JP3355199B2 - アーク溶射用ワイヤ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間圧延クラッド鋼
の中間材を溶射形成するのに好適な、アーク溶射用ワイ
ヤに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間圧延によってクラッド鋼を製
造する場合、母材と合材との接合面付近に脆化層が生ず
るのを防止する目的で、各種の中間材を介在させてい
る。例えば、Ｎi メッキ（特開昭５４−５８５０号）に
より中間材を形成したり、Ｎi 箔、Ｎi シートなどを配
置して中間材としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＮi 中
間材を使用したクラッド鋼においては、次のような技術
的課題が存在している。Ｎiメッキによって中間材を形
成する場合には、通常、母材の接合面に所定厚さのＮi
メッキ層を形成しているが、電解条件、浴管理などの制
御が困難であり、また、大形のクラッド鋼板を製造する
場合には大形のメッキ装置が必要になるという問題点が
ある。また、Ｎi箔やＮiシートを母材と合材との間に挟
み込んで中間材とする場合には、大形で薄い（５０〜３
００μｍ厚程度）Ｎi箔やＮiシートを準備し、しかもこ
れらに破損が生じないように注意深く取り扱わねばなら
ず、作業能率に劣る問題がある。これら手段以外には、
Ｎiをろう付けして中間材を形成する方法もあるが、大
形のクラッド鋼板の製造に対しては、作業性の面から実
用性に欠ける。これらのために、従来、大形のクラッド
鋼板の製造はコストのかさむものとなっている。これに
対し、クラッド鋼の中間材として、簡便な溶射装置を使
用してＮi溶射層を形成することも考えられるが、溶射
層の形成に伴って層内に多数の気孔が生じ、特に酸化に
伴う接合強度の低下を招く問題がある。そこで、中間材
として気孔の発生を抑制可能な溶射層を形成することが
できるクラッド鋼の製造方法の出現が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成
は、熱間圧延クラッド鋼の中間材を溶射形成するための
アーク溶射用ワイヤであって、Ｂ含有量が４〜８質量％
のＮｉ−Ｂ合金粉末単独、または該合金粉末が８０質量
％以上でＦｅ−ＰまたはＮｉ−Ｐ合金粉末が２０質量％
以下からなる粉末を、Ｎｉを材料とするさや部材で被覆
したことを特徴とするアーク溶射用ワイヤである。また
熱間圧延クラッド鋼の中間材を溶射形成するためのアー
ク溶射用ワイヤであって、Ｓｉ含有量が３０〜５０質量
％のＮｉ−Ｓｉ合金粉末単独、または該合金粉末が８０
質量％以上でＦｅ−ＰまたはＮｉ−Ｐ合金粉末が２０質
量％以下からなる粉末を、Ｎｉを材料とするさや部材で
被覆したことを特徴とするアーク溶射用ワイヤである。

【０００５】ここで、アーク溶射用ワイヤにおいて、Ｎ
i−Ｂ合金粉末のＢ含有量を４〜８質量％、Ｎi−Ｓi合
金粉末のＳi含有量を３０〜５０質量％に限定した理由
は、このアーク溶射用ワイヤは、クラッド鋼の中間材と
して溶射層を形成する目的で開発されたものであり、ク
ラッド鋼製造における圧延時の最高加熱温度にて,溶射
層が溶融する範囲にするためである。すなわち、クラッ
ド鋼の圧延時の最高加熱温度を１２００℃とすると、こ
の温度にて溶射層が溶融するためには、Ｎi−Ｂ合金粉
末を用いた場合には、Ｂ含有量が３〜６質量％、Ｎi−
Ｓi合金粉末を用いた場合に、Ｓi含有量が２５〜４５質
量％であることが必要であるが、溶射中の酸化損失を考
慮して、Ｂ含有量を４〜８質量％、Ｓi含有量を３０〜
５０質量％に限定した。

