and also contains chromium, nickel, and molybdenum. Each content ratio of chromium, nickel, and molybdenum in the cladding layer is a certain value or more with respect to the content ratio of iron. As a result, the cladding layer has corrosion resistance, and the carbon steel can be subjected to corrosion resistance treatment.
ところで、モリブデンの融点は鉄の融点よりも高いことから、前記従来のレーザー肉盛方法で、被焼成被膜をレーザー照射によって焼成しクラッド層を形成するためには、被焼成被膜および炭素鋼をレーザー照射により鉄の融点以上に加熱する必要がある。すると、炭素鋼が溶融して被焼成被膜と混合することで被焼成被膜が炭素鋼により希釈され、クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率が、金属粉末における前記各含有比率に比べて低下することとなる。
そのため、前記従来のレーザー肉盛方法では、クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率が一定の値以上となるように、金属粉末中のクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、予め高めに調整しておく必要があり、高い耐食性を具備するSUS312Lを、成分を未調整の状態では金属粉末の原料として用いることができなかった。
By the way, since the melting point of molybdenum is higher than the melting point of iron, in order to form a clad layer by firing the fired film by laser irradiation using the conventional laser cladding method, the fired film and carbon steel are laser-fired. It is necessary to heat above the melting point of iron by irradiation. Then, the carbon steel is melted and mixed with the fired film so that the fired film is diluted with the carbon steel, and the content ratios of chromium, nickel, and molybdenum in the cladding layer are compared to the content ratios in the metal powder. Will be reduced.
Therefore, in the conventional laser cladding method, the content ratios of chromium, nickel, and molybdenum in the metal powder are increased in advance so that the content ratios of chromium, nickel, and molybdenum in the cladding layer are equal to or higher than a certain value. Therefore, SUS312L having high corrosion resistance could not be used as a raw material for the metal powder when the components were not adjusted.
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属粉末中のクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を調整せずに、炭素鋼に耐食性処理することができるレーザー肉盛方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the purpose thereof is a laser capable of performing corrosion resistance treatment on carbon steel without adjusting the content ratios of chromium, nickel and molybdenum in the metal powder. It is to provide a build-up method.
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本願の請求項1に係るレーザー肉盛方法は、SUS312Lからなり炭素鋼の表面側に供給された金属粉末を、該表面側を照射するレーザーにより溶融し、該表面側にクラッド層を形成する層形成工程を備え、該層形成工程を複数回繰り返して前記クラッド層を前記表面側に積層することで、複数層の前記クラッド層からなる積層構造を形成し、2回目以降の前記層形成工程の際、レーザーによる溶融を、直前の前記層形成工程の際に形成された前記クラッド層までに留めておくことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The laser cladding method according to claim 1 of the present application is a layer in which a metal powder made of SUS312L and supplied to the surface side of carbon steel is melted by a laser that irradiates the surface side, and a cladding layer is formed on the surface side. Forming a stacking structure including a plurality of clad layers by repeating the layer forming step a plurality of times and laminating the clad layer on the surface side, and forming the layer forming step for the second and subsequent layers. At this time, the melting by the laser is kept until the clad layer formed in the immediately preceding layer forming step.
この発明によれば、層形成工程を複数回繰り返してクラッド層を炭素鋼の表面側に積層することで、複数層のクラッド層からなる積層構造を形成するので、積層構造のうち、最も外側に位置する最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
すなわち、複数層のクラッド層のうち、最も内側に位置し、炭素鋼上に形成された最内クラッド層には、炭素鋼が希釈し、最内クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率は、SUS312Lにおける前記各含有比率よりも低くなる。
しかしながら、最内クラッド層に外側から積層される積層クラッド層は、炭素鋼との間に前記最内クラッド層が配設されていることから、積層クラッド層を形成する際のレーザーによる溶融を、最内クラッド層までに留めておくことで、炭素鋼による希釈の影響を抑えることができる。したがって、積層クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、最内クラッド層における前記各含有比率に比べて高め、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
このように、2回目以降の層形成工程の際、レーザーによる溶融を、直前の層形成工程の際に形成されたクラッド層までに留めておくことで、積層構造の内側から外側に向けて漸次、炭素鋼による希釈の影響を弱め、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。これにより、前記最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
According to the present invention, the layer formation process is repeated a plurality of times, and the clad layer is laminated on the surface side of the carbon steel, thereby forming a laminated structure composed of a plurality of clad layers. The content ratios of chromium, nickel, and molybdenum in the outermost cladding layer positioned can be made closer to the content ratios in SUS312L.
That is, among the multiple clad layers, the innermost clad layer located on the innermost side and formed on the carbon steel is diluted with carbon steel, and each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the innermost clad layer Becomes lower than each content ratio in SUS312L.
