JPH05337684A

JPH05337684A - 粉体プラズマ溶接用材料

Info

Publication number: JPH05337684A
Application number: JP17894592A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Hashimoto; 橋本芳造
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】従来使用されている肉盛材料より高温(７０
０℃以上)での強度が高く、かつ靭性にも優れ、安定し
た寿命の熱間金型等の肉盛部材が得られる肉盛溶接用材
料を提供する。【構成】この肉盛溶接用材料は、Ｃ:０.４％以下、Ｓ
i:０.１〜２.０％、Ｍn:２.０％以下、Ｃr:１５〜４０
％、Ｃo:５〜３０％、Ｔi:４.０％以下、Ａl＋１／２Ｔ
i:１.０〜６.０％、Ｂ:０.０５％以下を含み、必要に応
じて更にＭo:４〜１０％及びＦe:０.１〜４.０％の１種
又は２種を含み、残部が実質的にＮiからなることを特
徴としている。溶接法は粉体プラズマ溶接が好ましい。
この材料を用いて肉盛溶接後５５０〜９００℃で時効熱
処理すると、最高の高温強度を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉体プラズマ溶接用粉末
材料に関し、高温において使用され、耐摩耗・耐熱衝撃
性が要求される部材、特に高い面圧を受け７００℃以上
の温度で使用される熱間鍛造金型の製造に適している。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】熱間鍛
造金型は、高温で大きな面圧下で金属間摩耗を受け、ま
た衝撃荷重もかかるため、高温での強度が高く衝撃にも
強い材料が要求され、一般にＳＫＤ６１などの工具鋼が
多く用いられている。

【０００３】また、使用により損傷を受けた金型は、廃
却される場合も多いが、改削や肉盛補修を行なって再使
用される場合もある。特に大型の金型の肉盛再生は経済
的なメリットが大きい。

【０００４】従来より、この肉盛溶接には、高温強度の
高い工具鋼系の溶接材料や、Ｃo基合金のステライト、
Ｎi基合金のコルモノイ等が用いられている。

【０００５】しかしながら、一般に工具鋼系の溶接材料
では、母材に比べ、高温強度が低く十分な性能が得られ
ない。また、コルモノイでは、高温の強度は高く耐摩耗
性は良好であるが、靭性に乏しく、使用中に欠けや割れ
が発生し易く、また耐焼き付き性も不十分であり、適用
は極小型の金型に限られている。

【０００６】更に、ステライトはコルモノイよりは靭性
が高く、高温における耐摩耗も良好なため、熱間金型に
もかなり使用されて良好な結果を得ているものもある。
しかし、使用温度が７００℃を超えるような環境では凸
部がだれて比較的短い寿命しか得られない。また、熱衝
撃によりヒートクラックが発生し易く、局部的な剥離
(スポーリング)を起こすことがあり、性能が不安定であ
る。

【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、従来使用されている肉盛材料より高温(７００℃以
上)での強度が高く、かつ靭性にも優れ、安定した寿命
の熱間金型等の肉盛部材が得られる肉盛溶接用材料を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、ここに新規な肉
盛溶接用材料を見出したものである。

【０００９】すなわち、本発明は、Ｃ:０.４％以下、Ｓ
i:０.１〜２.０％、Ｍn:２.０％以下、Ｃr:１５〜４０
％、Ｃo:５〜３０％、Ｔi:４.０％以下、Ａl＋１／２Ｔ
i:１.０〜６.０％、Ｂ:０.０５％以下を含み、必要に応
じて更にＭo:４〜１０％及びＦe:０.１〜４.０％の１種
又は２種を含み、残部が実質的にＮiからなることを特
徴とする粉体プラズマ溶接用粉末材料を要旨としてい
る。

【００１０】以下に本発明を更に詳述する。

【００１１】

【作用】

【００１２】本発明は、基本的には、ＣoとＣrで固溶強
化したＮiにＡl及びＴiを添加することにより、高温強
度と優れた靭性・耐焼き付き性を可能にした肉盛材料と
いうことができる。以下にそれぞれの成分の限定理由を
示す。

【００１３】Ｃ：本発明では、強度はＣo及びＣrの固溶
強化と、Ａl及びＴiの析出強化に依っており、基本的に
はＣを必要としない。しかし、Ｃを０.０５〜０.１％の
範囲で添加すると、母材となじみをよくする作用があ
る。０.１％以上も可能であるが、０.４％を超えると溶
接時に割れが発生し易くなるので、Ｃ量は０.４％以下
とする。

