JPH04224649A - 熱間耐摩耗性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具とその製造方法 - Google Patents
熱間耐摩耗性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼管圧延工具等をはじ
めとする高温加工時に使用される熱間耐摩耗、耐焼付き
被覆を有する鋼製工具とその製造法に関する。
めとする高温加工時に使用される熱間耐摩耗、耐焼付き
被覆を有する鋼製工具とその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】合金鋼等の継目無鋼管製造における、穿
孔あるいは拡管用プラグのように、８００〜１３００℃
といった高温状態でしかも非常に高負荷応力状態下で使
用される工具類は、表面の摩耗、溶損または焼付き等が
激しく、従来の３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼では寿命
が短い。このため工具原単位の増大及びその取り替えに
よる生産性の低下など大きな問題である。これらの対策
として、ＮｂＣ，ＷＣ，ＴｉＮ等の硬質セラミックスを
バインダー金属で固めたサーメットやＭｏ，Ｗ合金を溶
射や焼結法で被覆する方法が提案されている。例えば、
特公昭６３−１９２５０４号公報に示されるように低合
金鋼または耐熱鋼からなる心材の表面に溶射またはＨＩ
Ｐ（熱間静水圧成形法）による被覆形成法があるが、Ｈ
ＩＰ法はコストが高く、また溶射法は粒子間および被覆
材と母材の接合強度が弱く、耐剥離性がわるい欠陥を有
し、実用化は相当困難である。また他の方法においても
使用中にクラックが発生し、剥離し易いなど安定した耐
摩耗性・耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具を供
給するに至っていないのが実状である。
孔あるいは拡管用プラグのように、８００〜１３００℃
といった高温状態でしかも非常に高負荷応力状態下で使
用される工具類は、表面の摩耗、溶損または焼付き等が
激しく、従来の３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼では寿命
が短い。このため工具原単位の増大及びその取り替えに
よる生産性の低下など大きな問題である。これらの対策
として、ＮｂＣ，ＷＣ，ＴｉＮ等の硬質セラミックスを
バインダー金属で固めたサーメットやＭｏ，Ｗ合金を溶
射や焼結法で被覆する方法が提案されている。例えば、
特公昭６３−１９２５０４号公報に示されるように低合
金鋼または耐熱鋼からなる心材の表面に溶射またはＨＩ
Ｐ（熱間静水圧成形法）による被覆形成法があるが、Ｈ
ＩＰ法はコストが高く、また溶射法は粒子間および被覆
材と母材の接合強度が弱く、耐剥離性がわるい欠陥を有
し、実用化は相当困難である。また他の方法においても
使用中にクラックが発生し、剥離し易いなど安定した耐
摩耗性・耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具を供
給するに至っていないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高温・高圧
下等の過酷な条件下で使用される被覆材料にみられるク
ラック起因の被覆の剥離及び焼付き等の工具損耗を防止
し、高寿命で安定した耐摩耗・耐焼付き性の優れた被覆
を有する鋼製工具とその製造法を目的とするものである
。
下等の過酷な条件下で使用される被覆材料にみられるク
ラック起因の被覆の剥離及び焼付き等の工具損耗を防止
し、高寿命で安定した耐摩耗・耐焼付き性の優れた被覆
を有する鋼製工具とその製造法を目的とするものである
。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、鋼製工具の表面に、Ｍｏ−Ｎｉ系合金をプラズマ
肉盛溶接法にて多層肉盛溶接するに際して、Ｍｏの含有
量を段階的に増加させ、最表層の合金重量配合比をＭｏ
２０〜５０％、残部Ｎｉとするとともに、未溶解粉末粒
面積率を１０％以下にしたことを特徴とする熱間耐摩耗
性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具にある。 また、本発明では、最表層の合金重量配合比をＭｏ２０
〜５０％、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒの１種又は２種以上を１０％
以下、残部Ｎｉとするとともに、未溶解粉末粒面積率を
１０％以下にすることが好ましい。さらに、本発明は、
プラズマ多層肉盛溶接する際に、各肉盛層施工後表面を
改削して均一厚さとした後で次層の肉盛溶接を行って上
記の鋼製工具を製造する方法もその対象とする。
ろは、鋼製工具の表面に、Ｍｏ−Ｎｉ系合金をプラズマ
肉盛溶接法にて多層肉盛溶接するに際して、Ｍｏの含有
量を段階的に増加させ、最表層の合金重量配合比をＭｏ
２０〜５０％、残部Ｎｉとするとともに、未溶解粉末粒
面積率を１０％以下にしたことを特徴とする熱間耐摩耗
性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具にある。 また、本発明では、最表層の合金重量配合比をＭｏ２０
〜５０％、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒの１種又は２種以上を１０％
以下、残部Ｎｉとするとともに、未溶解粉末粒面積率を
１０％以下にすることが好ましい。さらに、本発明は、
プラズマ多層肉盛溶接する際に、各肉盛層施工後表面を
改削して均一厚さとした後で次層の肉盛溶接を行って上
記の鋼製工具を製造する方法もその対象とする。