However, since the innermost clad layer is disposed between the innermost clad layer and the carbon steel, the innermost clad layer is melted by a laser when forming the laminated clad layer. By retaining the innermost cladding layer, the influence of dilution by carbon steel can be suppressed. Therefore, each content ratio of chromium, nickel, and molybdenum in the laminated clad layer can be increased as compared with each content ratio in the innermost clad layer, and can be brought close to each content ratio in SUS312L.
In this way, in the second and subsequent layer forming steps, the melting by the laser is kept up to the cladding layer formed in the immediately preceding layer forming step, so that the layered structure is gradually moved from the inside to the outside. The effect of dilution with carbon steel can be weakened, and the content ratios in SUS312L can be brought close to each other. Thereby, each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the outermost cladding layer can be brought close to each content ratio in SUS312L.
また、TIG溶接などに比べて入熱量が小さいレーザーにより金属粉末を溶融しているので、層形成工程の際に、溶融池が凝固してクラッド層となるまでに要する凝固時間を短時間に抑えることができる。そのため、SUS312Lのような、Moの固溶量が小さいFe基合金であっても、溶融池が凝固する際にモリブデンが偏析するのを抑制することができる。 In addition, since the metal powder is melted by a laser having a smaller heat input than TIG welding or the like, the solidification time required for the molten pool to solidify and become a clad layer can be suppressed in a short time during the layer formation process. be able to. Therefore, even if it is Fe base alloy with small solid solution amount of Mo like SUS312L, it can suppress that a molybdenum segregates when a molten pool solidifies.
また、本願の請求項2に係る積層構造は、炭素鋼の表面側に積層された複数層のクラッド層を備え、該クラッド層は、SUS312Lからなり前記表面側に供給された金属粉末を、該表面側を照射するレーザーにより溶融することで形成され、内側から2層目以降の前記クラッド層を形成する際のレーザーによる溶融が、直前に形成された前記クラッド層までに留められていることを特徴とする。
The laminated structure according to
この発明によれば、炭素鋼の表面側に積層された複数層のクラッド層を備えているので、積層構造のうち、最も外側に位置する最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
すなわち、複数層のクラッド層のうち、最も内側に位置し、炭素鋼上に形成された最内クラッド層には、炭素鋼が希釈し、最内クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率は、SUS312Lにおける前記各含有比率よりも低くなる。
しかしながら、最内クラッド層に外側から積層される積層クラッド層は、炭素鋼との間に前記最内クラッド層が配設されていることから、積層クラッド層を形成する際のレーザーによる溶融を、最内クラッド層までに留めておくことで、炭素鋼による希釈の影響を抑えることができる。したがって、積層クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、最内クラッド層における前記各含有比率に比べて高め、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
このように、内側から2層目以降のクラッド層を形成する際のレーザーによる溶融を、直前に形成されたクラッド層までに留めておくことで、積層構造の内側から外側に向けて漸次、炭素鋼による希釈の影響を弱め、SUS312Lにおける各含有比率に近づけることができる。これにより、前記最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
According to this invention, since it has a plurality of clad layers laminated on the surface side of carbon steel, each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the outermost clad layer located on the outermost side of the laminated structure Can be brought close to the respective content ratios in SUS312L.
That is, among the multiple clad layers, the innermost clad layer located on the innermost side and formed on the carbon steel is diluted with carbon steel, and each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the innermost clad layer Becomes lower than each content ratio in SUS312L.
However, since the innermost clad layer is disposed between the innermost clad layer and the carbon steel, the innermost clad layer is melted by a laser when forming the laminated clad layer. By retaining the innermost cladding layer, the influence of dilution by carbon steel can be suppressed. Therefore, each content ratio of chromium, nickel, and molybdenum in the laminated clad layer can be increased as compared with each content ratio in the innermost clad layer, and can be brought close to each content ratio in SUS312L.
In this way, by keeping the melting by the laser when forming the second and subsequent clad layers from the inside up to the clad layer formed immediately before, the carbon dioxide gradually increases from the inside to the outside of the laminated structure. The influence of dilution with steel can be weakened, and it can be brought close to each content ratio in SUS312L. Thereby, each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the outermost cladding layer can be brought close to each content ratio in SUS312L.
また、TIG溶接などに比べて入熱量が小さいレーザーにより金属粉末を溶融しているので、各クラッド層を形成する際に、溶融池が凝固してクラッド層となるまでに要する凝固時間を短時間に抑えることができる。そのため、SUS312Lのような、Moの固溶量が小さいFe基合金であっても、溶融池が凝固する際にモリブデンが偏析するのを抑制することができる。 In addition, since the metal powder is melted by a laser having a smaller heat input than TIG welding or the like, when forming each cladding layer, the solidification time required for the molten pool to solidify to become the cladding layer is shortened. Can be suppressed. Therefore, even if it is Fe base alloy with small solid solution amount of Mo like SUS312L, it can suppress that a molybdenum segregates when a molten pool solidifies.