【００１４】Ｓi：Ｓiは主に脱酸剤として添加される
が、０.１％未満ではその効果が得られず、ブローホー
ルが発生する。しかし、２.０％を超えると脆化し使用
中に大きな割れが発生し易くなるので、Ｓi量は０.１〜
２.０％の範囲とする。なお、Ｓiは高温強度の向上、溶
接作業性の改善にも効果があり、０.２〜１.０％程度の
添加で最も良好な特性を示す。

【００１５】Ｍn：Ｍnは耐酸化性を劣化させるため、多
量の添加は好ましくないが、２.０％以下の添加であれ
ば、靱性向上、溶接割れ防止の効果がある。

【００１６】Ｃr：Ｃrは固溶強化により高温強度を得る
主要成分であるが、１５％未満では十分な強度を得るこ
とができない。一方、４０％より多く添加しても効果が
なく、また溶接時に母材とのなじみを阻害する。よっ
て、Ｃr量は１５〜４０％とする。

【００１７】Ｃo：Ｃoは本発明を構成する主要成分の一
つであり、ベース材のＮiを固溶強化する。高温強度に
はあまり寄与しないが、Ｃoの添加で溶接時の高温割れ
を防止し、更に使用中のヒートクラックを軽減し、耐ス
ポーリング性を向上する効果がある。しかし、５％未満
ではこのような効果がなく、また３０％を超えて添加す
ると、Ａl及びＴiによる析出強化の効果を低減させるの
で好ましくない。よって、Ｃo量は５〜３０％とする。

【００１８】Ａl、Ｔi：Ａl及びＴiは本発明の重要な成
分であり、７００℃以上の高温強度を得るために添加す
る。これは、ＡlとＴiは共にＮiと金属間化合物を形成
し析出強化の効果を示すためである。Ａlの方がより効
果は大きく、Ｔiの倍の効果が得られる。すなわち、Ａl
＋１／２Ｔiの合計で１.０％からその効果が得られ、多
いほど高温での強度は高くなるが、６.０％を超えると
脆化し、衝撃荷重で割れや欠けが発生して寿命を短くす
るので好ましくない。よって、Ａl及びＴiはＡl＋１／
２Ｔiの合計で１.０〜６.０％の範囲とする。但し、特
にＴiは脆化を促進するため、添加量の上限を４.０％と
する必要がある。

【００１９】Ｂ：Ｎi合金中にＢを添加すると著しく脆
化し、溶接時に割れを発生するため、Ｂは０.０５％以
下に抑える必要がある。しかし、極少量のＢは溶接作業
性をよくする効果もあり、０.００５〜０.０２％程度の
添加で湯流れが良くなり、溶接作業が行い易くなる。

【００２０】更に耐焼き付き性等が必要な場合には、Ｍ
o及びＦeの１種又は２種を適量にて添加することができ
る。

【００２１】Ｍo：ＭoはＣrとの複合添加で高温強度向
上に効果があり、耐焼き付き性も向上する。４％以上の
添加で効果を発揮するが、１０％を超えると耐酸化性が
劣化するので、Ｍo量は４〜１０％とするなお、Ｍoは単
独添加では効果がなく、必ずＣrとの共存が必要であ
る。

【００２２】Ｆe：Ｆeは耐衝撃性向上に効果があり、
０.１〜４.０％程度の添加が有効である。しかし、Ｆe
の添加は高温強度を低下させるため、特に強度が必要な
場合にこの範囲で添加量を抑える必要がある。Ｆeを多
く添加する場合はＭoで強度を補うのが望ましい。

【００２３】以上の成分組成の粉末材料は、粉末の形で
粉体プラズマ溶接に用いるのが最も効果的であるが、鋳
造棒としてＴＩＧ溶接やガス溶接に用いることもでき
る。

【００２４】この粉末材料を用いた肉盛溶接により、熱
間鍛造金型等々の熱間耐摩耗部材が得られる。より高温
での強度を得るには、肉盛溶接後に以下の熱処理を施
す。

【００２５】熱処理：肉盛溶接後、５５０〜９００℃で
の熱処理を行なうことで金属間化合物を十分に析出さ
せ、この材料の最高高温強度を得ることができる。５５
０℃未満では析出が不十分であり、また９００℃を超え
ると金属間化合物が粗大になり、強度が低下する。