【０００５】以下、本発明をおもにプラグを例に詳細に
説明する。プラグ表面の被覆に用いる金属としては、圧
延材料が１０００〜１３００℃と高いことから高融点材
であるＭｏ等がよい。また、これらの高融点材料は高温
で酸化物を形成しやすく潤滑性を示すことから、合金鋼
圧延で問題となる焼付きに対しても優れた特性を示すこ
とができる。これらを鉄基母材をはじめとする心材に被
覆する場合にまず必要なのは母材と被覆材との高い接合
強度及び被覆材自体の強度である。プラズマ肉盛溶接の
場合は溶接なためその接合強度はほぼ母材なみのものが
得られ、他の溶射法等に比べすぐれている。
説明する。プラグ表面の被覆に用いる金属としては、圧
延材料が１０００〜１３００℃と高いことから高融点材
であるＭｏ等がよい。また、これらの高融点材料は高温
で酸化物を形成しやすく潤滑性を示すことから、合金鋼
圧延で問題となる焼付きに対しても優れた特性を示すこ
とができる。これらを鉄基母材をはじめとする心材に被
覆する場合にまず必要なのは母材と被覆材との高い接合
強度及び被覆材自体の強度である。プラズマ肉盛溶接の
場合は溶接なためその接合強度はほぼ母材なみのものが
得られ、他の溶射法等に比べすぐれている。
【０００６】次に高融点材を被覆する場合、これら高融
点材の熱膨張係数が低いことによる母材との熱膨張差に
より発生する熱応力起因のクラック、表層剥離の問題を
解決せねばならない。発明者らは検討を重ねた結果、母
材側から漸次Ｍｏ含有量を増加した成分系の多層の肉盛
を行うことによりクラックの発生を抑制できることを見
いだした。この場合肉盛材の強度を鑑みてＭｏ含有量と
しては最表層で２０〜５０重量％、残部Ｎｉの成分系が
よい。Ｎｉは母材との接合性を向上させるとともに柔軟
性を有するためクラック防止効果をもつ。Ｗ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ等を少なくとも１種類以上を添加することにより、溶
接性及び強度を向上させることができる。この際合計の
添加量が４％未満では効果が十分でないこと、また１０
％超とするとＭｏ，Ｎｉの効果が希釈されるため４〜１
０％の範囲に限定した。Ｍｏ含有量が２０％以下では焼
付きを十分に抑えることができず、５０％以上ではクラ
ックの発生による表層早期剥離を防止できない。発明者
らはさらに詳細に検討した結果、溶接組織中の未溶解粉
末粒の存在がクラック発生に関与していることを見いだ
した。この場合、特に融点の高い金属が未溶解として残
留し易いが、この残留粉末粒の面積率を１０％以下に抑
えることにより、安定した耐クラック性の確保が可能と
なった。
点材の熱膨張係数が低いことによる母材との熱膨張差に
より発生する熱応力起因のクラック、表層剥離の問題を
解決せねばならない。発明者らは検討を重ねた結果、母
材側から漸次Ｍｏ含有量を増加した成分系の多層の肉盛
を行うことによりクラックの発生を抑制できることを見
いだした。この場合肉盛材の強度を鑑みてＭｏ含有量と
しては最表層で２０〜５０重量％、残部Ｎｉの成分系が
よい。Ｎｉは母材との接合性を向上させるとともに柔軟
性を有するためクラック防止効果をもつ。Ｗ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ等を少なくとも１種類以上を添加することにより、溶
接性及び強度を向上させることができる。この際合計の
添加量が４％未満では効果が十分でないこと、また１０
％超とするとＭｏ，Ｎｉの効果が希釈されるため４〜１
０％の範囲に限定した。Ｍｏ含有量が２０％以下では焼
付きを十分に抑えることができず、５０％以上ではクラ
ックの発生による表層早期剥離を防止できない。発明者
らはさらに詳細に検討した結果、溶接組織中の未溶解粉
末粒の存在がクラック発生に関与していることを見いだ
した。この場合、特に融点の高い金属が未溶解として残
留し易いが、この残留粉末粒の面積率を１０％以下に抑
えることにより、安定した耐クラック性の確保が可能と
なった。
【０００７】一方、施工時の問題として、プラズマ肉盛
は大気中にてアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行われ
るが、酸化し易い高融点材の場合肉盛後の酸化を完全に
防止できない。このため一般にプラズマ肉盛では多層盛
は困難といわれてきた。これを改善するためには次の肉
盛に先立ち改削を行う必要がある。この場合ビードの境
目（凹部に相当する部分）が非常にクラック源となりや
すいことが種々の試験結果により明らかとなった。ビー
ドの境目で深さ方向に約０．５ｍｍ程度の削り代をとる
のがよい。このように肉盛後、改削して表面を滑らかに
且つ清浄にした上で次の肉盛を施すことにより多層盛が
可能となり、所望の被覆膜の施工ができるようになった
。 盛り数については、多層になるほど耐クラック性に有利
となるが、改削等の手間、費用等を鑑みて、３〜４層で
十分である。また肉盛厚についても盛り数により変わっ
てくるが、３ｍｍ〜６ｍｍで十分である。本発明により
製造したプラグ等においては、従来材の５倍以上の寿命
を示し、潤滑を併用すればさらにより一層の耐久性を期
待できる。
は大気中にてアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で行われ
るが、酸化し易い高融点材の場合肉盛後の酸化を完全に
防止できない。このため一般にプラズマ肉盛では多層盛
は困難といわれてきた。これを改善するためには次の肉
盛に先立ち改削を行う必要がある。この場合ビードの境
目（凹部に相当する部分）が非常にクラック源となりや
すいことが種々の試験結果により明らかとなった。ビー
ドの境目で深さ方向に約０．５ｍｍ程度の削り代をとる
のがよい。このように肉盛後、改削して表面を滑らかに