また、本願の請求項3に係る積層構造は、前記クラッド層として、前記炭素鋼上に形成された内クラッド層と、該内クラッド層に外側から積層された外クラッド層と、を備える2層構造とされ、前記外クラッド層は、前記内クラッド層よりも厚くなっていることを特徴とする。 The laminated structure according to claim 3 of the present application includes, as the clad layer, two layers including an inner clad layer formed on the carbon steel and an outer clad layer laminated on the inner clad layer from the outside. The outer cladding layer is thicker than the inner cladding layer.
この場合、耐食性を発揮する外クラッド層が、内クラッド層よりも厚いので、外クラッド層に耐食性を確実に具備させ、炭素鋼への耐食性処理をより確実なものとすることができる。
また、内クラッド層が、外クラッド層よりも薄いので、前述のように炭素鋼への耐食性処理をより確実なものとしつつ、積層構造の全体が厚くなるのを抑制することができる。
In this case, since the outer cladding layer exhibiting corrosion resistance is thicker than the inner cladding layer, the outer cladding layer can be reliably provided with corrosion resistance, and the corrosion resistance treatment to the carbon steel can be made more reliable.
In addition, since the inner cladding layer is thinner than the outer cladding layer, it is possible to prevent the entire laminated structure from becoming thick while making the corrosion resistance treatment to the carbon steel more reliable as described above.
また、本願の請求項4に係る耐食性金属クラッド鋼は、炭素鋼と、前記積層構造と、を備えていることを特徴とする。
Moreover, the corrosion-resistant metal clad steel according to
本願の請求項1に係るレーザー肉盛方法によれば、前記最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができるので、最外クラッド層に高い耐食性を具備させることが可能になり、金属粉末中のクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を調整せずに、炭素鋼に耐食性処理することができる。
また、溶融池が凝固する際にモリブデンが偏析するのを抑制することができるので、炭素鋼への耐食性処理を確実なものとすることができる。
さらにこのように、SUS312Lであってもモリブデンが偏析するのを抑制することができるので、Ni基系のコストが高い溶接材料(例えば、インコネル625等)を用いなくても良く、低コスト化を図ることもできる。
According to the laser cladding method according to claim 1 of the present application, each content ratio of chromium, nickel, and molybdenum in the outermost cladding layer can be brought close to each content ratio in SUS312L. High corrosion resistance can be achieved, and the carbon steel can be subjected to corrosion resistance treatment without adjusting the content ratios of chromium, nickel and molybdenum in the metal powder.
Moreover, since it can suppress that a molybdenum segregates when a molten pool solidifies, the corrosion-resistant process to carbon steel can be ensured.
Furthermore, since it is possible to suppress segregation of molybdenum even in the case of SUS312L as described above, it is not necessary to use a Ni-based high-cost welding material (for example, Inconel 625). You can also plan.
また、本願の請求項2に係る積層構造によれば、前記最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができるので、金属粉末中のクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を調整せずに、炭素鋼に耐食性処理することができる。
また、溶融池が凝固する際にモリブデンが偏析するのを抑制することができるので、炭素鋼への耐食性処理を確実なものとすることができる。
さらにこのように、SUS312Lであってもモリブデンが偏析するのを抑制することができるので、Ni基系のコストが高い溶接材料(例えば、インコネル625等)を用いなくても良く、低コスト化を図ることもできる。
Further, according to the laminated structure according to
Moreover, since it can suppress that a molybdenum segregates when a molten pool solidifies, the corrosion-resistant process to carbon steel can be ensured.
Furthermore, since it is possible to suppress segregation of molybdenum even in the case of SUS312L as described above, it is not necessary to use a Ni-based high-cost welding material (for example, Inconel 625). You can also plan.
また、本願の請求項3に係る積層構造によれば、耐食性を発揮する外クラッド層が、内クラッド層よりも厚いので、炭素鋼への耐食性処理をより確実なものとしつつ、積層構造の全体が厚くなるのを抑制することができる。
さらに、本願の請求項4に係る耐食性金属クラッド鋼によれば、前記積層構造を備えているので、耐食性を確実に具備することができる。
Further, according to the laminated structure according to claim 3 of the present application, since the outer cladding layer exhibiting corrosion resistance is thicker than the inner cladding layer, the corrosion resistance treatment to the carbon steel is made more reliable, and the entire laminated structure Can be prevented from becoming thick.
