JPH08267275A

JPH08267275A - 溶接用ニッケル合金材料

Info

Publication number: JPH08267275A
Application number: JP7000595A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Hashimoto; 芳造橋本; Kuniaki Miyazaki; 邦彰宮崎; Junichi Sato; 純一佐藤; Takeshi Ikuno; 健生野; Takeo Sumida; 武男隅田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】耐食性及び放射能汚染の問題がなく、高温で
の耐食性及び耐摩耗性がステライト合金と同等以上であ
り、耐焼き付き性が優れたプラズマ溶接用合金粉末又は
ＴＩＧ溶接用鋳造ロッドを得ることができる溶接用ニッ
ケル合金材料を提供する。【構成】プラズマ溶接用合金粉末又はＴＩＧ溶接用鋳
造ロッドに使用される溶接用ニッケル合金材料は、Ｃ：
０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５乃至１．
５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量％、Ｃ
ｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０乃至
２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆｅ：
８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至０．７
０重量％を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からな
るＮｉ合金からなる。このＮｉの一部を１０重量％以下
のＣｏで置き換えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉末プラズマ溶接（以
下、ＰＴＡ溶接という）に使用されるプラズマ溶接用合
金粉末又はＴＩＧ溶接用鋳造ロッドに関し、特にケミカ
ルプラント及び原子力プラント等に使用されるバルブの
肉盛溶接に適した耐食耐摩耗性が優れたプラズマ溶接用
合金粉末又はＴＩＧ溶接用鋳造ロッドの製造に使用され
る溶接用ニッケル合金材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ケミカルプラント及び原子力プラント等
に使用されるバルブは開閉時における摺動による摩擦を
受け、更に各種薬品又は蒸気等による腐食も問題とな
る。このため、各使用環境に適した材料が使用されてい
る。また、摺動部に耐食性及び耐摩耗性が優れた材料を
肉盛溶接する方法も良く用いられている手段である。肉
盛材料としてはステライト合金が最も多く使用されてい
る。このステライト合金は耐摺動摩耗性が特に優れた特
性も有し、耐食性及び耐熱性も良好であり、バルブの肉
盛材料として最適な材料としてこれまで多用されてき
た。

【０００３】また、溶接方法としてはロッド状の溶接材
料を用いたガス溶接及びＴＩＧ溶接がこれまで多く使用
されてきたが、最近ではＰＴＡ溶接による施工が増えて
きている。ＰＴＡ溶接は溶接材料として粉末を用いるプ
ラズマ溶接であり、高合金材料及び非鉄系材料の肉盛溶
接の分野で多く用いられている。このＰＴＡ溶接は溶接
材料が粉末であるため、材料の選択範囲が極めて広いの
が特徴であり、ワイヤ又はロッドに加工できないような
材料でも溶接材料に適用できる。また、ＰＴＡ溶接は母
材の希釈を低く抑えることが可能で、粉末の連続供給で
自動溶接を簡単に行うことができる等、肉盛溶接に適し
た特性を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステラ
イト合金は金属間の摺動摩耗には極めて優れた特性を示
すが、Ｃｏ基の合金であるため、以下に示す種々の問題
点があった。

【０００５】その一つは原料としての問題である。Ｃｏ
は生産される地域が極く限られているので、供給が不安
定であるのに加え、価格の変動も大きく、工業用として
汎用するのに適しているとはいえない。

【０００６】また、ステライト合金は、使用される分野
が広がるにつれて性能上の問題が明確になってきた。例
えば、プラスチックスの製造設備等では耐食性に問題が
生じてきている。また、原子力プラントに使用される場
合はＣｏの溶出による放射能汚染の問題が指摘されてい
る。

【０００７】こうした問題はＣｏを主成分としているた
めに発生しており、従来Ｃｏ基以外の材料を使用するこ
とが検討されている。このＣｏ基以外の材料としては、
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂのコルモノイ系材料があり、一部
では使用されている。しかし、コルモノイ系の材料は硬
度は十分に得られるが、金属同士の摺動においては焼き
付きが発生しやすく、その適用分野は極く一部に限られ
ている。

