JPH09108888A

JPH09108888A - 粉体肉盛溶接用材料

Info

Publication number: JPH09108888A
Application number: JP26960595A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamamoto; 山本　　明; Yoshizo Hashimoto; 芳造橋本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】耐割れ性が優れていると共に、高温における
耐腐食性が優れた溶接金属を得ることができる粉体肉盛
溶接用材料を提供する。【解決手段】粉体肉盛溶接用材料は、Ｃ：０．００５
乃至０．５重量％、Ｓｉ：０．０１乃至１．０重量％、
Ｍｎ：０．０１乃至１．０重量％、Ｃｒ：２５．０乃至
５５．０重量％、Ａｌ：０．５乃至５．０重量％及びＭ
ｏ：５．０乃至１５．０重量％を含有し、残部がＮｉ及
び不可避的不純物からなるものである。また、粉体肉盛
溶接用材料にＦｅ及びＣｏからなる群から選択された少
なくとも１種の元素を総量で５．０乃至２０．０重量％
含有し、Ｎｂを０．５乃至５．０重量％含有している
と、より一層耐食性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ及び廃棄物処理炉
等の高温又は腐食環境における機械部品等に対して使用
され、耐割れ性が優れていると共に、高温における耐腐
食性が優れた溶接金属を得ることができる粉体肉盛溶接
用材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃棄物処理炉の材料として耐熱鋼
及びステンレス鋼が一般的に使用されている。近時、こ
の廃棄物処理炉は、処理量の増加及び環境に対する配慮
から、高温化することが検討されている。また、処理炉
より排出される熱を利用したゴミ発電プラント等の開発
も要求されている。その結果、燃焼温度が高温化し、ゴ
ミの中に含まれるプラスチックにより腐食性ガスが発生
することによって、処理炉及びプラント等が腐食すると
いう問題点がある。これらの腐食の原因は、腐食性ガス
に含まれる硫黄、塩素、鉛及びナトリウム等であり、こ
のような腐食性ガスによって複雑で激しい腐食が発生す
る。そのため、プラント等の耐食性を向上させるため
に、インコネル６２５及びインコロイ８２５等のニッケ
ル系の材料が一部で使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラン
ト等に対してニッケル系の材料を使用しても、その耐食
性は不十分である。また、一般的に、耐硫化腐食性はＣ
ｒ含有量を増加させることによって向上するが、Ｃｒの
増加によって耐塩素腐食性が低下するという問題点があ
る。一方、Ｍｏは耐塩素腐食性を向上させる効果を有す
るが、Ｍｏの添加によって耐硫化腐食性が著しく低下す
る。このように、高温で複雑な腐食が発生する廃棄物処
理炉等に対して、耐硫化腐食性及び耐塩素腐食性の双方
を満足できる溶接用材料は開発されていない。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐割れ性が優れていると共に、高温におけ
る耐腐食性が優れた溶接金属を得ることができる粉体肉
盛溶接用材料を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る粉体肉盛溶
接用材料は、Ｃ：０．００５乃至０．５重量％、Ｓｉ：
０．０１乃至１．０重量％、Ｍｎ：０．０１乃至１．０
重量％、Ｃｒ：２５．０乃至５５．０重量％、Ａｌ：
０．５乃至５．０重量％及びＭｏ：５．０乃至１５．０
重量％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物からな
ることを特徴とする。

【０００６】また、この粉体肉盛溶接用材料にＦｅ及び
Ｃｏからなる群から選択された少なくとも１種の元素を
総量で５．０乃至２０．０重量％含有することができ
る。

【０００７】更に、この粉体肉盛溶接用材料にＮｂを
０．５乃至５．０重量％含有することができる。

【０００８】

【作用】本願発明者等は、耐硫化腐食性及び耐塩素腐食
性を向上させる手段として、粉体プラズマ溶接による表
面改質に着目した。粉体プラズマ溶接は溶接材料に粉体
を使用するので、材料の選択範囲が広くなり、パイプ又
は板等に加工することができない成分系についても検討
することができる。また、粉体プラズマ溶接による改質
層は、溶射及び他の表面改質層と比較して厚い膜を得る
ことができ、５ｍｍ以上の膜厚に成膜することも可能で
ある。このため、厳しい環境下においては、最も有効な
表面改質手段である。更に、母材には従来の鉄系材料を
使用することができるので、ニッケル系の鋳造及び鍛造
材と比較して、極めて低コストで製造することができ
る。