【０００６】また、合金粉末の配合量を８０質量％以上
に限定した理由は、以下のとおりである。すなわち、通
常は、Ｎi−Ｂ合金粉末またはＮi−Ｓi合金粉末の単体
が使用されるが、クラッド鋼の材質によっては、圧延加
熱温度を低く設定しなければならない場合がある。この
ような場合、Ｎi−Ｂ合金またはＮi−Ｓi合金粉末のみ
からなる粉末を用いて溶射層を形成すると、融点が高す
ぎて溶射層の溶融が十分に起きず、溶射層の気孔に対し
て封孔作用が得られない。したがって、溶射層の融点を
下げる目的で、Ｎi−Ｐ合金粉末やＦe−Ｐ合金粉末を２
０質量％以下の範囲で混合して使用する。

【０００７】そして、上記した合金粉末を被覆するさや
部材は、９９％以上の純Ｎiで構成するのが望ましい。
このさや部材の形状は特に限定されないが、例えば、厚
さ０．２〜１ｍｍ、幅７〜２０ｍｍ程度の長尺の板状部
材を折り曲げて製造することが可能である。なお、溶射
の際には、アーク溶射用ワイヤとしては、上記構成のも
のと純Ｎi からなるワイヤとを併用することもできる。
その際には、高融点の純Ｎi 層と低融点のＮi 合金層と
を重ね合わせて形成することが熱間圧延時の気孔の減少
を促す上から望ましい。

【０００８】

【作用】Ｎi−Ｂ合金またはＮi−Ｓi合金は、延性が乏
しく、ワイヤへの線引加工が困難である。本発明では、
延性が良好なＮi材料でさや部材を構成し、このさや部
材で上記合金粉末を被覆することにより、容易にワイヤ
を得ることができる。このような構成のアーク溶射用ワ
イヤの用途は、クラッド鋼の中間材の形成である。クラ
ッド鋼の母材としては、炭素鋼や低合金鋼、合材として
は、この母材よりも耐食性に優れている金属板で、例え
ばステンレス鋼板、ニッケル基合金板、銅合金板などが
使用される。そして、本発明のワイヤを用いてアーク溶
射することによって、溶射ワイヤのさや部材と、さや内
の粉末とが溶融して、母材および合材の接合面の少なく
とも一方に、Ｎi 合金からなる所定厚の溶射層が形成さ
れて、中間材が構成される。なお、溶射のままの状態で
は、この溶射層中には、無数の気孔が形成されている。
中間材として、例えば、母材と合材の接合面には、５０
〜３００μｍ厚さの溶射層を形成する。

【０００９】上記の中間材を介在させた母材および合材
を、均一に加熱して熱間圧延を行う。この加熱温度が、
１２００℃を超えると、構成材（例えば合材）の粗粒化
に伴う表面肌荒れが著しくなり、靱性が低下するので、
加熱温度を１２００℃以下とするのが望ましい。また、
加熱温度が９５０℃未満では、１回の加熱温度で所定の
圧延比を得ることが困難であるので、加熱温度は９５０
℃以上とするのが望ましい。加熱された母材および合材
は、所望の圧延比（例えば２．５以上）で熱間圧延に供
される。上記加熱をＮi 合金の共晶点を超える温度で行
う結果、溶射の際に中間材中に発生した気孔が消失し
て、中間材の組織が改善される。これは、Ｎi 合金の融
点（共晶点）が、熱間圧延の加熱温度よりも低いため
に、熱間圧延前の加熱によってＮi 合金が液相拡散し、
気孔が溶融合金によって埋められるためと考えられる。

【００１０】なお、共晶点は成分組成によって定まるの
で、Ｎi−Ｂ合金粉末を用いた場合とＮi−Ｓi合金粉末
を用いた場合とでは、望ましい加熱温度は異なる。すな
わち、Ｎi−Ｂ合金粉末を使用した場合には、１１４０
〜１２００℃に加熱し、Ｎi−Ｓi合金粉末を使用した場
合には、９６５〜１０５０℃に加熱するのが望ましい。
したがって、加工率などによって圧延加熱温度が規制さ
れる場合には、その温度に基づいて、合金粉末を選択す
ればよい。なお、Ｆe−Ｐ合金粉末等の混合により上記
の望ましい温度範囲は低い数値となる。上記の製造工程
により、熱間圧延に際してＮi 合金層の気孔が激減し、
母材または合材の接合面は、Ｎi 合金層によって良好に
覆われた状態で熱間圧延が施される。

