JPS58128291A - 内燃機関のエンジンバルブおよびバルブシ−ト用Ｎｉ基合金肉盛溶接棒 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関、特に高性能ディーゼル機関、さ
らにはＶ、Ｓ、およびＮａ含有の燃焼雰囲気にさらされ
るディーゼルエンジンのエンジンバルブおよびバルブシ
ートの製造に際して、’Ｉ’ＩＣ）溶接あるいは酸素ア
セチレン溶接を用いて肉盛溶接を行なった場合に、きわ
めて高い高温硬さを有し、かつすぐれた耐熱衝撃性およ
び耐バナジウムアタック性を有する溶接ビードを形成す
ることのできるＮ１基合金肉盛溶接棒に関するものであ
る。

一般に、内燃機関、例えばディーゼル機関のエンジンバ
ルブやバルブシートの製造に際しては、肉盛溶接が施さ
れるが、この肉盛溶接には、通常、アメリカ溶接協会規
格５．１３　ＲＣｏＣｒ−Ａ　（Ｃ：　０．９〜１．４
％、Ｓｉ：２％以下、　Ｍｎ　：　１％以下、Ｗ：３〜
６％、　Ｃｒ：　２６〜３２％、Ｎｉ：３％以下、Ｆｅ
：３チ以下、ＭＯ：１％以下、　Ｃｏおよび不可避不純
物：残＃））や、同５．１３ＲＣｏＣｒ−Ｂ（Ｃ：　１
．２〜１．７　％。

Ｓｌ：２％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｗニア、０〜９．５
％。

Ｃｒ：　２６〜３２％、Ｎｉ：３％以下、　　Ｆｅ：　
３％以下。

Ｍｏ：１％以下、　Ｃｏおよび不可避不純物：残シ２以
上重量％）などのＣＯ基合金肉盛溶接棒（以下従来Ｃｏ
基合金肉盛溶接棒という）が多用されている。

一方、近年、ディーゼル機関の高性能化が進むにしたが
ってディーゼル機関のエンジンバルブやバルブシートに
もすぐれた特性を具備することが要求されるようになっ
ており、具体的には、いず　５− れも肉盛溶接状態で、温度：８００℃においてビッカー
ス硬さが２８５以上の高温硬さ、および温度ニア００℃
に１５分間保持した後水冷の操作を繰り返し行なった場
合に、肉盛溶接部に割れが発生するまでの前記操作回数
が７回以上の耐熱衝撃性を有し、さらに大型のディーゼ
ル機関には主燃料としてＶ含有量の高い低質重油が使用
されるが、この場合燃料油中のＳおよびＮａによって生
成しだＮａＳＯ４が灰分中のｖ２０．の融点を下げ、と
のｖ２０．によって腐食が助長されるようになるといわ
れており、したがって、このｖ２０．が主因子として作
用する複雑な腐食現象、すなわちバナジウムアタック性
に対する抵抗（耐バナジウムアタック性）も具備するこ
とが要求されるようになっている。

しかしながら、上記従来Ｃｏ基合金溶接棒は、高温硬さ
の点で上記要求条件を満足するものの、耐熱衝撃性およ
び耐バナジウムアタック性においては、これを満足する
性質を示さず、したがって高性能ディーゼル機関のエン
ジンバルブやバルブシートの製造に用いた場合、この結
果の前記部材は　６− 十分満足する使用寿命を示さないのが現状である。

また、上記従来Ｃｏ基合金肉盛溶接棒は、世界的に資源
の少ないｃｏを多量に含有するため、省資源的および経
済的観点から使用に供することが困難になりつつある。

そこで、最近、アメリカ溶接協会規格５．１３ＲＮｉＣ
ｒ−Ａ　（Ｃ：　０．３〜０．６％、　Ｃｏ：　１．５
％以下、Ｃｒ二８〜１４％、　Ｆｅ：　１．２５〜３．
２５　％、　　Ｂ　：　２〜３％、　Ｓｉ：　］、、　
２５〜３．２５％、　Ｎｉおよび不可避不純物：残り）
や、同５．１３ＲＮｉＣｒ−Ｂ（Ｃ：　０．４〜０．８
％、　Ｃｏ：　１．２５　％以下、　Ｃｒ：　１０〜１
６％。

