JPH0966389A - １２％Ｃｒ鋼製タービンロータの肉盛溶接用溶接材料及び該溶接材料を用いた肉盛溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 疲労強度特性および耐焼付性に優れ耐久性の
非常に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒロータを与える肉盛
溶接材料、および該肉盛溶接材料を用いた肉盛溶接法を
提供すること。 【解決手段】 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ量が規定さ
れると共に、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏよりなる群から
選択される少なくとも１種を、下記（Ｉ）式の関係を満
たす様に含有する肉盛溶接材料を、少なくとも初層肉盛
溶接材料として使用し、またＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｎｂ量の規定された肉盛溶接材料を最表層部
の肉盛溶接材料として使用して、１２％Ｃｒ鋼製タービ
ンロータの軸受との接触部を肉盛溶接する。 0.07wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、疲労強度に優れた
肉盛強化型１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ製造用の肉盛
溶接材料および肉盛溶接法に関し、特に軸受との接触面
をＣｒ含有鋼の多層肉盛溶接によって強化し、優れた強
度と軸受特性を有する１２％Ｃｒタービンロータを与え
る肉盛溶接材料およびこれを用いた肉盛溶接方法に関す
るものである。尚、本発明において１２％Ｃｒ鋼製ター
ビンロータとは、９〜１２％のＣｒを含有するＣｒ鋼を
基材とするタービンロータを総称する。

【０００２】

【従来の技術】例えば火力発電機などに使用される上記
タービンロータは、発電効率を高めるため、より高い蒸
気温度で使用される傾向が見受けられる。こうした高温
条件下で使用される金属材料としては、従来より高温ク
リープ強度の高い１２％Ｃｒ鋼が汎用されてきたが、該
１２％Ｃｒ鋼製のタービンロータの軸受との接触面は、
使用中に軸受で焼付きを起こし易いという問題が指摘さ
れている。そこでこうした欠点を防止するため、軸受と
の接触面に低合金鋼製のスリーブを焼き嵌めしたタイプ
のタービンロータが開発されたが、このタイプの軸受部
は、使用中に経年変化を起こして焼き嵌め部が緩み、ガ
タツキを生じるという問題を残している。

【０００３】また上記以外の改善技術として、例えば次
に示す如く軸受との接触面に低合金鋼を肉盛溶接する技
術が検討され、一部で実用化が進められているが、夫々
下記の様な問題を残している。

【０００４】特開昭５７−１３７４５６号「タービンロ
ータ」 Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ等の含有量を規
定した合金鋼を軸受との接触面に肉盛溶接したタービン
ロータを開示するものであるが、この方法を１２％Ｃｒ
鋼のロータ材に適用しようとすると、肉盛合金のＣｒ含
有量が０．３０〜２．８０％の範囲であることから、ロ
ータ基材と接する肉盛合金とのＣｒ含有量の差が極端に
大きくなるため、適量のＶを含有させたとしてもそれら
の境界部分に強度的な段差が生じ、満足のいく疲労強度
の肉盛溶接部が得られない。また、この方法で規定する
肉盛合金成分範囲である例えばＣ：０．２５％−Ｃｒ：
１．２％−Ｍｏ：１．５％−Ｖ：０．３％といった成分
組成を想定した場合、この成分系はＳＲ割れ感受性が非
常時高いものであるため、健全な肉盛溶接部を得ること
は容易でない。

【０００５】特開平４−８１２９３号８１２％Ｃｒ鋼製
蒸気タービンロータシャフト」 このシャフトは、肉盛溶接金属の表層部のＣ，Ｓｉ，Ｍ
ｎ，Ｐ，Ｃｒ，Ｍｏ，及びＶ量を規定したものであり、
焼結型フラックスと溶接ワイヤを組み合わせたサブマー
ジアーク溶接法によって３層以上の肉盛溶接を行ない、
最表層部の金属組成を規制するものであり、溶接母材を
適度の温度に余熱るすることによって低温割れの防止を
図っている。この技術によれば、肉盛溶接部における低
温割れや高温割れ、更にはＳＲ割れ等も起こしにくく、
且つ肉盛溶接金属表層部の軸受け特性や強度においても
良好な成果が得られる。しかしながら、初層の肉盛溶接
にＣｒ含有量の少ない溶接材料を使用すると、ロータ材
と初層肉盛溶接金属との間でＣｒ含有量の差が非常に大
きくなり、この部分で大きな強度段差が生じて疲労強度
が極端に悪くなる。

