(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｎｉ：２．７〜４．５４、
Ｍｎ：１．５〜１０．０、
Ｆｅ：３．０〜３０．０、
Ｃ：０．０３〜０．６０、
Ｓｉ：０．０１〜３．０、
Ｃｒ：７〜４０、
Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする溶接用Ｃｏ基合金。
【請求項２】
質量％で、
Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項１に記載の溶接用Ｃｏ基合金。
【請求項３】
質量％で、
Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接用Ｃｏ基合金。
【請求項４】
質量％で、
Ｎｉ：２．７〜４．５４、
Ｍｎ：１．５〜１０．０、
Ｆｅ：３．０〜３０．０、
Ｃ：０．０３〜０．６０、
Ｓｉ：０．０１〜３．０、
Ｃｒ：７〜４０、
Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする溶加材。
【請求項５】
質量％で、
Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項４に記載の溶加材。
【請求項６】
質量％で、
Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の溶加材。
【請求項７】
肉盛溶接により、溶接合金部を形成する金属線状体からなる溶加材であって、
前記溶接合金部が、質量％で、
Ｎｉ：２．７〜４．５４、
Ｍｎ：１．５〜１０．０、
Ｆｅ：３．０〜３０．０、
Ｃ：０．０３〜０．６０、
Ｓｉ：０．０１〜３．０、
Ｃｒ：７〜４０、
Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする溶加材。
【請求項８】
質量％で、
Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項７に記載の溶加材。
【請求項９】
質量％で、
Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の溶加材。
【請求項１０】
前記金属線状体が、外皮を形成する筒状金属部と、前記筒状金属部の内側に充填された合金成分調整部とからなることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の溶加材。
【請求項１１】
前記筒状金属部が、Ｆｅ：１０質量％以下を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする請求項１０に記載の溶加材。
【請求項１２】
前記筒状金属部の厚さが、０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶加材。
【請求項１３】
前記金属線状体の直径が、３．２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の溶加材。
【請求項１４】
前記金属線状体の直径が、２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の溶加材。
【請求項１５】
溶加材を肉盛溶接して形成した溶接合金部を含む肉盛金属部材であって、
前記溶接合金部は、質量％で、
Ｎｉ：２．７〜４．５４、
Ｍｎ：１．５〜１０．０、
Ｆｅ：３．０〜３０．０、
Ｃ：０．０３〜０．６０、
Ｓｉ：０．０１〜３．０、
Ｃｒ：７〜４０、
Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする肉盛金属部材。
【請求項１６】
質量％で、
Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の肉盛金属部材。
【請求項１７】
質量％で、
Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の肉盛金属部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接用Ｃｏ基合金、溶加材及び肉盛金属部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、水力発電プラントでは、水車ランナのキャビテーションによる壊食（エロージョン）が加速されており、キャビテーション壊食部の補修作業が重要となっている。水車ランナは、一般的にはステンレス鋳鋼製であるが、キャビテーション壊食部の溶接補修する際の溶接補修材（溶加材）として、通常、ＳＵＳ３０９材や共金系溶加材等が使用されている。
【０００３】
ここで、溶加材であるＳＵＳ３０９材の特徴としては、溶接性に優れるが、溶接金属部の疲労強度が母材よりも低く、耐キャビテーション壊食性も母材以下である。また、共金系溶加材（例えば、１３Ｃｒ−４Ｎｉ等）の特徴としては、溶接後の熱処理が必要となるために施工性が劣り、鋳造欠陥よりも小さい溶接欠陥となるために疲労強度は高くなるが、耐キャビテーション壊食性は水車ランナの母材と同程度である。
【０００４】
ところで、耐キャビテーション壊食性に優れた溶接材料として、ニッケル（Ｎｉ）基合金（例えば、「インコネル６２５（登録商標）」等）やコバルト（Ｃｏ）基合金（例えば、「ステライト（登録商標）」等）が挙げられる。これらの溶接材料のキャビテーション壊食量は、ＳＵＳ３０９材と比較した場合、インコネル６２５では３分の２程度であり、ステライトでは１０分の１以下である。
【０００５】