Ｆｅ：３〜５％、Ｂ：２〜４％、　Ｓｉ：　３〜５　％
、　Ｎｉおよび不可避不純物：残シ）、さらにイートナ
イ）　　（ＥＡＴＯＮＩＴＥ：　　Ｃ：　　２．　　Ｏ
〜　２．７５　％　、Ｓｉ：１　　つｂ以下、　Ｃｏ：
　９〜１１％、　Ｃｒ：　２１〜３１％、Ｆｅ：８％以
下、Ｗ：１４％以下、Ｎｉ：３７〜４１％）などのＣＯ
含有量の低いＮ１基合金肉盛溶接棒（以下従来Ｎ１基合
金肉盛溶接棒という）が注目されつつある。しかし、こ
れら従来Ｎ１基合金肉盛溶接棒においても、高温硬さ、
耐熱衝撃性、および耐バナジウムアタック性に関して、
上記の要求条件をすべて満足する溶接ビードは得られな
いものであり、さらに、上記のエンジンバルブやバルブ
シートの肉盛溶接に際しては、例えば幅：３ｍｍ、深さ
１１ｍｍの狭くて浅い部分に一層肉盛溶接にて高硬度を
有する溶接ビードな形成する必要があシ、したがってこ
の場合母材の溶は込み（１％）の少ない酸素アセチレン
溶接が適していることになるが、上記の従来Ｎ１基合金
肉盛溶接棒においては、Ｎｉ含有量が高いことに原因し
て酸素アセチレン溶接による肉盛溶接が困難であり、し
たがって母材の溶は込みが多い（１０％程度の溶は込み
）ために、肉盛溶接部に所定の高硬度を確保するために
は２〜３層以上の肉盛溶接が必要とされるＴＩＧ溶接に
よらなければ肉盛溶接を実施することができないという
問題点がある。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、内燃機
関、特に高性能ディーゼルエンジンのエンジンバルブお
よびバルブシートに要求される高温硬さ、耐熱衝撃性、
および耐バナジウムアタック性を備えた溶接ビードを形
成することができ、しかもコスト上昇の原因となるｃｏ
を含有せず、さらにＮ１含有量が高いにもかかわらず、
酸素アセチレン肉盛溶接の適用も可能な肉盛溶接棒を得
べく研究を行なった結果、重量％で、Ｃ：０．０３〜１
．８０％、　ｓｉ：　２．５〜９．０％、　　Ｂ　：　
０．０３〜２．０％、Ｃｒニア〜３６％、　Ｍｎ：０．
００５〜０．８０　％、　Ｚｎ：０．００１−０．３０
％を含有し、さらに必要に応じてＷ　：　０．１〜９．
０　％、　Ｍｏ：　０．１〜’ｉ’、ｏ　％、　および
Ｆｅ：１〜３０係のうちの１種または２種以上を含有し
、残りがＮ１と不可避不純物からなる組成を有するＮ１
基合金で構成された肉盛溶接棒によれば、ＴＩ（）溶接
は勿論のこと、酸素アセチレン溶接を用いて、きわめて
高い硬さを有し、かつすぐれた耐熱衝撃性および耐バナ
ジウムアタック性を有スる溶接ビードを形成することが
でき、したがって、これを特に高性能ディーゼル機関の
エンジンバルブおよびバルブシートの肉盛溶接に用いれ
ば、この結果の前記部材はすぐれた性能を発揮するよう
になるという知見を得たのである。

９− したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって、以下に成分組成範囲を上記の通りに限
定した理由を説明する。

（ａ）Ｃ Ｃ成分には、Ｃｒ成分、さらに必要に応じて含有させた
ＷおよびＭｏと結合して炭化物を形成し、もって常温お
よび高温硬さを向上させる作用があるが、その含有量が
０．０３％未満では前記作用に所望の効果が得られず、
一方１．８０％を越えて含有させると、耐熱衝撃性が低
下するようになることから、その含有量を０．０３〜１
．８０％と定めた。

（ｂ）　　５ｉ Ｓ１成分には、脱酸作用があるほか、鋳造性および肉盛
溶接性を向上させる作用があるが、その含有量が２５％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方９０％
を越えて含有させると肉盛溶接性が低下するようになる
ことから、その含有量を２．５〜９．０％と定めた。

（ｃ）　　Ｂ Ｂ成分には、常温および高温硬さを高め、かつ１０− 耐バナジウムアタック性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が００３％未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方２０％を越えて含有させると、耐熱衝撃性
、鋳造性、および肉盛溶接性が劣化するようになること
から、その含有量を０．０３〜２０％と定めた。

