(57)【要約】【課題】金型表面で広がりやすい金型補修溶接材料を提供する。【解決手段】質量％で、０．２０％≦Ｃ≦０．２５％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、０．７５％≦Ｍｎ≦０．９５％、５．７０％≦Ｃｒ≦６．００％、２．４０％≦Ｍｏ≦２．６０％、０．６０％≦Ｖ≦０．７０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる金型補修溶接材料とする。金型補修溶接材料の融点が、１７００℃以下であるとよい。また、室温にて、溶接部の硬さが、４５ＨＲＣ以上、熱伝導率が、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
０．２０％≦Ｃ≦０．２５％、
０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、
０．７５％≦Ｍｎ≦０．９５％、
５．７０％≦Ｃｒ≦６．００％、
２．４０％≦Ｍｏ≦２．６０％、
０．６０％≦Ｖ≦０．７０％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする金型補修溶接材料。
【請求項２】
融点が、１７００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の金型補修溶接材料。
【請求項３】
溶接部の硬さが、室温にて、４５ＨＲＣ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の金型補修溶接材料。
【請求項４】
溶接部の熱伝導率が、室温にて、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の金型補修溶接材料。
【請求項５】
３パス５層の肉盛溶接によって形成した溶接部において、幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗが、０．２８以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金型補修溶接材料。
【請求項６】
質量％で、
Ｎｉ≦０．２５％、
Ｃｕ≦０．２５％、
Ａｌ≦０．０３０％であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の金型補修溶接材料。
【請求項７】
質量％で、
Ｎ≦０．０２０％、
Ｏ≦０．００１５％、
Ｐ≦０．０３０％、
Ｓ≦０．０１０％であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の金型補修溶接材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型補修溶接材料に関し、さらに詳しくは、工具鋼よりなる金型を補修溶接するための金型補修溶接材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の成形に用いられる金型において、金型の使用に伴って、金型に損傷が生じると、その損傷部が、以降の成形に影響を与えることになる。例えば、金属材料のダイカスト成形に用いられる金型においては、金型への高温の溶湯の射出と冷却とが繰り返され、金型に、ヒートチェックによる亀裂や割れ等の損傷が生じる。金型表面にこのような損傷が生じると、その損傷が製品に転写されてしまう。そこで、金型の損傷箇所を取り除いた後、その箇所を埋めるようにして、補修溶接が行われる。
【０００３】
ダイカスト成形用の金型の補修溶接に用いる金型補修溶接材料が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１においては、金型補修溶接材料の成分組成の調整により、金型の耐ヒートチェック性及び金型の寿命を確保しつつ、溶接材料の積層性を向上させることを図っている。溶接材料の積層性を向上させることで、溶接時に溶接材料が金型表面で広がり過ぎることがなく、溶接材料の厚さを確保し得るとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２４０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示される材料のように、金型補修溶接材料が高い積層性を有するということは、金型補修溶接材料が金型表面であまり広がらずに、高く盛り上がった状態を保持することを意味する。しかし、金型の表面の広い範囲に損傷が生じた場合や、長い亀裂が生じた場合等には、広い面積に対して補修溶接を施す必要がある。そのような場合において、金型補修溶接材料が金型表面で広がりにくいと、補修溶接を多数の箇所において行うことや、１箇所ごとの補修溶接を多数回繰り返して行うことが必要となる。