(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
肉厚が６．０ｍｍ以下で、短辺が１０００ｍｍ以上である母材鋼板の表面に耐磨耗性金属材料が溶接により肉盛りされたクラッド鋼板において、前記母材鋼板として、その表面に多数の線状突起が、隣接する線状突起がほぼ直角な位置関係となるように規則的に設けられると共に、各線状突起に働く板幅方向の収縮応力に対する反力σｘと長手方向の収縮応力に対する反力σｙとの合成応力σｘｙが生じるようように母材鋼板の４辺に対して傾斜して設けられた模様付き鋼板を用いたことを特徴とする耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、易溶接性の母材鋼板の表面に耐磨耗性金属材料を溶接により肉盛りした耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼、セメント、コークス、窯業、採石等の分野で使用される生産設備類や、鉱山機械、土木建設機械等の磨耗を受ける面部材の補修等には、従来より、耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板が使用されている。
【０００３】
この溶接肉盛りクラッド鋼板は、溶接が容易な軟鋼等からなる長方形又は正方形の母材鋼板の上に耐磨耗性金属を溶接肉盛りしたものである。溶接肉盛りでは、溶接多電極を短辺方向に揺動させながら長辺方向に進行させることにより、母材鋼板のほぼ表面全体に耐磨耗性の硬化金属層を形成する。
【０００４】
ここにおける耐磨耗性金属としては、耐磨耗性に優れた炭化物析出型合金や高炭素−高クロム鋳鉄系合金が多用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板には次のような問題がある。
【０００６】
母材鋼板上に溶接肉盛りされた耐磨耗性金属は、肉盛り直後に凝固を開始し冷却されるが、この冷却過程において母材金属との熱膨脹係数の差異により引き裂き応力が発生する。この引き裂き応力のため、母材鋼板の肉厚が４．５〜６．０ｍｍと比較的薄い場合、短辺寸法が１０００ｍｍを超えると、図３に示すように、クラッド鋼板の特に長辺側の側縁部分に、約４５°で傾斜した母材の裂けを伴う規則的な多数の割れ３が発生するようになる。なお、図中、１は母材鋼板、２は耐磨耗性金属層（硬化金属層）である。
【０００７】
耐磨耗性金属が高炭素−高クロム鋳鉄系合金の場合、高硬度のクロム炭化物がマトリックスに多量に析出するので、靱性が著しく損なわれており、この割れ（母材の裂け）が多発する傾向が強い。特に、炭素含有量が高く、過共析炭化物を析出する場合には、その傾向が大きい。
【０００８】
そして、この割れ（母材の裂け）のため、母材鋼板の肉厚が４．５〜６．０ｍｍと比較的薄い場合には、短辺寸法が１０００ｍｍを超える大型の溶接肉盛りクラッド鋼板は製作が不可能となり、その製作コストの上昇を来していた。
【０００９】
即ち、溶接肉盛りでは、溶接肉盛り速度が一定の場合、短辺方向の寸法が増大しても、溶接時間は殆ど変わらない。なぜなら、１０電極で肉盛りを行う場合も２０電極で肉盛りを行う場合も溶接時間は殆ど一定であり、短辺方向の寸法の増大に応じて電極数を増やせば、広幅のクラッド鋼板も狭幅のクラッド鋼板もほぼ同じ時間で製作できるからである。このため、短辺方向の寸法が大きいクラッド鋼板を製作するほど、製作コストが低減することになるが、割れ（母材の裂け）によってこの寸法が制限されると、製作コストが上昇することになる。
【００１０】
本発明の目的は、薄肉で広幅の場合も、側縁部での割れを防止できる耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者は、縞鋼板若しくは縞目鋼板と呼ばれている、板表面に多数の線状突起が形成された模様付き鋼板に着目した。この模様付き鋼板は、主として工場の階段や床材として多用されており、民生品としては側溝の上を覆う蓋材としても使用されている。この鋼板は、人間がその上を歩行してもスリップしないように、表面の多数の線状突起がスリップ止めとして機能するように製作された鋼板である。ＪＩＳには規定されていないが、鋼板メーカは標準品として製造し販売している。メーカによって線状突起の長さや幅、高さなどが相違している。
【００１２】
本発明者は、この模様付き鋼板における多数の線状突起が、隣接する線状突起がほぼ直角な位置関係となるように規則的に設けられている点に着目し、耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板における母材鋼板としてこの模様付き鋼板を用いた。その結果、本来なら割れが生じるはずの寸法においても、その割れが防止されることが判明した。
【００１３】