【００２６】次に本発明の実施例を示す。

【００２７】

【実施例１】表１に示す成分組成の粉末材料を用い、以
下の溶接条件で粉体プラズマ溶接を行い、溶接性及び酸
化性の試験を行った。その結果を高温硬さと共に表２に
示す。

【表１】

【表２】

【００２８】〈溶接条件〉施工法：粉体プラズマ溶接母材：ＳＳ４００（２５mmＴ×１００mmＷ×２００mm
Ｌ）予熱温度：２５０℃ 電流：１６０Ａ(ＤＣＥＰ) 積層法：２層盛(１層５パス)

【００２９】なお、酸化性は、肉盛金属から３mmｔ×２
０mm□の試験片を取り出し、大気中で８００℃×５０Ｈ
rの加熱を行い、重量増を測定し、重量増が５mg／cm²以
下を良好(○)と評価した。

【００３０】表２より明らかなように、本発明例のＡ〜
Ｄ、Ｎ、Ｏの粉末を用いたものは、いずれも良好な作業
性を示し、割れのない溶接ができた。また、耐酸化性も
良好で高温の強度も高い値となっている。

【００３１】一方、比較例のＥは、Ｃが高く、溶接時に
割れが発生した。比較例Ｆでは作業性・耐割れ性ともに
良好であったが、Ｍnが高いため酸化し易い。比較例Ｇ
では、Ｃoが低く過ぎるため高温割れが発生し、更にＳi
も不足してブローホールが発生している。比較例Ｈでは
Ｃr、Ｃoが高く、母材となじみが悪く、硬さも低くなっ
ている。またＭoの添加量も多すぎるため耐酸化性が低
下している。比較例ＩではＡl、Ｔi、Ｍnがいずれも過
多により割れや耐酸化性不良が発生している。比較例Ｊ
では過剰なＳi添加で割れが発生し、Ｃr不足で耐酸化性
が劣化し高温での強度も大きく低下している。比較例Ｋ
ではＢが多すぎて割れが発生し、またＡl＋１／２Ｔiの
合計が不足して硬さも低くなっている。

【００３２】また、ＬとＭは従来材であり、従来材Ｌの
コルモノイは溶接時に割れが発生した。また、従来材Ｍ
のステライトでは作業性、耐割れ性、耐酸化性ともに良
好であるが、高温強度が低くなっている。

【００３３】

【実施例２】実施例１で溶接時に割れの発生しなかった
粉末材料を用いて、熱間鍛造用のポンチの肉盛を用い、
実機試験を行った。その結果を表３に示す。

【表３】

【００３４】表３より明らかなように、本発明例Ａ〜Ｄ
では、いずれも、５０００ショット使用後で若干の割れ
は発生しているものの、欠けや大きな摩耗もなく良好な
結果が得られている。特にＭoを含有しているＣ、Ｄで
は、殆ど焼き付きもなく極めて良好な状態を保ってい
る。

【００３５】これらに対し、比較例Ｆでは、大きな割れ
や欠けは認められないものの、表面が酸化を受けてかな
り摩耗している。比較例Ｈでは硬度不足と耐酸化性不良
で大きく摩耗が進行している。また、従来多く用いられ
ているステライト(Ｍ)でも、コーナー部で摩耗が進行し
ており、一部で欠けも発生している。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
従来使用されている肉盛材料より高温での強度が高く、
かつ靭性にも優れ、安定した寿命の熱間金型等の肉盛部
材が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で(以下、同じ)、Ｃ:０.４％以
下、Ｓi:０.１〜２.０％、Ｍn:２.０％以下、Ｃr:１５
〜４０％、Ｃo:５〜３０％、Ｔi:４.０％以下、Ａl＋１
／２Ｔi:１.０〜６.０％、Ｂ:０.０５％以下を含み、残
部が実質的にＮiからなることを特徴とする肉盛溶接用
粉末材料。
【請求項２】更にＭo:４〜１０％及びＦe:０.１〜４.
０％の１種又は２種を含む請求項１に記載の肉盛溶接用
粉末材料。
【請求項３】粉体プラズマ溶接用である請求項１又は
２に記載の肉盛溶接用粉末材料。
【請求項４】請求項１又は２に記載の粉末材料を用い
て肉盛溶接された熱間耐摩耗部材。
【請求項５】請求項４において、肉盛溶接後、５５０
〜９００℃で時効熱処理を施した熱間耐摩耗部材。