【０００９】前述の如く、単独の成分による単純な腐食
に対しては、有効な添加元素が研究されているが、廃棄
物処理炉のように複雑な腐食に対して有効な成分はほと
んど研究されていない。このため、本願発明者等は、耐
硫化腐食性に対して有効なＣｒと耐塩素腐食性に対して
有効なＭｏを複合添加することによって、双方を満足す
る最適な成分量を検討したが、これらの２元素の添加の
みでは解決することができず、激しい腐食が観察され
た。そこで、この腐食の様子を断面観察すると、結晶粒
界に沿って硫黄が深く侵入すると共に、結晶粒そのもの
にも保護被膜が形成されることなく、腐食灰中に溶けだ
すように腐食が進んでいた。これらのことより、耐食性
を向上させるためには、結晶粒界への硫黄の侵入を防止
し、保護被膜を形成すると共に、結晶粒そのものの耐食
性を向上させることができる１又は２以上の元素を添加
する必要があることを見い出した。

【００１０】そして、各種元素を調査した結果、Ａｌの
添加によって、形成される合金の結晶粒が微細化され、
硫黄の侵入深さが減少することが認められた。また、Ａ
ｌはＣｒと共に複合酸化被膜を形成し、硫黄及び塩素の
侵入を阻止するので、耐食性を著しく向上させる効果を
有する。更に、Ｆｅ及びＣｏのいずれか一方又は両方を
添加することによって、結晶粒そのものの耐食性を向上
させると共に、溶接時の耐割れ性を向上させる効果が確
認された。また、Ｎｂは結晶粒そのものの耐食性を向上
させると共に、結晶粒界を緻密にして、硫黄の侵入を阻
止する効果を有することも確認された。

【００１１】以下、本発明における粉体肉盛溶接材料に
添加する化学成分及びその組成限定理由について説明す
る。

【００１２】Ｃ：０．００５乃至０．５重量％Ｃは溶湯の粘性及び表面張力を低下させ、粉末製造性を
良好にすると共に、粉末を真球状にして流動性を向上さ
せる効果を有する。また、Ｃは溶湯の粘性を低下させる
ことから、溶接作業性を向上させて、ビード形状を良好
にする。更に、Ｃは脱酸効果を有するので、スラグの形
成を抑制すると共に、スラグ巻き込み等の欠陥を防止す
ることができる。溶接材料中のＣ含有量が０．００５重
量％未満であると、これらの効果が低下する。一方、溶
接材料中のＣ含有量が０．５重量％を超えると、炭化物
が形成され、溶接金属の硬度が上昇することによって、
溶接割れが発生する。従って、溶接材料中のＣ含有量は
０．００５乃至０．５重量％とする。

【００１３】Ｓｉ：０．０１乃至１．０重量％Ｓｉは溶湯の粘性を低下させ、溶接作業性を向上させる
と共に、ビード形状を良好にする効果を有する。溶接材
料中のＳｉ含有量が０．０１重量％未満であると、その
効果が低下する。一方、溶接材料中のＳｉ含有量が１．
０重量％を超えると、シリサイドを形成し、溶接金属の
硬度が上昇することによって、溶接割れが発生する。従
って、溶接材料中のＳｉ含有量は０．０１乃至１．０重
量％とする。

【００１４】Ｍｎ：０．０１乃至１．０重量％Ｍｎは溶接金属の耐割れ性を向上させる効果を有する。
溶接材料中のＭｎ含有量が０．０１重量％未満である
と、この効果が低下する。一方、溶接材料中のＭｎ含有
量が１．０重量％を超えて多く添加されると、耐割れ性
が劣化すると共に、溶接時に白煙状のヒュームが発生し
て作業環境が悪化するので好ましくない。従って、溶接
材料中のＭｎ含有量は０．０１乃至１．０重量％とす
る。

【００１５】Ｃｒ：２５．０乃至５５．０重量％前述の如く、ＣｒはＡｌと共に複合酸化膜を形成し、塩
素及び硫黄の拡散を阻止することによって、耐食性を向
上させる元素である。溶接材料中のＣｒ含有量が２５．
０重量％未満であると、ニッケルの酸化物等に対する保
護性がない酸化被膜を形成して、耐食性を損なってしま
う。一方、溶接材料中のＣｒ含有量が５５．０重量％を
超えると、溶接金属の硬度が上昇することによって溶接
割れが発生すると共に、多量のスラグが形成されて、ス
ラグ巻き込み等の欠陥が多発する。従って、溶接材料中
のＣｒ含有量は２５．０乃至５５．０重量％とする。