Furthermore, according to the corrosion-resistant metal clad steel according to
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る耐食性金属クラッド鋼を説明する。
図1に示されるように、耐食性金属クラッド鋼1は、炭素鋼2と、炭素鋼2の表面2a側に積層された複数層のクラッド層3A、3Bからなる積層構造4と、を備えている。この耐食性金属クラッド鋼1は、例えば海洋構造物などに採用される。
Hereinafter, a corrosion-resistant metal clad steel according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the corrosion-resistant metal clad steel 1 includes a
クラッド層3A、3Bは、SUS312Lからなり炭素鋼2の表面2a側に供給された金属粉末を、該表面2a側を照射するレーザーL(図2参照)により溶融することで形成される。本実施形態では、積層構造4は、クラッド層3A、3Bとして、炭素鋼2上に形成された内クラッド層3A(最内クラッド層)と、内クラッド層3Aに積層された外クラッド層3B(最外クラッド層、積層クラッド層)と、を備える2層構造となっている。つまり内クラッド層3Aは、複数のクラッド層3A、3Bのうち、最も内側に位置しており、外クラッド層3Bは、複数のクラッド層3A、3Bのうち、最も外側に位置している。
The
また内クラッド層3Aは、後述するレーザー肉盛方法で形成されることにより、炭素鋼2と外クラッド層3Bとの間に全域にわたって配設されている。
さらに外クラッド層3Bは、内クラッド層3Aよりも厚くなっており、積層構造4の厚みTは、複数のクラッド層3A、3Bを合わせた全体で、例えば約0.1〜0.5mm、好ましくは約0.2mm〜0.3mmとなっている。
Further, the inner clad
Further, the
次に、以上のように構成された耐食性金属クラッド鋼1を製造する際のレーザー肉盛方法について説明する。
はじめに、この方法に用いられる肉盛り装置について説明する。
Next, a laser cladding method for manufacturing the corrosion-resistant metal clad steel 1 configured as described above will be described.
First, the overlay apparatus used for this method will be described.
図2に示すように、肉盛り装置10は、レーザーLを照射するヘッド11と、金属粉末を供給するパウダノズル12と、を備えている。
ヘッド11は、炭素鋼2と鉛直方向に対向して配置され、炭素鋼2の表面2a側にレーザーLを照射しながら、水平方向のうちの一方向Xに移動する。
As shown in FIG. 2, the
The
図3に示すように、ヘッド11から炭素鋼2上に照射されたレーザーLは、炭素鋼2を鉛直方向に沿って上方から見た上面視で、前記一方向Xに直交する方向に長い長方形状をなしている。なお図示の例では、レーザーLの上面視形状における前記一方向Xに沿った大きさL1は、例えば約1.0〜2.5mmとされ、レーザーLの上面視形状における前記一方向Xに直交する方向に沿った大きさL2は、例えば約12mmとなっている。
As shown in FIG. 3, the laser L emitted from the
図2に示すように、パウダノズル12は、光軸Oに対して前記一方向X側に位置するとともに、光軸Oに対して前記一方向Xに傾斜して配置されている。また、パウダノズル12における金属粉末の吐出口12aは、炭素鋼2の表面2aから鉛直方向に、例えば約3mm程度離間して配置されている。これにより、パウダノズル12から吐出される金属粉末は、光軸O上を通過した後、炭素鋼2上において前記一方向Xとは反対を向く他方向側に位置する部分に供給される。
またパウダノズル12は、ヘッド11の前記一方向Xへの移動に伴って前記一方向Xに移動する。
As shown in FIG. 2, the
Further, the
次に、前記肉盛り装置10を用いたレーザー肉盛方法について説明する。
この方法では、炭素鋼2の表面2a側に供給された金属粉末をレーザーLにより溶融し、該表面2a側にクラッド層3A、3Bを形成する層形成工程を行う。
そして本実施形態では、層形成工程を複数回繰り返してクラッド層3A、3Bを表面2a側に積層することで積層構造4を形成する。
Next, a laser overlay method using the
In this method, the metal powder supplied to the
In the present embodiment, the
以上の過程において、まず、炭素鋼2上に内クラッド層3Aを形成する内クラッド層形成工程を行う。このとき、レーザーLを炭素鋼2の表面2a側に照射しながらパウダノズル12から金属粉末を供給するとともに、ヘッド11およびパウダノズル12を前記一方向Xに移動させる。そして、レーザーLにより炭素鋼2および金属粉末をそれぞれ溶融し、これらが混合されてなる図示しない溶融池を形成する。その後、該溶融池が凝固することで、図1に示すような内クラッド層3Aが形成される。
In the above process, first, an inner cladding layer forming step for forming the
このように、前記溶融池は、炭素鋼2および金属粉末が混合されてなり、内クラッド層3Aには、炭素鋼2が希釈することから、内クラッド層3Aにおけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率は、SUS312Lにおける前記各含有比率よりも低くなる。
As described above, the molten pool is formed by mixing the
なお図4に示すように、炭素鋼2に内クラッド層3Aが形成される前の段階では、炭素鋼2の表面2aは、例えば約40μm程度の凹凸を有する粗面状になっている。そして、内クラッド層形成工程の際、前述のように炭素鋼2を溶融することで、この表面2aが平坦面状となる。なお図1に破線で示す仮想面2bは、炭素鋼2に内クラッド層3Aが形成される前の段階における粗面状の表面2aの凹凸の平均位置を表している。
As shown in FIG. 4, before the inner cladding layer 3 </ b> A is formed on the
その後、内クラッド層3A上に外クラッド層3Bを形成する外クラッド層形成工程を行う。このとき、レーザーLを炭素鋼2の表面2a側に照射しながらパウダノズル12から金属粉末を供給するとともに、ヘッド11およびパウダノズル12を前記一方向Xに移動させる。そして、レーザーLにより内クラッド層3Aおよび金属粉末をそれぞれ溶融し、これらが混合されてなる図示しない溶融池を形成する。このとき、レーザーLによる溶融を、内クラッド層3Aまでに留めておく。その後、前記溶融池が凝固することで、図1に示すような外クラッド層3Bが形成される。
Thereafter, an outer cladding layer forming step of forming the