【０００８】そのため、従来より、Ｃｏを含まないでス
テライト合金と同等以上の性能を有する肉盛材料の開発
が要望されている。例えば、特開平１−２７３６９３で
は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ系材料が提案されている。この材
料は高温での耐食性及び耐摩耗性はステライト合金に匹
敵する性能が期待できるが、金属間の摺動部ではやはり
耐焼き付き性が不十分であり、プラントバルブなどへの
適用は困難である。他にも幾つかの材料が提案されてい
るが、いずれも耐焼き付き性に問題があり、実用化まで
には至っていない。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐食性及び放射能汚染の問題がなく、高温
での耐食性及び耐摩耗性がステライト合金と同等以上で
あり、耐焼き付き性が優れたプラズマ溶接用合金粉末又
はＴＩＧ溶接用鋳造ロッドを得ることができる溶接用ニ
ッケル合金材料を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接用ニッ
ケル合金材料は、プラズマ溶接用合金粉末又はＴＩＧ溶
接用鋳造ロッドの製造に使用される。このニッケル合金
は、Ｃ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５
乃至１．５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量
％、Ｃｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０
乃至２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆ
ｅ：８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至
０．７０重量％を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物
からなる。また、Ｎｉの一部を１０重量％以下のＣｏで
置き換えてもよい。

【００１１】

【作用】本願発明者は、Ｃｏを含まずステライト合金と
同等以上の性能を有する肉盛材料として、耐食性が優れ
たＮｉ−高Ｃｒ系合金に注目して開発を行った。そこ
で、本願発明者は、これまでのＮｉ基材料で問題となっ
ていた耐焼付き性を改善し、Ｎｉ−高Ｃｒ系の材料に、
Ａｌ及びＮｂを適量添加することにより十分な耐焼き付
き性と耐摩耗性が得られることを見いだした。

【００１２】また、Ｆｅは、従来、硬度を低下させて耐
摩耗性を損なうとされていたが、本願発明はこのＦｅを
積極的に添加し、溶接時の耐割れ性を大幅に改善したも
のである。これにより、大型のプラントバルブまで肉盛
溶接施工可能な溶接材料が得られる。

【００１３】本発明の組成の合金は、熱間での加工性が
悪く、プラズマＰＴＡ溶接用の粉末とした方が好まし
い。しかしＴＩＧ溶接用の鋳造ロッドとすることもでき
る。

【００１４】以下、本発明に係る粉体プラズマ溶接用合
金粉末又はＴＩＧ溶接用鋳造ロッドに使用される溶接用
ニッケル合金における各成分の添加理由及び組成限定理
由について説明する。Ｃ（炭素）：０．０１乃至０．５０重量％Ｃは固溶体を強化する成分であり、Ｃが０．０１％以上
の場合にマトリックスが強化されて耐摩耗性を向上させ
ることができる。しかし、Ｃの添加量が多くなると、Ｃ
はＣｒと炭化物を形成して耐食性が劣化し、耐割れ性も
低下するため、Ｃは０．５０％以下とする必要がある。Ｓｉ（シリコン）：０．０５乃至１．５０重量％Ｓｉは溶接中に少量のスラグを発生し、母材と溶接金属
とのなじみ性を良好にする作用がある。また、Ｓｉはブ
ローホールの発生を抑える効果もある。こうした効果を
得るためには０．０５％以上の添加が必要であり、逆に
Ｓｉが１．５０％を超えるとスラグ量が多くなりすぎて
かえってなじみ性を阻害する。Ｍｎ（マンガン）：０．０５乃至１．５０重量％Ｍｎの添加は固溶体強化の効果があり、靱性を向上さ
せ、耐割れ性を改善する。Ｍｎを０．０５％以上添加す
ると効果が得られるが、１．５０％を超えると脆化層が
現れ、延性不足により溶接特に割れが発生しやすくな
る。Ｃｒ（クロム）：４０．０乃至５５．０重量％Ｃｒは耐食性を向上させるのに必須の成分であり、固溶
体を強化し、硬さを高める作用もある。Ｃｒが３０％を
超える量から耐食性は良くなるが、４０％以上で硬さ上
昇に効果が現れ、また耐応力腐食割れが向上して、バル
ブの肉盛材として優れた特性が得られる。

