JP5742447B2 - 高硬度肉盛合金粉末 - Google Patents
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Description
本発明は、高硬度肉盛合金粉末に関し、さらに詳しくは、各種内燃機関、自動車用エンジン、蒸気タービン、熱交換器、加熱炉等に用いられるバルブのフェース部の肉盛溶接などに用いられる高硬度肉盛合金粉末に関する。
肉盛溶接とは、母材表面に金属を溶着させる溶接法をいう。肉盛溶接は、母材表面に耐摩耗性、耐食性等の特性を付与するために行われている。例えば、エンジンバルブのフェース部は、バルブシートと繰り返し接触するため、高い耐摩耗性が求められる。一方、耐摩耗性の高い材料は、一般に靱性が低いので、バルブ全体をこのような耐摩耗性の高い材料で作製するのは困難である。そのため、エンジンバルブに靱性の高い材料を用い、バルブのフェース部に耐摩耗性の高い材料を肉盛することが行われている。
肉盛溶接法には種々の方法が知られているが、工程の自動化が求められる用途には、一般に、溶加材として合金粉末を用いたプラズマ粉末溶接法やレーザー粉末溶接法などが用いられる。また、肉盛合金には目的に応じて種々の材料が用いられるが、耐摩耗性の付与を目的として肉盛を行う場合、肉盛合金には、一般に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金（例えば、ステライト（登録商標）＃６）、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金（例えば、トリバロイ（登録商標）４００）などのＣｏ基合金が用いられている。このような肉盛溶接用のＣｏ基合金粉末に関し、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、球形状をなし、酸素量が０．０１〜０．５０重量％でかつ窒素量が０．３０重量％以下である粉末肉盛用Ｃｏ基合金粉末が開示されている。
同文献には、酸素量を０．０１重量％以下とし、窒素量を０．３０重量％以下とすることによって、肉盛金属中のブローホールをなくすことができる点が記載されている。
同文献には、酸素量を０．０１重量％以下とし、窒素量を０．３０重量％以下とすることによって、肉盛金属中のブローホールをなくすことができる点が記載されている。
また、特許文献２には、重量基準で、Ｃ：２〜２．５％、Ｓｉ：０．６〜１．５％、Ｎｉ：２０〜２５％、Ｃｒ：２２〜３０％、Ｗ：１０〜１５％、Ａｌ：０．０００５〜０．０５％、Ｂ：０．０００１〜０．０５％、及びＯ：０．００５〜０．０５％を含み、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなるエンジンバルブ用肉盛溶接用粉末が開示されている。
同文献には、Ｃ、Ｃｒ、Ｗの含有量を一定値まで高めると、不活性ガスシールド溶接を用いた場合であっても浸炭効果と同様な効果を奏する点が記載されている。
同文献には、Ｃ、Ｃｒ、Ｗの含有量を一定値まで高めると、不活性ガスシールド溶接を用いた場合であっても浸炭効果と同様な効果を奏する点が記載されている。
また、特許文献３には、肉盛溶接用の合金粉末ではないが、重量％で、Ｃｒ：２０．０〜３０．０％、Ｗ及び／又はＭｏ：３．０〜１６．０％、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｎ：０．０１〜０．５％、Ｃ：０．１〜１．５％を含有し、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなるＣｏ基耐熱合金製ディーゼルエンジン用副燃焼室口金が開示されている。
同文献には、合金組成を最適化することによって、高温耐酸化性及び耐熱衝撃性が向上する点が記載されている。
同文献には、合金組成を最適化することによって、高温耐酸化性及び耐熱衝撃性が向上する点が記載されている。
また、特許文献４には、重量比で、Ｃｒ：１０〜４０％、Ｍｏ：１０％超３０％、Ｗ：１〜２０％、Ｓｉ：０．５〜５．０％、Ｃ：０．０５〜３．０％、Ｏ：０．０１〜０．１％、Ａｌ：０．００１〜０．１２％、Ｆｅ：３０％以下、Ｎｉ：２０％以下、Ｍｎ：３％以下を含有し、残部がＣｏ及び不可避不純物（但し、Ｃｏ量は３０〜７０重量％）からなるコバルト基盛金合金が開示されている。
同文献には、
（１）Ｆｅを増量することによって、靱性が向上し、かつ、耐摩耗性及び相手攻撃性が改善される点、
（２）Ａｌを添加し、Ｏ含有量を規制することによって、盛金性が改善され、かつ、盛金部のブローホールの発生を抑制できる点、及び、
（３）さらにＢを含有させることにより、外部からのＯの侵入が防止され、盛金性が改善され、かつ、ビード形状が向上する点、
が記載されている。
同文献には、
（１）Ｆｅを増量することによって、靱性が向上し、かつ、耐摩耗性及び相手攻撃性が改善される点、
（２）Ａｌを添加し、Ｏ含有量を規制することによって、盛金性が改善され、かつ、盛金部のブローホールの発生を抑制できる点、及び、
（３）さらにＢを含有させることにより、外部からのＯの侵入が防止され、盛金性が改善され、かつ、ビード形状が向上する点、
が記載されている。
さらに、特許文献５には、肉盛溶接用の合金粉末ではないが、１．５Ｃ−２９Ｃｒ−８．５Ｍｏ−Ｃｏ合金、２．５Ｃ−３３Ｃｒ−１８Ｍｏ−Ｃｏ合金、又は、２．２Ｃ−３２Ｃｒ−１．３Ｗ−１８Ｍｏ−Ｃｏ合金からなるＣｏ基鋸チップが開示されている。
