(57)【要約】【課題】使用中における高温下での軟化抵抗、更には耐食性に優れたダイカスト金型用の金型補修溶接材料を提供する。【解決手段】金型補修溶接材料を、質量％でＣ：0.20〜0.40％未満，Si：0.20〜1.00％，Mn：0.30〜1.50％，Cr：6.00超〜10.5％，Mo：1.50超〜3.0％，Ｖ：0.10〜0.80％，残部Fe及び不可避的元素から成り、ダイカスト金型の補修溶接部の少なくとも最終盛に用いられる、溶接金属部の溶接まま硬さがＨＶ４５０〜６００となり、且つ５５０℃の高温度に加熱されたときの軟化抵抗及び耐食性に優れたものとする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で
Ｃ：0.20〜0.40％未満
Si：0.20〜1.00％
Mn：0.30〜1.50％
Cr：6.00超〜10.5％
Mo：1.50超〜3.0％
Ｖ：0.10〜0.80％
残部Fe及び不可避的元素から成り、ダイカスト金型の補修溶接部の少なくとも最終盛に用いられる、溶接金属部の溶接まま硬さがＨＶ４５０〜６００となり、且つ５５０℃の高温度に加熱されたときの軟化抵抗及び耐食性に優れた金型補修溶接材料。
【請求項２】
質量％で
Ｃ：0.20〜0.40％未満
Si：0.20〜1.00％
Mn：0.30〜1.50％
Cr：6.00超〜10.5％
Mo：1.50超〜3.0％
Ｖ：0.10〜0.80％
残部Fe及び不可避的元素から成り、ダイカスト金型の補修溶接部の少なくとも最終盛を構成する、溶接まま硬さがＨＶ４５０〜６００で、且つ５５０℃の高温度に加熱されたときの軟化抵抗及び耐食性に優れた溶接金属部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダイカスト金型の補修溶接用に用いられる金型補修溶接材料及びこれを用いて溶接された金型の溶接金属部に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウム，マグネシウム，亜鉛，鉛等の金属若しくは合金（以下アルミ合金を代表として述べる）を鋳造するためのダイカスト金型では、金型への高温の溶湯の射出及び冷却が繰り返されることで、金型にヒートチェック等の亀裂ないしその他の割れ等の損傷が生ずる問題がある。
金型表面にこのような損傷が生じると、その損傷がアルミ製品に転写されてしまう。
そこでこのような状態となったアルミダイカスト金型（以下単にダイカスト金型とする）に対しては、損傷個所を補修溶接することが行われる。
【０００３】
従来、ダイカスト金型には熱間金型用工具鋼、特に汎用鋼種であるJIS SKD61（以下単にSKD61とすることがある）が広く用いられており、また同金型の補修用の溶接材料（補修溶接材料。以下単に溶接材料とすることがある）として、18.5Ni-4.8Mo-9.0Co-0.1Al-0.6Tiの組成を有するマルエージング鋼が従来用いられていた。
このマルエージング鋼から成る溶接材料を用いてダイカスト金型を補修溶接した場合、溶接ままの硬さが軟らかく、溶接部で盛り上った部分を加工により容易に除去し得て補修溶接部を金型表面と面一に仕上げることができる。
【０００４】
しかもこのマルエージング鋼から成る溶接材料を用いた溶接部（溶接金属部）は、ダイカスト金型を使用するうちに、即ち高温のアルミ溶湯のショット（射出）を繰り返すうちに溶湯による加熱によって析出物を生じ、時効硬化によって次第に硬化して行く。そして最終的にダイカスト金型（の母材）と同じような硬度を実現することができる。
【０００５】
しかしながら一方でこの溶接材料の場合、次のような問題点を内包する。
第１に、この溶接材料は高価なCo，Niを多量に含んでおり、材料コストが高いといった問題を有する。
その他に、ダイカスト金型は、一般にＨＶ４５０〜６００の硬さ（母材硬さ）を有するが、この溶接材料は溶接金属部における溶接ままの硬さが低いために、溶湯による加熱で析出物を生じて時効硬化し硬くなるまでの初期段階で損傷を起す場合がある問題を有する。
【０００６】
そこで本発明者らは、質量％でＣ：0.15〜0.30％，Si：0.20〜1.00％，Mn；0.30〜1.50％，Cr：3.6〜6.0％，Mo：0.8〜1.5％，Ｖ：0.10〜0.80％，残部Fe及び不可避的元素から成り、溶接金属部の溶接ままの硬さがＨＶ４２０〜５５０となるダイカスト金型用の金型補修溶接材料を開発し、先の特許願において提案している（特許文献１）。
【０００７】
この特許文献１の溶接材料は、溶接したときの溶接金属部における溶接ままの硬さ、即ち初期段階の硬さが高い。