（ｄ）　　Ｃｒ Ｃｒ成分には、素地に固溶して、これを強化し、もって
高温硬さおよび耐バナジウムアタック性を向上させるほ
か、上記のようにＣと結合して炭化物を形成し、もって
耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が７％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方３６％
を越えて含有させると溶接ビードに脆化傾向が現われる
ようになることから、その含有量を７〜３６チと定めた
。

（ｅ）　　Ｍｎ Ｍｎ成分には、脱酸および脱硫作用のほか、肉盛溶接性
を向上させる作用があシ、特にＺｎとの複合効果によっ
て酸素アセチレン肉盛溶接の良好なる状態での実施を可
能とする作用があるが、その含有量が０００５％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方０．ＢＯ％を
越えて含有させると肉盛溶接性に劣化傾向が現われるよ
うになることから、その含有量を０．００５〜０８０％
と定めた。

（ｆ）　　Ｚｎ Ｚｎ成分には、脱酸作用および清浄化作用があるほか、
上記のようにＭｎとの共存において、特にすぐれた酸素
アセチレン肉盛溶接性を確保し、さらにＶ化合物および
Ｓ化合物に対する耐食性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が０．００１％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方０．３０係を越えて含有させると、溶
接ビードの耐酸化性および高温硬さが低下するようにな
ると共に脆化するようになり、さらに溶接棒溶製時にお
けるＺｎの添加含有に際して激しい反応を伴い実用的で
ないことから、その含有量をＯ，、ＯＯ］、〜０３０％
と定めた。

（ｇｌ　　Ｗ Ｗ成分には、素地に固溶して、これを強化し、かつ炭化
物を形成して、溶接ビードの高温強度および高温硬さを
二段と向上させる作用があるので、特にこれらの特性が
要求される場合に必要に応じて含有されるが、その含有
量がＯ，，１％未満では所望の向上効果が得られず、一
方９．０％を越えて含有させると肉盛溶接性や切削性が
劣化するようになることから、その含有量を０１〜９．
０％と定めた。

（ｈ）　　Ｍ。

Ｍｏ成分には、Ｃと結合して炭化物を形成し、高温硬さ
を一段と向上させる作用があるので、よシ一段の高温硬
さが要求される場合に必要に応じて含有されるが、その
含有量が０．１％未満では所望の高温硬さ向上効果が得
られず、一方７．０係を越えて含有させると、溶接ビー
ドの靭性および耐Ｉ（ナジウムアタック性が低下するよ
うになることから、その含有量を０．１〜７．０％と定
めた。

（ｉ）　　Ｆｅ Ｆｅ成分には、溶接ビードの耐熱衝撃性を一段と向上さ
せる作用があるので、特に耐熱衝撃性が要求される場合
に必要に応じて含有させるが、その１３− 含有量が１％未満では、所望の耐熱衝撃性向上効果が得
られず、一方３０％を越えて含有させると、高温硬さが
低下するようになって、温度：８００℃におけるビッカ
ース硬さ一２８５以上を保持することができなくなるこ
とから、その含有量を１〜３０％と定めた。

つぎに、この発明のＮ１基合金肉盛溶接棒を実施例によ
シ比較例と対比し々がら説明する。

実施例 通常の溶解法により、それぞれ第１表に示される成分組
成をもった合金溶湯を調製した後、真空吸上鋳造法によ
って、それぞれ直径：４８朋φを有する本発明溶接棒１
〜２８．比較溶接棒１〜１３、および従来溶接棒１，２
を製造した。

なお、比較溶接棒１−１３は、いずれも構成成分のうち
のいずれかの成分含有量（第１表に※印を付したもの）
がこの発明の範囲から外れた組成をもつものである。

ついで、この結果得られた本発明溶接棒１〜２８、比較
溶接棒１〜１３．および従来溶接棒１゜１４− ２を用い、（０２＋　Ｃ２Ｈ２）ガス自動溶接機にて、
直径：１２０ｍｍφ×厚さ：２０ｍｍの寸法をもったス
テンレス鋼（ＪＩＳ−９ＵＳ１６）製台金の表面に、外
径：１００朋φ×幅：２０ｍｍＸ厚さ：５朋の円環状溶
接ビードを一層肉盛溶接した。

この結果形成された溶接ビードについて、常温における
ロックウェル硬さくＣスケール）、および温度、８００
℃におけるビッカース硬さを測定すると共に、前記円環
状溶接ビードを有する合金に対して、温度ニア００℃に
加熱して１５分間保持後水冷の操作を繰シ返し行ない、
前記円環状溶接ビードに割れが発生するまでの前記操作
回数を測定する耐熱衝撃性試験を行なった。

