JPH0452191B2

JPH0452191B2 -

Info

Publication number: JPH0452191B2
Application number: JP58120089A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ito; Keiichi Sakabe; Keiichi Yoshida; Makoto Saikae
Original assignee: Sumikin Welding Industries Ltd
Current assignee: Sumikin Welding Industries Ltd
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1992-08-21
Also published as: JPS6012296A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、とくに高温下においてもすぐれた
耐摩耗性および耐焼付性を示す肉盛溶接金属を得
ることができるサブマージアーク硬化肉盛溶接用
複合ワイヤに関する。〔従来の技術〕製鉄をはじめ、その他各方面で使用される種々
の機械類には、とくにすぐれた耐摩耗性が要求さ
れる部品が数多い。耐摩耗性は、一般にその硬度
の高さに依存するのは周知のとおりであり、した
がつて上記摩耗部品としては、高硬度の確保がま
ず第一に必要である。ところが、このような摩耗部品にしても、機械
部品の１つである以上、ただ単に硬度が高いとい
うだけでは不足であり、一般部品同様靭性につい
ても良好であることが必要とされる。しかしなが
ら一般に鉄系材料において、硬度と靭性とは互い
に相反する性格のものとして位置づけられ、その
両立は本質的に成り難い。硬質合金を肉盛溶接するいわゆる硬化肉盛は、
とくにこのように１種の材料では両立が困難な靭
性と耐摩耗性を同時に確保するのに有効な方法で
ある。つまり、部品の本体を靭性のよい材料でつ
くり、その所要の表面に硬化肉盛を施して上記特
性の両立を図ることができる。この他、硬化肉盛は摩耗部品の補修、再生にも
適用されるものである。〔発明が解決しようとする課題〕さて、サブマージアーク硬化肉盛溶接において
は、その硬化肉盛で付与する金属（以下、単に肉
盛溶接金属という）が高硬度となる関係で、成分
設計上概して溶接割れを生じ易いものとなり勝ち
である。従来肉盛溶接金属として知られるものの
中に、低中合金組成で高硬度を示すものがある
が、この金属の場合にはその成分、とくにＣ量の
調整によつて上記溶接割れを防止することが可能
である。すなわち、その低中合金組成の肉盛溶接
金属とは、Ｃ含有量は溶接割れ防止の点からもと
もと低く、代わりに各種の焼入性向上元素、例え
ばCr、Mo、Ｗ、Si、Mnその他を含み、それら
合金元素の含有により高硬度を示すもの（以下、
これを低中合金肉盛金属と言う）であるが、この
低中合金肉盛金属ではＣ量を0.4wt％以下程度に
おさえてやれば、溶接割れの防止が可能である。
第１図に、３〜8wt％Cr−0.5〜4.5wt％Mo系の
低中合金肉盛金属におけるＣ含有量、硬度および
溶接割れの関係を示した。ここに示されるように
溶接割れはＣ含有量が0.4wt％辺りをこえるとデ