しかしながらその後、使用中の、つまり溶湯による加熱で繰返し高温に晒されたときの軟化抵抗、更には耐食性において、より高い特性が求められるに到っている。
【０００８】
ダイカスト金型ではまた、金型内部に水冷孔を設け、そこに冷却水を流通させることで金型を冷却することが行われる。
溶接材料はその冷却水が通る水冷孔部分の補修に用いられることもあり、また溶接材料の保管のし易さからも、かかる溶接材料には良好な耐食性も併せて求められる。
しかしながらこれらの要請に対して十分に応え得る溶接材料は未だ提供されていないのが実情である。
【０００９】
尚、本発明に対する他の先行技術として、下記特許文献２には「高硬度肉盛用溶接ワイヤ」についての発明が示され、その請求項４においてＣ：0.40〜0.55％，Si：0.9〜3.0％，Mn：0.6％以下，Cr：7.5〜9.5％，更にＢ：0.001〜2.5％およびＶ：0.001〜2.5％の１種または２種と、Mo：0.1〜8.5％，Ni：0.1〜2.5％およびＷ：0.1〜10.0％の１種または２種以上を含有し、残部が実質的にFeからなる高硬度肉盛用溶接ワイヤが開示されている。
しかしながら特許文献２の溶接ワイヤは、金型補修用でなく、建設機械のシャベル先端部など過酷な条件で使用される機械部品を対象として耐摩耗性向上のため肉盛溶接するためのものであり、本発明とは溶接対象及び要求特性が異なっている。
そしてその相違に起因してこの特許文献２の溶接ワイヤは、ＨＶ６００以上の硬度を得るためＣの添加量を多くしており、本発明の金型補修溶接材料とは組成が異なっている。
【００１０】
また、下記特許文献３には「溶接性に優れた熱処理用鋳鋼」についての発明が示され、そこにおいてＣ：0.3〜0.65％，Si：0.1〜2.1％，Mn：0.1〜1.2％，Cr：4.5〜12.0％，Mo＋１／２Ｗ：0.35〜3.3％，Ｖ：0.05〜1.4％を含有するとともに、残部がＦｅおよび不可避の不純物からなる熱処理用鋳鋼が開示されている。
しかしながらこの特許文献３は、金型自体に用いる鋳鋼の成分に関するもので、本発明のような金型補修溶接材料に関するものでないのに加えて、そこには本発明の化学組成を具体的に満たした実施例の開示もなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５３９２１８３号公報
【特許文献２】特開平３−２９４０８４号公報
【特許文献３】特開平１１−２９３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は以上のような事情を背景とし、溶接金属部における溶接まま硬さ及び使用中における高温下での軟化抵抗、更には耐食性にも優れたダイカスト金型用の金型補修溶接材料及びこれを用いた溶接により形成される溶接金属部を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
而して請求項１のものは金型補修溶接材料に関するもので、質量％でＣ：0.20〜0.40％未満，Si：0.20〜1.00％，Mn：0.30〜1.50％，Cr：6.00超〜10.5％，Mo：1.50超〜3.0％，Ｖ：0.10〜0.80％，残部Fe及び不可避的元素から成り、ダイカスト金型の補修溶接部の少なくとも最終盛に用いられる、溶接金属部の溶接まま硬さがＨＶ４５０〜６００となり、且つ５５０℃の高温度に加熱されたときの軟化抵抗及び耐食性に優れていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２は溶接金属部に関するもので、質量％でＣ：0.20〜0.40％未満，Si：0.20〜1.00％，Mn：0.30〜1.50％，Cr：6.00超〜10.5％，Mo：1.50超〜3.0％，Ｖ：0.10〜0.80％，残部Fe及び不可避的元素から成り、ダイカスト金型の補修溶接部の少なくとも最終盛を構成する、溶接まま硬さがＨＶ４５０〜６００で、且つ５５０℃の高温度に加熱されたときの軟化抵抗及び耐食性に優れていることを特徴とする。
【００１５】
以上のような本発明の溶接材料は、特許文献１の従来の溶接材料に対して、Moの含有量を1.50超〜3.0％と多量にして、Mo炭化物の析出による２次硬化を利用して高温下での軟化抵抗を増大させたこと、
また同じく特許文献１の溶接材料に対して、Crの含有量を6.00超〜10.5％と多量にして耐食性を高めるとともに、Ｃ量を従来の溶接材料の含有量と同等に維持するとＣ量の下限近くでは、Cr（Crはフェライトフォーマーである）の含有量増大によって溶接金属部のミクロ組織にフェライト相が生成混在し、硬さが著しく低くなってしまうことから、Ｃ量の下限を従来の0.15→0.20％まで引き上げた点を主たる特徴としたものである。