【００１１】中間材としてのＮi 合金層は、酸化防止作
用に優れ、かつ、母材から合材への炭素の移動防止作
用、液相拡散作用等を併有するので、熱間圧延に際し
て、気孔の少ないＮi 合金層が接合面の酸化を防止する
とともに、脆い浸炭層の形成を抑制する。その結果、脆
化層の発生の抑制と液相拡散作用とが相まって、接合強
度が向上する。加えて、このＮi 合金層は、比較的低温
で液相拡散するので、純Ｎi のみの中間材を使用して製
造されるクラッド鋼板と比較して、圧延加熱温度を低温
に設定し、かつ、圧延比を小さく設定して、良好な接合
強度を確保することができる。なお、溶射によるＮi 合
金層は、母材または合材のうち少なくとも一方に形成す
れば、上記作用が実質的に得られる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例について、図面を参
照しつつ説明する。アーク溶射用ワイヤ１は、図１に示
すように、粉末２をさや部材３内に収納して構成され
る。さや部材３は、Ｎi、好ましくは一般に純Ｎiと称さ
れるものを材料とし、厚さ０．２５ｍｍ、幅８ｍｍの長
尺の板状部材３ａを折り曲げて所定形状としたものであ
る。ここでいう純Ｎiとは、９９％以上のＮi を含有
し、残部がＣ、Ｆe 、Ｓi 、Ｐ、Ｓ、Ｍn 等の不可避的
不純物からなるものである。一方、粉末２は、Ｎi −Ｂ
またはＮi −Ｓi 合金粉末を主要成分とするものであ
り、表１に示すようにＢまたはＳi 含有量を変えて調製
したものである。なお、表中のＢ、Ｓi の含有量はＮi
−Ｂ合金粉末またはＮi−Ｓi 合金粉末中の含有量を示
し、Ｆe−Ｐの含有量は、混合粉末中の含有量を示して
いる。

【００１３】上記構造のアーク溶射用ワイヤ１は、次の
ようにして製造する。前記したさや部材３は、図２に示
す長尺の板状部材３ａを、図３に示すように断面Ｕ字状
に折り曲げ、その内部に、表１に示す各粉末２を図４に
示すように適量収納する。なお、比較のために、本発明
の範囲外の粉末を収納したワイヤを比較例として同様に
用意した。次いで、Ｕ字状の板状部材３ａの両上端縁３
ｂ、３ｃを、図５に示すように、それぞれ内側に折り曲
げて粉末２内に差し込むとともに全体を丸め加工し、外
形が略円筒状のアーク溶射用ワイヤ粗材を形成する。こ
の粗材を図示しないダイスを用いて線引加工して断面を
縮小することにより、さや部材３内に粉末２を緊密に包
容するアーク溶射用ワイヤ１を得る。なお、アーク溶射
用ワイヤ１の両端部は、さや部材３を潰して閉塞してあ
る。このようなＮi −ＢまたはＮi −Ｓi 合金粉末をＮ
i 製のさや部材に収納する理由は、Ｎi −Ｂ合金または
Ｎi −Ｓi 合金は、延性に乏しく、ワイヤへの線引加工
が困難であり、Ｎi −Ｂ合金またはＮi −Ｓi 合金製ソ
リッドワイヤは製造できないところにある。以上のアー
ク溶射用ワイヤの製造方法は、一般のフラックス入りワ
イヤの製造方法と実質的に同様である。