すると、補修溶接に長い時間を要することになる。特に、多数の金型に対して連続して補修溶接を行う場合には、各金型の補修溶接を短時間で完了することができず、補修溶接作業の稼働率を高めることが難しくなる。これらの場合において、必要な面積の補修溶接を、少ない溶接回数で完了することができるように、金型表面で広がりやすい金型補修溶接材料を用いることが望まれる。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、金型表面で広がりやすい金型補修溶接材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる金型補修溶接材料は、質量％で、０．２０％≦Ｃ≦０．２５％、０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％、０．７５％≦Ｍｎ≦０．９５％、５．７０％≦Ｃｒ≦６．００％、２．４０％≦Ｍｏ≦２．６０％、０．６０％≦Ｖ≦０．７０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、というものである。
【０００８】
ここで、上記金型補修溶接材料において、融点が、１７００℃以下であるとよい。
【０００９】
溶接部の硬さが、室温にて、４５ＨＲＣ以上であるとよい。
【００１０】
溶接部の熱伝導率が、室温にて、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとよい。
【００１１】
３パス５層の肉盛溶接によって形成した溶接部において、幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗが、０．２８以下であるとよい。
【００１２】
上記金型補修溶接材料において、質量％で、Ｎｉ≦０．２５％、Ｃｕ≦０．２５％、Ａｌ≦０．０３０％であるとよい。
【００１３】
上記金型補修溶接材料において、質量％で、Ｎ≦０．０２０％、Ｏ≦０．００１５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０１０％であるとよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記発明にかかる金型補修溶接材料によると、特にＣｒの含有量が調整されていることにより、補修溶接に用いられた際に、溶融された補修溶接材料が、高い流動性を有し、金型表面でよく広がる。その結果、１パスの溶接で、広い溶接面積を確保することができ、大面積にわたる補修溶接であっても、少ない溶接回数で完了することが可能となる。金型表面に対する金型補修溶接材料の密着性も高くなる。また、上記発明にかかる金型補修溶接材料は、高い硬度と熱伝導率を有する溶接部を形成しやすいため、溶接部の耐ヒートチェック性にも優れたものとなる。
【００１５】
ここで、上記金型補修溶接材料において、融点が、１７００℃以下である場合には、融点が十分に低いことにより、補修溶接時に溶融された金型補修溶接材料が、凝固するまでの間に、高い流動性を有する状態で金型表面を広がりやすい。よって、大面積にわたる補修溶接に好適に用いることができる。
【００１６】
溶接部の硬さが、室温にて、４５ＨＲＣ以上である場合には、溶接部において、金型として要求される硬さを担保しやすい。また、補修溶接後の金型において、高い耐ヒートチェック性を確保することができる。
【００１７】
溶接部の熱伝導率が、室温にて、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である場合には、溶接部が十分に高い熱伝導率を有することで、補修溶接後の金型において、高い耐ヒートチェック性を確保することができる。
【００１８】
３パス５層の肉盛溶接によって形成した溶接部において、幅Ｗに対する高さＨの比Ｈ／Ｗが、０．２８以下である場合には、溶接部の高さに対して幅が広いことになり、溶融された補修溶接材料が金型表面でよく広がっていることの指標となる。
【００１９】
上記金型補修溶接材料において、質量％で、Ｎｉ≦０．２５％、Ｃｕ≦０．２５％、Ａｌ≦０．０３０％である場合には、金型補修溶接材料の広がりやすさの低下や、溶接部の熱伝導率の低下等、これらの元素による金型補修溶接材料の特性への影響を、小さく抑えることができる。
【００２０】
上記金型補修溶接材料において、質量％で、Ｎ≦０．０２０％、Ｏ≦０．００１５％、Ｐ≦０．０３０％、Ｓ≦０．０１０％である場合には、溶接部における溶接欠陥の生成や化合物の形成等、これらの元素による金型補修溶接材料の特性への影響を、小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】金型補修溶接材料におけるＣｒ含有量と融点との関係を示す試験結果である。
