JPH026098A - 粉体プラズマ肉盛合金材及び粉体プラズマ肉盛方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐摩耗性及び耐肌荒性に優れた肉盛合金材及
び該肉盛合金材が得られる粉体プラズマ肉盛法に関する
。

（従来の技術） 従来、圧延用ロールの耐摩耗性を大幅に向上させるため
、圧延使用層たる外層を硬質肉盛層で形成したロールが
知られている。前記硬質肉盛層は、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基
合金等で形成した基地金属中に託。

ＶＣ，ＮｂＣ等の硬質セラミックス粒子を分散した肉盛
合金材で形成されている。

第９図は鋼材等の基体２１０表面に、粉体プラズマ肉盛
溶接によって前記硬質肉盛層２２を形成している状態を
示している。

同図において、２３は溶接トーチであり、電極２４と内
筒２５との間にプラズマガス流路２６が、内筒２５と中
間筒２７との間に粉体供給路２８が、中間筒２７と外筒
２９との間にシールドガス流路３０が設けられている。

基体２１は電極２４に対してプラスの電圧が印加され、
基体２１０表面と電極２４との間にプラズマアークを発
生せしめると共に、この中に肉盛用粉末を粉体供給路２
８より供給して溶接させ、母体２１の表面に急冷凝固せ
しめて、肉盛層２２を形成する。

前記肉盛用粉末として、基地金属粉末と硬質セラミック
ス粉末との混合粉末であって、粒径が６０〜２５０　Ｂ
ｍのものが使用されている。２５０　μｍを越えると粉
体の流動性が悪く、また６０μｍ未満では粉体流動性の
悪化及び粉粒がトーチ２３のプラズマガスノズル孔の回
りに付着して、アークの不安定化を招来し、肉盛用粉末
の溶は込み不良が発生ずるからである。

（発明が解決しようとする課題） しかし７ながら、前記混合粉末を使用した場合、ｆ■い
粒子が未溶融のままで組織中に存在し、特に、硬質セラ
ミツクス粉末の添加量を増やすほどその傾向は著しい。

粗い未溶融硬質粒子が基地金属中に存在すると、耐摩耗
性にムラが生じ、これがロール使用時に肌荒れの原因と
なる。肌荒れが生じると使用層が減耗していなくとも、
ロール寿命に達することになる。また、未熔融硬質粒子
が基地より欠落し易く、耐摩耗性が劣化する。

本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、圧延使用層
として好適な、耐摩耗性と耐肌荒性に優れた肉盛材及び
該肉盛材が得られるプラズマ肉盛方法を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明の肉盛材は、
粉体プラズマ肉盛によって得られた肉盛合金材であって
、基地金属中に３０μｍ以下の硬質セラミックス粒子が
分散されていることを発明の構成とするものである。

また、本発明の粉体プラズマ肉盛方法は、基地金属粉末
と、粒径３０μｍ以下の硬質セラミツクス粉末がバイン
ダ金属を介して造粒された造粒粒子からなる硬質セラミ
ックス造粒粉末との混合粉末を用いて粉体プラズマ肉盛
を行うことを発明の構成とする。

前記基地金属としては、耐摩耗性に優れた鉄合金、例え
ば高クロム鋳鉄や合金工具鋼が主に使用される。特に、
合金工具鋼のうち、ハイス（ＳＫＩ＋）材は高温耐軟化
性に優れ好適である。

前記硬質セラミックスとしては、金属酸化物や金属炭化
物、例えばＶＣ，ＮｈＣ，ＷＣ，ＴｉＣが使用されるが
、特に、ＶＣは硬度が１Ｉｖ２５００程度と高く、また
比重が５．５とＦｅに比較的近くかつ肉盛合金中におい
て微細球状となって分散し易く好適である。

