JPS61206589A

JPS61206589A - 硬化肉盛潜弧溶接法

Info

Publication number: JPS61206589A
Application number: JP4784785A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Koike; 弘之小池; Hitoshi Nishimura; 西村　均
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1985-03-11
Publication date: 1986-09-12
Also published as: JPH0244637B2

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】（産業上の利用分野）本発明は硬化肉盛潜弧溶接法に関し、更に詳しくは、溶
接のままでも良好な耐摩耗性を発揮するとともに、溶接
後室化処理を行なうことによシ一層耐摩耗性を向上しう
る硬化肉盛潜弧溶接法に関するものである。

（従来の技術）従来よシ、硬化肉盛潜弧溶接法は品質の安定化、高能率
という利点から産業界の各分野で広く利用されている。

例えば、製鉄所におけるロール、ローラ類の肉盛、シャ
フト類の肉盛、あるいは土木建設機械類の足まわり部品
の肉盛溶接などに使用されている。

しかしながら、硬化肉盛溶着金属の場合、凝固冷却が早
く、焼入れされやすい状態で肉盛溶接されるために、溶
接割れが生じやすくなる。耐割れ性向上のためには、合
金元素を多量に含有させ目的とする硬さを得るか、ま穴
場合によっては硬さをある程度犠牲にして溶接割れを防
止する方法が採られている。

例えば、本発明者は先に特開昭５６−１５２９４５号公
報で耐割れ性良好でかつ高硬度な特性を有するもの全開
示し次が、これはＣｒ　　９．Ｑ〜■７．０チ、Ｎｂ　
　１．５〜１４．４１を含有し、その合金含有量が多い
ため展進コストが高価となシ、コストの安い材料で耐割
れ性良好でかつ高硬度溶着金属を有する材料の開発が望
まれていた。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、コストの安い低合金鋼で耐割れ性良好かつ高
硬度肉盛層を得ることのできる硬化肉盛潜弧溶接法を提
供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨は、フラックス入多ワイヤを用いる硬化肉
盛潜弧溶接法において、フラックス入りワイヤ全重量に
対する内蔵フラックスの比率が１０〜６０％であり、下
記（１）式で計算される換算含有量ｚとして、００．１
−０．５重量％、Ｓｉ　　０．２〜２．Ｏ１ｉｉ−％、
Ｍｎ　　０．３−３．０重量％、Ｃｒ　　１．０〜４，
０３ｉｉ１％を含有させ、さらに、Ｔ１またはＴｉの酸
化物をＴｉに換算して０．１〜５．０重量％、　Ｂまた
はＢの酸化物をＢに換算して０．１〜１．０ｆｉｆｉ−
１のうちの一稽以上を含有させ、さらに、必要に応じて
、Ｍｏ　　４．０ｉｉ％以下％Ｖ　２．０重量チ以下％
Ｎｂ　　１．０重量％以下のうちの一種以上を含有させ
、さらに、必要に応じて、Ａｌ１２．０重量−以下を含
有させることを特徴とする硬化肉盛潜弧溶接法である。

ｚ＝ｘ＋−ｙ　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
）Ｚ：換算含有量（重ｆ％〕Ｘ二フラックス入りワイヤ中の含有量（重量％〕Ｙ：溶
接フラックス中の含有量（重ｆｉ：％）（作用）本発明者らは、割れを防止し、かっよシ高硬度の表面層
を得るべく肉盛溶着金属の表面処理について検討を行な
った。

まず、通常の軟鋼と同様の組ｉｔ有する溶着金属につい
て窒化を行ない、その実用性について検討を行なつ次。

この場合でも災面層ＦｉＨｖ５５０程度の硬さは得られ
るが、これを実用に供した場合、窒化層の直下は軟鋼で
あり、軟がいため表面に受は比負荷によυ座屈してし壕
い、硬い窒化層の長所を発揮することができなかった。

次に５種々のスラックス入りワイヤとフラックスにより
調整された低合金鋼肉盛金属について検討した結果、本
発明で目的とする表面硬ざＨｖ６００以上の窒化層がそ
の特性を発揮するためには、肉盛層と窒化層との硬度差
をＨｖ３００以内にする必要があることが判明した。