【０００６】この様に、軸受との接触部を肉盛溶接によ
って強化した従来タイプのタービンロータでは、特にロ
ータ基材と接する肉盛溶接金属のＣｒ含有量が低く、１
２％Ｃｒ鋼製ロータ基材と肉盛溶接金属とのＣｒ含有量
差が大きくなってこの部分に強度的段差が生じるため、
満足のいく疲労強度が得られず、より高い設計強度に耐
え得る肉盛強化型の１２％Ｃｒ鋼製タービンロータの開
発が求められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、高レ
ベルの疲労強度と耐焼付き性を有する肉盛強化型の１２
％Ｃｒ鋼製タービンロータを与える肉盛溶接材料および
肉盛溶接方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成すること
のできた本発明に係る肉盛溶接用溶接材料の構成は、１
２％Ｃｒ鋼製タービンロータの軸受との接触面を多層肉
盛溶接によって強化するための下層側肉盛溶接用溶接材
料であって、 Ｃ ：０．０３〜０．２％ Ｓｉ：０．２〜２．０％ Ｍｎ：１．０〜３．０％ Ｎｉ：３．０％以下（０％を含む） Ｃｒ：１．０〜４．０％ を含有すると共に、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏよりなる
群から選択される少なくとも１種を、下記（Ｉ）式の関
係を満たす様に含有し、 0.07wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I) 残部が実質的にＦｅからなるところに要旨を有するもの
である。

【０００９】また、本発明に係る溶接材料の他の構成
は、１２％Ｃｒ鋼製タービンロータの軸受との接触面を
多層肉盛溶接によって強化するための表層側肉盛溶接用
溶接材料であって、 Ｃ ：０．０８〜０．２％ Ｓｉ：０．２〜２．０％ Ｍｎ：１．０〜３．０％ Ｎｉ：３．０％以下（０％を含む） Ｃｒ：１．０〜２．５％ Ｍｏ：０．１〜１．５％ Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含む） Ｖ ：０．１％以下（０％を含む） を満足すると共に、残部が実質的にＦｅからなるところ
に要旨を有している。

【００１０】そして、本発明に係る肉盛溶接方法の構成
は、１２％Ｃｒ鋼製タービンロータを多層肉盛溶接によ
って強化する肉盛溶接方法であって、少なくともロータ
基材に接する初層の肉盛溶接材料としては、請求項１に
記載の溶接材料を用いて肉盛溶接を行ない、最表層側
は、請求項２に記載の溶接材料を用いて肉盛溶接を行な
うことにより、軸受との接触面のＣｒ含有量を２．５％
以下に抑えるところに要旨を有するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】１２％Ｃｒ鋼製タービンロータ
（以下、１２％Ｃｒロータと略記することがある）の軸
受との接触部（以下、軸受部または軸受面ということが
ある）に要求される主な特性としては、軸受特性および
強度特性が挙げられる。軸受特性については、肉盛溶接
における表層部のＣｒ含有量が大きな影響を及ぼし、Ｃ
ｒ含有量は低い方が好ましい。ちなみに、従来のタービ
ンロータシャフトにおいてジャーナル部で焼付き事故を
起こしていないのは、実績として低合金系のＣｒ−Ｍｏ
−Ｖ鋼や２．２５％Ｃｒ鋼であり、３％あるいは４％レ
ベルの高Ｃｒ含有量での運転実績はないのが現状であ
る。

【００１２】一方強度特性については、肉盛溶接の表層
部、即ち軸受面に相当する部分のＣｒ含有量を２．５％
程度以下に抑えたうえで、高温割れ、ＳＲ割れ、融合不
良等の欠陥を生じることなく高強度が確保できる様に肉
盛溶接金属の成分組成を選定することにより、その目的
を一応達成している。