硬質セラミックス粒子同士を結合するバインダ金属とし
ては、基地金属の物性を低下させることなく合金化し得
るもの、例えばＣｏやＮｉが使用される。

本発明において、硬質セラミックス造粒粉末の粒子を構
成する硬質セラミックス粉末は、既述の通り、粒径３０
μｍ以下のものを使用するが、好ましくは粒径分布のピ
ーク　（以下、単にピークという。）が１０μｍ以下の
ものがよい。均一分散性、溶融容易性に極めて優れるか
らである。尚、ピークとは、粒度分布をみたときの最も
ｌ（ｗｔ″Ａ）の多い粒径をいう。

硬質セラミックス造粒粉末の粒子径は、粉体プラズマ肉
盛が可能な大きさ、すなわち、６０〜２５０μｍとされ
る。

該造粒粉末は、硬質セラミックス粉末にバインダ金属粉
末を添加混合し、軽く焼結することにより容易に得られ
る。バインダ金属の添加■は添加後の粉末全量に対し１
０ｗｔχ程度で十分である。尚、バインダ金属粉末の粒
径は、結合の容易性から使用する硬質セラミックス粉末
とほぼ同径又はそれ以下のものを使用するのがよい。

肉盛用混合粉末中の硬質セラミツクス造粒粉末の配合量
は、耐摩耗性の要求程度により適宜設定されるが、硬質
セラミックス粉末量が混合粉末全量に対して５〜３０ｗ
ｔχ程度とするのがよい。３ｏχを越えると、靭性の低
下が著しくなるからである。

（作　用） 本発明に係る肉盛材は、硬質セラミックス粒子として３
０μｍ以下のものが基地金属中に分散しているので、６
０μｍ以上の粗大な粒子の存在による耐摩耗性のムラや
欠落１７耗が解消され、耐肌荒性の向上が図られる。

また、本発明の粉体プラズマ肉盛方法によれば、肉盛用
混合粉末中の硬質粉末として、硬質・イ・ラミックス造
粒粉末を使用するので、該造粒粉末を構成する硬質セラ
ミックス粉末として、従来肉盛用粉末として適用不可と
された粒径３０μｍ以下の微粉を使用するとかできる。

このため、未溶融状態であっても、基地金属中に均一に
分散させることが可能となり、耐肌荒性の向上に寄与す
ることができる。また、粉体プラズマ肉盛の際、硬質セ
ラミックス粉末が未溶融であっても微細分散が可能とな
るため、硬質セラミックス粉末の使用ｌを増大すること
ができ、耐摩耗性企−層向−ヒさせることができる。更
に、従来、線材として処理されていた硬質セラミックス
微粉末を使用することができ、経済的である。

（実施例） 実施例１ 本発明を熱間線材圧延仕上用ロールの圧延使用層に適用
した実施例を−Ｆ記に示す。第１（２１は同ロールを示
し、に］−ル軸１に圧延リング２が一対のカラーリング
３，３に挟持されて焼きばめ固着されている。前記圧延
リング２の外周部には肉盛層４が形成され、該肉盛層４
の外周面に線材成形用半円形カリバーが複数個刻設され
ている。圧延リング２は以下のよ・うにして製作された
。

（１）鋼製素材リング（φ２９５胴×幅１２０　ｍａ＋
）の外周面に深さ１６ｍ＋ｎの肉盛用凹溝を形成し、下
記の肉盛用混合粉末を使用して粉体ブラ；（マ肉盛溶接
を同条件で行い、実施例及び従来例の圧７）４１Ｊング
を製作した。

・実施例 ■　基地金属粉末 材質：　　５Ｋｔｌ　５７相当 粒径：　　６０−２５０　ｕｍ　　（ピーク：１０１０
０７Ｉ■　硬質セラミックス造粒粉末 粒径２０μｍ以下（ピーク：１０μｍ）のＶＣ粉末にほ
ぼ同径のＣｏ粉末（添加量１０ｗｔχ）を添加し、これ
を軽く焼結して造粒したもの。