【００１６】Ａｌ：０．５乃至５．０重量％前述の如く、ＡｌはＣｒと共に複合酸化被膜を形成し、
塩素及び硫黄の拡散を阻止することによって、耐食性を
向上させる元素である。また、Ａｌを添加することによ
って結晶粒が微細化して、硫黄の侵入深さを減少させる
ので、硫黄に対する耐食性をより一層向上させる。溶接
材料中のＡｌ含有量が０．５重量％未満であると、これ
らの効果が低下する。一方、溶接材料中のＡｌ含有量が
５．０重量％を超えると、多量のスラグが発生し、スラ
グ巻き込み等の欠陥が多発する。従って、溶接材料中の
Ａｌ含有量は０．５乃至５．０重量％とする。

【００１７】Ｍｏ：５．０乃至１５．０重量％Ｍｏはマトリックスに固溶して塩素の拡散を阻止し、耐
食性を向上させる元素である。溶接材料中のＭｏ含有量
が５．０重量％未満であると、この効果が低下する。一
方、溶接材料中のＭｏ含有量が１５．０重量％を超える
と、溶接金属の硬度が上昇することによって溶接割れが
発生すると共に、多量のスラグが発生してスラグ巻き込
み等の欠陥が多発する。従って、溶接材料中のＭｏ含有
量は５．０乃至１５．０重量％とする。

【００１８】Ｆｅ＋Ｃｏ：５．０乃至２０．０重量％Ｆｅ及びＣｏは結晶粒そのものの耐食性を向上させると
共に、溶接時の耐割れ性を向上させる元素である。溶接
材料中のＦｅ及びＣｏの含有量の総量が５．０重量％未
満であると、この効果が低下する。一方、溶接材料中の
Ｆｅ及びＣｏの含有量の総量が２０．０重量％を超える
と、ＦｅとＣｏとによって複合酸化物を形成し、この酸
化被膜はＦｅ及びＣｏを添加しないものと比較して、更
に悪い影響を及ぼしてしまう。また、高温の使用におい
てシグマ相が形成され、溶接金属の靱性が低下する。従
って、Ｆｅ及びＣｏのいずれか一方又は両方を溶接材料
に添加する場合は、Ｆｅ及びＣｏの含有量の総量は５．
０乃至２０．０重量％とする。

【００１９】Ｎｂ：０．５乃至５．０重量％Ｎｂは結晶粒そのものの耐食性を向上させると共に、結
晶粒界を緻密にして硫黄の侵入を防止する効果を有す
る。溶接材料中のＮｂ含有量が０．５重量％未満である
と、この効果が低下する。一方、溶接材料中のＮｂ含有
量が５．０重量％を超えると、溶接金属の硬度が上昇す
ることによって溶接割れが発生し、Ｎｂを添加しないも
のと比較して、耐割れ性が低下する。従って、溶接材料
にＮｂを添加する場合は、溶接材料中のＮｂ含有量は
０．５乃至５．０重量％とする。

【００２０】不可避的不純物前記添加成分の他に、溶接材料に不可避的に混入する不
純物として、Ｐ、Ｓ、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｖ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ及びＣｕ等がある。Ｐ、Ｓ及びＢの含有量が夫
々、０．０５重量％を超えると、他の溶接材料と同様
に、溶接金属の耐割れ性を低下させてしまう。Ｃａ及び
Ｍｇは、夫々０．０５重量％まで添加しても、本発明の
効果に影響を及ぼすことがない。また、Ｖ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｗ及びＣｕは、夫々２．０重量％まで添加しても、
本発明の効果に影響を及ぼすことがない。ガス成分とし
てのＯ及びＮは粉末の製造条件により異なるが、Ｏは
０．３重量％、Ｎは０．７重量％まで添加しても、本発
明の効果に影響を及ぼすことがない。従って、溶接材料
中のＰ、Ｓ、Ｂ、Ｃａ及びＭｇは、夫々０．０５重量％
以下、Ｖ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ及びＣｕは、夫々２．０重量
％以下、Ｏは０．３重量％以下、Ｎは０．７重量％以下
に規制することが必要である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係る粉体肉盛溶接用材料の実
施例についてその比較例と比較して具体的に説明する。