同文献には、Ｃｏ−Ｃｒ-Ｗ合金中のＷの一部又は全部をＭｏに置換することにより、炭化物の形成が促進される点、及び、酸環境下での高い耐腐食性が付与される点が記載されている。
同文献には、Ｃｏ−Ｃｒ-Ｗ合金中のＷの一部又は全部をＭｏに置換することにより、炭化物の形成が促進される点、及び、酸環境下での高い耐腐食性が付与される点が記載されている。
肉盛合金には、目的に応じて、複数の特性が求められる場合がある。例えば、エンジンバルブのフェース部に肉盛を行う場合、肉盛合金には、耐摩耗性だけでなく、ある程度の延性も求められる。これは、肉盛合金の延性が低いと、肉盛時に割れが発生しやすくなり、製造性が低下するためである。
上述したＣｏ基合金の内、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金は、Ｃｒ系炭化物を硬化相とするものであり、延性が高く、溶接割れ感受性が良好である。しかしながら、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金は、耐摩耗性が相対的に低く、使用時の摩耗量が大きいという問題がある。
一方、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金は、Ｌａｖｅｓ相（Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）を硬化相とするものであり、耐摩耗性に優れている。しかしながら、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金は、延性が低く、肉盛時に割れが発生しやすいという問題がある。
また、肉盛溶接用のＣｏ基合金に対してある種の元素（例えば、Ｗ）を過剰に加えた場合、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下が起こる場合がある。
さらに、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金と同等以上の溶接割れ感受性と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金と同等以上の耐摩耗性を兼ね備えた肉盛合金が提案された例は、従来にはない。
一方、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金は、Ｌａｖｅｓ相（Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）を硬化相とするものであり、耐摩耗性に優れている。しかしながら、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金は、延性が低く、肉盛時に割れが発生しやすいという問題がある。
また、肉盛溶接用のＣｏ基合金に対してある種の元素（例えば、Ｗ）を過剰に加えた場合、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下が起こる場合がある。
さらに、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金と同等以上の溶接割れ感受性と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金と同等以上の耐摩耗性を兼ね備えた肉盛合金が提案された例は、従来にはない。
本発明が解決しようとする課題は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金と同等以上の溶接割れ感受性と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金と同等以上の耐摩耗性を兼ね備えた高硬度肉盛合金粉末を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下を抑制することが可能な高硬度肉盛合金粉末を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下を抑制することが可能な高硬度肉盛合金粉末を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、
０．５＜Ｃ≦３．０ｍａｓｓ％、
０．５≦Ｓｉ≦５．０ｍａｓｓ％、
１０．０≦Ｃｒ≦２２．７ｍａｓｓ％、及び、
１６．０＜Ｍｏ≦４０．０ｍａｓｓ％、
を含み、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなり、
４０．０≦Ｍｏ＋Ｃｒ≦７０．０ｍａｓｓ％
であることを要旨とする。
０．５＜Ｃ≦３．０ｍａｓｓ％、
０．５≦Ｓｉ≦５．０ｍａｓｓ％、
１０．０≦Ｃｒ≦２２．７ｍａｓｓ％、及び、
１６．０＜Ｍｏ≦４０．０ｍａｓｓ％、
を含み、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなり、
４０．０≦Ｍｏ＋Ｃｒ≦７０．０ｍａｓｓ％
であることを要旨とする。
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金と同等以上の耐摩耗性と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金と同等以上の溶接割れ感受性を示す。これは、
（１）Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に対して所定量のＣを添加することにより、マトリックス中にＬａｖｅｓ相とＣｒ系炭化物の双方が析出するため、