このように外クラッド層3Bは、炭素鋼2との間に内クラッド層3Aが配設されていることから、外クラッド層3Bを形成する際のレーザーLによる溶融を、内クラッド層3Aまでに留めておくことで、炭素鋼2による希釈の影響を抑えることができる。したがって、外クラッド層3Bにおけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、内クラッド層3Aにおける前記各含有比率に比べて高め、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができる。
またこのように、外クラッド層3Bを形成する際のレーザーLによる溶融を、内クラッド層3Aまでに留めておくことで、内クラッド層3Aが、炭素鋼2と外クラッド層3Bとの間に全域にわたって形成されることとなる。
Thus, since the
Further, in this way, by keeping the melting by the laser L when forming the
以上説明したように、本実施形態に係るレーザー肉盛方法および積層構造4によれば、層形成工程を複数回繰り返してクラッド層3A、3Bを炭素鋼2の表面2a側に積層することで、複数層のクラッド層3A、3Bからなる積層構造4を形成するので、2回目以降の層形成工程の際、レーザーLによる溶融を、直前の層形成工程の際に形成されたクラッド層3A、3Bまでに留めておくことで、積層構造4の内側から外側に向けて漸次、炭素鋼2による希釈の影響を弱めることができる。これにより、外クラッド層3Bにおけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけて、外クラッド層3Bに高い耐食性を具備させることが可能になり、金属粉末中のクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を調整せずに、炭素鋼2に耐食性処理することができる。
As explained above, according to the laser cladding method and the
また、TIG溶接などに比べて入熱量が小さいレーザーLにより金属粉末を溶融しているので、層形成工程の際に、溶融池が凝固してクラッド層3A、3Bとなるまでに要する凝固時間を短時間に抑えることができる。そのため、SUS312Lのような、Moの固溶量が小さいFe基合金であっても、溶融池が凝固する際にモリブデンが偏析するのを抑制することが可能になり、炭素鋼2への耐食性処理を確実なものとすることができる。
In addition, since the metal powder is melted by the laser L having a smaller heat input than TIG welding or the like, the solidification time required for the molten pool to solidify and become the cladding layers 3A and 3B in the layer forming process. It can be suppressed in a short time. Therefore, even for Fe-based alloys such as SUS312L with a small amount of solid solution of Mo, it becomes possible to suppress segregation of molybdenum when the molten pool solidifies, and the corrosion resistance treatment to the
さらにこのように、SUS312Lであってもモリブデンが偏析するのを抑制することができるので、Ni基系のコストが高い溶接材料(例えば、インコネル625等)を用いなくても良く、低コスト化を図ることもできる。
なお、レーザーLによる入熱量は、例えば約1000〜3000J/cmとされ、Tig溶接時の入熱量は、例えば約9000J/cmとなっている。
Furthermore, since it is possible to suppress segregation of molybdenum even in the case of SUS312L as described above, it is not necessary to use a Ni-based high-cost welding material (for example, Inconel 625). You can also plan.
The amount of heat input by the laser L is, for example, about 1000 to 3000 J / cm, and the amount of heat input during Tig welding is, for example, about 9000 J / cm.
また、耐食性を発揮する外クラッド層3Bが、内クラッド層3Aよりも厚いので、外クラッド層3Bに耐食性を確実に具備させ、炭素鋼2への耐食性処理をより確実なものとすることができる。
また、内クラッド層3Aが、外クラッド層3Bよりも薄いので、前述のように炭素鋼2への耐食性処理をより確実なものとしつつ、積層構造4の全体が厚くなるのを抑制することができる。
Further, since the
Further, since the
そして、本実施形態に係る耐食性金属クラッド鋼1によれば、前記積層構造4を備えているので、耐食性を確実に具備することができる。
And according to the corrosion-resistant metal clad steel 1 which concerns on this embodiment, since the said
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、外クラッド層3Bが、内クラッド層3Aよりも厚くなっているものとしたが、これに限られない。
また、前記実施形態では、積層構造4は2層構造であるものとしたが、これに限られるものではなく、3層以上の積層構造であっても良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the
Moreover, in the said embodiment, although the
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the constituent elements in the embodiment with known constituent elements without departing from the spirit of the present invention, and the above-described modified examples may be appropriately combined.
(検証試験)
次に、前記実施形態で示したレーザー肉盛方法の作用効果についての検証試験を行った。
本検証試験では、比較例1〜5および実施例1〜3の計8種類のレーザー肉盛方法を実施した。
(Verification test)
Next, the verification test about the effect of the laser cladding method shown by the said embodiment was done.