造粒粉末粒径：（Ｄと同様。

第２図に当該造粒粉末の拡大写真（４５倍）を示す。

■　配合量 混合粉末中の■粉末量：２０重量％ ・従来例 ■　基地金属粉末 実施例と同様 ■　硬質セラミックス粉末 材質：　νＣ 粒径：６０〜２５０　μｍ　（ピーク１００　μｍ）第
３図に当該ＶＣ粉末の拡大写真（４５倍）を示す。

■　配合量 混合粉末中の■粉末■：　２０重■χ （２）肉盛後、焼入れ、二次硬化熱処理を行い、実施例
及び従来例とも硬度Ｉｓ　９０〜９５とした。その後、
肉盛層に所期の線材成形用カリバーを機械加工して、圧
延リングを得た。

（３）圧延リングの肉盛層の金属組織を顕微鏡観察した
。その結果を第４図及び第５回に示す。第４図は実施例
、第５図は従来例である。倍率は両図とも１００倍であ
る。

同図より、従来例では未溶融粗大ＶＣ粉末が認められた
が、実施例では７６粒子が基地中に微細分散している状
態が確認された。

上記圧延リングを第１図のロールに組み立てた後、実際
に圧延機に設置して線材圧延に供した。

その結果、従来例は早期に肌荒れが発生したが、実施例
ではロール肌が非常に美麗で、肌荒れについてはまった
く問題なく、摩耗量によってロール寿命が決定され、結
局従来例の８倍以上のノｆ命であった。

実施例２ 冷間摩耗試験を下記の要領で行った。

（１）実施例１と同様の基地金属粉末、硬質セラミツク
ス造粒粉末からなる混合粉末（前記造粒粉末の配合量１
５重量％）を調製し、基板（鋼板）の上に粉体プラズマ
肉盛溶接を行った。肉盛溶接に際し、スケール、ワレの
発生等は無く、溶接性は良好であった。肉盛溶接後、焼
入れ、二次硬化熱処理を施した。得られた肉盛合金材テ
ストピースの硬度は１Ｉｓ９５であった。

（２）第６図のように、テストピース６にφ１００　ｍ
ｍＸ５ｍｍ厚のＳＳ材製ローラ７を６ｋｇの荷重をかけ
て押しつけなから１２０００ｒｐｍで高速回転した。

３０分後にテストピース６表面の摩耗深さを測定した。

尚、比較のため下記組成のチルド材（ＩＩｓ８０）につ
いても同様の方法、条件で摩耗深さを調べた。

・チルド材組成（重量％） Ｃ：３．３１、Ｓｉ　：　０．３２、Ｍｎ　：　０．２
６、Ｎｉ　：　３．０１、Ｃｒ　：　１．１２、Ｍｏ　
：　０．２３、残部Ｆｅ（３）測定結果は、実施例が０
．２ｍｍ、チルド材が１．２ｍｍであり、実施例の肉盛
合金材はチルド材と比べて、冷間耐摩耗性においても６
倍程度優れていることが確かめられた。

実施例３ 次に、本発明に係る肉盛合金材をＨ形鋼矯正圧延用ロー
ルに適用した実施例を下記に示す。第７図は同ロールを
示し、一対の矯正圧延用リング１２゜１２がスペーサー
リング１３を介して軸方向に連設されると共にロール軸
１１に固着されている。前記矯正圧延用リング１２の外
周部には肉盛Ｊｉ１４が形成されている。１５は圧延材
である■（形鋼である。前記肉盛層１４は下記の要領で
製作された。

（１）　　鋼製素材リング（材質５４５Ｃ、φ３７０ｍ
ｍＸ幅１００　ｍｍ）を４５０°Ｃに予熱し、その外周
面にプラズマ粉体肉盛溶接を行い、２５ｍｍの肉盛層を
形成した。使用した肉盛用混合粉末は、基地金属粉末と
して５Ｋ１１５６相当材（粒径６０〜２５０μｍ、ビー
ク：１００μｍ）を用い、硬質セラミックス造粒粉末と
しては実施例１と同様のものを用い、該造粒粉末を１０
重量％配合したものを用いた。