このように、ステライト等のＣｏ基合金は、耐キャビテーション壊食性に優れているため、水車ランナの溶接補修材として注目されている。特許文献１には、コバルト基合金の成分組成を調製することで、耐キャビテーション壊食性及び耐摩耗性に優れた溶接材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７７４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ステライトや特許文献１に記載された溶接材料は、耐キャビテーション壊食性に優れるが、水車ランナの母材であるステンレス鋳鋼よりも破壊靱性値が低く、高い応力がかかる部位への適用が困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、優れた耐キャビテーション壊食性および破壊靱性値を有する溶接用Ｃｏ基合金及び溶加材、並びに、これらによって溶接補修された肉盛金属部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
請求項１にかかる発明は、質量％で、Ｎｉ：２．７〜４．５４、Ｍｎ：１．５〜１０．０、Ｆｅ：３．０〜３０．０、Ｃ：０．０３〜０．６０、Ｓｉ：０．０１〜３．０、Ｃｒ：７〜４０、Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする溶接用Ｃｏ基合金である。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、質量％で、Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項１に記載の溶接用Ｃｏ基合金である。
【００１２】
請求項３にかかる発明は、質量％で、Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接用Ｃｏ基合金である。
【００１４】
請求項４にかかる発明は、質量％で、Ｎｉ：２．７〜４．５４、Ｍｎ：１．５〜１０．０、Ｆｅ：３．０〜３０．０、Ｃ：０．０３〜０．６０、Ｓｉ：０．０１〜３．０、Ｃｒ：７〜４０、Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする溶加材である。
【００１５】
請求項５にかかる発明は、質量％で、Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項４に記載の溶加材である。
【００１６】
請求項６にかかる発明は、質量％で、Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の溶加材である。
【００１７】
請求項７にかかる発明は、肉盛溶接により、溶接合金部を形成する金属線状体からなる溶加材であって、前記溶接合金部が、質量％で、Ｎｉ：２．７〜４．５４、Ｍｎ：１．５〜１０．０、Ｆｅ：３．０〜３０．０、Ｃ：０．０３〜０．６０、Ｓｉ：０．０１〜３．０、Ｃｒ：７〜４０、Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする溶加材である。
【００１８】
請求項８にかかる発明は、質量％で、Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項７に記載の溶加材である。
【００２０】
請求項９にかかる発明は、質量％で、Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の溶加材である。
【００２１】
請求項１０にかかる発明は、前記金属線状体が、外皮を形成する筒状金属部と、前記筒状金属部の内側に充填された合金成分調整部とからなることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の溶加材である。
【００２２】
請求項１１にかかる発明は、前記筒状金属部が、Ｆｅ：１０質量％以下を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする請求項１０に記載の溶加材である。
【００２３】
請求項１２にかかる発明は、前記筒状金属部の厚さが、０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶加材である。
【００２４】
請求項１３にかかる発明は、前記金属線状体の直径が、３．２ｍｍ未満であることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の溶加材である。
【００２５】
請求項１４にかかる発明は、前記金属線状体の直径が、２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の溶加材である。
【００２７】
請求項１５にかかる発明は、溶加材を肉盛溶接して形成した溶接合金部を含む肉盛金属部材であって、前記溶接合金部は、質量％で、Ｎｉ：２．７〜４．５４、Ｍｎ：１．５〜１０．０、Ｆｅ：３．０〜３０．０、Ｃ：０．０３〜０．６０、Ｓｉ：０．０１〜３．０、Ｃｒ：７〜４０、Ｍｏ：１．０〜１５．０、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金であることを特徴とする肉盛金属部材である。
【００２８】
請求項１６にかかる発明は、質量％で、Ｎｉ：３．５〜４．５４、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の肉盛金属部材である。
【００３０】
請求項１７にかかる発明は、質量％で、Ｗ：０．５〜７．５、を含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の肉盛金属部材である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の溶接用Ｃｏ基合金は、必須添加元素として３．５〜４．５４質量％のＮｉを含む成分組成を有するＣｏ基合金であり、耐キャビテーション壊食性及び破壊靱性値に優れる。したがって、本発明の溶接用Ｃｏ基合金は、ステンレス鋳鋼製の部材の溶接用補修材として用いることができる。また、ステンレス鋳鋼よりも破壊靱性値が高いため、高い応力がかかる部位に対しても用いることができる。
【００３２】