【００１３】しかしながら、本発明で特にその改質を意
図する１２％Ｃｒロータ材に、上記の様な肉盛溶接法を
適用して強化しようとすると、ロータ基材と初層肉盛溶
接金属間あるいは各肉盛溶接金属間における強度的段差
の影響が顕著に現われ、満足のいく疲労強度特性が得ら
れない。即ち、１２％Ｃｒロータ材に対して初層肉盛材
として従来材を肉盛した場合、１２％Ｃｒロータ材（実
質的に１１％程度のＣｒが含まれている）と初層肉盛溶
接金属間のＣｒ含有量の差が７〜９％程度にもなり、こ
の様にＣｒ含有量の差が大きくなると、この部分で強度
的段差が生じて該段差部の低強度側に応力集中が起こ
り、十分な疲労強度が得られなくなる。

【００１４】高レベルの疲労強度特性を得るには、ロー
タ基材と初層肉盛溶接金属および各肉盛溶接金属層間の
Ｃｒ含有量差を小さくして強度的段差を可及的に抑える
ことが有効であるが、２．５％以下という肉盛溶接表層
部のＣｒ含有量を確保しつつＣｒ含有量差を十分に小さ
くするには、肉盛層数を多くしなければならず、溶接工
数の増大によるコストアップを招く他、寸法設計の余裕
度も低下してくる等、工業的に実用化するうえで大きな
障害となる。

【００１５】こうした意味から、１２％Ｃｒロータ材の
肉盛溶接を行なうに当たっては、ロータ基材に対する初
層と第２層目に使用する肉盛溶接材料の成分組成が極め
た重要となる。即ち、より少ない肉盛層数で肉盛最表層
部のＣｒ含有量を２．５％以下に抑えるには、ロータ基
材と肉盛初層間あるいは初層と第２層間のＣｒ含有量
を、強度的段差が問題にならない限度で可能な限り大き
くすることが望ましい。

【００１６】そこで本発明者等は、１２％Ｃｒロータ基
材に対し特に初層及び第２層目の肉盛溶接材料として使
用することにより強度的段差を生じさせることのない様
な肉盛溶接材料の開発を期して研究を進めた結果、上記
第１発明に係る肉盛溶接材料に到達した。

【００１７】以下に、第１発明に係る肉盛溶接材料の各
成分組成を定めた理由を明らかにする。 Ｃ：０．０３〜０．２％ 肉盛溶接金属の強度を高め、ロータ基材と肉盛初層間あ
るいは初層と第２層目間の強度的段差を軽減するのに欠
くことのできない元素であり、少なくとも０．０３％以
上含有させなければならない。しかし、Ｃ量が多くなり
過ぎると高温割れを起こし易くなるので０．２％を上限
とする。高強度化と高温割れ防止の両方を考慮してより
好ましいＣ量の範囲は０．１０〜０．１５％である。

【００１８】Ｓｉ：０．２〜２．０％ 脱酸性元素として作用しブローホール欠陥を抑えると共
に、溶融金属の流動性を高めてロータ基材との馴染みを
よくする作用を有しており、それらの効果は０．２％以
上含有させることによって有効に発揮される。しかし、
２．０％を超えて過多に含有させると溶接金属の靭性を
劣化させるので、それ以上の添加は避けるべきである。
Ｓｉのより好ましい含有量は０．３〜０．６％の範囲で
ある。

【００１９】Ｍｎ：１．０〜３．０％ 肉盛溶接金属の高強度化に寄与すると共に、溶接金属中
に不可避的に混入してくるＳと反応してＭｎＳを生成し
て高温割れの発生を抑制し、更には脱酸性元素としての
機能も発揮してブローホール欠陥を抑える作用も有して
おり、それらの作用は１．０％以上含有させることによ
って有効に発揮される。しかし、それらの作用効果は約
３．０％で飽和し、それ以上に含有させるとむしろ低温
割れ感受性が高くなるという欠点が現われてくるので、
３．０％を上限とする。Ｍｎのより好ましい含有量は
１．２〜１．８％の範囲である。