（２）Ｍｏ＋Ｃｒ量を最適化することにより、硬化相の生成量が所定の範囲に保たれるため、
（３）Ｓｉ量を制御することによりＬａｖｅｓ相の析出量を制御でき、これによって、マトリックス中のＭｏ固溶量を制御できるため、及び、
（４）Ｃｒ系炭化物にもＭｏが固溶するため、Ｃを含まない従来のＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に比べて、マトリックス中のＭｏ固溶量が減少するため、
と考えられる。
さらに、本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、実質的にＷを含まないので、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下を抑制することができる。
（１）Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に対して所定量のＣを添加することにより、マトリックス中にＬａｖｅｓ相とＣｒ系炭化物の双方が析出するため、
（２）Ｍｏ＋Ｃｒ量を最適化することにより、硬化相の生成量が所定の範囲に保たれるため、
（３）Ｓｉ量を制御することによりＬａｖｅｓ相の析出量を制御でき、これによって、マトリックス中のＭｏ固溶量を制御できるため、及び、
（４）Ｃｒ系炭化物にもＭｏが固溶するため、Ｃを含まない従来のＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に比べて、マトリックス中のＭｏ固溶量が減少するため、
と考えられる。
さらに、本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、実質的にＷを含まないので、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下を抑制することができる。
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 高硬度肉盛合金粉末］
［１．１． 主構成元素］
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、以下のような元素を含み、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
［１． 高硬度肉盛合金粉末］
［１．１． 主構成元素］
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、以下のような元素を含み、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
（１） ０．５＜Ｃ≦３．０ｍａｓｓ％：
Ｃは、Ｃｒと結合して硬化相である炭化物を形成し、これによって耐摩耗性を向上させるために必要な元素である。このような効果を得るためには、Ｃ含有量は、０．５ｍａｓｓ％超である必要がある。
一方、Ｃ含有量が過剰になると、炭化物の生成量が過剰となり、合金の靱性が低下する。従って、Ｃ含有量は、３．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃ含有量は、さらに好ましくは、２．０ｍａｓｓ％以下である。
Ｃは、Ｃｒと結合して硬化相である炭化物を形成し、これによって耐摩耗性を向上させるために必要な元素である。このような効果を得るためには、Ｃ含有量は、０．５ｍａｓｓ％超である必要がある。
一方、Ｃ含有量が過剰になると、炭化物の生成量が過剰となり、合金の靱性が低下する。従って、Ｃ含有量は、３．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃ含有量は、さらに好ましくは、２．０ｍａｓｓ％以下である。
（２） ０．５≦Ｓｉ≦５．０ｍａｓｓ％：
Ｓｉは、硬質相であるＬａｖｅｓ相（Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）を形成することで耐摩耗性を向上させるために重要な元素である。このような効果を得るためには、Ｓｉ含有量は、０．５ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは、１．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が過剰になると、Ｌａｖｅｓ相の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｓｉ含有量は、５．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは、２．５ｍａｓｓ％以下である。
Ｓｉは、硬質相であるＬａｖｅｓ相（Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）を形成することで耐摩耗性を向上させるために重要な元素である。このような効果を得るためには、Ｓｉ含有量は、０．５ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは、１．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｓｉ含有量が過剰になると、Ｌａｖｅｓ相の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｓｉ含有量は、５．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｓｉ含有量は、さらに好ましくは、２．５ｍａｓｓ％以下である。