【００２２】先ず、表１〜６に示す化学成分を有する合
金を溶解し、不活性ガスを使用してガスアトマイズし、
粉末を製造した。これを６３〜２５０μｍの範囲に分級
し、粉体肉盛溶接用の粉末を製造した。次いで、この粉
末を使用して肉盛溶接を実施し、溶接時の耐割れ性及び
耐食性を評価した。

【００２３】耐割れ性の評価については、１００ｍｍ×
２００ｍｍ×３００ｍｍの軟鋼の試験片を準備し、２５
０℃の温度で予熱を施した後、前記粉体肉盛溶接用の粉
末を使用して、２００ｍｍ×３００ｍｍの面に２層で２
０パスの肉盛溶接をした。このとき、肉盛の厚さは７ｍ
ｍ程度となった。そして、割れの発生の有無によって耐
割れ性を評価した。

【００２４】また、耐食性の評価については、２０ｍｍ
×１００ｍｍ×１５０ｍｍの軟鋼の試験片を準備し、２
５０℃の温度で予熱を施した後、前記粉体肉盛溶接用の
粉末を使用して、１００ｍｍ×１５０ｍｍの面に２層で
８パスの肉盛溶接をした。肉盛の厚さは同様に、７ｍｍ
程度となった。この溶接金属の表面側から２ｍｍ×１０
ｍｍ×１０ｍｍの試験片を切り取って、腐食評価用試験
片とした。そして、以下に示す組成を有する合成腐食灰
及びガスを充填した容器中において、５５０℃の温度で
９６時間、この試験片を放置した。その後、断面厚さの
減少量と腐食変質層の厚さを測定し、これらの合計値を
耐食性として評価した。従って、耐食性の数値は小さい
ほど、より優れていることを示す。合成腐食灰組成：20%ＫＣｌ-20%ＮａＣｌ-20%Ｎａ₂ＳＯ
₄-20%ＣａＳＯ₄-20%ＰｂＳＯ₄ ガス：0.5%ＨＣｌ-20%Ｈ₂Ｏ-10%Ｏ₂-70ppmＳＯ₂-Ｎ₂ これらの評価結果を下記表３及び６に併せて示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【表５】

【００３０】

【表６】

【００３１】上記表１〜６に示すように、溶接用粉末中
の化学成分が請求項１乃至３に規定した本発明の範囲内
である実施例Ｎｏ．１〜１９については、耐割れ性及び
耐食性が共に、良好なものとなった。特に、実施例Ｎ
ｏ．１０〜１９については、請求項２又は３に規定した
範囲を満足しているので、耐食性がより一層向上された
ものとなった。

【００３２】一方、比較例Ｎｏ．２０〜２３、２４及び
２７はＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ａｌ又はＣｒの含有量が
本発明範囲の上限を超えているので、溶接割れが発生し
た。従って、耐食性試験は実施しなかった。比較例Ｎ
ｏ．２５、２６及び２８はＡｌ、Ｃｒ又はＭｏの含有量
が本発明範囲の下限未満であるので、耐割れ性の評価は
良好であったが、耐食性が著しく低下した。

【００３３】比較例Ｎｏ．２９及び３２はＦｅ含有量が
本発明範囲の上限を超えているので、耐食性が低下し
た。また、比較例Ｎｏ．３０及び３１はＮｂ含有量が本
発明範囲の上限を超えているので、溶接割れが発生し、
耐食性試験を実施することができなかった。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
粉体肉盛溶接用材料中のＡｌ及びＣｒ等の含有量を適正
量に規制しているので、耐割れ性が優れていると共に、
高温における耐腐食性が優れた溶接金属を得ることがで
きる。また、溶接用材料中のＮｂ、Ｆｅ及びＣｏの含有
量を適切に制限すると、更に一層耐食性を向上させるこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：０．００５乃至０．５重量％、Ｓ
ｉ：０．０１乃至１．０重量％、Ｍｎ：０．０１乃至
１．０重量％、Ｃｒ：２５．０乃至５５．０重量％、Ａ
ｌ：０．５乃至５．０重量％及びＭｏ：５．０乃至１
５．０重量％を含有し、残部がＮｉ及び不可避的不純物
からなることを特徴とする粉体肉盛溶接用材料。
【請求項２】更に、Ｆｅ及びＣｏからなる群から選択
された少なくとも１種の元素を総量で５．０乃至２０．
０重量％含有することを特徴とする粉体肉盛溶接用材
料。
【請求項３】更に、Ｎｂを０．５乃至５．０重量％含
有していることを特徴とする粉体肉盛溶接用材料。