JP5827576B2 - 肉盛溶接材料および肉盛溶接金属が溶接された機械部品 - Google Patents
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Description
こちらの肉盛溶接材料は、耐食性および耐摩耗性が優れているが、延性、靭性について改善の余地がある。また、この肉盛溶接材料は、溶接施工性や溶接補修性についても改善の余地がある。特に、既存の肉盛溶接層を補修するために新たに盛りつけ溶接を行った場合において、盛り付け溶接範囲によっては既存の肉盛溶接層にクラックが発生する場合もあり、補修手順が煩雑になる場合がある。また、この肉盛溶接材料は、硬質クロムめっきとの密着性が良好ではなく、めっきを安定に形成できない場合がある。
表2に示す各溶接材料を使用して、S25C鋼からなる母材表面上に溶接材料を肉盛溶接し、平均厚さ約3mmの肉盛溶接層を形成した。表2において、残部はFeおよび不可避的不純物である。溶接に際し、母材を室温から300℃まで昇温速度100℃/時で加熱し、300℃で等温保持した状態で肉盛溶接を行い、溶接終了後は冷却速度20℃/時で室温まで冷却した。溶接は下向き姿勢で、電流280A、電圧30Vの条件で行った。この際の入熱量は、2.0kJ/mmであった。母材として使用した機械構造炭素鋼(S25C鋼)の化学成分規格を表3に示す。
溶接施工性を支配する因子として延性を評価することを目的とし、各肉盛溶接金属材料を用いて作製した肉盛溶接金属に対して引張試験を行い、引張強度(TS)と伸び率(RA)を測定した。まず、実施例1と同様に、表2に示す各溶接材料を使用して、S25C鋼からなる母材表面上に溶接材料を肉盛溶接し、平均厚さ約3mmの肉盛溶接層を形成した。
(式中、Fmaxは最大引張力(N)を示し、A0は、原断面積(mm2)を示している。)
δ=(l−l0)/l0×100 ・・・ (2)
(式中、lは試験片の両破断片の中心線が一直線上にあるように注意し,破断面を突き合わせて測定したときの標点間の長さ(mm)を示し、l0は原標点距離(mm)を示している。)
溶接施工性を支配する因子として靭性を評価することを目的とし、各肉盛溶接金属材料を用いて作製した肉盛溶接金属に対してシャルピー衝撃試験を行い、衝撃値を測定した。まず、実施例1と同様に、表2に示す各溶接材料を使用して、S25C鋼からなる母材表面上に溶接材料を肉盛溶接し、平均厚さ約3mmの肉盛溶接層を形成した。
M=Wr ・・・ (4)
(式中、Eは試験片を破断するために要したエネルギー(J)を示し、Mはハンマーの回転軸周りのモーメント(N・m)を示し、Wはハンマーの質量による負荷(N)を示し、rはハンマーの回転軸中心から重心までの距離(m)を示し、αはハンマーの持ち上げ角度を示し、βは試験片破断後のハンマーの振り上がり角度を示している。)
図2に示されるように、No.2の肉盛溶接材料を使用して作製した試験片のシャルピー衝撃値が大きくなった以外に、成分・組成の異なる肉盛溶接金属間でシャルピー衝撃値に大きな差異はみとめられなかった。試験後の試験片の破断面を観察すると、全ての試料で脆性破面を示しており、脆性が強いことが判った。ただし、本発明の試料(No.33、No.37、No.62の肉盛溶接材料を使用して作製した試験片)は、比較的高いシャルピー衝撃値を示しており、靭性が高くなっていることが判った。
各肉盛溶接金属材料を用いて作製した肉盛溶接金属の表面硬度を測定した。表面硬度として、ロックウェル硬度(HRC)およびビッカース硬度(HV)を測定した。まず、実施例1と同様に、表2に示す各溶接材料を使用して、S25C鋼からなる母材表面上に溶接材料を肉盛溶接し、平均厚さ約3mmの肉盛溶接層を形成した。ロックウェル硬度は、JIS G 0202に規定されているロックウェル試験に準拠し、頂角120°の円錐(先端0.3mm)を肉盛溶接金属表面から60kgfの荷重で押し込み、基準荷重を10kgfに戻した際の基準面からの永久窪みの深さを読み取り、ロックウェル硬度の計算式により求めた。なお、ロックウェル硬度の算出にあたってはCスケールを用いた。