ンドライト沿つて溶接割れが発生するようにな
る。なお硬度としても、Ｃ含有量0.4wt％までは
その増加とともに向上する傾向を示すが、Ｃ含有
量0.4wt％をこえるとこれが低下の傾向に転ずる
ことになる。例えば、圧延ロール等の硬化肉盛では溶接割れ
も含めて溶接欠陥の発生はとくに嫌われるが、上
記低中金肉盛金属は、とくにこのような場合に有
用なもので、実際、圧延ロールの肉盛金属として
の実用化の例がある。因みに肉盛圧延ロールにおいては、この肉盛金
属は低炭素マルテンサイトとし、必要に応じ焼戻
し処理を行つて使用されることになる。低中合金肉盛金属はこのように、溶接割れを防
止できる転で有意なものと言うことができるが、
反面これは、使用条件が冷間のみならず高温下で
の使用をも含むようなときその本来の耐摩耗性を
発揮し得ないものである。硬化肉盛対象物には、
例えば熱間圧延や成形に供されるロールのように
高温下で使用される或いは一時的に加熱を受ける
如きのもが多くあり、したがつて高温下で本来の
特性を維持できないことは、実用上きわめて大き
な不利となる。すなわち、例えば圧延ロールに適
用しても、それを熱間圧延に供した場合Ｃ含有量
の高いアダマイト系、鋳鉄系のロールに比べ耐摩
耗性と耐焼付性の転でかなり劣る性能しか示さな
いのが現実である。〔課題を解決するための手段〕上記実状に鑑み本発明者らは、サブマージアー
ク硬化肉盛溶接において、溶接割れの懸念がなく
しかも高温下においてもすぐれた耐摩耗性を示す
肉盛溶接金属の新規開発を意図して鋭意実験、研
究を重ね、その結果、Ｃ含有量を比較的高くし、
その上で親炭性の強いＶをＣ量とのバランスを考
慮して適量添加することにより、高硬度でかつそ
れを高温下まで維持する熱的安定度の高い肉盛溶
接金属が得られ、しかも溶接割れの発生も回避で
きるという貴重な事実を突止めた。上記高Ｃ化とＶ添加の組合せにより熱的に安定
な高硬度が得られるその理由は次のとおりであ
る。すなわち、高Ｃの条件下でＶをそれに見合う
量添加した場合、Ｖは親炭性が強いため肉盛溶接
金属中には多量のバナジウム炭化物が微細に分散
析出する。この炭化物は熱的に安定でしかも著し
く高い硬度を有しており、このため高Ｃ化とＶ添
加により熱的安定度のよい高硬度を得ることがで
きるものである。また、この場合同時に溶接割れ感受性をなくす
ることができるものであるが、このメカニズムの
詳細についてはいまのところ十分な解明には至つ
ていない。肉盛溶接金属の溶接割れに関しては、
そもそもその発生機構自体、未だ不明な部分が多
く残されているのが現状である。何れにしろＶの
添加を行えば、Ｃ量を高くした場合にも溶接割れ
の発生を防止することが可能なのは事実である。
すなわち、第２図は、Ｃ−Ｖ系の肉盛溶接金属
（サブマージアーク溶接による）におけるＣ、Ｖ
量と溶接割れの関係を示す実験結果の１つである
が、同図に明らかなように、Ｃ量2.5wt％を超え
る程度までの範囲では、ＶをＣ量との間に特定の
関係、すなわちＣ（wt％）＜0.2×Ｖ（wt％）＋0.63
を満たす範囲（図中ハツチング部分）で添加して
やることにより、溶接割れは防止できるのであ
る。このような知見を得たことから、本発明者らは
更に詳細に追跡調査を進め、その結果、下記に示
す合金組成が肉盛溶接金属としてすぐれた実用性