【００１６】
本発明によれば、溶接金属部における溶接まま硬さはもとより、使用中における高温下での軟化抵抗を従来に比べより一層高くすることができる。具体的には、５５０℃×１ｈ加熱後空冷の条件の下で２回繰り返して加熱冷却をしたとき、溶接まま硬さに対して硬さの低下を２０（ＨＶ）以内に抑えることができる。
併せて耐食性もまた改善することができる。
尚、本発明の溶接材料は、汎用鋼JIS SKD61で代表される熱間金型用工具鋼から成るダイカスト金型，特に硬さがＨＶ４５０〜６００の範囲内のダイカスト金型の溶接補修用として好適なものである。
また本発明の溶接材料は、溶接部の最表層を形成する最終盛の溶接材料として用いられるが、溶接を複数回行って２層若しくはそれ以上に肉盛溶接を行う場合において、最表層以外の溶接層を形成する際の材料として（例えば下盛として）用いることも可能である。
【００１７】
次に本発明における各化学成分の添加及び限定理由につき以下に説明する。
Ｃ：0.20〜0.40％未満
Ｃは溶接部の硬さを左右する重要な元素であり、0.20％未満では硬さが不十分となってしまう。更に多量のCrの存在（Cr量が6.00％超）の下では、Ｃが0.20％未満であると、溶接金属部にフェライト相が混在してしまい、溶接金属部の硬さが著しく低くなってしまう。そこで本発明ではＣを0.20％以上含有させる。
一方、0.40％を超えて多量に含有すると硬さが硬くなり過ぎてしまう。従って本発明ではＣを0.20〜0.40％未満の範囲内とする。
【００１８】
Si：0.20〜1.00％
Siは軟化抵抗を高める上で有用な働きをなす元素である。
ダイカスト金型の補修溶接に用いられる溶接材料の場合、軟化抵抗が小さいとダイカスト金型にて鋳造を繰り返しているうちに、溶湯による加熱によって溶接部が軟化してしまう。
而して溶接部が軟化してしまうとそこでヒートチェックが発生し易くなる。
従って本発明では軟化抵抗を高めるためにSi量を0.20％以上含有させる。
一方1.00％を超えて多量に含有させると溶接部の硬さが硬くなり過ぎてしまう。従って本発明ではSiを0.20〜1.00％の範囲内とする。
【００１９】
Mn；0.30〜1.50％
Mnは0.30％未満では硬さが不十分となり、一方1.50％を超えて多量に含有させると逆に溶接部の硬さが硬くなり過ぎてしまう。
従って本発明ではMnを0.30〜1.50％の範囲内で含有させる。
【００２０】
Cr：6.00超〜10.5％
Crは耐ヒートチェック性及び溶接部の硬さに対して影響を与える。Crはまた耐食性を向上させる元素であり、6.00％超において耐食性が向上し、錆が発生しにくくなり、金型内部の冷却水が通る水冷孔の補修に用いて好適である。
更にCrを6.00％超とすることで、高耐食性により溶接材料としての保管もし易い。
一方本発明の溶接材料の使用個所は強い腐食環境下ではないので、ステンレス鋼のような10.5％以上の含有量は必要としない。そこで含有量の上限を10.5％とする。
【００２１】
Mo：1.50超〜3.0％
Moもまた軟化抵抗に対して有用な元素であり、本発明ではその軟化抵抗を従来に増して強くするため1.50％超の量で含有させる。
一方3.0％を超えて多量に含有させると、溶接部の硬さが硬くなり過ぎてしまうので、上限を3.0％とする。
【００２２】
Ｖ：0.10〜0.80％
ＶもまたＶＣ析出によって溶接部の硬さを硬くする。また金型の加熱に伴う軟化を抑制する働きを有する。
但し0.10％未満では軟化抵抗を十分効果的に高めることができず、そこで本発明では0.10％以上含有させる。
一方0.80％を超えて多量に含有させると硬さが硬くなり過ぎてしまうので、上限を0.80％とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、溶接金属部における溶接まま硬さはもとより、使用中における高温下での軟化抵抗を従来に比べより一層高くすることができ、併せて耐食性もまた改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例における溶接試験方法の説明図である。
【図２】実施例１及び比較例１の肉盛金属部のミクロ組織を示した光学顕微鏡写真である。
【図３】実施例１及び比較例２の耐食性試験の結果を示した図である。
【実施例】
【００２５】
次に本発明の実施例を詳述する。