各肉盛溶接金属に対して、耐食性を評価した。試料は、実施例1と同様に、表2に示す各溶接材料を使用して、S25C鋼からなる母材表面上に溶接材料を肉盛溶接し、平均厚さ約3mmの肉盛溶接層を形成し、得られた肉盛溶接層から、15mm×15mm×15mmの試験片(クーポン)を機械加工(ワイヤーカット)により採取して作製した。塩酸(HCl)と硫酸(H2SO4)とのモル濃度比が1:1となるように混合した水溶液(混酸水溶液)を、イオン交換水でpHが2.0となるように希釈、調整して試験液とした。80℃の試験液に試料を24時間または240時間浸漬し、試験後の腐食減量を測定して、耐食性を評価した。サンプル数は3とし、それぞれの試料の腐食減量から平均腐食量を求め、試料の表面積と腐食時間とから年率換算した平均腐食速度(mm/y)を算出した。
各肉盛溶接金属に対して、耐摩耗性を評価した。耐摩耗性はASTM G 65に規定されている土砂摩耗試験により評価した。土砂摩耗試験装置の概念図を図4に示す。肉盛溶接金属からなる試験片2を荷重133kgfでゴム被覆回転ドラム3に押しつけ、ゴム被覆回転ドラム3を所定回数(6000回転)まで回転させ、試験後の摩耗減量を測定して、耐摩耗性を評価した。図4に示されるように、試験片2とゴム被覆回転ドラム3との間には、ホッパーHから試験砂4を供給した。試験片2のゴム被覆回転ドラム3に対する押圧力は、重垂Wを自由端に垂下したレバーアーム3により与えた。試験砂4として白銀珪砂6号を用いた。ゴム被覆回転ドラム3の回転速度は、145rpmとした。各肉盛溶接金属に対する耐摩耗性評価結果を表5に示す。
肉盛溶接材料の溶接施工性を評価するために、溶接施工模擬実験を行い、溶接施工後の肉盛溶接層に発生するクラックの有無を調べた。200mm×30mm×50mmの板状のS25C鋼を準備し、これを母材として各肉盛溶接材料を使用して、平均厚さが約3mmの肉盛溶接層を形成した。溶接は実施例1で示した条件で実施した。溶接施工後、試料(溶接施工した母材)を580℃で4時間の焼鈍を行った後、カラーチェック(染色浸透探傷検査)によりクラックの発生状況を観察した。肉盛溶接層表面の外観を目視で観察し、クラックが発生しなかった試料を○、微細クラックが発生した試料を△、粗大クラックが発生した試料を×とした。各肉盛溶接金属に対する溶接施工性評価結果を表6に示す。
肉盛溶接材料の溶接補修性を評価するために、補修溶接模擬実験を行い、補修溶接後の肉盛溶接層に発生するクラックの有無を調べた。
上記のとおり、粉砕器および反応塔のような処理装置の処理容器では、耐摩耗性をさらに向上させるために、溶接施工した肉盛材料表面に硬質クロムめっき層を形成する場合がある。この際、下部の肉盛溶接層と上部の硬質クロムめっき層との密着性が良好であることが求められる。そこで、肉盛溶接層と硬質クロムめっき層との密着性を以下の方法により評価した。
各肉盛溶接金属に対して、多結晶金属組織を構成する相をXRD測定(微小部X線回折測定)により同定した。同定結果を表6に示す。
2 試験片
3 ゴム被覆回転ドラム
4 試験砂
5 平面剪断試験片
6 硬質クロムめっき層
7 爪
A レバーアーム
H ホッパー
M 母材
W 重垂
WM 肉盛溶接金属
S スペーサ
Claims (4)
- C:0.2〜1.0質量%、Si:0.2〜0.5質量%、Mn:0.5〜2.0質量%、Cr:15〜30質量%、Mo:0.2〜6.0質量%、Ni:0〜6.0質量%、V:0〜2.0質量%、W:0.1〜1.5質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする肉盛溶接材料。
- 前記Moの含有量が0.2〜1.5質量%であり、前記Niの含有量が0〜1.0質量%である請求項1記載の肉盛溶接材料。
- 母材鋼材の表面上に、肉盛溶接金属が溶接された機械部品において、
前記肉盛溶接金属の表層部は、
C:0.2〜1.0質量%、Si:0.2〜0.5質量%、Mn:0.5〜2.0質量%、Cr:15〜30質量%、Mo:0.2〜6.0質量%、Ni:0〜6.0質量%、V:0〜2.0質量%、W:0.1〜1.5質量%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有する肉盛溶接金属が溶接されたことを特徴とする機械部品。 - 前記Moの含有量が0.2〜1.5質量%であり、前記Niの含有量が0〜1.0質量%である請求項3記載の機械部品。
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