を有することを見出した。すなわち、その合金組
成は、C0.8〜2.5wt％、V3〜12wt％、Si1.7wt％
以下、Mn3wt％以下を含み、かつＣ（wt％）＜0.2
×Ｖ（wt％）＋0.63を満たし、更に必要に応じ
Cr8wt％以下、Mo4wt％以下、W8wt％以下、
Nb2.5wt％以下の１種または２種以上を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物からなる組成で
ある。上記の肉盛溶接金属は、溶接割れの発生がな
く、しかも前記低中合金肉盛金属と同等乃至はこ
れをしのぐ高硬度をもち、かつ高温下でもその硬
度を維持しすぐれた耐摩耗性を発揮するものであ
る。因みに、頭記した従来公知の低中金肉盛金属
は、炭素や炭化物を積極的に利用することを意図
するものではない。事実、実用的にはＣ量が溶接
割れ防止の面から0.4wt％以下程度に止められる
わけであるが、このような低Ｃでは、他の合金成
分をどう工夫したところで、僅かな炭化物しか確
保できず熱的に安定な硬度を得ることは到底不可
能である。上記従来の肉盛溶接金属においても、
Ｖ添加の例があるのは確かであるが、これは肉盛
溶接金属の耐焼戻し軟化抵抗或いは２次硬化をそ
の狙いとしたもので、その添加量も微量に過ぎな
い。なお、前記高Ｃ下でのＶ添加にも、上記従来
と同様の効果は無論である。本発明は、上記知見に基づくものであり、熱的
安定度が高く高温下においてもすぐれた硬度を示
し、しかも溶接割れのない肉盛溶接金属を得るた
めのサブマージアーク硬化肉盛溶接用複合ワイヤ
を提供するものである。即ち、本発明の第１のワイヤは、フラツクスを
鋼製外皮内へ充填してなる複合ワイヤにおいて、
前記フラツクスおよび鋼製外皮を合わせたワイヤ
全体における合金成分が、ワイヤ全重量に対する
重量比でC1.3wt％以上3.0wt％未満、V3.0〜1wt
％、Si2.0wt％以下、Mn5.0wt％以下、Cr11wt％
以下であることを特徴とする。本発明の第２のワイヤは、フラツクスを鋼製外
皮内へ充填してなる複合ワイヤにおいて、前記フ
ラツクスおよび鋼製外皮を合わせたワイヤ全体に
おける合金成分が、ワイヤ全重量に対する重量比
でC1.3wt％以上3.0wt％未満、V3.0〜12wt％、
Si2.0wt％以下、Mn5.0wt％以下、Cr11wt％以下
で、かつMo4.5wt％以下、W10wt％以下、
Nb8.5wt％以下のうちいずれか１種または２種以
上であることを特徴とする。複合ワイヤは、第３図イ〜ニに示す如く炭素鋼
（通常軟鋼）からなる帯鋼をその長手方向に沿つ
て成形加工して内腔をもつワイヤ状とした鋼製外
皮１に金属粉など種々のフラツクス２を内包させ
てなるもので、そのフラツクス成分の調整のし方
で合金元素の含有量、その他を容易に調整できる
ものである。本発明の複合ワイヤにおいて規定する合金成分
量は、鋼製外皮とフラツクスとを合わせたワイヤ
全体の合金成分量である。本発明の複合ワイヤによれば、自動、半自動溶
接で先述した新規組成からなる高性能肉盛溶接金
属を得ることができるものである。本発明の複合ワイヤは、その内部に各種のフラ
ツクスが混入添加される。ただし、前記合金成分
を得る合金剤以外にとくに添加が必要なものはな
い。フラツクスの具体例を下表に示した。