窒化層の硬さは一般にはＨｖ６００〜８ｏｏ程度である
ので、窒化表面層の特性ｆｅ最大限に発揮するためには
Ｈｖ３００〜５００程度の硬さの溶着金属であればよい
との観点から、まず一般の潜弧溶接材料であるフラック
ス入りワイヤおよびフラックスを用い、その組合せにょ
る溶着金属に窒化を行ない、その特性について検討した
。その結果、一般に利用されているフラックス入りワイ
ヤ、７ラツクスによる組合せの溶着金属はＯ、Ｃｒ　　
などの合金添加による組織のツルテンサイド化、及び炭
化物生皮により硬さを高くしているが、これに窒化処理
をした場合％種々の問題点かあシ、実用化は困難である
ことが判明した。即ち、（１）　　凝固組織が粗く、デ
ンドライトが犬きぐ発達しているため、窒化後の硬度ム
ラが大きく割れが発生しやすい、（２）　炭化物が粒界にネットワーク状に生成している
ため硬度ムラが非常に大きく、使用中に溶着金属の剥離
が生じやすい、など溶接特有の問題全解決する必要があることがわかっ
た。

これらのことから、本発明はＯ−Ｃｒ　　ｔ−主成分と
して溶着金属の硬さを維持しつつ、しかも粗大炭化物の
析出を抑制し、窒化後の緒特性を確保すぺ〈研究奮進め
た結果、　Ｔｉ若しくはＴｉの酸化物、および／または
、Ｂ若しくはＢの酸化物の適当量の単独添加又は複合添
加によシ炭化物が微細化し、窒化処理によシ耐割れ性の
良好な高硬度表面層が得られることを見出し、本発明を
なしたのである。

まず、本発明においてフラックス入りワイヤを使用する
ことは、ソリッドワイヤに比較して溶は込みが少なく、
高炭素母材からの炭素の移行も低く押えることが出来、
耐割れ性の改善に良い。又、合金成分の調整も容易であ
ることなどから肉盛溶接に適していることによる。

ワイヤ全体に対する内厳フラックスの比率を１０〜６０
重量−の範囲としたのは、１０重量−未満では必要な合
金元素を添加することが困難となり、上限を６０％とし
たのは主として生産性の点からであり、６０重ＩＥチ超
ではワイヤの生産が困難となるからである。

本発明において、合金元素はフラックス入りワイヤとフ
ラックスの一方または両方から、金属粉あるいは酸化物
および化合物の形で添加することが可能であるが、フラ
ックスから添加した場合にはワイヤに対する比溶融量及
び合金歩留の相違についても考慮せねばならないことが
確かめられ、次に示す（１）式の換算含有量２により溶
接材料中の添加１ｔｔ一定める。

ｚ＝ｘ＋−ｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・［１）Ｚ：換算含有量（重ｆｉ′％）Ｘ：フラツクス入りワイヤ中の含有ｉ（重夛斧）Ｙ：フ
ラックス中の含有！（重ｉ％〕この＜１）式により得られた各成分の換算含有１を規制
した理由について以下に述べる。

まず、０は硬化肉盛溶接における主要元素であり、Ｃｒ
などの炭化物形成元素と結合して硬さの高い炭化物を析
出するとともにマトリックスをマルテンサイト化し、溶
着金属の硬さの向上に効果が大きい。しかし、０．１重
量−未満では目的とする溶着金属の硬さＨｖ３５０は得
られない。又、０．５重量％超の場合は硬さが高すぎて
溶接割れの危険性が犬となるので、０．１〜０．５重量
％の範囲とした。尚、０はスラックス入りワイヤの内蔵
フラックスおよびフラックスに添加する場合は、鋳鉄粉
、クロムカー／々イド、高炭素フェロクロム、高炭素フ
ェロランガン、グラファイトなどの形で添加する。フラ
ックス入りワイヤから添加する場合は、外皮として使用
する帯鋼からの添加も可能である。