（２）肉盛後、焼入れ、二次硬化熱処理、仕上加工を施
し、肉盛層の硬度を測定したところｔｌｓ　９０〜９５
であった。

（３）肉盛層の金属組織を顕微鏡観察した。その結果を
第８図に示す。倍率は４００倍である。第４図と同様、
微細球状のＶＣが基地中に多量に分散析出している状態
が看取された。

上記矯正圧延用リングを第７図のロールに組み立てた後
、圧延機に設置して矯正圧延に供したところ、従来、摩
耗が顕著であった、フランジからウェブに沿って四分円
形状に形成されたコーナー部での摩耗もほとんど生じな
かった。

本発明の肉盛合金材は、上記実施例のような、圧延用ロ
ールの圧延使用層のみならず、耐摩耗性や耐肌荒性が要
求される種々の用途（例えば、ガイドローラー、テーブ
ルローラー等の圧延機周辺のローラー類あるいは、鍛造
等における熱間成形部品）に適用可能なことは勿論であ
る。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の肉盛材は、基地金属中に存
在する硬質セラミックス粒子は粒径が３０μｍ以下であ
るから、従来のように６０μｍ以上の粗大な粒子の存在
による耐摩耗性のムラが解消され、耐肌荒性に優れる。

また、本発明の粉体プラズマ肉盛方法によれば、肉盛用
粉末中の硬質粉末として硬質セラミックス造粒粉末を使
用するので、従来、肉盛用粉末として使用不可であった
硬質セラミックス微粉末の使用が可能となって経済的で
あり、また、３０μｍ以下の硬質セラミックス微粉末を
造粒粉末の粒子の構成物として使用しているから、粉体
プラズマ肉盛の際、未溶融状態でそのまま基地金属中に
存在しても、従来のように６０μｍ以上の粗い未溶融粒
子の存在による耐摩耗性のムラが生じず、耐肌荒性に優
れた肉盛材が得られる。

特に、基地金属粉末としてハイス材粉末、硬質セラミッ
クス造粒粉末としてＶＣ造粒粉末を用いると、基地中に
微細球状のＶＣを多量に分散析出させることができ、高
温下における耐軟化性、耐摩耗性に優れた肉盛合金材が
得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は圧延使用層が本発明に係る肉盛合金材で形成さ
れた熱間線材圧延仕上用組立ロールの要部断面図、第２
図は実施例に係る造粒粉末の粒子構造写真、第３図は従
来例に係るＶＣ粉末の粒子構造写真、第４図は実施例１
に係る粉体プラズマ肉盛溶接によってｉ；￥りれた肉盛
合金材の金属ｍ織写真、第５図は従来例に係る同金属組
織写真、第６図は冷間摩耗試験要領説明図、第７図はＩ
ｆ形鋼矯正圧延用組立ロールの要部断面図、第８図は実
施例３に係る肉盛合金材の金属組織写真、第９図は粉体
プラズマ肉盛７容接の実施要領説明図である。 特許出願人　久保田鉄工株式会社 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉体プラズマ肉盛によって得られた肉盛合金材で
   あって、基地金属中に３０μｍ以下の硬質セラミックス
   粒子が分散されていることを特徴とする粉体プラズマ肉
   盛合金材。
2. （２）基地金属がハイス材であって、硬質セラミックス
   粒子がＶＣ粒子である請求項（１）の肉盛合金材。
3. （３）基地金属粉末と、粒径３０μｍ以下の硬質セラミ
   ックス粉末がバインダ金属を介して造粒された造粒粒子
   からなる硬質セラミックス造粒粉末との混合粉末を用い
   て粉体プラズマ肉盛を行うことを特徴とする粉体プラズ
   マ肉盛方法。
4. （４）基地金属がハイス粉末であり、硬質セラミックス
   粉末がＶＣ粉末である請求項（３）の肉盛方法。