（３） １０．０≦Ｃｒ≦３０．０ｍａｓｓ％：
Ｃｒは、Ｃｒ炭化物を形成し、これによって耐摩耗性を向上させるために必要な元素である。また、Ｃｒは、合金の高温酸化及び腐食に対する抵抗性を確保するために必須である。このような効果を得るためには、Ｃｒ含有量は、１０．０ｍａｓｓ％以上である必要がある。
一方、Ｃｒ含有量が過剰になると、炭化物の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｃｒ含有量は、３０．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
Ｃｒは、Ｃｒ炭化物を形成し、これによって耐摩耗性を向上させるために必要な元素である。また、Ｃｒは、合金の高温酸化及び腐食に対する抵抗性を確保するために必須である。このような効果を得るためには、Ｃｒ含有量は、１０．０ｍａｓｓ％以上である必要がある。
一方、Ｃｒ含有量が過剰になると、炭化物の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｃｒ含有量は、３０．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
（４） １６．０＜Ｍｏ≦４０．０ｍａｓｓ％：
Ｍｏは、硬化相であるＬａｖｅｓ相（Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）を形成することで耐摩耗性を向上させるために重要な元素である。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量は、１６．０ｍａｓｓ％超である必要がある。Ｍｏ含有量は、さらに好ましくは、２５．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、Ｌａｖｅｓ相の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｍｏ含有量は、４０．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｏ含有量は、さらに好ましくは、３５．０ｍａｓｓ％以下である。
Ｍｏは、硬化相であるＬａｖｅｓ相（Ｃｏ3Ｍｏ2Ｓｉ）を形成することで耐摩耗性を向上させるために重要な元素である。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量は、１６．０ｍａｓｓ％超である必要がある。Ｍｏ含有量は、さらに好ましくは、２５．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、Ｌａｖｅｓ相の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｍｏ含有量は、４０．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｏ含有量は、さらに好ましくは、３５．０ｍａｓｓ％以下である。
［１．２． 副構成元素］
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、上述した主構成元素に加えて、以下の１種又は２種以上の副構成元素をさらに含んでいてもよい。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、上述した主構成元素に加えて、以下の１種又は２種以上の副構成元素をさらに含んでいてもよい。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
［１．２．１． 脱酸元素］
（５） Ｃａ≦０．０３ｍａｓｓ％：
（６） Ｐ≦０．０３ｍａｓｓ％：
Ｃａ及びＰは、いずれも合金溶製時に脱酸作用を有する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、延性が低下する。従って、Ｃａ及びＰの含有量は、それぞれ、０．０３ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
（５） Ｃａ≦０．０３ｍａｓｓ％：
（６） Ｐ≦０．０３ｍａｓｓ％：
Ｃａ及びＰは、いずれも合金溶製時に脱酸作用を有する元素であるため、必要に応じて添加しても良い。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、延性が低下する。従って、Ｃａ及びＰの含有量は、それぞれ、０．０３ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
［１．２．２． 湯流れ性改善元素］
（７） Ｎｉ≦５．０ｍａｓｓ％：
Ｎｉは、合金粉末の延性及び湯流れ性を向上させる作用があるため、必要に応じて添加しても良い。また、Ｎｉは、合金粉末製造時に１．０ｍａｓｓ％以下ぐらいは不可避的に混入する可能性がある元素でもある。延性及び湯流れ性を向上させるためには、Ｎｉ含有量は、０．１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｎｉ含有量が過剰になると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｎｉ含有量は、５．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。Ｎｉ含有量は、さらに好ましくは３．５ｍａｓｓ％以下である。