【００１４】次に、上記のアーク溶射用ワイヤの作用を
説明する。本発明のアーク溶接用ワイヤの用途は、図６
に示すようにクラッド鋼の中間材の形成である。なお、
クラッドすべき母材４として、厚さ３５ｍｍ、幅１１０
ｍｍ、長さ１６０ｍｍのＳＳ４１炭素鋼を使用し、合材
６として、厚さ５ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍ
のＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼を使用する。合材６の接
合面はペーパーにて研磨し、母材４の接合面はカットワ
イヤを用いてグリッドブラストによる処理を施して、接
合面を粗面に形成して溶射によるＮi 合金層の付着を促
している。そして、前記アーク溶射用ワイヤ１を用い
て、上記の母材４および合材６のそれぞれの接合面に、
合計で厚さが３００μｍとなるようにＮi 合金層５を形
成し、中間材とする。このようにして溶射により形成し
たＮi 合金層５には、無数の気孔が生じている。また、
比較のために純Ｎi ソリッドワイヤを用いて、中間材と
して同様に純Ｎi 層を形成した。

【００１５】この母材４に合材６を接合するクラッド鋼
板を、１回の熱間圧延によって２枚同時に得る場合につ
いて説明する。母材４と合材６の両Ｎi 合金層５を突き
合わせて対向密接させた組合せ体を２組用意し、この２
組の組合せ体の合材６、６を対向させるとともに、その
間に分離材７を配置する。さらに、母材４、４の周囲に
通気孔８ａを有する接合板８を溶接する。次いで、全体
を均一に、１０００℃または１２００℃になるように１
時間加熱して、圧延比３の熱間圧延に供した。圧延が終
了した後には四周を切断し、接合板８を分離する。得ら
れたクラッド鋼板の接合状況および接合強さを評価する
ため、ＪＩＳ Ｇ０６０１による超音波探傷試験による
剥離のチェックおよび接合強さを評価するせん断強度試
験を行った。その結果は表１に示すとおりであり、実施
例で、適当な温度で加熱した試験材は接合状況および接
合強さともに優れていた。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアーク溶
射用ワイヤによれば、熱間圧延温度よりも融点の低いＮ
i 系合金粉末を延性に富んださや材で被覆してアーク溶
射ワイヤを構成したので、延性の乏しいＮi 系合金でワ
イヤを構成することができ、クラッド鋼の中間材を気孔
の影響の少ないＮi 合金層によって能率よく溶射形成す
ることが可能になった。その結果、接合強度に優れた熱
間圧延クラッド鋼板を能率よく製造することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例のアーク溶射用ワイヤを示す断
面図である。

【図２】図２は、同じくさや部材用の材料を示す正面図
である。

【図３】図３は、同じくアーク溶射用ワイヤの製造工程
を示す説明図である。

【図４】図４は、同じくアーク溶射用ワイヤの製造工程
を示す説明図である。

【図５】図５は、同じくアーク溶射用ワイヤの製造工程
を示す説明図である。

【図６】図６は、同じくクラッド鋼の組立体を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ アーク溶射用ワイヤ ２ 粉末 ３ さや部材 ４ 母材 ５ Ｎi 合金層 ６ 合材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 貢 神奈川県川崎市幸区神明町１丁目44番地 日本油脂株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−53250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−33442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−21942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−215389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−244490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−57389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−22344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−140517（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 4/00 - 4/18 C22C 19/03

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱間圧延クラッド鋼の中間材を溶射形成す
   るためのアーク溶射用ワイヤであって、Ｂ含有量が４〜
   ８質量％のＮｉ−Ｂ合金粉末単独、または該合金粉末が
   ８０質量％以上でＦｅ−ＰまたはＮｉ−Ｐ合金粉末が２
   ０質量％以下からなる粉末を、Ｎｉを材料とするさや部
   材で被覆したことを特徴とするアーク溶射用ワイヤ。
2. 【請求項２】熱間圧延クラッド鋼の中間材を溶射形成す
   るためのアーク溶射用ワイヤであって、Ｓｉ含有量が３
   ０〜５０質量％のＮｉ−Ｓｉ合金粉末単独、または該合
   金粉末が８０質量％以上でＦｅ−ＰまたはＮｉ−Ｐ合金
   粉末が２０質量％以下からなる粉末を、Ｎｉを材料とす
   るさや部材で被覆したことを特徴とするアーク溶射用ワ
   イヤ。