In this verification test, a total of 8 types of laser overlaying methods of Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 3 were performed.
比較例1〜4では、図5に示すように、層形成工程を繰り返さずに、単層のクラッド層を形成した。
比較例5および実施例1〜3では、層形成工程を2回繰り返し、内クラッド層形成工程と、外クラッド層形成工程と、を行った。これらのうち、比較例5では、外クラッド層形成工程の際に、炭素鋼の表面側を炭素鋼に至るまでレーザーにより溶融した。一方、比較例1〜3では、レーザーによる溶融を内クラッド層までに留めた。
ここで、各レーザー肉盛方法の条件を表1に示す。なお表1におけるパウダーとは、前記金属粉末を意味する。
In Comparative Examples 1 to 4, as shown in FIG. 5, a single clad layer was formed without repeating the layer formation step.
In Comparative Example 5 and Examples 1 to 3, the layer formation step was repeated twice to perform an inner cladding layer formation step and an outer cladding layer formation step. Among these, in Comparative Example 5, the surface side of the carbon steel was melted by laser until reaching the carbon steel in the outer cladding layer forming step. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, melting by laser was stopped up to the inner cladding layer.
Here, the conditions of each laser overlaying method are shown in Table 1. In addition, the powder in Table 1 means the metal powder.
次に、比較例1〜5および実施例1〜3それぞれのレーザー肉盛方法により形成されたクラッド層のうち、最も外側に位置する最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を測定した。 Next, each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the outermost clad layer located on the outermost side among the clad layers formed by the laser cladding methods of Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 3 is measured. did.
ここで最外クラッド層は、比較例1〜4のように、クラッド層が単層である場合にはそのクラッド層であり、比較例5および実施例1〜3のように、クラッド層が2層に積層されている場合には、外クラッド層である。
そして、各最外クラッド層をEPMA分析することにより、各最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を測定した。
結果を表2および表3に示す。
Here, the outermost clad layer is a clad layer when the clad layer is a single layer as in Comparative Examples 1 to 4, and the clad layer is 2 as in Comparative Example 5 and Examples 1 to 3. When laminated on a layer, it is an outer cladding layer.
Then, each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in each outermost cladding layer was measured by EPMA analysis of each outermost cladding layer.
The results are shown in Table 2 and Table 3.
表2は、比較例1以下の各肉盛方法で形成された最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を表している。なお、表2における金属粉末の行は、SUS312Lからなる金属粉末中におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を表している。 Table 2 shows the content ratios of chromium, nickel, and molybdenum in the outermost cladding layer formed by each overlaying method of Comparative Example 1 and below. In addition, the row | line | column of the metal powder in Table 2 represents each content rate of chromium, nickel, and molybdenum in the metal powder which consists of SUS312L.
また表3は、比較例1以下の各肉盛方法で形成された最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、前記金属粉末中におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率で割った各成分の残存率(%)を表している。各成分の残存率が100に近いほど、最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率が、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づいていることとなる。
なお、表3に示した平均残存率は、各成分の残存率を加重平均することで算出されたものである。
Table 3 also shows the content ratios of chromium, nickel and molybdenum in the outermost cladding layer formed by the overlaying methods of Comparative Example 1 and below divided by the content ratios of chromium, nickel and molybdenum in the metal powder. The residual ratio (%) of each component is shown. As the residual ratio of each component is closer to 100, the content ratios of chromium, nickel, and molybdenum in the outermost cladding layer are closer to the content ratios in SUS312L.
In addition, the average residual ratio shown in Table 3 is calculated by weighted average of the residual ratio of each component.
表3に示すように、実施例1〜3では、最外クラッド層における前記平均残存率、並びにクロム、ニッケルおよびモリブデンの各残存率が90%を超えており、最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率が、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づいていることが確認された。一方、比較例1〜5では、実施例1〜3よりも前記各残存率が低いことが確認された。 As shown in Table 3, in Examples 1 to 3, the average residual rate in the outermost cladding layer and the residual rates of chromium, nickel and molybdenum exceeded 90%, and chromium and nickel in the outermost cladding layer It was confirmed that the respective content ratios of molybdenum and molybdenum approached the respective content ratios in SUS312L. On the other hand, in Comparative Examples 1-5, it was confirmed that each said residual rate is lower than Examples 1-3.
以上より、内クラッド層形成工程および外クラッド層形成工程を行うとともに、外クラッド層形成工程の際のレーザーによる溶融を、内クラッド層までに留めておくことで、単層のクラッド層を形成する場合、および外クラッド層形成工程の際にレーザーにより炭素鋼に至るまで炭素鋼の表面側をレーザーにより溶融する場合に比べて、最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に近づけることができることが確認された。 As described above, the inner clad layer forming step and the outer clad layer forming step are performed, and the single-layer clad layer is formed by keeping the melting by the laser in the outer clad layer forming step up to the inner clad layer. In the case of the outer clad layer forming step, each content ratio of chromium, nickel and molybdenum in the outermost clad layer is compared with the case where the surface side of the carbon steel is melted by laser until reaching the carbon steel by laser. It was confirmed that the content ratio can be brought close to each of the above.