〔作用〕

本発明複合ワイヤの角成分限定の理由は、以下
のとおりである。Ｃ：1.3wt％未満では、溶接金属中のＶ炭化物の
析出が不十分となつて硬度の熱的安定度が悪化
し、とくに高温特性の低下を来す。他方これが
3.0wt％以上になると、溶接割れの発生を防ぎ
きれない懸念が強くなる。Ｖ：3.0wt％未満では、上記Ｃ量において溶接割
れの発生が避けられず、他方12wt％をこえる
含有は上記Ｃ量に対し溶接割れ防止の点から、
また硬度の特性面からも不必要であり、経済的
不利のみ招来する。なお、溶接割れ防止に必要
なＶ量は、肉盛金属組成においてＣ（wt％）＜
0.2×Ｖ（wt％）＋0.63を満足させる必要から、
Ｃ量と比例する関係にある。肉盛金属組成がこ
の条件を満たすときは、溶接金属の硬度の熱的
安定度も良好に維持できる。 Si：Siは強脱酸成分で、溶接金属の清浄化に寄与
する。ただし、2.0wt％こえての含有は、溶接
割れの発生を来すから、避けなければならな
い。このSiは溶接法によつては必ずしも多くを
必要としない。Si量としては上記両面から考え
て、0.2〜1.6wt％が最も好ましい。 Mn：これを脱酸作用があり、溶接性への悪影響
もない有効な成分であるが、含有量の増加につ
れ溶接割れ発生の懸念が生じてくるため、
5.0wt％をこえる含有は避けるべきである。 Cr：溶接金属中で炭化物形成に寄与し、また溶
接金属の焼入性を改善するとともに高温下での
酸化スケーリング防止にも有効である。含有量
を11％以下とした理由は後で述べる。 Mo、Ｗ、Nb：１種または２種以上を必要に応じ
選択使用する成分であう。Mo、ＷもCrと同様
Ｃとの親和力があつて溶接金属中で炭化物を形
成し、耐摩耗性、焼戻し軟化抵抗、耐熱性の向
上に効果を発揮する。しかしながら、Mo、Ｗ
およびCrは、本願発明の如く高いＶを含有す
る溶接金属に過度に含有すると、例えば熱間ロ
ールのように高温下で稼動する場合等では、そ
の肉盛溶接金属に著しい高温酸化（いわゆるバ
ナジウムアタツク）を来すおそれがあるので、
これを回避する必要上、Mo、ＷおよびCrの添
加量は、それぞれ4.5wt％以下、10wt％以下お
よび11wt％以下とする。更に、Nbも強親炭性
の元素であり、溶接金属中に炭化物をもたら
し、基本的にＶと同様の有効性を示すものであ
る。Nbは炭化物形成の点から8.5wt％ごえの含
有は不要である。なお、上記本発明複合ワイヤで得る肉盛溶接金
属中のＣ、Ｖ、Si、Mn、Crの必須合金成分につ
いては、溶接割れ、その他の溶接欠陥の回避、耐
摩耗性および耐焼付性、その他の高温特性、更に
はコスト等、あらゆる面から言つて、C1.3〜
2.2wt％、V4〜10wt％、Si0.3〜1.4wt％、Mn0.6
〜1.8wt％、Cr1.3〜10wt％の範囲の組成が、実
用上最も好ましい。実施例１第１表に示した種々の成分組成をもつ複合ワイ
ヤを使用し、同表に示す散布フラツクスを用いて
第２表に示す条件でサブマージアーク溶接法によ
り肉盛溶接を行つた。第１表の複合ワイヤは、従
来の低中合金肉盛金属を得るためのもの（従来
例）、合金成分が本発明範囲外のもの（比較例）、
そして本発明実施例の３種類を含む。溶接に採用
した第２表の条件は、一般に行われる肉盛溶接条
件である。なお、肉盛を３層としたのは、溶接時
の母材溶け込みを考慮したもので、３層にすれば
その表層はほぼ純粋な溶着金属が得られるからで
ある。溶接後は直ちに硅藻土の中に入れ冷却した。得
られた溶接金属（第３層目）の溶接割れの状況を
浸透試験により調査し、その結果を第１表に示し
た。またこれらの溶接金属について組成並びに硬
度（常温）を調べたが、その調査結果の一部を第
３表に示す。第３表に明らかなように、本発明の複合ワイヤ
(A)では、全て高Ｃ（Ｃ＞0.8wt％）であるにも拘ら
ず溶接割れが全くなくしかも硬さの点では従来の
複合ワイヤ(C)で得た中合金肉盛金属と同等乃至は
これを上廻る高性能を示す肉盛溶接金属を得るこ
とができた。なお、従来の複合ワイヤ(C)で得た溶
接金属において、Ｃ量が0.4wt％をこえるものは
何れも第４図イ，ロ（肉盛溶接金属を(A)で示す）
に符号（Ｍ）で示したような溶接割れが認められ
た。