本発明の溶加材は、上述の溶接用Ｃｏ基合金が主成分であるため、耐キャビテーション壊食性に優れるとともに、ステンレス鋳鋼よりも高い破壊靱性値を有している。したがって、本発明の溶加材は、ステンレス鋳鋼製の部材の溶接用補修材として、高い応力がかかる部位に対しても用いることができる。
【００３３】
また、本発明の他の態様の溶加材は、肉盛溶接をした際に形成される溶接合金部が、必須添加元素としてＮｉを含む成分組成を有するＣｏ基合金となるため、耐キャビテーション壊食性に優れるとともに、ステンレス鋳鋼よりも高い破壊靱性値を有している。したがって、ステンレス鋳鋼製の部材の溶接用補修材として、高い応力がかかる部位に対しても用いることができる。
【００３４】
さらに、本発明の肉盛金属部材は、上述した溶加材を用いて肉盛溶接して際に形成される溶接合金部を含むため、優れた耐キャビテーション壊食性と、ステンレス鋳鋼よりも高い破壊靱性値を備える。したがって、本発明の肉盛金属部材は、高い応力がかかる場所に対しても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を適用した第３の実施形態である溶加材の包装形態を模式的に示す図である。
【図２】本発明を適用した第３の実施形態である溶加材の断面模式図である。
【図３】本発明を適用した第３の実施形態である溶加材の製造方法を説明するための系統図である。
【図４】本発明を適用した第３の実施形態である溶加材の製造方法を説明するための系統図である。
【図５】本発明の実施例で用いる溶接試験体の形状を説明するための斜視図である。
【図６】本発明の実施例において、キャビジェット装置を用いた噴流法による体積減少量の結果を示す図である。
【図７】本発明の実施例において、磁歪振動装置を用いた静置式法による体積減少量の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の溶接用Ｃｏ基合金、溶加材及び肉盛金属部材を適用した実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される構成、材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００３７】
＜第１の実施形態＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である溶接用Ｃｏ基合金の構成について説明する。
本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金は、必須添加元素、任意添加元素を以下に示す範囲で含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有して概略構成されている。なお、以下の説明において組成成分を表す％は、特に明記しない限り質量％とする。
【００３８】
すなわち、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金の成分組成としては、具体的には、以下の（１）、（２）の態様が挙げられる。
【００３９】
（１）３．５〜４．５４質量％のＮｉを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成。
（２）２．７〜４．５４質量％のＮｉ及び０．５〜１０．０質量％のＭｎを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成。
【００４０】
本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金における必須添加元素としては、上記態様（１）では、Ｎｉ、上記態様（２）では、Ｎｉ及びＭｎが挙げられる。
また、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金における任意添加元素としては、例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｗなどが挙げられる。
さらに、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金における不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｃｕなどが挙げられる。
【００４１】
次に、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金における各組成の成分範囲の限定理由について説明する。
【００４２】
「Ｃ（炭素）」
Ｃは、強化相であるＭ２３Ｃ６型炭化物の構成元素として有用であり、ピーニング効果によって結晶粒粗大化の抑制効果がある。Ｃの含有率が０．０３％未満の場合には、炭化物の十分な析出量を確保することができないため、上記した効果を発揮できない。一方、Ｃの含有率が０．６０％を超えると、Ｃの合金外への移行が起こり母材の脆化を引き起こすおそれがある。そのため、Ｃの含有率は、０．０３〜０．６０％であることが好ましく、上記効果を十分に発揮させるために０．１０〜０．２０％とすることがより好ましい。
【００４３】
「Ｓｉ（ケイ素）」
Ｓｉは、湯流れを向上させる効果がある。ここで、Ｓｉの上記効果を得るために、Ｓｉは、少なくとも０．０１％以上含有される。一方、Ｓｉの含有率が３．０％を超えると、溶接性を低下させる。そのため、Ｓｉの含有率は、０．０１〜３．０％以下であることが好ましく、溶接性の低下を十分に抑制するために０．０１〜１．０％とすることがより好ましい。
【００４４】
「Ｍｎ（マンガン）」
Ｍｎは、脆性に起因するＳ（硫黄）とＭｎＳとなり、脆性を防止し、湯流れを向上させる効果がある。また、Ｃｏ基合金に添加された際、当該Ｃｏ基合金の耐キャビテーション壊食性を向上させる効果がある。ここで、Ｍｎの含有率が０．５％未満の場合には、この効果が得られない。一方，Ｍｎの含有率が１０．０％を超えると、溶接性を低下させる。そのため、Ｍｎの含有率を０．５〜１０．０％とした。また、Ｍｎの含有率は、１．５〜２．５％とすることがより好ましい。