（７） Ｎｉ≦５．０ｍａｓｓ％：
Ｎｉは、合金粉末の延性及び湯流れ性を向上させる作用があるため、必要に応じて添加しても良い。また、Ｎｉは、合金粉末製造時に１．０ｍａｓｓ％以下ぐらいは不可避的に混入する可能性がある元素でもある。延性及び湯流れ性を向上させるためには、Ｎｉ含有量は、０．１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｎｉ含有量が過剰になると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｎｉ含有量は、５．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。Ｎｉ含有量は、さらに好ましくは３．５ｍａｓｓ％以下である。
（８） Ｆｅ≦５．０ｍａｓｓ％：
Ｆｅは、Ｏと結合して酸化物を形成し、合金粉末の潤滑性を向上させると共に湯流れ性を向上させる作用があるため、必要に応じて添加しても良い。また、Ｆｅは、合金粉末製造時に１．０ｍａｓｓ％ぐらいは不可避的に混入する可能性のある元素でもある。
一方、Ｆｅ含有量が過剰になると、合金粉末の延性が低下するだけでなく、耐摩耗性も低下する。従って、Ｆｅ含有量は、５．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
Ｆｅは、Ｏと結合して酸化物を形成し、合金粉末の潤滑性を向上させると共に湯流れ性を向上させる作用があるため、必要に応じて添加しても良い。また、Ｆｅは、合金粉末製造時に１．０ｍａｓｓ％ぐらいは不可避的に混入する可能性のある元素でもある。
一方、Ｆｅ含有量が過剰になると、合金粉末の延性が低下するだけでなく、耐摩耗性も低下する。従って、Ｆｅ含有量は、５．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
［１．３． 不可避的不純物］
下記の不可避的不純物は、粉末製造時に原料から過って多く混入する可能性がある元素である。過剰に混入すると、所望の粉末が得られないので、下記のように規制する必要がある。
（９） Ｍｎ≦１．０ｍａｓｓ％：
Ｍｎは、脱酸作用があるが、Ｍｎ含有量が１．０ｍａｓｓ％を超えると、湯流れが悪くなり、溶接性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は、１．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
下記の不可避的不純物は、粉末製造時に原料から過って多く混入する可能性がある元素である。過剰に混入すると、所望の粉末が得られないので、下記のように規制する必要がある。
（９） Ｍｎ≦１．０ｍａｓｓ％：
Ｍｎは、脱酸作用があるが、Ｍｎ含有量が１．０ｍａｓｓ％を超えると、湯流れが悪くなり、溶接性が低下する。従って、Ｍｎ含有量は、１．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
（１０） Ｃｕ≦１．０ｍａｓｓ％：
Ｃｕは、合金の高温における酸化被膜の密着性を高める作用があり、それによって耐酸化性を向上させる作用があるが、Ｃｕ含有量が１．０ｍａｓｓ％を超えると、合金の延性を劣化させる。従って、Ｃｕ含有量は、１．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
Ｃｕは、合金の高温における酸化被膜の密着性を高める作用があり、それによって耐酸化性を向上させる作用があるが、Ｃｕ含有量が１．０ｍａｓｓ％を超えると、合金の延性を劣化させる。従って、Ｃｕ含有量は、１．０ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
（１１） Ｓ≦０．０３ｍａｓｓ％：
Ｓは、硫化物を形成し、合金粉末の潤滑性を向上させる作用があるが、Ｓ含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超えると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｓ含有量は、０．０３ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
Ｓは、硫化物を形成し、合金粉末の潤滑性を向上させる作用があるが、Ｓ含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超えると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｓ含有量は、０．０３ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
（１２） Ｗ＜１．０ｍａｓｓ％：
Ｗは、Ｃｒと共に炭化物を形成し、合金粉末の耐摩耗性を向上させる作用があるが、Ｗ含有量が１．０ｍａｓｓ％以上になると、合金粉末の延性が低下すると共に、湯流れも悪くなる。従って、Ｗ含有量は、１．０ｍａｓｓ％未満にする必要がある。
Ｗは、Ｃｒと共に炭化物を形成し、合金粉末の耐摩耗性を向上させる作用があるが、Ｗ含有量が１．０ｍａｓｓ％以上になると、合金粉末の延性が低下すると共に、湯流れも悪くなる。従って、Ｗ含有量は、１．０ｍａｓｓ％未満にする必要がある。
（１３） Ｏ≦０．１ｍａｓｓ％：