【図２】金型補修溶接材料における融点と溶接部の高さとの関係を示す試験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態にかかる金型補修溶接材料について、詳細に説明する。本実施形態にかかる金型補修溶接材料は、ダイカスト用金型をはじめとする金型を、溶接によって補修するための材料であり、以下のような成分組成と特性を有する。
【００２３】
本明細書において、金型補修溶接材料を用いて形成される溶接部や金型母材について記載される熱伝導率や硬さ等の物性値は、室温における値とする。また、溶接部についてのそれらの物性値は、溶接ままの状態（溶接を行ったまま、熱処理等、他の処理を施していない状態）で得られる値とする。溶接部の物性は、実際に金型補修溶接材料を用いて金型を補修する際の溶接条件を模擬して作製した溶接部に対して評価すればよく、例えば、ＴＩＧ溶接を用いた肉盛溶接によって作製した溶接部を用いることが好ましい。また、溶接部の表面に形成された酸化物や窒化物によって、溶接部を構成する金属材料に対して、正確な物性の評価を行いにくい場合には、適宜、研削等によって、溶接部表面の組織を除去してから、評価を行えばよい。
【００２４】
＜金型補修溶接材料の成分組成＞
本実施形態にかかる金型補修溶接材料（以下、単に補修溶接材料と称する場合がある）は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを必須元素として含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。以下、各成分元素の含有量の単位は、質量％である。
【００２５】
（１）０．２０％≦Ｃ≦０．２５％
Ｃの含有量は、補修溶接材料の硬さに大きく影響し、含有量が多いほど、硬さが高くなる。Ｃの含有量を０．２０％以上とすれば、ダイカスト用金型をはじめ、金属材料の成形に用いられる金型に対して一般に要求される、溶接ままの状態で４５ＨＲＣ以上のような高硬度を、本補修溶接材料を用いて形成した溶接部において、得やすくなる。溶接部が４５ＨＲＣのように高い硬さを有することで、溶接部の耐ヒートチェック性も高くなる。
【００２６】
一方、Ｃの含有量を多くしすぎても、溶接部の硬さを向上させる効果が飽和してしまう。また、溶接部の熱伝導率が低くなってしまう。炭化物の増加による補修溶接材料の特性の劣化も懸念される。これらの観点から、Ｃの含有量は、０．２５％以下とされる。これにより、溶接ままの状態で２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のように、高い熱伝導率が得られやすい。溶接部が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のように高い熱伝導率を有することで、溶接部の耐ヒートチェック性が高くなる。
【００２７】
（２）０．０５％≦Ｓｉ≦０．１５％
Ｓｉの含有量が多くなると、補修溶接材料の熱伝導率が低下してしまう。よって、補修溶接材料において、熱伝導率を向上させる観点から、Ｓｉの含有量は少ない方が好ましく、０．１５％以下に制限される。
【００２８】
熱伝導率向上等の観点から、Ｓｉの含有量は少ないほど好ましいが、Ｓｉは、鋼材の製造工程において、成分調整や精錬のために、不可避的に含有される元素である。補修溶接材料におけるＳｉの含有量を０．０５％未満とすることは、工業的に非常に困難であるため、Ｓｉの含有量は、０．０５％以上とされる。
【００２９】
（３）０．７５％≦Ｍｎ≦０．９５％
Ｍｎを含有させることで、補修溶接材料の焼入れ性が向上される。焼入れを経た補修溶接材料を用いて形成した溶接部において、溶接ままの状態で４５ＨＲＣ以上のような硬さを得る観点から、Ｍｎの含有量は０．７５％以上とされる。
【００３０】
一方、Ｍｎを多量に含有させすぎると、補修溶接材料の熱伝導率が低下してしまう。高い熱伝導率を確保する観点から、Ｍｎの含有量は、０．９５％以下とされる。
【００３１】
（４）５．７０％≦Ｃｒ≦６．００％
Ｃｒの含有量は、補修溶接材料の融点に大きく影響する。後の実施例に示すように、概ねＣｒの含有量が５．７％未満の領域では、Ｃｒの含有量が少なくなるほど、融点が高くなる傾向がある。補修溶接材料の融点が高くなると、溶融された補修溶接材料が広がりにくくなる。そこで、融点を低く抑え、補修溶接材料の広がりやすさを確保する観点から、Ｃｒの含有量は、５．７０％以上とされる。また、Ｃｒは、溶接部の硬さや高温強度を向上させる元素であり、５．７０％以上含有させることで、十分な耐ヒートチェック性を与える硬さや高温強度を達成しやすくなる。
【００３２】