【００１５】しかし、５５．０％を超える含有量になる
と、溶接金属が脆弱になり、耐割れ性が急速に低下する
ため添加量は５５．０％以下とする。Ｎｂ（ニオブ）：１．０乃至２．５重量％Ａｌ（アルミニウム）：２．５乃至４．０重量％ＮｂとＡｌの同時添加が本発明の特徴である。ＮｂとＡ
ｌはいずれもＮｉと金属間化合物を形成し、微細に分散
析出することにより耐摩耗性と耐焼き付き性を向上させ
る。特に、これらのＮｂ及びＡｌ添加は耐焼き付き性の
向上に大きな効果がある。Ｎｂは１．０乃至２．５重量
％、Ａｌは２．５乃至４．０重量％の範囲で添加すると
有効であり、これ未満では特性が十分に得られず、多す
ぎると耐割れ性が低下する。また、Ａｌについては、多
すぎるとスラグが多くなり、母材と溶接金属とのなじみ
性も阻害するという難点もある。ＮｂとＡｌの単独添加
でも同様の効果を期待できるが、添加量が多くなりすぎ
て溶接時の耐割れ性が劣化する。Ｆｅ（鉄）：８．０乃至１５．０重量％本発明の第２の特徴はＦｅの添加により良好な耐割れ性
を得ている点にある。本発明のＮｂ，Ａｌ添加型の合金
は、Ｆｅを添加しないと、耐摩耗性及び耐食性は良好で
あるが、耐割れ性が不十分で大型バルブには肉盛りでき
ない。即ち、耐摩耗性及び耐食性を損なわずに耐割れ性
を改善する方法として、Ｆｅの添加が有効である。Ｎｉ
合金においては、従来、Ｆｅは耐食性を劣化させる成分
として低く抑えられているが、本発明の合金において
は、Ｆｅの１５％までの添加は、耐食性及び耐摩耗性の
双方を損なわずに、耐割れ性を著しく向上させることが
できる。Ｆｅの含有量が１５％を超える場合は耐食性が
不十分となり、８．０％未満では耐割れ性向上の効果が
ない。このため、Ｆｅの添加量は８．０〜１５．０％と
する。Ｎ（窒素）：０．００５乃至０．７０重量％Ｎを添加するとＡｌＮが生成し、耐摩耗性の向上に効果
がある。Ｎ添加量が０．００５％未満ではその効果が現
れず、０．７０％以上ではブローホールが発生する。Ｎ（ニッケル）及び不可避的不純物残部はＮｉと不可避の不純物であるが、不純物として
Ｐ，Ｓは夫々０．０５重量％、Ｂは０．０７重量％、Ｍ
ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｕ等は夫々０．５重量％までは許容で
きる。

【００１６】また、残部のＮｉは１０％までのＣｏで置
き換えることができ、これでも本発明の効果及び性能を
損なわない。

【００１７】本発明は、ＰＴＡ溶接用の粉末として開発
されたものであるが、ＴＩＧ用の鋳造ロッドとしても適
用は可能である。しかし、肉盛部の健全性からはＰＴＡ
溶接の方が良好な結果が得られる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について比較例と比較
して説明する。供試粉末の化学成分を下記表１に示す。
粒度は６３〜２５０ミクロンに分級した。

【００１９】また、供試粉末の評価のために、以下の試
験を行った。耐摩耗性及び耐焼き付き性試験・溶接条件；下記表２に示す。・試験片；（Ａ）片面に肉盛厚さ：２３×幅：２４×
長さ：９０（ｍｍ）（Ｂ）両面に肉盛厚さ：２５×幅：２０×長さ：２５
（ｍｍ）・評価方法；図１に示すような試験方法により評価し
た。即ち、試験片Ａの間に試験片Ｂをはさみ（初期面圧
は２ＭＰａ）、試験片Ｂを上下に摺動する。摺動距離は
５ｍｍで、サイクルタイムは５秒とし、５サイクル毎に
面圧を２ＭＰａづつ上昇させる。そして、試験後の表面
状態と摩耗粉の量で耐摩耗性と耐焼き付き性を評価し
た。図中、ハッチングは肉盛り部である。溶接性試験・溶接条件；下記表３に示す。・評価方法；溶接中の粉末の飛散及びなじみ状態等から
溶接の作業性を判断し、溶接後の割れ発生状況により耐
割れ性を評価した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】腐食試験・腐食試験・溶接条件は表２と同じである。・試験片：厚さ：２×幅：１５×高さ：６５（ｍｍ）・評価方法：加圧水型原子力の一次冷却水を模した下記
表４に示す条件での応力腐食割れ試験で評価した。試験
片には図２に示すような治具を用いて耐力の７０％の応
力を付加した。治具１に試験片２をその両端部で支持
し、試験片２の中央に押圧具３を２点で接触するように
配置し、ボルト４により押圧具３を介して試験片２を押
圧する。