且つ清浄にした上で次の肉盛を施すことにより多層盛が
可能となり、所望の被覆膜の施工ができるようになった
。 盛り数については、多層になるほど耐クラック性に有利
となるが、改削等の手間、費用等を鑑みて、３〜４層で
十分である。また肉盛厚についても盛り数により変わっ
てくるが、３ｍｍ〜６ｍｍで十分である。本発明により
製造したプラグ等においては、従来材の５倍以上の寿命
を示し、潤滑を併用すればさらにより一層の耐久性を期
待できる。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例として、３％Ｃｒ−１％Ｎｉ
系母材にプラズマ肉盛溶接により表１に示すような条件
にて多層被覆したモデルミルプラグを製造し、下記のよ
うな条件のもとモデルミル試験を行い、その耐久性を調
べた。
系母材にプラズマ肉盛溶接により表１に示すような条件
にて多層被覆したモデルミルプラグを製造し、下記のよ
うな条件のもとモデルミル試験を行い、その耐久性を調
べた。
【０００９】
（１）試験機 ：エロンゲータミル
（２）圧延素材：サイズ 外径７５ｍｍ厚み１４ｍｍ
鋼種 ＳＵＳ３１６
（３）製品寸法：外径 ７５ｍｍφ、厚み ５ｍｍ
（４）圧延温度：約１２００℃ （５）プラグ径：６０ｍｍφ
（４）圧延温度：約１２００℃ （５）プラグ径：６０ｍｍφ
【００１０】
【表１】
【００１１】表２に耐久試験結果を従来材である３％Ｃ
ｒ−１％Ｎｉ系母材に黒皮スケール処理をしたプラグと
比較した。寿命は従来材を１とした時の寿命比で示した
。表２に示すように、本発明によるプラグはＳＵＳ３１
６の圧延において、従来材の５〜８倍の高い寿命を示し
た。
ｒ−１％Ｎｉ系母材に黒皮スケール処理をしたプラグと
比較した。寿命は従来材を１とした時の寿命比で示した
。表２に示すように、本発明によるプラグはＳＵＳ３１
６の圧延において、従来材の５〜８倍の高い寿命を示し
た。
【００１２】
【表２】
【００１３】
【発明の効果】以上のように、本発明を利用すれば耐熱
・耐焼付き性にすぐれた高寿命の鋼管圧延用等の鋼製工
具を製造することが可能となり、工具原単位、作業率の
向上など工業的効果は極めて大きい。
・耐焼付き性にすぐれた高寿命の鋼管圧延用等の鋼製工
具を製造することが可能となり、工具原単位、作業率の
向上など工業的効果は極めて大きい。
Claims (3)
- 【請求項１】 鋼製工具の表面に、Ｍｏ−Ｎｉ系合金
をプラズマ肉盛溶接法にて多層肉盛溶接するに際して、
Ｍｏの含有量を段階的に増加させ、最表層の合金重量配
合比をＭｏ２０〜５０％、残部Ｎｉとするとともに、未
溶解粉末粒面積率を１０％以下にしたことを特徴とする
熱間耐摩耗性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工
具。 - 【請求項２】 最表層の合金重量配合比をＭｏ２０〜
５０％、Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒの１種又は２種以上を１０％以
下、残部Ｎｉとするとともに、未溶解粉末粒面積率を１
０％以下にしたことを特徴とする請求項１記載の鋼製工
具。 - 【請求項３】 プラズマ多層肉盛溶接する際に、各肉
盛層施工後表面を改削して均一厚さとした後で次層の肉
盛溶接を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の鋼
製工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40600790A JPH04224649A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 熱間耐摩耗性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40600790A JPH04224649A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 熱間耐摩耗性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04224649A true JPH04224649A (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=18515634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40600790A Withdrawn JPH04224649A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 熱間耐摩耗性、耐焼付き性の優れた被覆を有する鋼製工具とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04224649A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016511150A (ja) * | 2013-01-31 | 2016-04-14 | シーメンス エナジー インコーポレイテッド | 超合金部品の局所修理 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP40600790A patent/JPH04224649A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016511150A (ja) * | 2013-01-31 | 2016-04-14 | シーメンス エナジー インコーポレイテッド | 超合金部品の局所修理 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980312 |