Ｏは、酸化物を形成し、合金粉末の潤滑性を向上させる作用があるが、Ｏ含有量が０．１ｍａｓｓ％を超えると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｏ含有量は、０．１ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
Ｏは、酸化物を形成し、合金粉末の潤滑性を向上させる作用があるが、Ｏ含有量が０．１ｍａｓｓ％を超えると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｏ含有量は、０．１ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
（１４） Ｎ≦０．１ｍａｓｓ％：
Ｎは、窒化物を形成し、合金粉末の耐摩耗性を向上させる作用があるが、Ｎ含有量が０．１ｍａｓｓ％を超えると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｎ含有量は、０．１ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
Ｎは、窒化物を形成し、合金粉末の耐摩耗性を向上させる作用があるが、Ｎ含有量が０．１ｍａｓｓ％を超えると、合金粉末の延性が低下する。従って、Ｎ含有量は、０．１ｍａｓｓ％以下にする必要がある。
［１．３． 成分バランス： Ｍｏ＋Ｃｒ］
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、成分元素が上述の範囲にあることに加えて、さらにＭｏ及びＣｒの総量が以下の範囲にある必要がある。
すなわち、Ｍｏ及びＣｒは、それぞれ、Ｌａｖｅｓ相及びＣｒ炭化物を形成する元素である。Ｍｏ＋Ｃｒが少ないと、硬化相の生成量が減少し、合金粉末の耐摩耗性が低下する。従って、Ｍｏ＋Ｃｒ量は、４０．０ｍａｓｓ％以上である必要がある。
一方、Ｍｏ＋Ｃｒ量が過剰になると、硬化相の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｍｏ＋Ｃｒ量は、７０．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｏ＋Ｃｒ量は、さらに好ましくは、６０．０ｍａｓｓ％以下である。
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、成分元素が上述の範囲にあることに加えて、さらにＭｏ及びＣｒの総量が以下の範囲にある必要がある。
すなわち、Ｍｏ及びＣｒは、それぞれ、Ｌａｖｅｓ相及びＣｒ炭化物を形成する元素である。Ｍｏ＋Ｃｒが少ないと、硬化相の生成量が減少し、合金粉末の耐摩耗性が低下する。従って、Ｍｏ＋Ｃｒ量は、４０．０ｍａｓｓ％以上である必要がある。
一方、Ｍｏ＋Ｃｒ量が過剰になると、硬化相の生成量が過剰となり、合金の延性が低下する。従って、Ｍｏ＋Ｃｒ量は、７０．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｏ＋Ｃｒ量は、さらに好ましくは、６０．０ｍａｓｓ％以下である。
［２． 高硬度肉盛合金粉末の製造方法］
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、
（１）所定の組成となるように配合された原料を溶解し、
（２）溶湯をガス又は液体中に噴霧する、
ことにより製造することができる。
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、
（１）所定の組成となるように配合された原料を溶解し、
（２）溶湯をガス又は液体中に噴霧する、
ことにより製造することができる。
［３． 高硬度肉盛合金粉末の作用］
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金と同等以上の耐摩耗性と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金と同等以上の溶接割れ感受性を示す。これは、
（１）Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に対して所定量のＣを添加することにより、マトリックス中にＬａｖｅｓ相とＣｒ系炭化物の双方が析出するため、
（２）Ｍｏ＋Ｃｒ量を最適化することにより、硬化相の生成量が所定の範囲に保たれるため、
（３）Ｓｉ量を制御することによりＬａｖｅｓ相の析出量を制御でき、これによって、マトリックス中のＭｏ固溶量を制御できるため、及び、
（４）Ｃｒ系炭化物にもＭｏが固溶するため、Ｃを含まない従来のＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に比べて、マトリックス中のＭｏ固溶量が減少するため、
と考えられる。
さらに、本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、実質的にＷを含まないので、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下を抑制することができる。
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金と同等以上の耐摩耗性と、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金と同等以上の溶接割れ感受性を示す。これは、
（１）Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に対して所定量のＣを添加することにより、マトリックス中にＬａｖｅｓ相とＣｒ系炭化物の双方が析出するため、