また、同様に形成した直径：工５罷φ×長さ１１００ｍ
ｍの肉盛材よシ直径：１２ｍ、φ×高さ１１２ｍｍの寸
法をもった試験片を削り出し、温度：９００℃に加熱し
た溶融腐食法（Ｖ２Ｏ，：　８５重量％、　Ｎａ２８０
４：　１５重量％）：５０，９中に前記試験片を３時間
浸漬した後、その重量減を測定する高温腐食試験（耐バ
ナジウムアタック性試験）を行１５− なった。

さらに、酸素アセチレンガスな用い、長さ−５ｏ＠Ｈｘ
幅：２５＠ＨＸ厚さ：５ｍｍの寸法をもった軟鋼（Ｊｌ
、Ｓ−８Ｓ４１）製台金の表面に溶接ビードな一層肉盛
溶接し、その肉盛溶接状況と前記溶接ビードの表面性状
観察の酸素アセチレン肉盛溶接試験を行なった。これら
の結果を第１表に合せて示した。

なお、酸素アセチレン肉盛溶接試験においては、従来溶
接棒１と同等の最も良好な溶接ビードが得られた場合な
＠印、これに準する従来溶接棒２と同等の溶接ビードが
得られた場合を○印、肉盛溶接時に火花やガスの発生が
見られ、かつ表面に気孔が存在する溶接ビードが形成さ
れた場合をＸ印で評価した。

第１表に示される結果から明らかなように、本発明溶接
棒１−２８によれば、いずれも従来溶接棒１，２に比し
て一段とすぐれた高温硬さ、耐熱衝撃性、および耐バナ
ジウムアタック性を有する溶接ビードな形成することが
でき、しかもこれらの特性値は高性能ディーゼル機関の
エンジンバルブおよびバルブシートに要求される特性条
件を完全に余裕をもって満足するものであシ、さらにＮ
１基合金で構成されているにもかかわらず、Ｎｉを含有
しない従来溶接棒コ−９２と同等にきわめて良好な状態
で酸素アセチレン肉盛溶接を実施することができるので
ある。

これに対して、比較溶接棒］、〜１３に見られるように
、構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の
範囲から外れると、常温および高温硬さ、耐熱衝撃性、
並びに耐バナジウムアタック性のうちの少なくともいず
れかの性質が劣った溶接ビードしか形成することができ
ないものであり、さらに比較溶接棒９．ｌＯにおいては
、　ＭｎまたはＺｎを含有しないために、酸素アセチレ
ン肉盛溶接を実施することができないものであった。

上述のように、この発明のＮ１基合金肉盛溶接棒によれ
ば、’Ｉ’ｌＧ溶接は勿論のこと、Ｎｉ含有量が高いに
もかかわらず酸素アセチレン溶接を用いて、高い常温お
よび高温硬さを有し、かつすぐれた耐熱衝撃性および耐
バナジウムアタック性を有する溶接ビードを形成するこ
とができ、したがって、これを内燃機関、特にＶ、Ｓ、
およびＮａを含有する燃焼雰囲気にさらされるディーゼ
ルエンジンのエンジンバルブおよびバルブシートの製造
に用いれば、この結果の前記部材はきわめてすぐれた性
能を長期に亘って発揮するようになるなど工業上有用な
効果がもたらされるのである。

また、この発明のＮ１基合金肉盛溶接棒を、耐摩耗性が
要求されるエンジンバルブの軸端、シャフトスリーブ、
軸受、押出しスクリュー、バックアップロール、ポンプ
部品、およびプランジャーなどの部品の肉盛溶接に使用
してもよく、この結果の肉盛溶接部品はすぐれた性能を
発揮するようになることは勿論である。

