JPH10272593A - Cladding by welding alloy excellent in thermal fatigue resisting characteristic - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide cladding by welding alloy excellent in thermal fatigue resisting strength for cladding by welding of member used under a condition generating thermal stress such as heat resisting roll, combustion chamber of engine and the like. SOLUTION: The alloy is excellent in thermal fatigue resisting characteristic and contains, by weight, <=0.05% C, <=0.5% Si, <=0.5% Mn, 20-30% Cr, 8-16% Mo, 0.1-5% Nb, <=5% Fe, and in total 0.8-3.5% of one or two kinds of Al or Ti, and the balance Ni with inevitable impurities.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱ロール、エン
ジン燃焼室などの熱応力の生じる状況下で使用する部材
の肉盛に用いる熱疲労強度に優れた合金に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alloy having excellent thermal fatigue strength used for overlaying members used under conditions where thermal stress is generated, such as heat-resistant rolls and engine combustion chambers.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、耐熱ロール、エンジン燃焼室など
の高温用途には高温強度の高い材料が使用されている。
しかし、近年コスト削減、品質向上を目的として、より
高温で部材が使用されるようになってきている。そのよ
うな状況下で使用される場合、高温強度の高いＮｉ基合
金、例えばＡｌｌｏｙ６２５などを部材表面に溶接また
は肉盛して部材の寿命延長を計っている。2. Description of the Related Art Conventionally, materials having high high-temperature strength have been used for high-temperature applications such as heat-resistant rolls and engine combustion chambers.
However, in recent years, members have been used at higher temperatures for the purpose of cost reduction and quality improvement. When used in such a situation, a Ni-based alloy having high high-temperature strength, for example, Alloy 625, is welded or built up on the member surface to extend the life of the member.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述のように高温域で
使用される場合、寿命延長を計るためにＮｉ基耐熱合金
を溶接もしくは肉盛した部材であっても、高温域で加
熱、冷却という熱サイクル負荷がかかるため、熱サイク
ルに起因する熱応力により熱疲労が生じ、部材表面にヒ
ートチェックと呼ばれる亀裂が生じる。したがって、こ
の亀裂の発生、成長を抑制するために、耐熱疲労特性に
優れた合金が必要である。As described above, when used in a high-temperature range, even if the member is welded or overlaid with a Ni-base heat-resistant alloy in order to extend the service life, heating and cooling in a high-temperature range. Since a thermal cycle load is applied, thermal fatigue occurs due to thermal stress caused by the thermal cycle, and a crack called a heat check occurs on the surface of the member. Therefore, in order to suppress the generation and growth of the crack, an alloy having excellent thermal fatigue resistance is required.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】耐熱疲労特性向上のため
に材料に必要とされる特性は、低い熱膨張係数および縦
弾性係数、高い熱伝導率および耐力、高温および常温に
おける充分な延性である。本発明者らは前述の課題を解
決するために、溶接性、高温強度およびコストに優れた
Ｎｉ基合金において種々の検討を行った結果、Ｎｉベー
スの合金にＡｌ，Ｔｉを適量添加することにより、溶接
施工性を劣化させることなく材料の耐熱疲労特性を向上
させることが可能であることを見出した。SUMMARY OF THE INVENTION The properties required of a material for improving thermal fatigue resistance include a low coefficient of thermal expansion and a modulus of longitudinal elasticity, a high thermal conductivity and a proof stress, and a sufficient ductility at high temperatures and ordinary temperatures. . The present inventors have conducted various studies on a Ni-based alloy having excellent weldability, high-temperature strength and cost in order to solve the above-mentioned problems. As a result, by adding appropriate amounts of Al and Ti to a Ni-based alloy, It has been found that it is possible to improve the thermal fatigue resistance of a material without deteriorating welding workability.

【０００５】すなわち、本発明の要旨とするところは、
重量％で、Ｃ ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．５％以
下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｃｒ：２０〜３０％、Ｍｏ：
８〜１６％、Ｎｂ：０．１〜５％、Ｆｅ：５％以下を含
有し、かつ、Ａｌ，Ｔｉのうち１種または２種、合計で
０．８〜３．５％を含有し、残部がＮｉおよび不可避不
純物からなる耐熱疲労特性に優れた肉盛合金である。That is, the gist of the present invention is as follows.
By weight%, C: 0.05% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.5% or less, Cr: 20 to 30%, Mo:
8 to 16%, Nb: 0.1 to 5%, Fe: 5% or less, and one or two of Al and Ti, 0.8 to 3.5% in total, The balance is a build-up alloy having excellent heat-resistant fatigue properties composed of Ni and unavoidable impurities.