一方、後の実施例に示されるように、補修溶接材料の融点は、Ｃｒの含有量が多くなりすぎても、高くなる傾向がある。そこで、補修溶接材料の融点の上昇を抑え、広がりやすさを確保する観点から、Ｃｒの含有量は、６．００％以下とされる。また、Ｃｒの含有量が多くなると、溶接部の熱伝導率が低下してしまう。Ｃｒの含有量を６．００％以下とすることで、溶接部の熱伝導率を高くし、ヒートチェックを抑制しやすくなる。
【００３３】
このように、Ｃｒの含有量を、５．７０％以上、６．００％以下とすることで、１７００℃以下のように融点を低くし、溶融された補修溶接材料の広がりやすさを高めることができる。同時に、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のような高い熱伝導率と、４５ＨＲＣ以上のような高い硬度を確保しやすく、溶接部の耐ヒートチェック性を高めることができる。
【００３４】
（５）２．４０％≦Ｍｏ≦２．６０％
Ｍｏは、焼入れ性の向上に効果を有する元素であり、Ｍｏを添加することで、焼入れを経て製造された補修溶接材料を用いて、硬さの高い溶接部を形成することができる。ＳｉやＭｎも焼入れ性を向上させる元素であるが、上記のように、熱伝導率向上等の観点から、ＳｉやＭｎを補修溶接材料に多量に添加することは好ましくないため、Ｍｏによって焼入れ性を確保する必要がある。Ｍｏの含有量を２．４０％以上とすることで、溶接ままの状態で４５ＨＲＣ以上のような硬さを達成することができる。また、Ｍｏも、溶融された補修溶接材料を広がりやすくする効果を有し、Ｍｏの含有量を２．４０％以上とすることで、大面積での補修溶接に必要な広がりやすさを確保しやすくなる。
【００３５】
一方、Ｍｏの含有量が多くなりすぎると、補修溶接材料の熱伝導率が低下してしまう。よって、補修溶接材料において、熱伝導率を確保する観点から、Ｍｏの含有量は２．６０％以下とされる。
【００３６】
（６）０．６０％≦Ｖ≦０．７０％
Ｖは、補修溶接材料中で、結晶粒を微細化する効果を有する。補修溶接材料を用いて溶接を行うと、溶接部において、金属材料が、液体状態から急激に冷却されるため、結晶粒が粗大化しやすい傾向があるが、Ｖを含有させることで、結晶粒の粗大化を抑制することができる。補修溶接材料において、結晶粒を微細化することで、溶接作業中に溶接部に発生する割れを抑制する効果を得ることができる。結晶粒微細化の効果を十分に得る観点から、Ｖの含有量は、０．６０％以上とされる。
【００３７】
一方、Ｖを含有させすぎると、粒径１０μｍを超えるような、粗大な窒化物を形成しやすくなる。粗大な窒化物の形成による金型の摩耗を抑制する観点から、Ｖの含有量は、０．７０％以下とされる。
【００３８】
本実施形態にかかる補修溶接材料は、上記所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖを含有し、残部は、Ｆｅと不可避的不純物よりなる。ここで、不可避的不純物としては、以下のような元素および上限量が想定される。
【００３９】
（７）Ｎｉ≦０．２５％
（８）Ｃｕ≦０．２５％
ＮｉやＣｕは、補修溶接材料を工業的に製造する際、鉄スクラップや合金鉄等の原料中から、補修溶接材料に不可避的に混入する。しかし、上記各上限値以下の量であれば、含有されても、金型表面での広がりやすさ、溶接部の硬さや熱伝導率等、補修溶接材料としての特性に顕著な影響を与えるものとはなりにくい。よって、上記各上限内の含有量に抑えることが好ましい。
【００４０】
（９）Ａｌ≦０．０３０％
Ａｌも、補修溶接材料の製造時に、原料中から不可避的に混入する元素である。しかし、Ａｌは、溶融された補修溶接材料を広がりにくくするため、含有量が少ない方が好ましい。０．０３０％以下であれば、Ａｌが混入したとしても、十分な広がりやすさを確保することができる。
【００４１】
（１０）Ｎ≦０．０２０％
（１１）Ｏ≦０．００１５％
ＮやＯは、工業的に鋼材を製造する際に、大気中からＦｅ中に溶解するため、補修溶接材料に、不可避的に混入する。しかし、ＮおよびＯの含有量が多くなりすぎると、溶接時に、ブローホール（溶接欠陥）を生成する。そして、ＮおよびＯは、補修溶接材料中で、金属元素の窒化物および酸化物をそれぞれ形成する。金属窒化物および金属酸化物、特に粒径の大きなものは、補修溶接された金型の摩耗を引き起こしやすい。よって、ＮおよびＯの含有量は、可及的に低減することが好ましい。Ｎの含有量を０．０２０％以下、Ｏの含有量を０．００１５％以下に抑えておけば、粗大な窒化物や酸化物の形成を、効果的に抑制することができる。また、補修溶接材料の製造工程において、ＮやＯの含有量を低減するほど、製造コストが増大するので、製造コストの過剰な上昇を避ける観点から、ＮおよびＯの含有量を、上記上限の範囲内程度で管理することが好ましい。
【００４２】
（１２）Ｐ≦０．０３０％
（１３）Ｓ≦０．０１０％