【００２０】Ｎｉ：３．０％以下（０％を含む） Ｎｉは必須という訳ではないが、肉盛溶接金属の強度お
よび靭性の向上に有効に作用するので、好ましい元素と
して規定した。但し、それらの添加効果は約３．０％で
飽和するのでそれ以上の添加は不経済であるばかりでな
く、高温割れ感受性を高めるという障害も現われてくる
ので、３．０％を上限とする。

【００２１】Ｃｒ：１．０〜４．０％ ロータ基材と肉盛初層間あるいは初層と第２層目間の強
度的段差に最も大きく影響を及ぼすのはＣｒであり、後
述する如くＮｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏの１種以上を所定
量含有させるという前提の下では、基材と初層肉盛溶接
金属および各肉盛溶接金属層間のＣｒ含有量の差を６％
以下に抑えてやれば、強度的段差を疲労強度に実質的な
悪影響を与えいない程度に抑え得ることが確認された。

【００２２】いま、１２％Ｃｒロータ基材のＣｒ含有量
を例えば１０．５％とすると、肉盛初層の肉盛溶接時に
おける溶込率が４０％程度以上となる様な溶接条件を採
用したとしても、溶接材料のＣｒ含有量が０％である場
合の肉盛初層のＣｒ含有量は４．２％となり、ロータ基
材とのＣｒ含有量差は６．３％となって強度的段差を生
じることになる。溶接材料のＣｒ含有量を１．０％とす
ると、同様の溶込率で肉盛溶接を行なった場合でも、初
層の肉盛溶接金属のＣｒ含有量は４．８％となり、ロー
タ基材とのＣｒ含有量の差は５．７％となって、強度的
段差を実害のない程度に抑えることができる。この様な
ところから、肉盛溶接時の高Ｃｒ濃度側（即ち、ロータ
基材側）からのＣｒ量の増加も考慮して、強度的段差を
実害のない程度に抑え得るＣｒ含有量差を確保するため
の条件として、溶接材料中のＣｒ含有量を１．０％以上
と定めた。尚、溶接材料のＣｒ含有量が４．０％を超え
ると、ロータ基材と肉盛初層間のＣｒ含有量差は小さく
なり、この間の強度的段差は小さくなるが、少ない肉盛
層数で最表層部のＣｒ含有量を焼付きを起こさない２．
５％以下に抑えようとすると、肉盛初層と第２層目間あ
るいはそれ以降の肉盛層間におけるＣｒ含有量差が大き
くなり、その部分で大きな強度的段差が生じて疲労特性
を劣化させる原因になる。従って、できるだけ少ない肉
盛層数で目的を果たすための要件として、溶接材料のＣ
ｒ含有量は４．０％を上限と定めた。

【００２３】Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏ：下記（Ｉ）式
の関係を満たす範囲 0.07wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I) これらの元素は何れも炭化物生成元素であり、溶接金属
中のＣを固定して強度を高め、Ｃｒ含有量の差が比較的
大きくなった場合でも強度的段差を抑える作用を有して
おり、それらの効果を有効に発揮させるには、これらの
元素の１種以上を上記（Ｉ）式の関係を満足する範囲で
含有させることが必要であり、この値が０．０７％未満
では、それらの効果が不十分となって強度的段差による
疲労強度特性の低下を抑えることができず、一方この値
が２．０％を超える過多になると肉盛の第２層あるいは
それ以降の肉盛溶接金属のＳＲ割れ感受性が高くなる危
険が生じてきくる。ＳＲ割れ感受性を高めることなく強
度的段差を一層少なくする上でより好ましい範囲は０．
１０〜０．１５％である。

【００２４】本発明の第１発明に係る肉盛溶接用溶接材
料の必須構成元素は上記の通りであり、残部は実質的に
Ｆｅからなるものであって、この溶接材料を１２％Ｃｒ
ロータ基材における少なくとも肉盛初層あるいは更に第
２層以降の肉盛溶接用（但し、最終肉盛層は除く）とし
て使用することにより、ロール基材と肉盛第１層間、あ
るいはそれ以降の肉盛溶接金属層間における強度的段差
を実用上問題のない程度に抑え得る様にＣｒ含有量差を
最小限度に抑えることができ、それにより疲労強度特性
の良好な肉盛強化型１２％Ｃｒロータを得ることができ
る。

