JPH089113B2

JPH089113B2 - 耐食耐摩耗性に優れたＦｅ基肉盛合金

Info

Publication number: JPH089113B2
Application number: JP62175912A
Authority: JP
Inventors: 立衛矢吹; 三郎脇田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1987-07-16
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: DE3874995D1; EP0300362B1; CA1302124C; EP0300362A1; KR910003575B1; DE3874995T2; US4888153A; KR890002433A; JPS6422497A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は化学プラント特に原子力プラントなどで用
いられる弁，弁座などの摩擦部分にTIG,PTAなどで表面
硬化肉盛溶接を行った場合に、きわめて高い硬度を有
し、かつ高温高圧水中ですぐれた耐食性ならびにすぐれ
た耐摩耗性を有する溶接ビードを形成することの出来る
耐食耐摩耗性にすぐれたFe基肉盛合金に関するものであ
る。

［従来の技術］一般に、これらの化学，原子力プラントで使われる
弁，弁座などの表面硬化肉盛にはCo基のステライト（Co
−28Cr−4W）が肉盛されて使用しており、すぐれた耐摩
耗性や耐食性を発揮している。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、近年、各種化学プラントの中でも特に、原子
力プラントにおいては放射性腐食生成物の蓄積が放射線
量の増大を伴うことから、その抑制のためにはCo⁶⁰を低
減する必要があり、安全性向上の見地からCoを含まない
NiまたはFe基の合金が望まれ、また種々の合金が提案も
されているが、耐食性，耐摩耗性など全ての特性を備え
たものはないのが現状である。従って、安全性の面で問
題のあるCo基のステライトを未だ使用せざるを得ない現
状にある。

［問題点を解決するための手段］そこで、本発明者等は上述のような観点から原子力プ
ラントなどの弁，弁座などの摩擦部分の表面硬化肉盛に
適した材料を開発すべく研究を行った結果、重量％で
（以下重量％を示す） C;0.005〜1.6％， Mn;4〜28％， Cr;12〜36％， Mo;0.01〜９％， Hf;0.005〜15％， N;0.01〜0.9％，を含有し、さらに Si;0.01〜５％， Ni;5〜30％，を含有し、さらに Nb;0.01〜６％， W;0.01〜６％，のうち１種又は２種を含有し、残りがFeと不可避不純物
からなる組成（以上重量％）を有するFe基合金は常温の
ビッカース硬さが420以上で300℃の高温水中での耐食性
ならびに金属間の耐摩耗性に優れ、しかも肉盛溶接用お
よび鋳物用として使用することができ、したがって、こ
のFe基合金は原子力プラント，化学プラントなどの腐食
と摩耗を伴う苛酷な環境で使用される弁，弁座などに用
いた場合に、きわめて長期に亙ってすぐれた性能を発揮
するという知見を得たのである。

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、以下に成分組成を上記の通り限定した理由を説明
する。

（ａ）ＣＣ成分には、素地に固溶して強度を向上させ、かつ合
金成分であるCr,W,Nb,Hf,さらにMoなどと結合してM₇C₃,
MC及びM₂₃C₆型などの炭化物を形成して硬さ（耐摩耗
性）を向上させると共に、溶接性および鋳造性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が0.005未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方、1.6％を越えて含有
させると、前記炭化物の析出が多くなるばかりでなく、
その粒径も粗大化して靱性を低下させることから、その
含有量を0.005〜1.6％と定めた。

（ｂ） Mn Mn成分には素地に固溶してオーステナイトを安定化さ
せるほか、脱酸脱硫作用があり、特に耐摩耗性（硬さ）
および耐食性を向上させる作用があるが、その含有量が
４％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、
28％を越えて含有させても前記作用により一層の向上効
果が現れないばかりでなく、合金の溶解鋳造が困難にな
ることからその含有量を４〜28％と定めた。

（ｃ） Cr Cr成分には、その一部が素地に固溶し、残りの部分が
炭化物を形成して、特に硬さを向上させ、もって耐摩耗
性を向上させるほか高温水中での耐食性を向上させる作
用があるが、その含有量が12％未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方、36％以上含有させると靱性に
低下傾向が現れるようになることから、その含有量を12
〜36％と定めた。