表１中最下段に示す化学組成のJIS SKD61からなる１０ｍｍ（幅Ｗ）×１００ｍｍ（長さＬ）×５０ｍｍ（厚みｔ）のサイズの素材片１０（図１参照）を用意した。
尚SKD61の素材片１０の硬さはＨＶ４８０である。
この素材片１０に対して、表１に示す各種化学組成（母材SKD61を除く）の溶接棒（φ２．０ｍｍ）を作製して、図１に示す方法にてＴＩＧ溶接を行った。
詳しくは、素材片１０とＴＩＧ溶接トーチ１２のタングステン電極との間で発生したアーク中に溶接棒を挿入し、素材片１０の図中上面（側端面）上に、ＴＩＧ肉盛溶接を３層３パス（１層の厚みは１ｍｍ弱）行った。
尚溶接条件は下記とした。
＜溶接条件＞
溶接電源            ダイヘン製 INVERTER ELECON 300P
シールドガス純Ar   ７Ｌ／ｍｉｎ
溶接棒              φ２．０ｍｍ
溶接電流            １２０Ａ
溶接長              １００ｍｍ
層・パス数          ３層３パス
パス間温度          １５０℃以下（パス間温度とは繰り返し溶接するときに母材が高温とならないようにする温度）
トーチ操作          ウィービング １０ｍｍ
上記の素材片１０に肉盛（溶接）した肉盛試験片１４に対して以下の各種特性評価を行った。
【００２６】
＜溶接まま硬さ測定試験＞
肉盛試験片１４から測定試料を２個採取し、１個につき５点硬さ測定を行った。硬さ測定はJIS Z 2244ビッカース硬さ試験に準拠して行った。試験は荷重３００ｇで実施した。
硬さの評価は、合計１０点の平均値で行った。
結果が表１に示してある。
【００２７】
＜軟化抵抗評価＞
軟化抵抗評価は、肉盛試験片１４を５５０℃×１ｈ（空冷）の条件で２回加熱冷却を繰り返し、その肉盛試験片１４に対して、上記溶接まま硬さ測定試験と同じ方法で硬さ測定を実施した。
結果が同じく表１に併せて示してある。
【００２８】
＜耐食性＞
SKD61の素材（φ５０×ｔ２０ｍｍ）に３層３３パス（溶接電流１２０Ａ，棒径φ２．０ｍｍの溶接棒使用）を行い、その肉盛試験片の肉盛表層を研削した。試験片を２０℃の水に３時間浸漬し、研削面の変色度合を観察して耐食性を評価した。耐食性の評価は画像処理ソフトWIN ROOF（三谷商事(株)社製）を用い、金属光沢部が白、変色した部分が黒の領域となるように２値化変換して、画像全体に占める変色した部分の面積率を測定することにより行った。
その結果が同じく表１に併せて示してある。
尚各特性については、溶接まま硬さについてはＨＶ４５０〜ＨＶ６００までを○として評価した。
また軟化抵抗については、硬さ低下が２０（ＨＶ）以内である場合を○、それ以外を×として評価を行った。
更に耐食性に関しては変色部分（錆個所部分）の面積率が５０％以下である場合を○、これよりも多い場合を×として評価を行った。
【００２９】
【表１】
2016041431.tif 000002
【００３０】
表１の結果において、比較例１では、Cr量が6.00％超の8.00％であるため耐食性は優れているが、高CrにもかかわらずＣ量が0.20％未満と低いため、溶接金属部にフェライト相が混在し（図２（Ｂ）参照）、このため溶接ままの硬さがＨＶ４５０未満と低く、軟化抵抗評価での硬さ低下も大きい。
【００３１】
比較例２では、Ｃ量が0.20％未満、Cr量が6.00％以下、Mo量が1.50％以下であり、これら元素の含有量が低い。
この比較例２の組成であっても、溶接ままの硬さはＨＶ４５０以上あり、また軟化抵抗評価の硬さ低下も認められない。しかしながらCr含有量が低いために表１に示しているように耐食性試験での変色部分の面積率が８１％で５０％以上あり（図３参照）、耐食性が劣位となっている。
【００３２】
これに対して、Ｃ，Si，Mn，Cr，Mo，Ｖの各成分を適正量となしてある実施例１及び実施例２は、表１及び図３（Ａ）で示しているように耐食性に優れている。
また図２（Ａ）で示すように溶接金属部のミクロ組織はマルテンサイト化されており、フェライト相の混在は認められない。
溶接まま硬さは比較例２よりも高く、更に軟化抵抗評価における硬さ低下も抑えられており、軟化抵抗評価での硬さは比較例２より高い値が得られている。
このように実施例は耐食性も、また溶接まま硬さはもとより使用中における高温下での軟化抵抗をも優れている。
【符号の説明】
【００３３】
１０  素材片
１２  ＴＩＧ溶接トーチ
１４  肉盛試験片
【図１】
2016041431.tif 000003
【図２】
2016041431.tif 000004
【図３】
2016041431.tif 000005