【００２５】ところで最終肉盛溶接金属層、即ち肉盛表
層部を構成する肉盛溶接金属材については、前述の如く
焼付き防止の観点からＣｒ含有量を２．５％程度以下に
抑えると共に、軸受面として十分な強度や耐高温割れ
性、耐ＳＲ割れ性等を確保することが必要であり、その
ため本発明の第２発明では該表層部を構成する肉盛溶接
用の溶接材料を規定する。以下、該最表層側の肉盛溶接
材料の成分組成を定めた理由を説明する。

【００２６】Ｃ：０．０８〜０．２％ 軸受面に必要な強度を与える上で欠くのとのできない元
素であり、焼付き防止の観点からＣｒ含有量が低く抑え
られる最表層部に十分な強度を与えるには、Ｃを０．０
８％以上含有させなければならない。しかし、Ｃ含有量
が多くなり過ぎると溶接金属が高温割れを起こし易くな
るので０．２％を上限とする。Ｃ含有量のより好ましい
範囲は０．１２〜０．１７％である。

【００２７】Ｓｉ：０．２〜２．０％ 前記第１層目肉盛溶接材料中の必須元素として示したの
と同様に、脱酸性元素として作用しブローホール欠陥を
抑えると共に、溶融金属の流動性を高めて下層側肉盛溶
接金属との馴染みをよくする作用を有しており、それら
の効果は０．２％以上含有させることによって有効に発
揮される。しかし、２．０％を超えて過多に含有させる
と最終肉盛溶接金属の靭性を劣化させるので、それ以上
の添加は避けるべきである。Ｓｉのより好ましい含有量
は０．３〜０．６％の範囲である。

【００２８】Ｍｎ：１．０〜３．０％ 最終肉盛溶接金属の高強度化に寄与すると共に、肉盛溶
接金属中に不可避的に混入してくるＳと反応してＭｎＳ
を生成して高温割れの発生を抑制し、更には脱酸性元素
としての機能も発揮してブローホール欠陥を抑える作用
も有しており、それらの作用は１．０％以上含有させる
ことによって有効に発揮される。しかし、それらの作用
効果は約３．０％で飽和し、それ以上に含有させるとむ
しろ低温割れ感受性が高くなるという欠点が現われてく
るので、３．０％を上限とする。Ｍｎのより好ましい含
有量は１．５〜２．３％の範囲である。

【００２９】Ｎｉ：３．０％以下（０％を含む） Ｎｉは必須という訳ではないが、最終肉盛溶接金属の強
度および靭性の向上に有効に作用するので、好ましい元
素として規定した。但し、それらの添加効果は約３．０
％で飽和するのでそれ以上の添加は不経済であるばかり
でなく、高温割れ感受性を高めるという障害も現われて
くるので、３．０％を上限とする。

【００３０】Ｃｒ：１．０〜２．５％ 肉盛最表層部の強度を高める上で欠くことのできない元
素であり、軸受面として十分な強度を確保するには、少
なくとも１．０％以上含有させなければならない。しか
しながらＣｒ含有量が２．５％を超えると軸受け特性が
悪化し、殊に焼付きを起こし易くなるので、それ以下に
抑えなければならない。最表層側肉盛溶接用材料として
のより好ましいＣｒ含有量は１．２〜２．２％の範囲で
ある。

【００３１】Ｍｏ：０．１〜１．５％ 肉盛最表層部の焼戻し軟化抵抗を向上させて高強度に寄
与する元素であり、こうした効果は０．１％以上含有さ
せることによって有効に発揮される。しかしＭｏ含有量
が多くなり過ぎるとＳＲ割れ感受性が上昇し、表層部で
ＳＲ割れを起こし易くなるので１．５％を上限とする。
Ｍｏのより好ましい範囲は０．２〜０．６％である。