【００４５】
「Ｎｉ（ニッケル）」
Ｎｉは、Ｃｏ基合金に添加することにより、破壊靱性値を向上させる効果がある。具体的には、Ｎｉの含有率を２．７〜４．５４％とすることにより、シャルピー衝撃試験においてステンレス鋳鋼品（例えば、マルテンサイト系のステンレス鋳鋼材である「ＳＣＳ５」）と同等以上のシャルピー衝撃値が得られる。ここで、Ｎｉの含有率が２．７％未満の場合には、この効果を発揮できない。一方、Ｎｉの含有率が４．５４％を超えると、引張強度特性（０．２％耐力、引張強さ）において、ステンレス鋳鋼品（例えば、「ＳＣＳ５」では、０．２％耐力：５４０［ＭＰａ］以上、引張強さ：７４０［ＭＰａ］以上と規定（ＪＩＳ  Ｇ  ５１２１））と同程度以上とすることができない。また、Ｎｉの含有率は、上述した効果がより顕著に得られるため、３．５〜４．５４％とすることが好ましい。
【００４６】
「Ｃｒ（クロム）」
Ｃｒは、Ｃｏ基合金の耐酸化性、耐食性および機械的強度を高めるのに不可欠な元素である。Ｃｒの含有率が７％未満の場合には、耐酸化性が低下する。一方、Ｃｒの含有率が４０％を超えると、有害相であるσ相の析出により機械的強度が低下する。また、Ｃｏ基合金中のＣｏ含有率が低下するため、耐キャビテーション壊食性が低下する。そのため、Ｃｒの含有率を７〜４０％とした。また、Ｃｒの含有率は、耐キャビテーション壊食性の低下を抑制しつつ、上述した効果をより顕著に得られるため、２３〜２７％とすることがより好ましい。
【００４７】
「Ｍｏ（モリブデン）」
Ｍｏは、Ｃｏ母相中に固溶して母相の機械的強度を向上させる固溶強化元素である。Ｍｏの含有率が１．０％未満の場合には、上記した効果が発揮されない。一方、Ｍｏの含有率が１５．０％を超えると、σ相析出により機械的強度を低下させる。そのため、Ｍｏの含有率を１．０〜１５．０％とした。また、Ｍｏの含有率は、機械的強度の低下を抑制しつつ、上述した効果をより顕著に得られるため、４．０〜５．０％とすることが好ましい。
【００４８】
「Ｆｅ（鉄）」
Ｆｅは、Ｃｏ基合金に添加された場合に、当該Ｃｏ基合金に延性や柔軟性を付与し、加工性を向上させる効果がある。Ｆｅの含有率が１％未満の場合には、この効果が得られない。一方，Ｆｅの含有率が３０％を超えると、Ｃｏ基合金中のＣｏ含有率が低下するために耐キャビテーション壊食性を低下させる。そのため、Ｆｅの含有率を１〜３０％とした。また、Ｆｅの含有率は、耐キャビテーション壊食性の低下を抑制しつつ、上述した効果をより顕著に得られるため、３〜１０％とすることが好ましい。
【００４９】
「Ｗ（タングステン）」
Ｗは、Ｍｏと同様に、Ｃｏ母相中に固溶して母相の機械的強度を向上させる固溶強化元素である。ここで、Ｗの上記効果を得るために、Ｗは、少なくとも０．５％以上含有される。一方、Ｗの含有率が７．５％を超えると、σ相析出が顕著になるとともに、製造性が低下する。そのため、Ｗの含有率を０．５〜７．５％とした。また、Ｗの含有率は、製造性の低下を抑制しつつ、上述の効果をより顕著に得られるため、０．５〜２．５％とすることがより好ましい。
【００５０】
「Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）およびＣｕ（銅）」
Ｐ、ＳおよびＣｕは、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金においては、不可避的不純物に分類されるものである。これらの不可避的不純物は、可能な限りその残存含有率を０％に近づけることが望ましい。また、これらの不可避的不純物のうち、少なくとも、Ｐは０．０３％以下、およびＳは０．０１５％以下に抑制されることが好ましい。
【００５１】
ＰおよびＳは、融点を降下させるとともに、Ｎｉと低融点の共晶を形成するため、割れ感受性が高まる。そのため、Ｐの含有率を０．０３％以下およびＳの含有率を０．０１５％以下とし、可能な限りそれぞれの残存含有率を０％に近づけることが望ましい。なお、ＰやＳの含有率が上記範囲を超える場合には、脱リン処理や脱硫処理を施し、上記範囲内の含有率とすることが好ましい。
【００５２】
以上より、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金としては、Ｃ：０．１０〜０．２０、Ｓｉ：１．０以下、Ｍｎ：１．５〜２．５、Ｎｉ：３．５〜４．５４、Ｃｒ：２３〜２７、Ｍｏ：４．０〜５．０、Ｆｅ：３〜１０、Ｗ：０．５〜２．５、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するものが好ましい。
【００５３】
次に、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金は、これを構成する上述の各組成成分を真空誘導溶解（Ｖａｃｕｕｍ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｍｅｌｔｉｎｇ；以下、「ＶＩＭ」）し、その溶湯を所定の型枠に注入して鋳塊を形成することで作製することができる。
【００５４】
本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金は、耐キャビテーション壊食性及び破壊靱性値に優れる。具体的には、耐キャビテーション壊食特性については、ＡＳＴＭ  Ｇ１３４−９５に準じたキャビジェット試験装置を用いた噴流法において、従来の溶接補修材であるＳＵＳ３０９材の壊食量に対して約６５％程度減少させることができる。また、破壊靱性値については、シャルピー衝撃試験においてステンレス鋳鋼品（例えば、ＳＣＳ５）と同等以上のシャルピー衝撃値を得ることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金は、必須添加元素として３．５〜４．５４質量％のＮｉを含む成分組成を有するＣｏ基合金、又は必須添加元素として２．７〜４．５４質量％のＮｉ及び０．５〜１０．０質量％のＭｎを含む成分組成を有するＣｏ基合金であり、耐キャビテーション壊食性に優れている。このため、ステンレス鋳鋼製の部材における壊食部の溶接用補修材として用いることができる。また、本実施形態の溶接用Ｃｏ基合金は、一般的なステンレス鋳鋼品（例えば、ＳＣＳ５）と同等以上の破壊靱性値を有している。したがって、高い応力がかかる部位に対しても用いることができる。