出願人　　三菱金属株式会社 代理人　　富　　１）　和　夫 ２１− ４５１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　Ｃ：０．０３〜１．８０％、Ｓｉ：２．５〜９
   ，０％。 Ｂ：０．０３〜２．０％、　Ｃｒ：　７〜３６　％、　
   Ｍｎ：０００５〜０８０％、　Ｚｎ　：　０．００１〜
   ０．３０％を含有し、残りがＮ１と不可避不純物からな
   る組成（以上重量％）を有するＮ１基合金で構成された
   ことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよびバル
   ブシート用Ｎ１基合金肉盛溶接棒。 （２）　Ｃ’：０．０３〜１．８０％、Ｓｉ：２．５〜
   ９０％。 Ｂ　：　０．０３〜２．０％、Ｃｒ：’７〜３６％、Ｍ
   ｎ：０．００５〜０．８０％、　Ｚｎ：Ｏ，ＯＯ１〜０
   ．３０％を含有し、さらにＷ：０．１〜９．０％を含有
   し、残りがＮ１と不可避不純物からなる組成（以上重量
   ％）を有するＮ１基合金で構成されたことを特徴とする
   内燃機関のエンジンバルブおよびバルブシート用Ｎｊ基
   合金肉盛溶接棒。 （３）　　Ｃ：　０．０３〜１．８０係、Ｓｉ：２．５
   〜９．０チ。 Ｂ：０．０３〜２．０％、　Ｏｒ：　７〜３６　％、　
   Ｍｎ：０００５〜０８０％、　Ｚｎ　：　０．００１−
   ０．３０　％を含有し、さらにＭｏ：０．１〜７０％を
   含有し、残りがＮ１と不可避不純物からなる組成（以上
   重量係）を有するＮ１基合金で構成されたことを特徴と
   する内燃機関のエンジンバルブおよびバルブシート用Ｎ
   １基合金肉盛溶接棒。 （４１Ｃ：　０．０３〜１８０％、Ｓｉ：２．５〜９．
   ０％。 Ｂ　：　０．０３〜２．０　％、　Ｃｒ：　’７〜３６
   　チ２Ｍｎ：０．００５〜０．８０　％、　Ｚｎ：　０
   ．００１〜０．３０　％を含有し、さらにＦｅ：１〜３
   ０％を含有し、残りがＮ１と不可避不純物からなる組成
   （以上重量％）を有するＮ１基合金で構成されたことを
   特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよびバルブシー
   ト用Ｎ〕基台金肉盛溶接棒。 （５１Ｃ：　０．０３〜１．８０チ、Ｓｉ：２．５〜９
   ０％。 Ｂ　　：　　０．０　３〜２．０　％、　　Ｃｒ　：　
   　７〜３　６　％、　　Ｍｎ：０．００５〜０．８０　
   ％、　Ｚｎ　：　０．００１Ｎ０．３０％を含有し、さ
   らにＷ：０１〜９．０％およびＭｏ：０．１〜７．０％
   を含有し、残りがＮ１と不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）を有するＮ１基合金で構成されたことを特徴
   とする内燃機関のエンジンバルブおよびバルブシート用
   Ｎ１基合金肉盛溶接棒。 （６）　　Ｃ：　０．０３〜１．８０係、Ｓｉ：２．５
   〜９０％。 Ｂ：０．０３〜２．０％、Ｃｒ：’７〜３６％、Ｍｎ：
   ０００５〜０．８０％、　Ｚｎ　：Ｏ，ＯＯｌ　〜０．
   ３０％を含有し、さらにＭｏ：　０．１〜’７．０％お
   よびＦｅ：１〜３０チを含有し、残シがＮ１と不可避不
   純物からなる組成（以上重量％）を有するＮ１基合金で
   構成されたことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブ
   およびバルブシート用Ｎｉ基合金肉盛溶接棒。 （’ｉ’）　　Ｃ：　０．０３〜１８０％、Ｓｉ：２．
   ５〜９．０％。 Ｂ：０．０３〜２．０％、Ｃｒニア　〜３６％、Ｍｎ：
   ０００５〜０８０％、　Ｚｎ　：　０．００１〜０．３
   ０％を含有し、さらにＷ：０．１〜９．０％およびＦｅ
   ：ｌ〜３０饅を含有し、残シがＮ１と不可避不純物から
   なる組成（以上重量％）を有するＮ１基合金で構成され
   たことを特徴とする内燃機関のエンジンバルブおよびバ
   ルブシート用Ｎ１基合金肉盛溶接棒。 （８）　　Ｃ：　０．０３〜１．８０　％、　Ｓｉ：　
   ２．５〜９．０％。 Ｂ：０．０３〜２．０％、Ｃｒ：’ｉ’　〜３６％、Ｍ
   ｎ：０Ｏ０５〜０８０％、　Ｚｎ：Ｏ，ＯＯｌ　〜０．
   ３０％を含有し、さらにＷ：０．１〜９．０％、　Ｍｏ
   ：　０．１〜７．０％。 およびＦｅ：１〜３０チを含有し、残シがＮ］と不可避
   不純物からなる組成（以上重量％）を有するＮ１基合金
   で構成されたことを特徴とする内燃機関のエンジンバル
   ブおよびバルブシート用Ｎ１基合金肉盛溶接棒。