(シミュレーション)
ここで前記検証試験における実施例1〜3では、層形成工程を2回繰り返し、クラッド層を2層、積層させた結果、2層目のクラッド層である最外クラッド層の前記平均残存率が90%を超えることが確認されたが、層形成工程を3回繰り返し、クラッド層を3層、積層させ、3層目を最外クラッド層とすることで、該最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率を、SUS312Lにおける前記各含有比率に一層近づけることができると考えられる。
(simulation)
Here, in Examples 1 to 3 in the verification test, the layer formation process was repeated twice, and as a result of laminating two clad layers, the average residual rate of the outermost clad layer which is the second clad layer was It was confirmed that it exceeded 90%, but the layer formation process was repeated three times, and three clad layers were laminated to form the third outermost clad layer, whereby chromium and nickel in the outermost clad layer were formed. It is considered that the content ratios of molybdenum and molybdenum can be made closer to the content ratios in SUS312L.
そこで、層形成工程を3回繰り返した場合における最外クラッド層の前記平均含有率の見込値を算出するシミュレーションを実施した。
本シミュレーションでは、参考例1、2の計2種類のレーザー肉盛方法における最外クラッド層の前記平均残存率を算出した。
Therefore, a simulation was performed to calculate the expected value of the average content of the outermost cladding layer when the layer formation step was repeated three times.
In this simulation, the average remaining rate of the outermost cladding layer in the two types of laser cladding methods of Reference Examples 1 and 2 was calculated.
参考例1、2の各レーザー肉盛方法では、層形成工程の際、当該層形成工程で形成するクラッド層(以下、形成クラッド層という)中において、該形成クラッド層の下地となる炭素鋼またはクラッド層の成分である下地成分が含まれる含有比率(重量%)を一定にした上で、各クラッド層における前記平均残存率の見込値を算出した。
条件および結果を表4に示す。
In each laser cladding method of Reference Examples 1 and 2, in the layer forming process, in the cladding layer formed in the layer forming process (hereinafter referred to as a formed cladding layer), carbon steel serving as a base of the formed cladding layer or An expected value of the average residual ratio in each cladding layer was calculated after making the content ratio (% by weight) including the base component, which is a component of the cladding layer, constant.
The conditions and results are shown in Table 4.
この結果、参考例1、2における2層目のクラッド層の前記平均残存率が91〜94%となっている。ここで、前記検証試験における実施例1〜3における最外クラッド層(2層目のクラッド層)の前記平均残存率も91〜94%であることから、実施例1〜3のレーザー肉盛方法の条件では、形成クラッド層における下地成分の含有比率が、25〜30重量%となっていたと考えられる。 As a result, the average remaining rate of the second cladding layer in Reference Examples 1 and 2 is 91 to 94%. Here, since the average residual ratio of the outermost cladding layer (second cladding layer) in Examples 1 to 3 in the verification test is also 91 to 94%, the laser cladding method of Examples 1 to 3 Under the above conditions, it is considered that the content ratio of the base component in the formed clad layer was 25 to 30% by weight.
また、このように実施例1〜3と同等の条件と考えられる参考例1、2では、3層目のクラッド層である最外クラッド層の前記平均残存率がいずれも97%を超えており、最外クラッド層におけるクロム、ニッケルおよびモリブデンの各含有比率が、SUS312Lにおける前記各含有比率に一層近づいて、炭素鋼2に確実に耐食性を具備させることができると考えられる。
In Reference Examples 1 and 2, which are considered to be the same conditions as in Examples 1 to 3, the average residual rate of the outermost cladding layer, which is the third cladding layer, exceeds 97%. It is considered that the respective content ratios of chromium, nickel and molybdenum in the outermost cladding layer are closer to the respective content ratios in SUS312L, and the
1 耐食性金属クラッド鋼
2 炭素鋼
2a 表面
3A 内クラッド層
3B 外クラッド層
4 積層構造
L レーザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Corrosion-resistant metal clad
Claims (4)
該層形成工程を複数回繰り返して前記クラッド層を前記表面側に積層することで、複数層の前記クラッド層からなる積層構造を形成し、
2回目以降の前記層形成工程の際、レーザーによる溶融を、直前の前記層形成工程の際に形成された前記クラッド層までに留めておくことを特徴とするレーザー肉盛方法。 A metal powder supplied from the surface side of carbon steel made of SUS312L is melted by a laser that irradiates the surface side, and includes a layer forming step of forming a cladding layer on the surface side,
By laminating the clad layer on the surface side by repeating the layer forming step a plurality of times, a laminated structure composed of a plurality of layers of the clad layer is formed,
In the second and subsequent layer forming steps, laser melting is performed until the cladding layer formed in the immediately preceding layer forming step is melted by a laser.