【００５６】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した実施の形態である溶加材の一例について説明する。
本実施形態の溶加材は、上述した第１の実施形態の溶接用Ｃｏ基合金を主成分とするワイヤ状の金属線状体であり、ＴＩＧ溶接などに用いることができる。
【００５７】
すなわち、本実施形態の溶加材の主成分としては、具体的には、以下の（１）、（２）の態様が挙げられる。
【００５８】
（１）３．５〜４．５４質量％のＮｉを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金。
（２）２．７〜４．５４質量％のＮｉ及び０．５〜１０．０質量％のＭｎを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＣｏ基合金。
【００５９】
なお、本実施形態の溶加材における組成および各成分範囲の限定理由については、第１の実施形態の溶接用Ｃｏ基合金と同等であるため、その説明を省略する。
【００６０】
次に、本実施形態の溶加材の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の溶加材は、上述した第１の実施形態における溶接用Ｃｏ基合金を構成する組成成分を真空誘導溶解（調製工程）し、その溶湯を所定の型枠に注入して鋳塊を形成（鋳塊形成工程）し、その鋳塊を機械加工した部材を線引き加工（伸線工程）して、ワイヤ状に作製することで製造することができる。
【００６１】
本実施形態の溶加材は、上述した第１の実施形態の溶接用Ｃｏ基合金を主成分とするため、耐キャビテーション壊食性及び破壊靱性値に優れる。したがって、ステンレス鋳鋼製の部材における壊食部の溶接用補修材として用いることができる。また、本実施形態の溶加材は、ステンレス鋳鋼よりも破壊靱性値が高いため、高い応力がかかる部位に対しても用いることができる。
【００６２】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明を適用した実施の形態である溶加材の他の例について説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態である溶加材の包装形態を模式的に示す図である。本実施形態の溶加材は、肉盛溶接により、溶接合金部を形成する金属線状体である。具体的には、本実施形態の溶加材１は、図１に示すように、例えばプラスチック製やファイバーボード製のスプール１０にスプール巻き又はコイル巻きにした包装形態の溶接ワイヤであってもよいし、溶加棒（ソリッドワイヤ）の形態であってもよい。
【００６３】
図２は、本発明を適用した一実施形態である溶加材の断面模式図である。図２に示すように、本実施形態の溶加材１は、金属線状体を断面視した際に、外皮を形成する筒状金属部２と、この筒状金属部２の内側に充填された合金粉末からなる合金成分調整部３とから概略構成されている。
【００６４】
筒状金属部２は、金属線状体である溶加材１の軸方向の周囲を被覆する、筒状の金属からなる皮膜である。この筒状金属部２は、内部に充填された合金粉末が飛散しないために設けられている。また、筒状金属部２は、充填された合金粉末が飛散しない構造であればよく、その表面に溶加材１の軸方向に沿った継ぎ目がある構造であってもよいし、継ぎ目がない構造（すなわち、シームレス構造）であってもよい。
【００６５】
筒状金属部２を構成する金属は、Ｃｏ（コバルト）である。また、筒状金属部２には、１０質量％以下のＦｅ（鉄）が含まれていることが好ましい。１０質量％以下のＦｅを含むＣｏは、Ｃｏ単体のものと比較して延性等の加工性が向上するため、これを用いて筒状金属部２を形成することにより、当該筒状金属部２を構成する金属皮膜の膜厚を薄く加工することが可能となる。具体的には、筒状金属部（皮膜）２の膜厚は、例えば、０．２〜０．３ｍｍ程度とすることができる。
【００６６】
合金成分調整部３は、筒状金属部２の内部に充填された各種合金粉末の集合体である。ここで、合金成分調整部３を構成する合金粉末の種類及び添加量は、溶加材１を用いたＴＩＧ溶接により溶加材１を溶解させて溶接合金部を形成する際、すなわち、筒状金属部２及び合金成分調整部３を溶解させて溶接合金部を形成する際に、当該溶接合金部の成分組成が、以下に示す態様と同じ成分比となるものであれば、特に限定されるものではない。したがって、溶加材１によって形成される溶接合金部の成分組成が同じである限り、安価な合金を適宜選択し、組み合わせて用いることができる。
【００６７】
ここで、本実施形態の溶加材１を溶解させて形成した溶接合金部は、必須添加元素、任意添加元素を以下に示す範囲で含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有して概略構成されている。すなわち、本実施形態における溶接合金部の成分組成としては、具体的には、以下の態様が挙げられる。
【００６８】
２．７〜４．５４質量％のＮｉ、０．５〜１０．０質量％のＭｎ及び１．０〜３０．０質量％のＦｅを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成。
【００６９】
本実施形態における溶接合金部の必須添加元素としては、Ｎｉ、Ｍｎ及びＦｅが挙げられる。ここで、上記態様では、Ｎｉが３．５〜４．５４質量％の範囲であることがより好ましく、Ｆｅが１．０〜１０．０質量％の範囲であることがより好ましい。