Ｓｉは通常の潜弧溶接では０．２重″！Ｊｒチは必要で
あり、２．０重ｔ％超になると溶着金属の靭性の低下と
なるので、０．２〜２．０重量−の範囲とし比。

尚、ＳｉＶｉ　　フラックス入りワイヤの内蔵スラック
スおよびフラックスに添加する場合１ｔｉ、Ｆｅ　−Ｓ
ｔ、８１−Ｍｎ％Ｚｒ−８４，金属　Ｓｉなどの形で添
加する。フラックス入りワイヤから添加する場合は。

外皮として使用する帯鋼からの添加も可能である。

Ｍｎは合金および脱酸のため０．３重量％は必要であＬ
　　３．ＯＮ−に％超の添加によっても溶着金属の硬さ
の増加などに顕著々改善がみられないので、０．３〜３
．０重量％の範囲とした。尚、　　Ｍｎはフラックス入
りワイヤの内蔵フラックスお工びフラックスに添加する
場合は、金属Ｍｎ　、　Ｆｅ　−Ｍｎ　。

！９１−Ｍｎなどの形で添加する。フラックス入りワイ
ヤから添加する場合は、外皮として使用する帯鋼からの
添加も可能である。

ＣｒはＯと結合し、硬さの高いクロム炭化物を析出する
とともに焼入性に付与するので、硬さを要求される硬化
肉盛溶接には不可欠な元素であシ。

その含有量が１８０重量−未満では十分な硬さを得るこ
とが出来ないとともに窒化硬化もあまり期待できない。

又、４．０重量％超では析出する炭化クローム量が過多
となシ、溶接割れの原因となりやすい炭化クロームが粒
界にネットワーク状に析出し、窒化むらの原因となるこ
とや、割れの原因となるので、１．０〜４．０重量％の
範囲とした。尚、Ｃｒ　ｎ　　フラックス入りワイヤの
内蔵スラックスお工びフラックスに添加する場合は、金
属クロム、Ｆｅ　−Ｃｒ　、クロム力−ノ々イドなどの
形で添加するＴｉは　Ｂと同様デンドライトの生長を抑
制し、溶着金属に析出するクロムカー／々イドを分散さ
せる効果があるとともに％窒化時に非常に硬、い窒化チ
タンを生成し、耐摩耗性の向上に寄与しうる。

Ｔｉに換算して　０．１重量％未満ではその効果は少な
（，５，０重量％超では溶接作業性を損なうので、０、
Ｌ〜５．０重量％の範囲とした。　Ｔｌはフラックス入
りワイヤの内蔵フラックスおよびフラックスにルチール
、イルミナイト、チタンスラグなどのＴｉ酸化物として
添加され、これらは溶接過程で還元されＴｉとして溶着
金属中に入る。又、金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉの形で添加す
ることも出来、いずれも同様な効果を有する。

Ｂは単独添加および／または　Ｔｉとの複合添加によシ
溶着金属の組織を微細化し耐割れ性の向上に寄与すると
ともに、窒化処理によシ窒化２０ンを生成し、硬さを上
昇させて耐摩耗性の向上に寄与する。しかし、ＢＩＣ換
算して０．１）ｔ％未満ではその効果は少なく、ｉ、ｏ
重量％超では硼化物が粒界にネットワーク状に析出し、
割れ発生の原因となるので、　　ｏ、ｔ　−ｔ、ｏ重量
％の範囲とした。Ｂはスラックス入りワイヤの内蔵スラ
ックスおよびフラックスにホウ酸ナトリウム、ホウ酸ア
ルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、
ホウ酸ヤンゴン、ホウ酸）々リウムなどのＢ化合物とし
て添加され、これらは溶接過程で還元されてＢとして溶
着金属中に入る。又、金属Ｂ％Ｆｅ　−Ｂの形で添加す
ることも出来、いずれも同様な効果を有する。

本発明における基本取分は上記の通シであるが、必要に
応じ更に４．０重ｉ％以下のＭｏ、　２．０重量％以下
のＶ、１．０重量−以下のＮｂの１種以上を添加するこ
とが出来、これら元素の添加により更に溶着金属の硬さ
を増加することができる。

Ｍｏは溶着金属の硬ざ増加に寄与し、窒化層との硬度差
を小さくすることに役立つが、４．０重量％超の添加で
は溶接割れ発生の危険性が増すので４．０重−１重％以
下とする。Ｍｏはフラックス入りワイヤの内蔵フラック
スおよびフラックスに添加する場合は金属Ｍｏ　、　Ｆ
ｅ　−Ｍｏなどの形で添加する。

■は焼入性を増加する元素であり、その添加により溶着
金属の硬ざが増力ｎするとともに、窒化によシＶ窒化物
号生成し、硬さ増加に効果が大きい。

しかし多ｉＫ添加すると割れ感受性が高くなシ、実用上
問題となるので２．０重量％以下とする。尚、Ｖはフラ
ックス入りワイヤの内蔵フラックスおよびフラックスに
添加する場合は金属Ｖ、Ｆｅ−Ｖなどの形で添加する。

ＮｂはＣと結合して微細なＮｂカーノ々イト？析出し、
溶着金属の硬ざの上昇に効果が太きい。しかも窒化によ
りＮｂ窒化物を形成し、一層の硬度上昇ｔａかることが
出来るとともに、耐割れ性の改善にも効果が大きい。し
かしながら多量に添加してもその効果は飽和してしまう
ので１．０’ｌｉ景多以下とする。尚、Ｎｂｆｌブラッ
クス入りワ入子ワイヤフラックスおよびフラックスに添
加する場合は金属−Ｎｂ、Ｆｅ−Ｎｂなどの形で添加す
る。

Ｍｏ　、　Ｖ　、　Ｎｂの一種以上を添加する場合に更
にＷを添加することは、微細な炭化物を析出し、溶着金
属の硬さ上昇に効果が太きい。しかし、多量に添加する
と割れ発生の原因となるので４．０重量多以下とする。

尚、Ｗけフラックス入りワイヤの内蔵スラックスおよび
フラックスに添加する場合、金ＭＷ　、　Ｆｅ　−Ｗｓ
　　タングステンカー／々イトなどの形で添加する。

又、本発明において更に２．０重量％以下のＡＪをフラ
ックス入りワイヤの内蔵フラックスおよびフラックスよ
り添加することができる。

ＡＪの添加による溶受のままでの硬さの上昇などは期待
できないが、窒化処理によシ非常に硬いＡＪＮＴｈ生成
して窒化層の硬さ上昇に効果があり、耐摩耗性の向上に
寄与しうる。　Ｕ添加量にょシ窒化処理後の硬さは調整
できるが、２．０重量％超の添加では生成する。ＵＮｔ
が過多となって割れが発生しやすくなるので、２．０重
量−以下とした。

尚、　人ｌはフラックス入りワイヤの内蔵フラックスお
よびフラックスから添加する場合は金属アルミニウム％
Ｆｅ　−ＡＪ　、　ＡＪＩ　−Ｍ９などの形で添加する
。

本発明で用いるフラックスの化学組成は、主として合金
歩留を良好に維持し、溶接作業性を損なわないようにす
る必要があり、フラックスとしては、フラックスから合
金元素を添加する場合は焼成型７ラツクスが好ましいが
、合金元素すべて７ラツクス入りワイヤから添加する場
合は溶融型フラックスであってもよい。

（実施例）以下に本発明の効果を実施例によシ更に具体的に示す。

母材として第１表に示す５Ｍ４１Ｂを使用し、第２表に
示す条件で溶接を行かった。

第　　工　　表第２表第３表に使用したフラックスを示した。Ｆ−１、Ｆ−２
７ラツクスは溶融型フラックスで、粒度８×４８メツシ
ユのものを使用した。Ｆ−３，Ｆ−４フラツクスは焼成
型フラックスで、粒度１２Ｘ１００メツシユを使用し次
。

フラックス入りワイヤは第４表に示す外皮を用いて製造
し比ゆ第　　４　　表使用したフラックス入りワイヤを第５表に一括して示し
た。ワイヤ径は全て３．２ｗとした。

第５表注）ＩＩ　　ＪＩＳ　　Ｆ　　Ｓｉ　　３ＣＳｉ：４０．７
％）１）２　　ＪＩ８　　Ｍ　Ｍｎ　　Ｆ、　　（Ｍｎ
：９９．’３％）※３　　ＪＩＳ　　Ｆ　　ｕｎ　　Ｈ
ｌ　　（０：６．１−９Ｍｎニア４．２％）壷４　　ＪＩＳ　　Ｍ　　Ｃｒ　　（Ｃｒ：９９．８％
〕１）Ｅ５　　ＪＩ８　　Ｆ’　　Ｃｒ　　Ｈ３（０ニ
ア、０’％。

Ｃｒ：６３．５％〕Ｗ２Ｂ　　０：９．５ｔｓ、Ｃｒ：８９．５％壷７　　
Ｔｉ：９８％４８　　ＪＩＳ　　Ｆ　　Ｔｉ　　Ｌｌ　　（Ｔｌ：４
１．９％）秦９　　ＪＩＳ　　Ｆ　　Ｂ　　Ｌｌ　　　
（Ｂ：１９．３１＊ｉｏ　　グ５７フイ）　　　　　　
　（０：９９．９％）※１）　　ＪＩ１３　　Ｆ　　Ｍ
ｏ　　Ｌ　　　（Ｍｏ：６２．５％）Ａｌ２　　ＪＩＳ
　　Ｆ　　Ｖ　　２　　　（Ｖ：５２．３＊）壷１３　
　Ｗ：９９．９％秦１４　　ＪＩＳ　　）″　Ｎｂ　　１　　　（Ｎｂ＋
Ｔａ　：６７．５％）※１５　　Ａｌ４８．７チ壷１６　　、ｌ：６０．３％各フラックス入りワイヤとも、第１表の母材上に第２表
の溶接条件を用い第３表の７ラツクスを使用して溶接を
打力つ穴が、全て良好か溶接作業性を有した。

まｔ１窒化処理はアンモニアガス窒化法によシ、窒化条
件は全て５５０℃×２０時間とした。

第６謄に試験結果を一括して示しｔ６比較の次め本発明
の範囲外の成分を有する肉盛層についても検討を行なつ
穴。

試験結果る第６表に一括して示したが、比較例として示
したＷ　−１８１’ｔＯ、Ｃｒの各元素が本発明の要件
のＦ隈取下であり、溶接割れは発生しないが溶着金属の
硬さが低くなシ、窒化層との硬度差が大きすぎるｔめ窒
化層が剥離しゃすくなシ、目的は達せられない。

Ｗ−１９は０　、　Ｍｎ　、　Ｃｒの各元素が本発明の
要件の上限を超えており、又Ｗ−２０についてもＴｉ、
Ｂが上限を超えている。これらはいずれも溶接割れが発
生し４目的は達せられない１゜Ｗ−２１はＳｉ　、　Ｔ
ｉ　、　Ｂを除き他の元素は本発明の要件を満しておシ
、溶接割れも発生せず、硬さも十分であるが、Ｔｉ、Ｂ
’ｊｉ添加していないために炭化物が粗大化し、窒化ム
ラが生じるのでやはシ窒化層が剥離しやすく、厳しい摩
耗環境に対して実用性があるとは言えない。

（発明の効果）本発明による肉盛溶着金属は、割れも発生せず良好な耐
割れ性を示す。また、Ｔｉ、Ｂの添加により結晶粒が微
細化した肉盛溶着金属層を形成せしめ、かつ表面に窒化
処理を施すことにより安定した高硬度の窒化層が得られ
、耐摩耗性の優れた材料の提供が可能となり、工業的価
値は高い。

代理人　弁理士　　秋　沢　政　光他２名

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フラックス入りワイヤを用いる硬化肉盛潜弧溶接
法において、フラックス入りワイヤ全重量に対する内蔵
フラックスの比率が１０〜６０％であり、下記（１）式
で計算される換算含有量Ｚとして、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｓｉ０．２〜２．０重量％、Ｍｎ０．３〜３．０重量％、Ｃｒ１．０〜４．０重量％を含有させ、さらに、ＴｉまたはＴｉの酸化物をＴｉに
換算して０．１〜５．０重量％、ＢまたはＢの酸化物を
Ｂに換算して０．１〜１．０重量％、のうちの一種以上
を含有させることを特徴とする硬化肉盛潜弧溶接法。Ｚ＝Ｘ＋１／２Ｙ…（１）Ｚ：換算含有量（重量％）Ｘ：フラックス入りワイヤ中の含有量（重量％）Ｙ：フラックス中の含有量（重量％）
（２）フラックス入りワイヤを用いる硬化肉盛潜弧溶接
法において、フラックス入りワイヤ全重量に対する内蔵
フラックスの比率が１０〜６０％であり、下記（１）式
で計算される換算含有量Ｚとして、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｓｉ０．２〜２．０重量％、Ｍｎ０．３〜３．０重量％、Ｃｒ１．０〜４．０重量％を含有させ、さらに、ＴｉまたはＴｉの酸化物をＴｉに
換算して０．１〜５．０重量％、ＢまたはＢの酸化物を
Ｂに換算して０．１〜１．０重量％、のうちの一種以上
を含有させ、さらに、Ｍｏ４．０重量％以下、Ｖ２．０重量％以下、Ｎｂ１．０重量％以下、のうちの一種以上を含有させることを特徴とする硬化肉
盛潜弧溶接法。Ｚ＝Ｘ＋１／２Ｙ…（１）Ｚ：換算含有量（重量％）Ｘ：フラックス入りワイヤ中の含有量（重量％）Ｙ：フラックス中の含有量（重量％）
（３）フラックス入りワイヤを用いる硬化肉盛潜弧溶接
法において、フラックス入りワイヤ全重量に対する内蔵
フラックスの比率が１０〜６０％であり、下記（１）式
で計算される換算含有量Ｚとして、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｓｉ０．２〜２．０重量％、Ｍｎ０．３〜３．０重量％、Ｃｒ１．０〜４．０重量％を含有させ、さらに、ＴｉまたはＴｉの酸化物をＴｉに
換算して０．１〜５．０重量％、ＢまたはＢの酸化物を
Ｂに換算して０．１〜１．０重量％、のうちの一種以上
を含有させ、さらにＡｌ２．０重量％以下を含有させる
ことを特徴とする硬化肉盛潜弧溶接法。Ｚ＝Ｘ＋１／２Ｙ…（１）Ｚ：換算含有量（重量％）Ｘ：フラックス入りワイヤ中の含有量（重量％）Ｙ：フラックス中の含有量（重量％）
（４）フラックス入りワイヤを用いる硬化肉盛潜弧溶接
法において、フラックス入りワイヤ全重量に対する内蔵
フラックスの比率が１０〜６０％であり、下記（１）式
で計算される換算含有量Ｚとして、Ｃ０．１〜０．５重量％、Ｓｉ０．２〜２．０重量％、Ｍｎ０．３〜３．０重量％、Ｃｒ１．０〜４．０重量％を含有させ、さらに、ＴｉまたはＴｉの酸化物をＴｉに
換算して０．１〜５．０重量％、ＢまたはＢの酸化物を
Ｂに換算して０．１〜１．０重量％、のうちの一種以上
を含有させ、さらに、Ｍｏ４．０重量％以下、Ｖ２．０重量％以下、Ｎｂ１．０重量％以下、のうちの一種以上を含有させ、さらにＡｌ２．０重量％
以下を含有させることを特徴とする硬化肉盛潜弧溶接法
。Ｚ＝Ｘ＋１／２Ｙ…（１）Ｚ：換算含有量（重量％）Ｘ：フラックス入りワイヤ中の含有量（重量％）Ｙ：フラックス中の含有量（重量％）