ＰおよびＳも、原料等に起因して、補修溶接材料に不可避的に混入するものである。しかし、上記各上限値以下の量であれば、含有されても、金型表面での広がりやすさ、溶接部の硬さや熱伝導率等、補修溶接材料としての特性に顕著な影響を与えるものとはなりにくい。よって、上記各上限内の含有量に抑えることが好ましい。
【００４３】
上記のＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｓ以外に、想定される不可避的不純物としては、以下のようなものが挙げられる。つまり、Ｃｏ＜０．３％、Ｗ＜０．１０％、Ｎｂ＜０．１０％、Ｔａ＜０．０１％、Ｔｉ＜０．１０％、Ｚｒ＜０．０１％、Ｂ＜０．０１０％、Ｃａ＜０．０１０％、Ｓｅ＜０．０３％、Ｔｅ＜０．０１％、Ｂｉ＜０．０１％、Ｐｂ＜０．０３％、Ｍｇ＜０．０２％、ＲＥＭ＜０．１０％等が想定される。
【００４４】
＜金型補修溶接材料の特性＞
本実施形態にかかる金型補修溶接材料においては、上記成分組成を有することにより、特にＣｒの含有量の調整により、補修溶接時に、溶融された補修溶接材料が、金型表面で広がりやすくなっている。
【００４５】
金型表面の補修溶接を行う際に、溶融された補修溶接材料が金型表面で広がりにくいと、金型表面において、必要な面積に補修溶接を行うのに、多数の箇所で溶接を行う必要がある。また、各箇所での溶接において、多数の溶接パスが必要となる。すると、補修溶接を完了するのに、何度も溶接の操作を行わねばならず、長い時間を要することになる。特に、長い亀裂が発生した場合等、補修溶接が必要な面積が大きい場合や、多数の金型に対して補修溶接を行う必要がある場合には、補修溶接の効率が著しく悪くなる。
【００４６】
しかし、本実施形態にかかる補修溶接材料は、その成分組成の効果により、金型表面で広がりやすくなっているため、一度の溶接操作で、大きな面積に溶接部を形成することができる。すると、金型表面において、必要な面積に補修溶接を行うのに、溶接を行う箇所を低減し、また、各箇所における溶接パスの数も低減することができる。すると、少ない溶接操作で、大面積の補修溶接を完了することができ、補修溶接に要する時間を短縮できる。これにより、補修溶接の効率が向上される。特許文献１に記載されるような積層性の高い補修溶接材料は、小さい面積の領域に対して補修溶接を行う場合に、好適に用いることができるのに対し、本実施形態にかかる補修溶接材料は、長い亀裂が発生した場合等、大面積の領域に対して補修溶接が必要な場合や、多数の金型に対して連続して補修溶接を行う必要がある場合に、特に好適に用いることができる。さらに、本実施形態にかかる補修溶接材料は、金型表面で広がりやすいことにより、広い面積で金型表面に接することになるので、金型表面に対する溶接部の密着性も高くなる。
【００４７】
金型表面における補修溶接材料の広がりやすさの指標としては、金型表面に形成される溶接部における、高さ比Ｈ／Ｗを用いることができる。ここで、Ｈは溶接部の高さ、Ｗは溶接部の幅である。例えば、平板状の金型母材の表面に、補修溶接材料を用いて、肉盛溶接によって、線状の溶接部を形成して、その溶接部の断面において、金型母材の表面から溶接部の頂部までの距離を高さＨとし、溶接部と金型母材が接する界面における溶接部の幅寸法（溶接方向に直交する方向の寸法）を幅Ｗとすればよい。そして、高さＨを幅Ｗで規格化して、高さ比Ｈ／Ｗを算出すればよい。高さ比Ｈ／Ｗの値が小さいほど、溶融された補修溶接材料が金型表面でよく広がることを示す。
【００４８】
例えば、３パス５層の肉盛溶接を行った際に、つまり、平板状の金型母材の表面において、線状の溶接部を３パス形成し、各パスにおいて５層の溶接部を積層した際に、得られた溶接部において、高さ比Ｈ／Ｗが、０．３０以下であればよい。さらには、高さ比Ｈ／Ｗが、０．２８以下、０．２５以下であるとよい。
【００４９】
補修溶接材料の広がりやすさは、補修溶接材料の融点との間に相関性を有しており、融点が低いほど、溶融された補修溶接材料が広がりやすくなる。これは、一つには、補修溶接を行う際に、補修溶接材料を溶融させるための溶接トーチ等による加熱の出力を一定とした場合に、補修溶接材料が低い融点を有するほど、融点を超えて加熱される温度が高くなり、溶融して高温の状態にある補修溶接材料が高い流動性を獲得するためである。さらに、補修溶接材料が低い融点を有するほど、金型表面で溶融した補修溶接材料が冷却されて凝固するまでに長い時間がかかることになり、補修溶接材料が金型表面を広がることができる流動性を維持した状態にある時間が、長くなるためである。
【００５０】
例えば、補修溶接材料の融点が１７００℃以下であれば、補修溶接材料が金型表面において、十分によく広がりやすい。融点が、１６７０℃以下、さらには１６５０℃以下、１６００℃以下であると、特に好ましい。補修溶接材料の融点は、補修溶接材料の成分組成に依存し、後の実施例に示すように、特にＣｒの含有量との間に高い相関を有する。