【０００６】[0006]

【発明の実施の形態】以下に本発明における合金成分を
定めた理由を示す。なお％は重量％を意味する。 Ｃ：０．０５％以下 Ｃｒと炭化物を形成し、耐熱性を劣化させるため上限を
０．０５％とする。 Ｓｉ：０．５％以下 脱酸材として添加するが、溶接性を劣化させるため上限
を０．５％とする。 Ｍｎ：０．５％以下 脱酸材として添加するが、増量添加してもその効果は飽
和し逆に材料内に介在物として酸化物を形成する傾向が
あるため、上限を０．５％とする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The reasons for determining the alloy components in the present invention will be described below. In addition,% means weight%. C: 0.05% or less The upper limit is set to 0.05% to form carbides with Cr and deteriorate heat resistance. Si: 0.5% or less Si is added as a deoxidizer, but the upper limit is set to 0.5% to deteriorate the weldability. Mn: 0.5% or less Mn is added as a deoxidizer, but even if it is added in an increased amount, the effect is saturated and conversely, there is a tendency to form oxides as inclusions in the material. I do.

【０００７】Ｃｒ：２０〜３０％ 緻密なＣｒの酸化膜を形成し耐酸化性を向上させる元素
であるため添加する。２０％以下ではその効果は十分で
ないため、下限を２０％とする。また、３０％以上添加
してもその効果は飽和するため、上限を３０％とする。 Ｍｏ：８〜１６％ 耐食性向上元素および固溶強化元素として添加する。８
％以下では効果が十分でないため、下限を８％とした。
１６％以上添加してもその効果は飽和するため上限を１
６％とする。Cr: 20 to 30% Cr is an element which forms a dense Cr oxide film and improves oxidation resistance. If it is less than 20%, the effect is not sufficient, so the lower limit is made 20%. Further, even if added at 30% or more, the effect is saturated, so the upper limit is made 30%. Mo: 8 to 16% Added as a corrosion resistance improving element and a solid solution strengthening element. 8
%, The effect is not sufficient, so the lower limit was set to 8%.
Even if 16% or more is added, the effect is saturated, so the upper limit is 1
6%.

【０００８】Ｎｂ：０．１〜５％ 固溶強化およびＣ元素を固定するための元素として添加
する。０．１％以下では効果が充分でないので、下限を
０．１％とする。増量添加すると溶接性を劣化させるた
め、上限を５％とする。 Ｆｅ：５％以下 Ｎｉの代替として添加するが、増量添加すると耐食性、
耐酸化性を劣化させるため、上限を５％とする。Nb: 0.1 to 5% Nb is added as an element for strengthening solid solution and fixing the C element. If the content is less than 0.1%, the effect is not sufficient, so the lower limit is set to 0.1%. When added in an increased amount, the weldability deteriorates, so the upper limit is made 5%. Fe: 5% or less It is added as a substitute for Ni.
In order to deteriorate oxidation resistance, the upper limit is set to 5%.

【０００９】Ａｌ，Ｔｉのうち１種または２種、合計で
０．８〜３．５％ Ａｌ，Ｔｉは共にＮｉとの金属間化合物を形成し、マト
リックスを強化する。この効果により耐熱疲労特性を向
上させる。添加量が少ないと効果がないため、下限を１
種または２種の合計で０．８％とする。添加量が増える
と高温延性を低下させ耐熱疲労特性を劣化させ、また溶
接施工性が低下するため上限を１種または２種の合計で
３．５％とする。One or two of Al and Ti, 0.8 to 3.5% in total, Al and Ti both form an intermetallic compound with Ni and strengthen the matrix. This effect improves the thermal fatigue resistance. If the amount is small, there is no effect.
The total of the species or two is 0.8%. When the amount of addition increases, the high-temperature ductility decreases and the thermal fatigue resistance deteriorates, and the welding workability decreases. Therefore, the upper limit is made 3.5% in total of one or two types.

【００１０】[0010]

【実施例】表１に本発明合金および比較合金の化学成分
を示す。比較合金１および２は、この種の目的によく使
用されているＡｌｌｏｙ６２５およびＡｌｌｏｙ６０１
である。表２に本発明合金および比較合金の熱疲労特
性、溶接施工性を評価した結果を示す。表１に示す化学
成分にて溶製した合金から試験片を割り出し熱疲労試験
を行うことにより、耐熱疲労特性を調査した。熱疲労特
性は変位を拘束し、温度サイクルによって熱応力を負荷
する方法で、５００〜８００℃および常温〜８００℃の
２条件にて熱疲労試験を行い破断に到るまでのサイクル
数を測定することにより評価した。前者の温度サイクル
条件は、稼働中の温度サイクルを模したものであり、結
果を熱疲労寿命１とした。後者は、起動停止に伴う温度
サイクルを模したものであり、熱疲労寿命２とした。ま
た、溶接施工性は上記のインゴットを粉末化後肉盛溶接
試験を行い、現状で使用されているＡｌｌｏｙ６２５合
金（比較合金１）と比較し、溶接割れ長さを測定し、溶
接施工性が優れている場合は◎、現状と同レベルである
ときは〇、現状より劣る場合は×とし、施工性を評価し
た。EXAMPLES Table 1 shows the chemical components of the alloys of the present invention and comparative alloys. Comparative alloys 1 and 2 are alloy 625 and alloy 601 which are commonly used for this type of purpose.
It is. Table 2 shows the results of evaluating the thermal fatigue characteristics and welding workability of the alloy of the present invention and the comparative alloy. A test piece was determined from an alloy melted with the chemical components shown in Table 1 and subjected to a thermal fatigue test to investigate thermal fatigue properties. The thermal fatigue characteristic is a method in which displacement is constrained and thermal stress is applied by a temperature cycle. A thermal fatigue test is performed under two conditions of 500 to 800 ° C. and normal temperature to 800 ° C., and the number of cycles until breakage is measured. It was evaluated by: The former temperature cycle condition simulates a temperature cycle during operation, and the result is defined as a thermal fatigue life of 1. The latter simulates a temperature cycle associated with the start and stop, and has a thermal fatigue life of 2. In addition, welding workability is evaluated by welding the above ingot after powdering, performing overlay welding test, comparing with currently used Alloy 625 alloy (Comparative Alloy 1), measuring the length of weld cracks, and having excellent weldability. , 〇 when the level is the same as the current level, and × when inferior to the current level, the workability was evaluated.