【００３２】Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含む）、
Ｖ：０．１％以下（０％を含む） Ｎｂ，Ｖは必須成分という訳ではないが、何れも肉盛下
層側と最表層部における強度的段差を抑えて疲労特性を
高めるのに有効に作用する。しかし、これらの元素が多
くなり過ぎると、肉盛最表層部でＳＲ割れを起こし易く
なる傾向が現われてくるので、Ｎｂ量は０．０５％以
下、Ｖ量は０．１％以下に抑えなければならない。

【００３３】最表層面を構成する溶接材料における必須
の成分は上記の通りであり、残部は実質的にＦｅである
が、これらには上記の特性を阻害しない範囲で微量の
Ｓ，Ｐ等の不可避不純物が含まれていても構わない。そ
して、この様に肉盛最表層部の溶接材料の成分組成を規
定することにより、耐焼付き性等の軸受特性に優れた軸
受面を形成することができる。

【００３４】かくして本発明の前記第１発明と第２発明
をうまく組み合わせ、１２％Ｃｒロータ基材に対する少
なくとも肉盛初層あるいはこれと第２層目以降（最表層
側を除く）の肉盛溶接に使用される溶接材料として第１
発明の溶接材料を使用し、基材と肉盛初層間、あるいは
その後の各肉盛溶接層間の強度的段差を抑え、また肉盛
最表層側を構成する溶接材料については第２発明の溶接
材料を使用して最表層部のＣｒ含有量を２．５％以下に
抑えることによって、軸受との接触面に優れた軸受特性
を与えて焼付き等を解消することができ、耐久性の非常
に優れた肉盛強化型１２％Ｃｒロータを得ることができ
る。

【００３５】尚、上記肉盛溶接材料を用いた肉盛溶接法
には特に制限がなく、ＴＩＧ溶接法、ＭＩＧ溶接法、サ
ブマージアーク溶接法等どの様な方法を採用しても構わ
ないが、最も一般的なのはサブマージアーク溶接法であ
り、この場合、必須合金元素の一部をフラックスから含
有させることも可能である。

【００３６】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明の構成および作
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記
の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施する
ことも勿論可能であり、それらは何れも本発明の技術的
範囲に包含される。

【００３７】実施例１ 表１に示す成分組成の１３％Ｃｒロータ基材を使用し、
表２に示す成分組成の肉盛溶接ワイヤを用いて初層の肉
盛溶接を行ない、更に表３に示す成分組成の肉盛溶接ワ
イヤを用いて第２層目以降の肉盛溶接を行なった。尚、
溶接ワイヤとしては何れも直径３．２ｍｍのものを使用
し、サブマージアーク溶接法によって肉盛溶接を行なっ
た。溶接条件は表４に示す通りとし、肉盛溶接に当たっ
ては、溶接ワイヤの狙い位置を調節することによって、
初層肉盛溶接時の溶込率は約４０％に、また第２層目以
降肉盛溶接時の希釈率は３０％または４０％に調整し
た。また、第３層目以降、第５層目の最終層までの溶込
率は４０％とした。肉盛溶接の後、夫々について溶接欠
陥（割れ）の有無を観察すると共に、６５０℃×１５時
間のＳＲ処理を施した後、各肉盛溶接材から試験片を採
取し、疲労試験を行なった。尚、疲労試験の評価は、１
×１０⁷ サイクルにおける疲労限界応力振幅に対し、１
０％以上疲労限界応力が上回っているものを合格
（○）、これ未満のものを不合格（×）とした。図１
は、実験で用いたロータを模擬した肉盛溶接基材の形状
を示す見取り図、図２は、肉盛溶接後の性能試験用試料
の採取位置を示す説明図である。結果を表５に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【表４】

【００４２】

【表５】

【００４３】表５からも明らかである様に、本発明の規
定要件を満足する実施例ワイヤ（Ｎｏ．１０〜１７は、
何れも溶接部に割れが認められず且つ疲労特性も良好で
あるのに対し、規定要件の何れかを欠く比較例（Ｎｏ．
１〜９）では、何れも疲労特性が不良であり、またその
一部には溶接金属に割れが認められる。なおＮｏ．１８
では、強度段差による疲労強度の問題は生じないが、Ｃ
ｒ量が２．５％を超えるため、この第２層を表層とする
と焼付きの問題を生じる。