【００５１】
さらに、本実施形態にかかる補修溶接材料は、上記成分組成を有することにより、特に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎの含有量が少なく抑えられていることにより、高い熱伝導率を有する。例えば、本実施形態にかかる補修溶接材料を用いて溶接を行った溶接部は、溶接ままの状態において、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を備えることができる。一般に金型の補修溶接に用いられるＳＫＤ６１やＳＫＤ１１は、溶接材として成分が最適化されたものではなく、熱伝導率が１８〜２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるが、本実施形態にかかる補修溶接材料は、これよりも高い熱伝導率を示す。
【００５２】
溶接部が高い熱伝導率を有することで、ダイカスト成形時の溶湯の射出等によって、溶接部が加熱を受けても、溶接部の表層部の温度が低下しやすく、表層部と内部の間の温度勾配が大きくなりにくい。すると、溶接部において、熱応力が小さく抑えられ、ヒートチェックの発生を抑制することができる。本実施形態における補修溶接材料において、溶接部が２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していれば、効果的にヒートチェックの発生を抑制することができる。補修溶接後の金型において、ヒートチェックの発生が抑制されることで、再度金型に損傷が発生するのを、回避しやすい。熱伝導率は、２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらには３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であると、特に好ましい。ヒートチェック抑制の観点から、熱伝導率は高いほど好ましく、上限は特に設けられない。
【００５３】
本実施形態にかかる補修溶接材料は、形成された溶接部において、溶接ままの状態で、４５ＨＲＣ以上の硬さを有することが好ましい。４５ＨＲＣ以上の硬さは、補修溶接を経た金型が、金型としての使用に耐えるのに十分なものである。また、溶接部が４５ＨＲＣ以上のような高い硬さを有することで、割れや亀裂を生じにくくなり、ヒートチェックの発生を抑制することができる。溶接部の硬さは、４７ＨＲＣ以上であると、さらに好ましい。
【００５４】
一方、溶接部の硬さが高すぎても、かえって大割れの発生が懸念される。よって、溶接部の硬さは、５４ＨＲＣ以下であることが好ましい。５２ＨＲＣ以下であると、さらに好ましい。
【００５５】
＜金型補修溶接材料の製造方法＞
本実施形態にかかる補修溶接材料は、例えば、所定成分を所定の組成比で溶解させた溶湯からインゴットを作製し、９００℃から１２５０℃に加熱して鍛造、圧延を行うことで、溶接用線材（溶接棒）として製造することができる。また、圧延後の材料に伸線等を行っても良い。溶湯の調製およびインゴットの作製を、減圧下で行えば、製造される補修溶接材料中のＮやＯの濃度を低く抑えやすい。
【００５６】
さらに、本補修溶接材料は、熱処理工程として、焼なましを経て製造することが好適である。焼なまし条件としては、８００〜９５０℃で３時間以上加熱し、５０℃／時間以下の冷却速度で７００℃以下まで徐冷する球状化焼なましや、６００〜７８０℃で５時間以上加熱し、空冷や水冷を行う低温焼きなましを、例示することができる。
【００５７】
＜金型の補修溶接の方法＞
本実施形態にかかる補修溶接材料は、金型の補修溶接に、好適に使用することができる。本補修溶接材料は、ＴＩＧ溶接およびレーザー溶接のいずれにも好適に適用できる。
【００５８】
金型において、亀裂等の損傷の発生によって補修が必要となった箇所に対して、適宜、切削等の機械加工による損傷部の除去を行ったうえで、本補修溶接材料を用いて、肉盛溶接を行えばよい。そして、溶接部の盛り上がった箇所を、切削、研削等の機械加工によって除去して、溶接部を金型表面と面一に仕上げ、金型の形状を調整すればよい。必要に応じて、溶接部に対して予後熱処理を行ってもよい。
【００５９】
本補修溶接材料によって補修を行う金型の種類は特に限定されるものではないが、ダイカスト用金型に用いることが好適である。ダイカスト成形においては、金型に対して、高温の溶湯の射出と冷却が繰り返され、ヒートチェック等の損傷が生じやすい。そのような損傷が大面積にわたって起こったとしても、本補修溶接材料の広がりやすさを利用して、少ない溶接回数で、補修溶接を完了することができる。また、本補修溶接材料によって形成された溶接部は、高い熱伝導率と硬さを有し、ヒートチェックを起こしにくいため、補修溶接を行った金型において、ヒートチェックによって再度損傷が生じるのを、抑制することができる。