【表】発生

【表】

【表】実施例２第５図に示したのは、熱延ダウンコイラのブロ
ツカーロール（肉盛金属層を(3)で示す）である
が、この肉盛ロールを、本発明および従来の複合
ワイヤ（ワイヤ径3.2mm）でロール肉盛を行つて
２種類製作した。肉盛溶接条件は、積層条件が４
層盛であること以外は前出〔実施例１〕と同様の
条件である。散布フラツクスとしては、従来の複
合ワイヤでは溶融型を、本発明複合ワイヤではボ
ンド型をそれぞれ使用した。溶接直後、350℃で
４時間直後の熱、徐冷した。焼戻し処理は、従来
の複合ワイヤによるものでは550℃、本発明の複
合ワイヤによるものでは600℃で４時間行い、し
かるのち肉盛金属の表面を切削加工して平滑化し
た。図に示したとおり肉盛溶接金属層３の最終厚
みは、7.5mmである。得られた肉盛ロールの何れにも、溶接割れの発
生は認められなかつた。これらのブロツカーロールを熱延ダウンコイラ
に組込んで実際使用に供し、その耐摩耗性と耐焼
付性を調査した。結果を、肉盛溶接金属（表面）
の組成、硬度と併せて第４表に示した。同表中、
耐摩耗性を示す摩耗量は、鋼材10000tあたりの片
肉の摩耗量である。焼付の有無は、約３か月使用
後の状態で判断したものである。第４表の試験結果は、本発明の肉盛ロールが一
時的に加熱を受ける環境下で耐摩耗性並びに耐焼
付性の点で従来の中合金肉盛金属を肉盛したロー
ルに比べすぐれることを如実に示している。

【表】

【表】実施例３第６図は鋼材の成形用肉盛定形ロールを示し、
図中３が肉盛溶接金属層で厚さ7.5mmである。こ
の第６図図示の肉盛定形ロールを、第５表に示し
た種々の複合ワイヤ（ワイヤ径3.2mm）によるロ
ール肉盛で製作した。溶接条件（散布フラツクス
は第５表に示す）および溶接後の処理は前出〔実
施例２〕と同様である。得られた肉盛ロールは何
れも、溶接割れの無いものであつた。上記各肉盛定形ロールを丸ビレツト材成形に使
用し、その耐摩耗性および耐焼付性を調査し、第
６表にその肉盛溶接金属（表面）の組成、硬度と
ともに示した。同表中、摩耗量は、２か月使用後
における最大摩耗部位の摩耗深さ、焼付について
は、同じく２か月後における焼付の有無をそれぞ
れ表わしている。

【表】

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明のサブマ
ージアーク硬化肉盛溶接用複合ワイヤは、溶接割
れがなくかつ高硬度で熱的安定度の高い肉盛溶接
金属を得ることが可能であり、とくに使用条件に
高温使用を含むものの硬化肉盛用として利用範囲
はきわめて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の低中合金肉盛金属における
Ｃ含有量と硬度、溶接割れの関係を示すプロツト
図、第２図はＣ−Ｖ系肉盛溶接金属におけるＣ、
Ｖ量と溶接割れの関係を示す一実験結果のプロツ
ト図、第３図イ〜ニは複合ワイヤの種々の構造例
を示す断面図、第４図は従来の複合ワイヤで得た
肉盛溶接金属に発生した溶接割れの状況を示し、
イは縦断側面図、ロは平面図である。第５図、第
６図はそれぞれ実施例において製作した熱延ダウ
ンコイラの肉盛ブロツカーロールと鋼材成形用肉
盛定形ロールの寸法図である。図中、１：ワイヤ本体、２：フラツクス、３：
肉盛溶接金属層。

Claims

【特許請求の範囲】１フラツクスを鋼製外皮内へ充填してなる複合
ワイヤにおいて、前記フラツクスおよび鋼製外皮
を合わせたワイヤ全体における合金成分が、ワイ
ヤ全重量に対する重量比でC1.3wt％以上3.0wt％
未満、V3.0〜12wt％、Si2.0wt％以下、Mn5.0wt
％以下、Cr11wt％以下であることを特徴とする
サブマージアーク硬化肉盛溶接用複合ワイヤ。２フラツクスを鋼製外皮内へ充填してなる複合
ワイヤにおいて、前記フラツクスおよび鋼製外皮
を合わせたワイヤ全体における合金成分が、ワイ
ヤ全重量に対する重量比でC1.3wt％以上3.0wt％
未満、V3.0〜12wt％、Si2.0wt％以下、Mn5.0wt
％以下、Cr11wt％以下で、かつMo4.5wt％以下、
W10wt％以下、Nb8.5wt％以下のうちいずれか
１種または２種以上であることを特徴とするサブ
マージアーク硬化肉盛溶接用複合ワイヤ。