また、任意添加元素としては、例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられる。
ここで、上記態様では、Ｗが０．５〜７．５質量％の範囲であることが好ましく、０．５〜２．５質量％の範囲であることがより好ましい。
さらに、不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｃｕなどが挙げられる。
【００７０】
なお、本実施形態の溶接合金部における組成および各成分範囲の限定理由については、第１実施形態の溶接用Ｃｏ基合金及び第２実施形態の溶加材と同等であるため、その説明を省略する。
【００７１】
次に、本実施形態の溶加材１の製造方法の一例について説明する。
ここで、図３及び図４は、本発明を適用した一実施形態である溶加材の製造方法を説明するための系統図である。図３及び図４に示すように、先ず、リール３１からＣｏ板からなる帯鋼（以下、「Ｃｏフープ材」と称する）３２を引き出し、洗浄装置３３によってクリーニングする（図３（ａ）、図４（ａ）〜（ｂ））。次に、Ｕ字成形ロール３４によってＣｏフープ材３２をＵ字型に成形する（図３（ｂ））。次に、合金粉末が充填された添加装置３５から、Ｕ字成形されたＣｏフープ材３２の開口部内に所要の配合量となるように合金粉末３６を供給した後（図４（ｃ））、密閉成形ロール３７によってＣｏフープ材３２の開口端同士を合わせて筒状に成形する（図３（ｃ）、図４（ｄ））。次いで、シームレス構造を必要とする場合には高周波抵抗溶接を行った後（図４（ｅ））、伸線工程で縮径することにより、溶加材１が得られる（図４（ｆ））。
【００７２】
ところで、従来の溶接補修材であるＳＵＳ３０９材からなる溶加棒（溶加材）では、溶接時の入熱量を低減するため、その溶加棒径はφ２．４ｍｍ以下のものが一般的である。
【００７３】
しかしながら、上述したステライトや特許文献１に記載された溶接材料は、Ｃｏ基合金であるため、非常に硬く伸びが小さいことから、鋳塊を機械加工した部材を線引き加工（伸線工程）することが困難であった。具体的には、伸線工程によって得られる溶加棒径としては、φ３．２ｍｍ程度のものが限界であった。このように、溶加棒径が大きい場合、溶接時の入熱量が大きくなること、すなわち、高い残留応力の発生や炭化物生成といった問題を引き起こすおそれがあった。
【００７４】
これに対して、本実施形態の溶加材１は、Ｃｏフープ材を筒状に形成して筒状金属部２とし、この筒状金属部２の内部に合金粉末を充填して合金成分調整部３とした構成となっているため、伸線工程での細径に対する限界がＣｏ基合金よりも高くなっている。そのため、本実施形態の溶加材１の溶加棒径は、φ３．２ｍｍ未満とすることが可能となり、φ２．０ｍｍ以下とすることもできる。したがって、本実施形態の溶加材１は、溶接時の入熱量を低減（例えば、溶接電流２００Ａで可能）することができるという効果が得られる。
【００７５】
また、本実施形態の溶加材１は、肉盛溶接をした際に形成される溶接合金部が、２．７〜４．５４質量％のＮｉを含む成分組成を有するＣｏ基合金となるため、耐キャビテーション壊食性及び破壊靱性値に優れる。したがって、ステンレス鋳鋼製の部材における壊食部の溶接用補修材として用いることができる。また、本実施形態の溶加材１は、ステンレス鋳鋼よりも破壊靱性値が高いため、高い応力がかかる部位に対しても用いることができる。
【００７６】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明を適用した一実施形態である肉盛金属部材について説明する。本実施形態の肉盛金属部材は、上述した第２実施形態の溶加材又は第３実施形態の溶加材を肉盛溶接して形成した溶接合金部を含んでいる。
【００７７】
すなわち、本実施形態の肉盛金属部材における溶接合金部の成分組成としては、具体的には、以下の（１）〜（３）の態様が挙げられる。
【００７８】
（１）３．５〜４．５４質量％のＮｉを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成。
（２）２．７〜４．５４質量％のＮｉ及び０．５〜１０．０質量％のＭｎを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成。
（３）２．７〜４．５４質量％のＮｉ、０．５〜１０．０質量％のＭｎ及び１．０〜３０．０質量％のＦｅを必須添加元素として含み、残部が任意添加元素、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成。
【００７９】
本実施形態における溶接合金部の必須添加元素としては、上記態様（１）では、Ｎｉ、上記態様（２）では、Ｎｉ及びＭｎ、上記態様（３）では、Ｎｉ、Ｍｎ及びＦｅが挙げられる。
また、任意添加元素としては、例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｗなどが挙げられる。
さらに、不可避的不純物としては、例えば、Ｐ、Ｓ、Ｃｕなどが挙げられる。
【００８０】
また、本実施形態の肉盛金属部材は、より具体的には、上記溶接合金部が、Ｃ：０．１０〜０．２０、Ｓｉ：１．０以下、Ｍｎ：１．５〜２．５、Ｎｉ：３．５〜４．５４、Ｃｒ：２３〜２７、Ｍｏ：４．０〜５．０、Ｆｅ：３〜１０、Ｗ：０．５〜２．５、を含み、残部がＣｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するものが好ましい。
【００８１】
なお、本実施形態の肉盛金属部材における溶接合金部の成分組成は、母材からの溶け込みが生じない部分における成分組成をいうものとする。具体的には、溶接合金部の表面近傍等の、母材から遠方の個所が挙げられる。
【００８２】
また、本実施形態の肉盛金属部材における溶接合金部の組成および各成分範囲の限定理由については、第１〜第３実施形態と同等であるため、その説明を省略する。
【００８３】