（ｄ） Mo Mo成分には、素地に固溶して、硬さ（耐摩耗性）およ
び強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.01％
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方、９％
を越えて含有させるとＷ成分の場合と同様に靱性が低下
し、耐衝撃性が劣化するようになることから、その含有
量を0.01〜９％と定めた。

（ｅ） Hf Hf成分には、主にFe,NiおよびCr成分にて形成された
オーステナイト素地に固溶して耐食性を向上させる作用
があるほか、Ｃと結合してMC型炭化物を形成し、硬さを
向上させる作用があるが、その含有量が0.005％未満で
は前記作用に所望の効果が得られず、一方、15％を越え
て含有させてもより一層の向上効果が現れないばかりで
なく、経済的でないことから、その含有量を0.005％〜1
5％と定めた。

（ｆ）ＮＮ成分には、その一部がオーステナイト素地に固溶し
て、これを安定化して強度を向上させるほか、他方で金
属窒化物を析出形成するが、Hfとの共存において、これ
ら析出物の生成を抑制して靱性低下を防止耐衝撃性を向
上させる作用があるが、その含有量が0.01％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が0.
9％を越えると析出する窒化物量が増大するばかりでな
く、これの粗大化も起こって脆化し、靱性の低下を招く
ようになることから、その含有量を0.01〜0.9％と定め
た。

（ｇ） Si Si成分には、所望の脱酸効果，鋳造性，肉盛溶接性，
および湯流れ性を確保するためには最低0.01％の含有が
必要であり、一方、5.0％を越えて含有させてもより一
層の改善効果は期待できないことから、その含有量を0.
01〜5.0％と定めた。

なお、Si成分には、上記のように脱酸作用があるの
で、これを脱酸剤として使用した場合などには、不可避
不純物として0.01％未満の範囲で含有する場合がある
が、この場合には、不可避不純物含有量を含め、全体含
有量が0.01％以上になるようにすればよい。

（ｈ） Ni Ni成分には、素地のオーステナイトを安定化して靱性
を高めるほか、Crとの共存において耐食性を向上させる
作用があるが、その含有量が５％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方、その含有量が30％を越えて
もより一層の向上効果は得られず、経済性を考慮して、
その含有量を５〜30％と定めた。

（ｉ） Nb Nb成分には、素地の結晶粒の成長を著しく抑制し、む
しろ結晶粒を微細化し、かつMC型の炭化物および窒化物
を形成して硬さを一段と向上させる作用があるので、そ
の含有量が0.01％未満では前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方、６％を越えて含有させると、炭化物形成が
促進されて靱性が低下するようになることから、その含
有量を0.01〜６％と定めた。

（ｊ）ＷＷ成分には、素地に固溶して、これを強化し、かつ炭
化物を形成して硬さを一段と向上させる作用があるが、
その含有量が0.01％未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方、６％を越えて含有させると靱性が低下す
るようになることから、その含有量を0.01〜６％と定め
た。

なお、不可避不純物としてZrを含有する場合がある
が、その含有量が0.6％を越えると靱性，鋳造性および
溶接性に悪影響を及ぼすようになるのでZrの含有量を0.
6％を越えてはならない。

次に、この発明のFe基表面硬化肉盛合金を実施例によ
り具体的に説明する。

通常の溶解法により、それぞれ第１表に示される成分
組成をもった本発明Fe基肉盛合金１〜13,比較Fe基合金
１〜6,および従来材のNi基合金に相当する成分組成をも
った既存合金を溶製し、引続いて通常の条件にて真空吸
上鋳造することにより、直径:4.8mmφの溶接ロッドを形成した。

なお、比較Fe基合金１〜６は、いずれも構成成分のう
ちのいずれかの成分含有量（第２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Fe基肉盛合金１〜1
3,比較Fe基合金１〜6,および既存肉盛合金の溶接ロッド
を用い、TIG自動溶接機にて、長さ:120mm×幅:50mm×厚
さ:20mmの寸法を持ったステンレス鋼（JIS・SUS316）製
の台金の表面に長さ:100mm×幅:20mm×厚さ:5mmの板状
溶接ビードを３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
るビッカース硬さの測定をビッカース硬度計を用いて荷
重20kgで測定した。