【００１１】[0011]

【表１】 [Table 1]

【００１２】[0012]

【表２】 [Table 2]

【００１３】Ａｌ，Ｔｉ添加量が０．８％以下の比較合
金１および６と比較すると、本発明合金の耐熱疲労特性
の指標である熱疲労寿命１、２は向上していることが分
かる。また、比較合金２はＭｏ、Ｎｂを添加していない
ため高温強度が低く、耐熱疲労特性が劣っている。Ｎｂ
を増量添加した比較合金５は溶接施工性が劣化してい
る。これに対し、Ｎｂを低減した発明合金ＦおよびＪは
溶接施工性が向上している。また、Ａｌ，Ｔｉを増量添
加した比較合金３および４は、熱疲労寿命１は向上して
いるが、熱疲労寿命２は著しく劣る。これは、Ａｌ，Ｔ
ｉの増量添加による延性の低下によるものである。Compared with Comparative Alloys 1 and 6 in which the amounts of Al and Ti added are 0.8% or less, it can be seen that the thermal fatigue life 1, 2 which is an index of the thermal fatigue resistance of the alloy of the present invention is improved. Comparative alloy 2 does not contain Mo or Nb, and thus has a low high-temperature strength and is inferior in thermal fatigue resistance. Nb
The comparative workability of the comparative alloy 5 to which a large amount was added was deteriorated. On the other hand, invention alloys F and J in which Nb is reduced have improved welding workability. The comparative alloys 3 and 4 to which Al and Ti are added in an increased amount have an improved thermal fatigue life 1, but have a significantly poorer thermal fatigue life 2. This is Al, T
This is due to the decrease in ductility due to the increased addition of i.

【００１４】[0014]

【発明の効果】本発明によって、耐熱ロール、エンジン
燃焼室などの熱応力の生じる状況下で使用する部材の肉
盛用合金として、耐熱疲労特性、肉盛溶接施工性に優れ
た材料を提供することができる。According to the present invention, there is provided a material which is excellent in heat-resistant fatigue properties and build-up welding workability as a build-up alloy for a member used in a situation where thermal stress is generated, such as a heat-resistant roll or an engine combustion chamber. be able to.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木田 忠伯 兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番地 山陽特殊製鋼株式会社内 (72)発明者 友野 裕 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 角谷 茂 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 大西 邦彦 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 梶原 伸治 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tadahisa Kida 3007 one character, Nakajima-shi, Shima, Himeji-shi, Hyogo Sanyo Special Steel Co., Ltd. No. 28 Inside Hitachi Zosen Corporation (72) Inventor Shigeru Kadoya 3-28, Nishikujo, Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Inside (72) Inventor Kunihiko Onishi 5 Nishikujo, Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka Hitachi Shipbuilding Co., Ltd. (72) Inventor Shinji Kajihara 5-28 Nishikujo, Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０５％以下、 Ｓｉ：０．５％以下、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｃｒ：２０〜３０％、 Ｍｏ：８〜１６％、 Ｎｂ：０．１〜５％、 Ｆｅ：５％以下 を含有し、かつ、Ａｌ，Ｔｉのうち１種または２種、合
計で０．８〜３．５％を含有し、残部がＮｉおよび不可
避不純物からなることを特徴とする耐熱疲労特性に優れ
た肉盛合金。C: 0.05% or less, Si: 0.5% or less, Mn: 0.5% or less, Cr: 20 to 30%, Mo: 8 to 16%, Nb: 0% by weight. 0.1 to 5%, Fe: 5% or less, and one or two of Al and Ti, 0.8 to 3.5% in total, with the balance being Ni and unavoidable impurities A hardfacing alloy with excellent heat fatigue properties.