本実施形態の肉盛金属部材は、具体的には、ステンレス鋳鋼製の水車ランナや、高圧ポンプのプロペラ等であって、キャビテーション壊食部を第２実施形態又は第３実施形態の溶加材によって溶接補修された部材（溶接補修品）である。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態の肉盛金属部材は、上述した第２実施形態又は第３実施形態の溶加材を用いて肉盛溶接した際に形成される溶接合金部を含むため、優れた耐キャビテーション壊食性と、ステンレス鋳鋼よりも高い破壊靱性値を備える。したがって、本実施形態の肉盛金属部材は、高い応力がかかる場所に対しても用いることができる。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【実施例】
【００８６】
以下、実施例によって本発明の効果をさらに詳細に説明する。なお、本発明は実施例によって、なんら限定されるものではない。
【００８７】
（実施例１）
実施例１として、Ｎｉ含有量が４．５４質量％の溶加棒（溶加材）を作製した。
先ず、帯鋼リールに巻かれたＣｏ板をＵ字成形ロールにてＵ字型に成形し、その内側に合金粉末を充填した後、密封成形ロール処理を行った。次いで、伸線過程により、φ２．０ｍｍとして、実施例１の溶加棒を製造した（図１及び図２を参照）。表１に、溶加棒の各成分の組成（質量％）の目標値と測定値を示す。なお、溶加棒の化学成分は、Ｃは燃焼−赤外線吸収法、Ｓｉは吸光光度法、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｏ，ＦｅはＩＣＰ発光分光分析法によって測定した。
【００８８】
【表１】
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【００８９】
表１に示すように、外側にフープ材、内側に合金が内封された形態の溶加材（φ２．０ｍｍ）であって、目標の化学成分と合致する溶加材を作製できることを確認した。
【００９０】
（実施例２）
上述した実施例１において、Ｎｉ含有量を３．９質量％とした以外は実施例１と同様にして、実施例２の溶加棒を作製した。表２に、実施例２の溶加棒の成分組成を示す。
【００９１】
（比較例１）
上述した実施例１において、特許文献１に記載のＣｏ基合金相当の成分組成（Ｎｉ含有量：２．５質量％）とした以外は実施例１と同様にして、比較例１の溶加棒を作製した。表２に、比較例１の溶加棒の成分組成を示す。
【００９２】
（比較例２）
市販されているステライト（ビシライトＮｏ２１）の溶加棒（φ３．２ｍｍ）を比較例２の溶加棒とした。表２に、比較例２の溶加棒の成分組成を示す。
【００９３】
【表２】
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【００９４】
＜検証試験１＞
実施例１〜２及び比較例１〜２の溶加棒を用いて溶接した際の溶接施工性の評価を行った。具体的には、下記表３に示す溶接施工条件を用い、図５に示すような溶接試験体（試験板の材質：ＳＣＳ６）を製作した際の溶接施工性について評価した。
【００９５】
【表３】
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【００９６】
実施例１及び比較例１の溶加棒では、１つの開先に対して、１０層６０パスであった。実施例２の溶加棒では、１つの開先に対して、９層５７パスであった。また、比較例２の溶加棒では、１つの開先に対して、１１層６０パスであった。
【００９７】
溶接施工性は、溶加棒の径がφ２．０ｍｍである実施例１，２及び比較例１では、溶接ビードにスラグが付着するが、溶接中、溶融プールに塊として浮遊することはなく、溶接作業を阻害するものでなかった。また、実施例１，２では、溶接電流が２００Ａでも無理なく溶融したビード形状を均一することが容易であった。一方で、比較例１では同じ溶接電流で溶融プールが揺らぎ気味であり、ビード形状を均一にすることがやや困難であった。
【００９８】
これに対して、溶加棒の径がφ３．２ｍｍである比較例２では、溶接電流が２００Ａでは溶加棒が溶けにくく、融合不良発生の危険性が高いと考えられ、高い溶接電流（例えば、２５０Ａ以上）での溶接作業が必要であることが確認された。
【００９９】
＜検証試験２＞
検証試験１において作製した溶接試験体を切り出して、引張強度特性の評価を行った。なお、引張強度特性は、ＪＩＳ  Ｚ２２４１「金属材料引張試験方法」に基づき評価した。表４に引張試験結果（０．２％耐力、引張強さ、伸び、絞り）を示す。
【０１００】
【表４】
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【０１０１】
表４に示すように、０．２％耐力および引張強さは、Ｎｉ含有量が少ないほど大きく、多くなるほど小さくなる傾向であることがわかった。ところで、ステンレス鋳鋼品の母材の一例である「ＳＣＳ５」は、ＪＩＳ  Ｇ  ５１２１にて、耐力が５４０ＭＰａ以上、引張強さが７４０ＭＰａとして規定されている。溶接補修部の引張強さは母材よりも大きい値であるべきであることから、溶加棒の成分組成においてＮｉ含有量の上限は４．５４％程度であると示唆された。
【０１０２】
＜検証試験３＞
検証試験１において作製した溶接試験体を切り出して、シャルピー試験による破壊靱性の評価を行った。なお、破壊靱性は、ＪＩＳ  Ｚ２２４２「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に基づき評価した。
試験片はＶノッチ、深さ２ｍｍ、ノッチ半径０．２５ｍｍとし、試験温度は室温とした。また、試験本数は、ばらつきを考慮して各２本とした。表５にシャルピー衝撃試験結果（吸収エネルギー、シャルピー衝撃値）を示す。
【０１０３】
【表５】
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【０１０４】