また、同様に形成したビードの金属摩耗試験は大越式
金属摩耗試験機を用い、条件は相手材SUJ（H_RC57以
上），常温（乾燥），荷重18.2kg,摩擦速度（m/sec）:
0.083で試験をした場合の比摩耗量の測定を行った。

また、同様に形成したビードより長さ:25mm×幅:10mm
×厚さ:3mmの耐食試験片を製作し、高温耐食試験はオー
トクレーブを用いて試験条件は純水中で300℃×200hrで
行い、その場合の腐食増量を測定することにより行っ
た。

更に、溶接性試験はグルーブ溶接で厚さ:10mm×幅:30
mm×長さ:100mmのSS41の台金に幅:5mmで5Rの深さ1mm,長
さ100mmの溝を切り、その溝内に肉盛を行い、そのとき
の状態欠肉の発生の有無、ビードのリップル形状、
カスの発生の有無など観察し、評価は優れているもの
◎印，良いもの○印，悪いもの×印で表示した。

第３表に示される結果から明らかなように、本発明Fe
基肉盛合金１〜13によれば、いずれも従来の既存肉盛合
金１に比して一段とすぐれた常温硬さ、金属間摩耗の耐
摩耗性ならびに高温水中の耐食性、加えて溶接性が得ら
れるものである。しかもこれらの特性値は原子力プラン
トや化学プラントなどに用いられる弁，弁座などに要求
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る。

これに対して、比較肉盛合金１〜６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、常温の硬さ，常温の金属摩耗の比
摩耗量，高温水中の耐食性，並びにグルーブ溶接試験の
溶接性の評価のうち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る。

上述のように、この発明のFe基肉盛合金によれば、粉
末によるPTA溶接は勿論のこと、すぐれた溶接性を示
し、高い常温の硬さを有し、かつすぐれた耐摩耗性及び
高温水中の耐食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、これを原子力プラントや化学プラン
トなどに用いられる弁，弁座などの摩擦部分に用いれ
ば、この結果の前記合金はきわめてすぐれた性能を長期
に亙って発揮するようになるなど工業上有効な効果がも
たらされるものである。

また、この発明のFe基肉盛合金を耐摩耗性が要求され
るエンジンバルブなどの部品，シャフトスリーブ，軸
受，押出スクリュー，バックアップロール，ポンプ部品
およびブ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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】C;0.005〜1.6％， Mn;4〜28％， Cr;12〜36％， Mo;0.01〜９％， Hf;0.005〜15％， N;0.01〜0.9％，を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）を有することを特徴とする耐食耐摩耗性にすぐ
れたFe基肉盛合金。
【請求項２】C;0.005〜1.6％， Mn;4〜28％， Cr;12〜36％， Mo;0.01〜９％， Hf;0.005〜15％， N;0.01〜0.9％， Si;0.01〜５％， Ni;5〜30％，を含有し、残りがFeと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）を有することを特徴とする耐食耐摩耗性にすぐ
れたFe基肉盛合金。
【請求項３】C;0.005〜1.6％， Mn;4〜28％， Cr;12〜36％， Mo;0.01〜９％， Hf;0.005〜15％， N;0.01〜0.9％， Nb;0.01〜６％， W;0.01〜６％，のうち１種又は２種を含有し、残りがFeと不可避不純物
からなる組成（以上重量％）を有することを特徴とする
耐食耐摩耗性にすぐれたFe基肉盛合金。
【請求項４】C;0.005〜1.6％， Mn;4〜28％， Cr;12〜36％， Mo;0.01〜９％， Hf;0.005〜15％， N;0.01〜0.9％， Si;0.01〜５％， Ni;5〜30％， Nb;0.01〜６％， W;0.01〜６％，のうちの１種又は２種を含有し、残りがFeと不可避不純
物からなる組成（以上重量％）を有することを特徴とす
る耐食耐摩耗性にすぐれたFe基肉盛合金。