（２）Ｍｏ＋Ｃｒ量を最適化することにより、硬化相の生成量が所定の範囲に保たれるため、
（３）Ｓｉ量を制御することによりＬａｖｅｓ相の析出量を制御でき、これによって、マトリックス中のＭｏ固溶量を制御できるため、及び、
（４）Ｃｒ系炭化物にもＭｏが固溶するため、Ｃを含まない従来のＣｏ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ合金に比べて、マトリックス中のＭｏ固溶量が減少するため、
と考えられる。
さらに、本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、実質的にＷを含まないので、合金粉末の延性低下や湯流れ性の低下を抑制することができる。
（実施例１〜５、参考例６、実施例７、参考例８〜９、実施例１０、参考例１１、実施例１２〜１３、比較例１〜１１）
［１． 試料の作製］
ガス噴霧によって、表１に示す組成を有する合金粉末を作製した。粉末粒度は、−８０／＋３５０メッシュであった。以下の条件でＳＵＨ３５製の板材（厚さ１５ｍｍ×幅７０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ）の表面に各合金粉末を肉盛溶接した。また、同様の条件でＳＵＨ３５製のバルブ（１００本）のフェース部に各合金粉末を肉盛溶接した。
肉盛条件（１層盛）
電流値： １０５Ａ、 粉末供給量： １２ｇ／ｍｉｎ
溶接速度： ５０ｍｍ／ｍｉｎ、 ウィービング量： １ｍｍ
Ａｒ流量： プラズマガス １Ｌ／ｍｉｎ
シールドガス １２Ｌ／ｍｉｎ
パウダーガス ２．５Ｌ／ｍｉｎ
［１． 試料の作製］
ガス噴霧によって、表１に示す組成を有する合金粉末を作製した。粉末粒度は、−８０／＋３５０メッシュであった。以下の条件でＳＵＨ３５製の板材（厚さ１５ｍｍ×幅７０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ）の表面に各合金粉末を肉盛溶接した。また、同様の条件でＳＵＨ３５製のバルブ（１００本）のフェース部に各合金粉末を肉盛溶接した。
肉盛条件（１層盛）
電流値： １０５Ａ、 粉末供給量： １２ｇ／ｍｉｎ
溶接速度： ５０ｍｍ／ｍｉｎ、 ウィービング量： １ｍｍ
Ａｒ流量： プラズマガス １Ｌ／ｍｉｎ
シールドガス １２Ｌ／ｍｉｎ
パウダーガス ２．５Ｌ／ｍｉｎ
［２． 試験方法］
［２．１． ビッカース硬さ］
肉盛溶接された板材を溶接ビードに対してほぼ垂直に切断した。肉盛層断面の中心部のビッカース硬さを加重１ｋｇｆ（９．８Ｎ）で７点測定した。最大値及び最小値を除く５点の平均値を算出した。
［２．２． 引張試験］
肉盛溶接された板材から、評点間が肉盛層のみからなる試験片を切り出した。評点間の寸法は、厚さ２ｍｍ×幅４ｍｍ×長さ１０ｍｍとした。この試験片を用いて、６００℃で引張試験を行い、破断後の絞り値を測定した。
［２．１． ビッカース硬さ］
肉盛溶接された板材を溶接ビードに対してほぼ垂直に切断した。肉盛層断面の中心部のビッカース硬さを加重１ｋｇｆ（９．８Ｎ）で７点測定した。最大値及び最小値を除く５点の平均値を算出した。
［２．２． 引張試験］
肉盛溶接された板材から、評点間が肉盛層のみからなる試験片を切り出した。評点間の寸法は、厚さ２ｍｍ×幅４ｍｍ×長さ１０ｍｍとした。この試験片を用いて、６００℃で引張試験を行い、破断後の絞り値を測定した。
［２．３． 溶接後の割れ観察］
バルブの肉盛部の外観を観察し、割れの有無を調査した。割れが見られなかった場合を「○」、割れ発生が５個未満である場合を「△」、割れが５個以上である場合を「×」とした。
［２．４． 単体摩耗試験後の摩耗量］
単体摩耗試験は以下の条件で行った。試験後のバルブとバルブシートの設置面の摩耗量を測定した。摩耗量が１５μｍ未満である場合を「○」、摩耗量が１５μｍ以上である場合を「×」とした。
試験時間： １０ｈ
燃料： ＬＰＧ
接触回数： ３０００回／分
バルブ駆動： クランクシャフト
バルブ回転数： １０回／分
バルブの肉盛部の外観を観察し、割れの有無を調査した。割れが見られなかった場合を「○」、割れ発生が５個未満である場合を「△」、割れが５個以上である場合を「×」とした。
［２．４． 単体摩耗試験後の摩耗量］
単体摩耗試験は以下の条件で行った。試験後のバルブとバルブシートの設置面の摩耗量を測定した。摩耗量が１５μｍ未満である場合を「○」、摩耗量が１５μｍ以上である場合を「×」とした。
試験時間： １０ｈ
燃料： ＬＰＧ
接触回数： ３０００回／分
バルブ駆動： クランクシャフト
バルブ回転数： １０回／分
［３． 結果］
表２に結果を示す。表２より、以下のことがわかる。
（１）トリバロイ（登録商標）４００相当の組成を持つ比較例１は、高硬度であるが、絞りが低く、溶接後の割れも多い。
（２）ステライト（登録商標）＃６相当の組成を持つ比較例２は、絞りが高く、溶接後の割れも認められなかったが、硬さが低く、摩耗量も多い。
（３）比較例３は、Ｃ含有量が少ないため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。一方、比較例４は、Ｃ含有量が過剰であるため、摩耗量は少ないが、溶接後の割れが多い。
（４）比較例５は、Ｓｉ含有量が少ないため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。一方、比較例６は、Ｓｉ含有量が過剰であるため、摩耗量は少ないが、溶接後の割れが多い。