表５に示すように、吸収エネルギーおよびシャルピー衝撃値は、Ｎｉ含有量が少ないほど小さく、多くなるほど大きくなる傾向であることがわかった。ところで、ステンレス鋳鋼品（例えば、母材「ＳＣＳ５」）では、一般的には設計衝撃値が３０［Ｊ／ｃｍ２］程度である。
比較例１，２では、いずれもシャルピー衝撃値が３０［Ｊ／ｃｍ２］を大きく下回っており、ステンレス鋳鋼品の母材よりも低いことを確認した。
これに対して、実施例１，２では、いずれもシャルピー衝撃値が３０［Ｊ／ｃｍ２］を超えており、十分な靭性が得られていることがわかった。
【０１０５】
＜検証試験４＞
検証試験１において作製した溶接試験体を切り出して、溶接金属部（溶接合金部）の化学成分を調べた。表６に、各溶接金属部の化学成分を示す。なお、溶接金属部の化学成分は、Ｃ，Ｓは燃焼−赤外線吸収法、Ｓｉ，Ｐは吸光光度法、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｏ，ＦｅはＩＣＰ発光分光分析法によって測定した。
【０１０６】
【表６】
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【０１０７】
表６に示すように、溶接金属部において、実施例１〜２及び比較例１〜２のいずれも、Ｆｅ（鉄）は母材（ＳＣＳ６）側からの希釈の影響が認められるが、表２で示した溶加棒での化学成分とほぼ同じ結果であった。
【０１０８】
＜検証試験５＞
検証試験１において作製した溶接試験体を切り出して、溶接金属部および熱影響部（Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ；以下、「ＨＡＺ部」と称する）での断面組織を観察した。
断面組織を観察した結果、実施例１〜２及び比較例１〜２のいずれも、Ｃｏ基合金である溶接金属部（溶接合金部）はいずれも同様な組織であった。同様に、ＨＡＺ部においては、母材側に欠陥の大小の違いがあるものの、有意な差異は確認できなかった。
【０１０９】
＜検証試験６＞
検証試験１において作製した溶接試験体を切り出して、キャビテーション壊食特性を評価した。なお、キャビテーション壊食試験としては、ＡＳＴＭ  Ｇ１３４−９５に準じたキャビジェット試験装置を用いた噴流法と、ＡＳＴＭ  Ｇ３２−０６に準じた磁歪振動試験装置を用いた静置試験法の２種類を実施した。
【０１１０】
噴流法は、三連プランジャポンプを用いたキャビジェット装置を使用した。キャビテーション数を０．０２５に保つために上流側と下流側に設置したバルブを調整した。ここで、上流圧力を２５ＭＰａ、下流圧力を０．６ＭＰａ、試験時間を２４ｈとした。ジェット噴流ノズルと試験片のスタンドオフ距離は１４ｍｍとし、試験液は水道水２０℃一定とした。また、試験本数は、ばらつきを考慮して各２本とした。
図６に、実施例１〜２、比較例１〜２および従来の溶接補修材であるＳＵＳ３０９の、キャビジェット装置を用いた噴流法による体積減少量の結果を示す。
【０１１１】
静置試験法は、振動子の増幅ホーンの先端に耐食性に優れたＴｉ合金製のφ１５．９ｍｍのディスクを取付け、ディスクと平行に隙間１．０ｍｍを隔てて試験片を対向させて静置した。このディスクは試験毎に新品に交換した。振動子の共振周波数は１９．５ｋＨｚで、ディスク端面の全振幅は５０μｍで一定とした。試験水は水道水とし、２０〜２５℃一定に保持して試験時間を１００ｈとした。なお、一般的には、試験時間を１０ｈまたは２４ｈとするが、初期の損傷速度が小さいこと、キャビテーション数が小さいと考えられることから、十分な損傷を与えることができる１００ｈとした。また、試験本数は、ばらつきを考慮して各２本とした。
図７に、実施例１〜２、比較例１〜２および従来の溶接補修材であるＳＵＳ３０９の、磁歪振動装置を用いた静置式法による体積減少量の結果を示す。
【０１１２】
キャビジェット装置を用いた噴流法によるキャビテーション壊食面を、２次元および３次元的に観察した結果、従来の溶接補修材として用いられるＳＵＳ３０９材では、最大深さが２．６ｍｍであった。これに対して、Ｃｏ基合金である実施例１〜２および比較例１〜２では、ＳＵＳ３０９材の半分以下の１ｍｍの壊食深さであり、壊食面中央は表面が一部残った状態であった。また、図６に示すように、Ｃｏ基合金である実施例１〜２および比較例１〜２の体積減少量は、Ｎｉ含有量による依存性が小さく、いずれもＳＵＳ３０９材に対して６５％減の体積減少量となっており、耐キャビテーション壊食性に優れることを確認した。
【０１１３】
磁歪振動装置を用いた静置式法によるキャビテーション壊食面について、ＩＳＯ  ２５１７８に準じた算術平均高さＳａを求めた結果、Ｃｏ基合金である実施例１〜２および比較例１〜２では、非常に表面粗さが小さいことが確認された。また、図７に示すように、Ｃｏ基合金である実施例１〜２および比較例１〜２の体積減少量は、Ｎｉ含有量による依存性が小さく、いずれもＳＵＳ３０９材に対して８８％減の体積減少量となっており、耐キャビテーション壊食性に優れることを確認した。
【符号の説明】
【０１１４】
１・・・溶加材（溶加棒）
２・・・筒状金属部
３・・・合金成分調整部（合金粉末）
３２・・・Ｃｏ板からなる帯鋼（Ｃｏフープ材）
【要約】      （修正有）【課題】優れた耐キャビテーション壊食性および破壊靱性値を有する溶接用Ｃｏ基合金を提供する。【解決手段】質量％で、Ｎｉ：３．５〜４．５、を必須添加元素として含み、任意添加元素として、Ｍｎ：０．５〜１０．０、Ｗ：０．５〜７．５、Ｆｅ：１．０〜３０．０を含み、Ｃｏおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする溶接用Ｃｏ基合金を採用する。本発明のＣｏ基合金は、耐キャビテーション壊食性に優れ、ステンレス鋳鋼よりも高い破壊靱性値を有し、高応力部位へも用いることができる。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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