【００６０】
補修の対象となる金型を構成する金属材料（金型母材）についても、特に限定されるものではない。しかし、金型母材は、４２ＨＲＣ以上、さらには４５ＨＲＣ以上の硬さを有することが好ましい。金型母材がそのような硬さを有することで、金型母材においてヒートチェックが発生するのを抑制することができる。その結果、金型母材の表面に、ヒートチェックによる損傷が発生したとしても、その面積が小さく抑えられ、補修溶接材料が広がりやすい特性を有していることの効果と併せて、少ない溶接回数で、補修溶接を完了しやすくなる。また、補修溶接を経た金型全体として、ヒートチェックの発生を抑制しながら、繰り返しの使用に耐えやすくなる。
【００６１】
一方、金型母材の硬さは、５０ＨＲＣ以下、さらには４８ＨＲＣ以下であることが好ましい。金型母材の硬さが５０ＨＲＣを超えると、靱性が低下し、大割れが発生する可能性が高まるからである。
【００６２】
金型母材の熱伝導率は、２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。補修溶接材料による溶接部のみならず、金型母材においても、熱伝導率が高ければ、補修溶接後の金型において、溶接部や金型の表層部の熱が、溶接部の内部および金型の内部に散逸されやすくなり、ヒートチェックの発生を回避しやすくなるからである。一方、金型母材の熱伝導率は、２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。金型サイズが大きくなった場合でも、熱処理後に必要な硬さを得るために、金型母材は優れた焼入れ性を有する必要があり、Ｃ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ等の焼入れ性を高める元素を、十分な焼入れ性を与える量でバランスよく添加すると、上記の値以下の熱伝導率が得られやすい。
【００６３】
好適に用いることができる金型母材として、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ６、ＳＫＤ７、ＳＫＴ４等を例示することができる。
【実施例】
【００６４】
以下に本発明の実施例、比較例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。以下、いずれの試験も、特記しないかぎり、室温、大気中にて行っている。
【００６５】
＜試験１：Ｃｒ含有量と融点の関係＞
まず、補修溶接材料におけるＣｒの含有量と、融点との関係を調べた。
【００６６】
（試料の作製）
Ｃｒの含有量の異なる補修溶接材料を作製した。具体的には、Ｃ：０．２３％、Ｓｉ：０．１０％、Ｍｎ：０．８５％、Ｍｏ：２．５２％、Ｖ：０．６２％とＣｒを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる補修溶接材料を準備した。Ｃｒの含有量は、５．４０％〜６．２０％の範囲で、変化させた。
【００６７】
補修溶接材料の作製に際し、所定の成分組成となるように、真空誘導炉にて５ｋｇの溶湯を調製し、鋳造を行って、インゴットを作製した。得られたインゴットを、１２００℃で１０時間加熱した後、φ８０ｍｍになるまで、熱間鍛造を行った。鍛造後、空冷を行い、１００℃に達した後、再度７００℃で２０時間加熱し、空冷することで、低温焼きなましを行った。このようにして得た補修溶接材料から、ワイヤカットにより、φ２ｍｍ×１３５ｍｍの試験片を作製した。
【００６８】
（融点の測定）
上記で作製した各補修溶接材料の融点を、熱重量・示差熱分析法（ＴＧ−ＤＴＡ）によって測定した。
【００６９】
（試験結果）
図１に、Ｃｒ含有量と融点の関係を示す。図１によると、補修溶接材料の融点は、Ｃｒの含有量との間に高い相関性を有することが分かる。おおむね、Ｃｒの含有量が５．７％以下の領域では、Ｃｒの含有量を増やすことで、融点が下がっているが、それよりもＣｒの含有量が多い領域では、Ｃｒの含有量が増えるのに伴って、融点が上がっている。Ｃｒ≦６．０％の領域で、１７００℃以下の融点が得られている。
【００７０】
＜試験２：補修溶接材料の成分組成と各種特性の関係＞
次に、Ｃｒ以外の成分元素の含有量も変化させて、補修溶接材料の成分組成と、補修溶接材料の特性、つまり、補修溶接材料の融点、および溶接部の硬さ、熱伝導率、形状との関係を調べた。
【００７１】
（試料の作製）
表１に示す成分元素を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる補修溶接材料を、上記試験１と同様に作成した。そして、同様の試験片を作製した。
【００７２】