【００４４】実施例２ 上記実施例１の方法に準拠し、前記表２に記載したＮ
ｏ．１４のワイヤを用いて初層の肉盛溶接、引き続いて
前記表６のワイヤを用いて第２層目以降の肉盛溶接を行
なった後（溶込率は何れも約４０％に調整した）、得ら
れた各試験材について、上記と同様にして溶接割れの有
無および疲労試験を行ない、同表に示す結果を得た。

【００４５】

【表６】

【００４６】表６からも明らかである様に、表層部肉盛
層形成用溶接材料として適正な成分組成を有している符
号Ｇ〜Ｌでは、何れも割れが認められず且つ疲労特性も
良好であるのに対し、表層部肉盛溶接用として何れかの
規定要件を欠く比較例（符号Ａ〜Ｆ）では、軸受面が強
度不足であるか或は割れ欠陥が生じている。尚、符号Ｍ
は表層部肉盛溶接材料としてのＣｒ含有量が多過ぎて肉
盛表面のＣｒ含有量が２．５％を超えているものであ
り、顕著な焼付き現象が認められた。

【００４７】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、１
２％Ｃｒロータ基材に対する初層あるいは第２層目以降
（最終肉盛層を除く）の肉盛溶接に使用される溶接材料
の成分組成を規定することにより、ロータ基材と肉盛初
層金属間、あるいはその後の各肉盛溶接層間の強度的段
差を抑えて疲労強度特性を高め、また肉盛最表層側を構
成する溶接材料の成分組成を規定することによって、肉
盛最表面層、即ち軸受との接触面に優れた軸受特性を与
えて焼付き等を解消することができ、耐久性の非常に優
れた肉盛強化型１２％Ｃｒロータを提供し得ることにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験に使用したロータ基材を模擬した肉盛溶接
基材の形状を示す見取り図である。

【図２】疲労試験用の試料採取位置を示す説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｃ２２Ｃ 38/58 Ｆ０１Ｄ 5/06 Ｆ０１Ｄ 5/06 5/28 5/28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータの軸受と
   の接触面を多層肉盛溶接によって強化するための下層側
   肉盛溶接用溶接材料であって、 Ｃ ：０．０３〜０．２％（重量％を意味する、以下同
   じ） Ｓｉ：０．２〜２．０％ Ｍｎ：１．０〜３．０％ Ｎｉ：３．０％以下（０％を含む） Ｃｒ：１．０〜４．０％ を含有すると共に、Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｏよりなる
   群から選択される少なくとも１種を、下記（Ｉ）式の関
   係を満たす様に含有し、 0.07wt% ≦Nb+(1/3)V+(1/5)W+(1/3)Ti+(1/5)Mo≦2.0wt%……(I) 残部が実質的にＦｅからなることを特徴とする１２％Ｃ
   ｒ鋼製タービンロータの肉盛溶接用溶接材料。
2. 【請求項２】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータの軸受と
   の接触面を多層肉盛溶接によって強化するための表層側
   肉盛溶接用溶接材料であって、 Ｃ ：０．０８〜０．２％ Ｓｉ：０．２〜２．０％ Ｍｎ：１．０〜３．０％ Ｎｉ：３．０％以下（０％を含む） Ｃｒ：１．０〜２．５％ Ｍｏ：０．１〜１．５％ Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含む） Ｖ ：０．１％以下（０％を含む） を満足すると共に、残部が実質的にＦｅからなることを
   特徴とする１２％Ｃｒ鋼製タービンロータの肉盛溶接用
   溶接材料。
3. 【請求項３】 １２％Ｃｒ鋼製タービンロータを多層肉
   盛溶接によって強化する肉盛溶接方法であって、少なく
   ともロータ基材に接する初層の肉盛溶接材料としては、
   請求項１に記載の溶接材料を用いて肉盛溶接を行ない、
   最表層側は、請求項２に記載の溶接材料を用いて肉盛溶
   接を行なうことにより、軸受との接触面のＣｒ含有量を
   ２．５％以下に抑えることを特徴とする１２％Ｃｒ鋼製
   タービンロータ軸受部の肉盛溶接方法。