【００２４】

【表４】

【００２５】下記表５は溶接試験の結果を示す。比較例
１０はステライト合金である。

【００２６】

【表５】

【００２７】この表５から明らかなように、本発明の実
施例合金１〜８は溶接時の作業性は良好であり、割れな
ども発生せず、耐焼き付き性及び耐摩耗性も良好な結果
となっている。

【００２８】これに対し、比較例１はＦｅが少なく、溶
接時に割れが発生した。更に、Ｎも高いため、ブローホ
ールも認められた。比較例２はＮｂが低いため、硬さが
低く、耐摩耗性が悪く、Ｓｉが不足であり、なじみ性も
悪い。比較例３はＣｒが多すぎ、割れが発生した。比較
例４はＣｒが足らずに硬さが低く、耐摩耗性も不十分で
ある。比較例５ではＮｂが高すぎて割れが発生した。比
較例６では高Ａｌに起因する割れが認められ、なじみ性
も悪い。比較例７はＦｅを多く添加したため、また比較
例８ではＡｌが不足するため、両者共に、硬さが低くな
っている。比較例９はＳｉが多すぎるため、スラグ量が
多くなり過ぎて作業性が悪くなると共に、Ｍｎが少なす
ぎるため、十分な耐割れ性が得られない。比較例１０は
ステライト合金であるため、全てについて良好な特性を
示している。本発明の実施例１〜８については、耐応力
腐食割れ試験の結果は全て良好であった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｃ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５乃至
１．５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量％、
Ｃｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０乃至
２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆｅ：
８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至０．７
０重量％を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からな
るＮｉ合金からなるか、又はＮｉの一部をＣｏ：１０重
量％以下で置き換えたＮｉ合金からなるので、高温での
耐食性及び耐摩耗性がステライト合金と同等以上である
と共に、耐焼き付き性が優れており、耐食性及び放射能
汚染等の問題がないプラズマ溶接用合金粉末又はＴＩＧ
溶接用鋳造ロッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】耐摩耗性・耐焼き付き性試験方法を示す図であ
る。

【図２】４点曲げ治具を示す図である。

【符号の説明】

１：治具２：試験片３：押圧具４：ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤純一大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者生野健大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者隅田武男大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ溶接用合金粉末に使用され、
Ｃ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５乃至
１．５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量％、
Ｃｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０乃至
２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆｅ：
８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至０．７
０重量％を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からな
るＮｉ合金からなることを特徴とする溶接用ニッケル合
金材料。
【請求項２】プラズマ溶接用合金粉末に使用され、
Ｃ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５乃至
１．５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量％、
Ｃｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０乃至
２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆｅ：
８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至０．７
０重量％、Ｃｏ：１０重量％以下を含有し、残部Ｎｉ及
び不可避的不純物からなるＮｉ合金からなることを特徴
とする溶接用ニッケル合金材料。
【請求項３】ＴＩＧ溶接用鋳造ロッドに使用され、
Ｃ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５乃至
１．５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量％、
Ｃｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０乃至
２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆｅ：
８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至０．７
０重量％を含有し、残部Ｎｉ及び不可避的不純物からな
るＮｉ合金からなることを特徴とする溶接用ニッケル合
金材料。
【請求項４】ＴＩＧ溶接用鋳造ロッドに使用され、
Ｃ：０．０１乃至０．５０重量％、Ｓｉ：０．０５乃至
１．５０重量％、Ｍｎ：０．０５乃至１．５０重量％、
Ｃｒ：４０．０乃至５５．０重量％、Ｎｂ：１．０乃至
２．５重量％、Ａｌ：２．５乃至４．０重量％、Ｆｅ：
８．０乃至１５．０重量％、Ｎ：０．００５乃至０．７
０重量％、Ｃｏ：１０重量％以下を含有し、残部Ｎｉ及
び不可避的不純物からなるＮｉ合金からなることを特徴
とする溶接用ニッケル合金材料。