（５）比較例７は、Ｍｏ含有量が多く、Ｃｒ含有量が少ないため、摩耗量は少ないが、溶接後の割れが多い。一方、比較例８、９は、Ｍｏ含有量が少なく、Ｃｒ含有量が過剰であるため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。
（６）比較例１１は、Ｍｏ＋Ｃｒ量が少ないため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。
（７）実施例１〜５、参考例６、実施例７、参考例８〜９、実施例１０、参考例１１、実施例１２〜１３は、いずれも各成分が最適化され、かつ、Ｍｏ＋Ｃｒ量も最適化されているため、溶接後の割れが少なく、かつ摩耗量も少ない。
表２に結果を示す。表２より、以下のことがわかる。
（１）トリバロイ（登録商標）４００相当の組成を持つ比較例１は、高硬度であるが、絞りが低く、溶接後の割れも多い。
（２）ステライト（登録商標）＃６相当の組成を持つ比較例２は、絞りが高く、溶接後の割れも認められなかったが、硬さが低く、摩耗量も多い。
（３）比較例３は、Ｃ含有量が少ないため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。一方、比較例４は、Ｃ含有量が過剰であるため、摩耗量は少ないが、溶接後の割れが多い。
（４）比較例５は、Ｓｉ含有量が少ないため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。一方、比較例６は、Ｓｉ含有量が過剰であるため、摩耗量は少ないが、溶接後の割れが多い。
（５）比較例７は、Ｍｏ含有量が多く、Ｃｒ含有量が少ないため、摩耗量は少ないが、溶接後の割れが多い。一方、比較例８、９は、Ｍｏ含有量が少なく、Ｃｒ含有量が過剰であるため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。
（６）比較例１１は、Ｍｏ＋Ｃｒ量が少ないため、溶接後の割れはないが、摩耗量が大きい。
（７）実施例１〜５、参考例６、実施例７、参考例８〜９、実施例１０、参考例１１、実施例１２〜１３は、いずれも各成分が最適化され、かつ、Ｍｏ＋Ｃｒ量も最適化されているため、溶接後の割れが少なく、かつ摩耗量も少ない。
（８）Ｃ含有量が２．０ｍａｓｓ％を超える実施例５、参考例６は、溶接後の割れが若干認められた。これに対し、他の成分を同等に維持したままＣ含有量を０．５ｍａｓｓ％超２．０ｍａｓｓ％以下にすると、摩耗量を同等に維持したまま、溶接後の割れをなくすことができる。
（９）Ｓｉ含有量が２．５ｍａｓｓ％を大きく超えた実施例１２、１３は、溶接後の割れが若干認められた。これに対し、他の成分を同等に維持したままＳｉ含有量を１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下にすると、摩耗量を同等に維持したまま、溶接後の割れをなくすことができる。
（１０）Ｍｏ含有量が１６．４ｍａｓｓ％である参考例９は、ビッカース硬さが若干低い。また、Ｍｏ含有量が３５ｍａｓｓ％を超えた実施例１０、参考例１１は、溶接後の割れが若干認められた。これに対し、他の成分を同等に維持したままＭｏ含有量を２５ｍａｓｓ％以上３５ｍａｓｓ％以下にすると、摩耗量を同等に維持したまま、ビッカース硬さが上昇し、又は、溶接後の割れをなくすことができる。
（１１）参考例６、実施例７、参考例９、実施例１０、参考例１１より、Ｍｎ、Ｃｕ等が不純物として若干混入しても、所望の特性が維持可能であることがわかる。
（９）Ｓｉ含有量が２．５ｍａｓｓ％を大きく超えた実施例１２、１３は、溶接後の割れが若干認められた。これに対し、他の成分を同等に維持したままＳｉ含有量を１．０ｍａｓｓ％以上２．５ｍａｓｓ％以下にすると、摩耗量を同等に維持したまま、溶接後の割れをなくすことができる。
（１０）Ｍｏ含有量が１６．４ｍａｓｓ％である参考例９は、ビッカース硬さが若干低い。また、Ｍｏ含有量が３５ｍａｓｓ％を超えた実施例１０、参考例１１は、溶接後の割れが若干認められた。これに対し、他の成分を同等に維持したままＭｏ含有量を２５ｍａｓｓ％以上３５ｍａｓｓ％以下にすると、摩耗量を同等に維持したまま、ビッカース硬さが上昇し、又は、溶接後の割れをなくすことができる。
（１１）参考例６、実施例７、参考例９、実施例１０、参考例１１より、Ｍｎ、Ｃｕ等が不純物として若干混入しても、所望の特性が維持可能であることがわかる。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
本発明に係る高硬度肉盛合金粉末は、各種内燃機関、自動車用エンジン、蒸気タービン、熱交換器、加熱炉等に用いられるバルブのフェース部の肉盛溶接に用いることができる。
Claims (3)
- ０．５＜Ｃ≦３．０ｍａｓｓ％、
０．５≦Ｓｉ≦５．０ｍａｓｓ％、
１０．０≦Ｃｒ≦２２．７ｍａｓｓ％、及び、
１６．０＜Ｍｏ≦４０．０ｍａｓｓ％、
を含み、残部がＣｏ及び不可避的不純物からなり、
４０．０≦Ｍｏ＋Ｃｒ≦７０．０ｍａｓｓ％
である高硬度肉盛合金粉末。 - Ｃａ≦０．０３ｍａｓｓ％、及び、
Ｐ≦０．０３ｍａｓｓ％、
から選ばれる１種以上の元素をさらに含む請求項１に記載の高硬度肉盛合金粉末。 - Ｎｉ≦５．０ｍａｓｓ％、及び、
Ｆｅ≦５．０ｍａｓｓ％、
から選ばれる１種以上の元素をさらに含む請求項１又は２に記載の高硬度肉盛合金粉末。
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