該クラッド層は、SUS312Lからなり前記表面側に供給された金属粉末を、該表面側を照射するレーザーにより溶融することで形成され、
内側から2層目以降の前記クラッド層を形成する際のレーザーによる溶融が、直前に形成された前記クラッド層までに留められていることを特徴とする積層構造。 Provided with multiple clad layers laminated on the surface side of carbon steel,
The clad layer is formed by melting the metal powder made of SUS312L and supplied to the surface side with a laser that irradiates the surface side,
A laminated structure in which melting by a laser when forming the second and subsequent clad layers from the inside is held up to the clad layer formed immediately before.
前記クラッド層として、前記炭素鋼上に形成された内クラッド層と、該内クラッド層に外側から積層された外クラッド層と、を備える2層構造とされ、
前記外クラッド層は、前記内クラッド層よりも厚くなっていることを特徴とする積層構造。 The laminated structure according to claim 2,
The clad layer has a two-layer structure comprising an inner clad layer formed on the carbon steel and an outer clad layer laminated on the inner clad layer from the outside,
The laminated structure, wherein the outer cladding layer is thicker than the inner cladding layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011040188A JP2012176422A (en) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | Laser cladding method, laminated structure, and corrosion-resistant metal clad steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011040188A JP2012176422A (en) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | Laser cladding method, laminated structure, and corrosion-resistant metal clad steel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012176422A true JP2012176422A (en) | 2012-09-13 |
Family
ID=46978667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011040188A Withdrawn JP2012176422A (en) | 2011-02-25 | 2011-02-25 | Laser cladding method, laminated structure, and corrosion-resistant metal clad steel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012176422A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015037731A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Brake disc and method for producing same |
JP2016147290A (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | トヨタ自動車株式会社 | Laser processing apparatus for valve seat portion of cylinder head |
CN111618301A (en) * | 2020-06-05 | 2020-09-04 | 西安建筑科技大学 | Process for preparing medium carbon steel by selective laser melting |
-
2011
- 2011-02-25 JP JP2011040188A patent/JP2012176422A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015037731A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Brake disc and method for producing same |
JP2015055351A (en) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Brake disk and manufacturing method thereof |
CN105556155A (en) * | 2013-09-13 | 2016-05-04 | 公益财团法人铁道总合技术研究所 | Brake disc and method for producing same |
US10260585B2 (en) | 2013-09-13 | 2019-04-16 | Railway Technical Research Institute | Brake disc and manufacturing method thereof |
JP2016147290A (en) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | トヨタ自動車株式会社 | Laser processing apparatus for valve seat portion of cylinder head |
CN111618301A (en) * | 2020-06-05 | 2020-09-04 | 西安建筑科技大学 | Process for preparing medium carbon steel by selective laser melting |
CN111618301B (en) * | 2020-06-05 | 2022-08-26 | 西安建筑科技大学 | Process for preparing medium carbon steel by selective laser melting |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101671679B1 (en) | Brake disc and method for producing same | |
CN104395030B (en) | Welded blank component and method | |
JP2016511697A (en) | Selective laser melting / sintering using powdered flux | |
JP5320196B2 (en) | Dissimilar material overlay welding method and dissimilar material overlay welded structure | |
JP2016514052A (en) | Alloy cladding with cored feed material containing powdered flux and powdered metal | |
WO2015186544A1 (en) | Vertical narrow gap gas shielded arc welding method | |
US11339817B2 (en) | Multi-material component and methods of making thereof | |
CN103223562A (en) | Solder for single-surface submerged-arc welding | |
JP2013010139A (en) | Arc spot-welded joint excellent in joint strength and method for manufacturing the same | |
JP2012176422A (en) | Laser cladding method, laminated structure, and corrosion-resistant metal clad steel | |
EP3034229B1 (en) | Weld filler for superalloys | |
JP2016030283A (en) | Metallic member and method of manufacturing the same | |
US10882106B2 (en) | Method for producing a composite material | |
JP2017189819A (en) | Wire for welding dissimilar material and method for manufacturing the same | |
US11318566B2 (en) | Multi-material component and methods of making thereof | |
JP2008105037A (en) | Laser welding method of galvanized steel sheet | |
JP4539743B2 (en) | Laser welding method | |
JP4498039B2 (en) | Solid wire for laser / arc combined welding and laser / arc combined welding method | |
JP6037018B2 (en) | Resistance spot welding method | |
JP2005254283A (en) | Method of repairing wear-resistant member | |
JP2007050446A (en) | Multi-layer welding method and multi-layer welding equipment | |
JPWO2017099004A1 (en) | Butt welding method | |
JP2014065066A (en) | Flux cored wire for horizontal gas shielded arc welding | |
JP4622305B2 (en) | Method of lap fusion welding of Zn-plated steel sheet and Fe-based filler material | |
JP2019534791A (en) | Enhanced resistance spot welding using clad aluminum alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |