JPH0230800B2

JPH0230800B2 - Purazumafuntaiyosetsunikumoryofukugoyosetsuzai

Info

Publication number: JPH0230800B2
Application number: JP16608987A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shinozaki; Chikanobu Shintani
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1987-07-02
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1990-07-09
Anticipated expiration: 2007-07-02
Also published as: JPS6411093A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、プラズマ粉体溶接肉盛法により、金
属マトリツクスと分散相である炭化物系セラミツ
ク粒子からなる複合組織を有する肉盛層を形成す
るための溶接材に関する。〔従来の技術〕圧延用ロール、熱処理炉用ロール、搬送ロール
等のロール類、その他の構造部材の表面に、金属
マトリツクスと分散相であるセラミツク粒子から
なる複合組織を有する被覆層を形成することは、
これらの部材の耐熱性や耐摩耗性等を改善するた
めの極めて有効な方法である。この被覆層の形成
方法としては専ら溶射法が使用されている。その
溶射材としては、炭化珪素（SiC）、炭化タング
ステン（WC）等の炭化物系セラミツク、アルミ
ナ（Al₂O₃）、ジルコニア（ZrO）等の酸化物系セ
ラミツクを主体とする複合粉末が工業的に供給さ
れている。〔発明が解決しようとする問題点〕しかるに、溶射法により形成される被覆層（溶
射層）は、密着強度に乏しく、機械衝撃により剥
離し易いため、実機使用における安定性や耐久性
に問題がある。また、その被覆層は、複合組織の
均質性や緻密性に乏しいため、金属−セラミツク
の複合効果、特にセラミツク粒子の分散強化作用
が十分ではなく、高温域における強度、耐摩耗
性、耐熱性等の諸特性についてそれほどの改善効
果を期待することはできない。本発明は上記問題点を解決するためのプラズマ
粉体溶接肉盛用複合溶接材を提供するものであ
る。〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、マトリツクスとなる金属分と分散相
となる炭化物系セラミツク粒子とからなるプラズ
マ粉体溶接肉盛用溶接材において、分散相となる炭化物系セラミツク粒子の配合割
合が20〜80重量％であり、マトリツクスとなる金属分が、Ｃ：0.08％以
下、Si：0.5〜３％、Mn：２％以下、Ni：２〜10
％、Cr：15〜30％、Co：20〜40％、残部実質的
にFeからなる成分組成を有するものであること
を特徴としている。本発明の複合溶接材において、分散相となるセ
ラミツク粒子は炭化物系セラミツク粒子である。
炭化物系セラミツク粒子は、硬質で強度が高く、
また金属マトリツクスとの濡れもよく、分散強化
成分としてすぐれている。その好ましい例とし
て、クロム炭化物（Cr₃C₂、Cr₇C₂等）、タングス
テン炭化物（WC）、チタン炭化物（TiC）、ニオ
ブ炭化物（NbC）、炭化珪素（SiC）等が挙げら
れる。分散相となる上記炭化物系セラミツク粒子の配
合割合（マトリツクスとなる金属分との混合物中
に占める重量比）を20％以上とするのは、それよ
り少いと分散強化作用が十分でなく、例えば硬度
不足等が生じるからである。その配合割合を高め
るに従つて、分散強化作用による硬度、耐摩耗
性、耐熱性、高温強度等の向上をみるが、80％を
こえると、溶接ビードの多層盛りにおいて、ビー
ド積層間の密着不良が生じる等、溶接施工性が悪
くなり、また形成される肉盛層が靭性の乏しいも
のとなる等の不都合をきたすので、80％を上限と
した。なお、炭化物系セラミツク粒子の粒度は特
に限定しないけれども、その分散強化作用を十分
なものとするために、約50μm以下であることが
好ましく、特に２〜15μmの微細粒子である場合
は、肉盛層内の転位移動の阻止効果が高く、低温
および高温域におけるより高いレベルの強度を確
保することが可能となる。他方、マトリツクスとなる金属分は、Ni−Cr
−Co−Fe合金であり、その成分組成の限定理由
は次のとおりである。Ｃ：0.08％以下Ｃは不純物元素である。マトリツクス金属を高
融点に保つために、上限を0.08％とする。 Si：0.5〜３％以下 Siは溶接肉盛時に形成される溶融金属の流動性
の確保および脱酸効果の点から、少なくとも0.5
％を必要とする。しかし、３％をこえると、マト
リツクスの靭性が低くなるので、３％を上限とす
る。 Mn：２％以下 MnはSiと同様に、溶融金属の脱酸作用を有す
るほか、溶融金属中の不純物であるＳをMnSと
して固定化することにより、有害なFeSの生成を
防止する。しかし、含有量が多くなると、溶融金
属中におけるMnSの残存量が増加し、マトリツ
クス金属の清浄度が損なわれるので、２％を上限
とする。 Cr：15〜30％ Crはマトリツクス金属の耐酸化性を高める。
この効果を十分なものとするには、少なくとも15
％を必要とする。含有量の増加に伴つてその効果
は増すが、30％を越えると、靭性が低下するの
で、30％を上限とする。 Ni：２〜10％ Niは金属マトリツクスの靭性を高めると共に、
Crとの相互作用により耐酸化性を強化する。ま
た分散相である炭化物系セラミツク粒子との濡れ
性を良くし、複合組織の緻密性および均質性を高
める効果を有する。含有量が２％に満たないと、
上記効果が不足し、他方10％をこえると、マトリ
ツクスの融点の低下を免れない。よつて２〜10％
とする。 Co：20〜40％ Coはマトリツクスの高温強度の確保、および
炭化物系セラミツク粒子に対する濡れ性の確保の
ために少くとも20％を必要とする。その効果は含
有量の増加に伴つて強化されるが、40％をこえる
と、その効果はほぼ飽和するので、それ以上の増
量は経済的でない。よつて、40％を上限とする。マトリツクスとなる金属分の粉末粒度は特に限
定されないが、前記セラミツク粒子との混合物の
均質性を高めるためには40〜100μm程度の粒径で
あるのが好ましい。その粉末混合物は、そのまま
溶接肉盛材として使用してよいけれども、金属粒
子とセラミツク粒子とは比重差が大きいため、溶
接肉盛施工時に、Arガス等をキヤリヤガスとし
て粉体送給配管を介して溶接トーチまで送給する
過程で、また溶接トーチからその直下の溶接母材
表面の溶融プールに散布する際に、金属粒子とセ
ラミツク粒子の分離・偏析が生じることがある。
特に、粉末粒径が微細であるほどその傾向が著し
くなる。この粉末混合物の比重差による分離・偏
析の防止策としては、粉末混合物を、適当な粒径
好ましくは50〜300μm程度の造粒粉として使用す
ることが極めて効果的である。その造粒粉は公知
の造粒法により、例えば粉末混合物に、適当な糊
剤、例えばパラフイン等のワツクスを適量（例え
ば、粉末混合物100重量部に対して、２〜３重量
部）添加し、これをアルコール、水等の分散媒に
懸濁してスラリーとしたうえ、湿式噴霧乾燥機
（スプレードライヤ）に供して、造粒粉となし、
脱ろう後、焼成し、ついで粉砕機で300〜60メツ
シユに解砕処理することにより製造される。本発明の溶接材を用いるプラズマ粉体溶接肉盛
法によりロール等の部材表面に形成される複合肉
盛層は、部材表面に対する強固な融着結合関係を
有し、1200℃以上の高温度においても良好な密着
強度を失うことがなく、またその複合組織は均
質・緻密であり、耐熱性、耐酸化性にすぐれてい
ると同時に、高温での硬度が高く、従つて高温域
においても高い摩耗抵抗性を示す。また、溶接施
工性が良いので、用途に応じた厚薄任意の層厚を
有する肉盛層を形成することができる。〔実施例〕〔〕溶接肉盛材の調製 (1) マトリツクス金属粉末粒径：50μm (2) 炭化物系セラミツク粉末および粒径：
Cr₃C₂、NbC、SiC、15μm。金属粉末とセラミツク粉末との均一な混合物
100重量部に３重量部のパラフインを添加し、
スラリー調製（分散媒：メチルアルコール、固
形分濃度：60重量％）、スプレードライヤによ
る造粒（造粒粉粒径：１〜3.5μm）、脱ろう
（Ar雰囲気中、600℃）、焼成（Ar雰囲気中、
1350〜1450℃）、および解砕処理を経て、50〜
300μmの造粒粉を得る。〔〕溶接肉盛の施行上記造粒粉を溶接材とし、プラズマ粉体肉盛
溶接機により、耐熱鋼板（Ｃ：0.08％、Cr：27
％、Co：40％、Ni：17％、残部Fe）の表面に
ビードを５層盛りして層厚15mmの肉盛層を形成
する。〔〕肉盛層の品質上記肉盛溶接施工後、試験片を調製し、各種
試験を行つて第１表に示す結果を得た。表中、
試番（No.）１〜８％発明例、No.101〜110は比較
例である。比較例No.101〜110のうち、No.101〜
103は炭化物系セラミツク粒子の配合量が不足
しまたは過剰である例、No.104〜108はマトリツ
クス金属の成分組成が本発明の規定からはずれ
ている例である。また、No.109は溶射法による
肉盛層の例であり、No.110は肉盛層を有しない
母材についての試験結果を示している。また、
表中、「耐酸化性」欄は、1200℃における酸化
損耗量（mm／年）で評価し、その値が0.30mm／
年以下を、「〇」（良好）とし、0.3mm／年をこ
えるものを「×」（不良）とした。また、「溶接
施行性」は、３層以上のビード積層（層厚10mm
以上）が可能なものを「〇」（良好）とし、３
層盛りが不可能（層間接合不良）なものを
「×」（不良）と判定した。第１表に示したように、本発明の溶接材を用い
て形成される複合肉盛層（No.１〜８）は、溶射法
により形成される複合肉盛層（No.109）に比し、
基材との密着強度が高く、また高温域での硬さ、
強度、耐酸化性等にすぐれている。しかも、溶接
施工性が良好で、多層盛りが容易であり、部材の
用途や使用条件に応じた厚薄任意の厚さを有する
複合肉盛層を形成することができる。他方、セラ
ミツク粒子配合割合が不足する場合（No.101）は
高温強度や圧縮強度が低く、逆にその配合割合が
過剰の場合（No.102、103）は、溶接施工性が劣
る。また、マトリツクス金属の成分組成が本発明
の規定からはずれると、耐酸化性の不足をきたし
たり、またセラミツク粒子の配合割合が十分であ
つても、高温硬度がそれほど高くないため、耐摩
耗性や高温圧縮強度等の材質低下をさけることが
できず、いずれの場合も、本発明例の複合肉盛層
の材料特性に及ばない。

〔発明の効果〕

本発明の溶接材を用いてプラズマ粉体溶接肉盛
法により形成される複合肉盛層は、基材表面との
密着強度が高く、高温域での強度、耐熱性、耐摩
耗性等にすぐれている。また、溶接施工性が良好
であり、多層盛りによる厚い層厚の肉盛層を形成
することも容易である。従つて、ロール類、その
他の高温域における耐摩耗性、強度、耐熱性等を
必要とする各種部材の耐久性の向上安定化に大き
く貢献する。

Claims

【特許請求の範囲】１金属マトリツクスと分散相であるセラミツク
粒子とからなる複合組織を有する溶接肉盛層を形
成するための、マトリツクスとなる金属分と分散
相となる炭化物系セラミツク粒子との均一な粉末
混合物であるプラズマ粉体溶接肉盛用複合溶接材
において、炭化物系セラミツク粒子の配合割合が20〜80重
量％であり、金属分は、Ｃ：0.08％以下、Si：0.5〜３％、
Mn：２％以下、Ni：２〜10％、Cr：15〜30％、
Co：20〜40％、残部実質的にFeからなる成分組
成を有するものであることを特徴とするプラズマ
粉体溶接肉盛用複合溶接材。