上記で作製した試験片を溶接棒として用い、熱間工具鋼ＳＫＤ６１（硬さ：５０ＨＲＣ、熱伝導率：２３Ｗ／（ｍ・Ｋ））で作製したφ３０ｍｍ×１５ｍｍの金型母材のφ３０ｍｍの面に、ＴＩＧ溶接を行った。溶接時の条件としては、溶接電流を１００〜１５０Ａとし、３パス５層の溶接を行った。ウィービングは行わず、予熱および後熱はいずれも行わなかった。パス間温度は３００℃以下とし、後進法の条件で肉盛溶接を行った。
【００７３】
（特性の評価）
・融点の測定
上記試験１と同様に、補修溶接材料の融点を測定した。
【００７４】
・溶接部の硬さの測定
上記で作製した肉盛溶接部に対して、表面からおよそ１ｍｍ分を研削加工で除去した後、ロックウェルＣスケールを用いて、肉盛溶接部の表面の硬さを測定した。
【００７５】
・溶接部の熱伝導率の測定
上記で作製した肉盛溶接部から、旋盤加工により、φ１０ｍｍ×１ｍｍの試験片を削り出し、レーザーフラッシュ式熱伝導率測定を行った。
【００７６】
・溶接部の形状の評価
肉盛溶接部の断面を切り出し、金型母材の表面からの肉盛溶接部の高さ（Ｈ）を計測した。また、金型母材に接する界面における肉盛溶接部の幅（Ｗ）も計測し、高さ比Ｈ／Ｗを算出した。
【００７７】
（試験結果）
表１に、各実施例および比較例にかかる補修溶接材料の成分組成と、各特性の評価結果をまとめる。さらに、図２に、融点が１７００℃以下の実施例および比較例について、融点と肉盛溶接部の高さ（Ｈ）の関係を示す。
【００７８】
【表１】
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【００７９】
表１および図２によると、補修溶接材料の融点と溶接部の高さ（Ｈ）および高さ比（Ｈ／Ｗ）の間には、相関性があり、融点が低いほど、溶接部の高さおよび高さ比が小さくなる傾向が見られる。高さや高さ比が小さい溶接部は、溶融された補修溶接材料が、金型母材の表面において、よく広がって形成されるものである。つまり、試験１で融点との関係を検証したＣｒをはじめとして、成分元素の含有量を調整して、補修溶接材料の融点を下げることで、金型母材の表面で広がりやすい補修溶接材料とし、高さや高さ比の低い溶接部を形成することができる。
【００８０】
表１によれば、実施例１〜１０にかかる補修溶接材料はいずれも、５．７０％以上、６．００％以下のＣｒをはじめ、本発明の実施形態に規定される範囲内の成分元素を含有している。そして、それらの成分組成に対応して、１７００℃以下の融点を有している。そのような低い融点を有することにより、溶融された補修溶接材料が金型母材の表面でよく広がり、溶接部の高さで４．５ｍｍ以下、高さ比で０．２８以下の小さな値が得られている。
【００８１】
さらに、実施例１〜１０にかかる補修溶接材料によって形成された溶接部は、成分組成に対応して、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率と、４５ＨＲＣ以上の硬さを有している。そのように、高い熱伝導率と硬さを有することで、溶接部がヒートチェックを起こしにくくなる。
【００８２】
一方、各比較例にかかる補修溶接材料は、本発明の実施形態に規定される範囲内の成分組成を有していない。このことと対応して、溶接部の高さ（Ｈ）が４．５ｍｍを超えており、また高さ比（Ｈ／Ｗ）も０．２８を超えている。融点についても、いずれも１７００℃を超えている。つまり、各比較例にかかる補修溶接材料は、その成分組成に対応して、各実施例にかかる補修溶接材料よりも、金型母材の表面で広がりにくくなっている。そして、その広がりにくさは、融点の高さによると考えられる。融点の高さは、主に、ＣｒおよびＭｏの含有量が、５．７０％≦Ｃｒ≦６．００％、２．４０％≦Ｍｏ≦２．６０％との本発明の実施形態にかかる範囲を外れていることによると考えられる。なお、比較例８の成分組成は、ＳＫＤ６１に相当するものである。
【００８３】
さらに、各比較例においては、溶接部の熱伝導率が、２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）を下回っている。これは概ね、ＣやＳｉ、Ｍｎ、Ｍｏの含有量の多さと対応付けることができる。実施例８と比較例９の組、また実施例３と比較例１０の組は、Ｃの含有量以外において、近接した成分組成を有しているが、Ｃの含有量が多すぎる比較例９，１０において、それぞれ実施例８，３よりも、溶接部の高さおよび高さ比が大きくなるとともに、熱伝導率が低くなっている。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【図１】
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【図２】
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