本発明の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板は、この知見に基づいて開発されたものであり、肉厚が６．０ｍｍ以下で、短辺が１０００ｍｍ以上である母材鋼板の表面に耐磨耗性金属材料が溶接により肉盛りされたクラッド鋼板において、前記母材鋼板として、その表面に多数の線状突起が、隣接する線状突起がほぼ直角な位置関係となるように規則的に設けられると共に、各線状突起に働く板幅方向の収縮応力に対する反力σｘと長手方向の収縮応力に対する反力σｙとの合成応力σｘｙが生じるようように母材鋼板の４辺に対して傾斜して設けられた模様付き鋼板を用いたことを構成上の特徴点とする。
【００１４】
（削除）
【００１５】
母材鋼板としての模様付き鋼板の寸法については、従来製作が困難であった肉厚が６．０ｍｍ以下で、短辺が１０００ｍｍ以上とするが、肉厚が２．３ｍｍ以上、短辺が５０ｍｍ以上の範囲内であれば、割れが生じない場合も、後述する変形を抑制できる効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板に母材鋼板として使用される模様付き鋼板の一例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢示図である。
【００１７】
ここに示された模様付き鋼板は、縞鋼板或いは縞目鋼板と呼ばれる長方形の軟鋼板である。その表面には、断面が台形状をした多数の線状突起４，４・・が、各線状突起４がその鋼板の４辺に対して傾斜した位置関係、より詳しくは各線状突起に働く板幅方向の収縮応力に対する反力σｘと長手方向の収縮応力に対する反力σｙとの合成応力σｘｙが生じるようように鋼板の４辺に対して傾斜した位置関係となり、且つ隣接する２つ線状突起４，４がほぼ直角な位置関係となるように、規則的に突設されている。
【００１８】
この鋼板の表面に耐磨耗性金属を溶接肉盛りすることにより、本発明の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板が製作される。
【００１９】
本発明の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板と、表面が平滑な母材鋼板上に耐磨耗性金属を溶接肉盛りした従来の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板との相違は以下の通りである。
【００２０】
平滑表面をもつ母材鋼板の場合、その板厚Ｔが４．５〜６．０ｍｍで、短辺寸法（板幅Ｗ）が１０００ｍｍ、長辺寸法（長さＬ）が２５００ｍｍであると、その表面全体に耐磨耗性金属を３〜６ｍｍの厚みに溶接肉盛りすると、図４に示すように、短辺方向での鼓状変形や長辺方向での反りが非常に大きくなり、耐磨耗性金属層２に発生した割れが母材鋼板１に伝搬しやすい傾向があった。そして、短辺寸法（板幅Ｗ）が１０００ｍｍを超えると、図３に示した通り、クラッド鋼板の特に長辺側の側縁部分に約４５°で傾斜した母材の裂けを伴う規則的な多数の割れ３が発生する。
【００２１】
しかるに、母材鋼板１として図１及び図２に示したような模様付き鋼板を使用すると、板厚Ｔが４．５〜６．０ｍｍで、短辺寸法（板幅Ｗ）が１０００ｍｍ、長辺寸法（長さＬ）が２５００ｍｍである場合、短辺方向での鼓状変形や長辺方向での反りは２／３〜１／２に減少し、短辺寸法（板幅Ｗ）を１２００ｍｍに延長しても割れは発生しなかった。この効果は、下記（１）〜（４）のように、縞鋼板の表面に形成された多数の線状突起４，４・・によるものと考えられる。
【００２２】
（１）線状突起は、鋼板の表目全体に形成されており、これが鋼板の変形抵抗を増大させている。
【００２３】
（２）１２００ｍｍのクラッド鋼板を製作する場合、母材鋼板の板幅を１２６０ｍｍと大きめにしているので、耐磨耗性金属層の幅が１２００ｍｍであると、左右両側に耐磨耗性金属が被覆されない部分か約３０ｍｍずつできることになる。この部分にも線状突起は存在しており、その突起が、溶接肉盛り後に発生する収縮応力に対して抵抗して鋼板の割れを抑制する効果が一部発揮される。
【００２４】
（３）耐磨耗性金属の肉盛り面に形成された線状突起は、溶接肉盛りにおけるアーク熱や溶融金属により溶融して、耐磨耗性金属を希釈するが、溶接進行方向に多数の突起が存在することにより、耐磨耗性金属の溶融金属の流れは、平滑面を肉盛りする場合よりも先走りが防止される傾向となる。これにより、母材加熱帯の範囲が縮小されて、変形防止の一因子として働き、またアーク直下や溶融金属がもつ溶接入熱の一部は、突起を溶融するために消費されて、変形防止の一因子としての効果を発揮する。
【００２５】
肉盛り面に形成された突起は、上述のように溶接肉盛りおけるアーク熱や溶融金属により完全に耐磨耗性金属と共に溶融し、その耐磨耗性金属を希釈する悪影響を及ぼすが、母材希釈の影響を受けにくい過共析炭化物を多量に析出する肉盛りワイヤを使用すれば、耐磨耗性の低下はほぼ完全に防止できる。過共析炭化物肉盛りワイヤや材料に含有される炭素含有量の耐磨耗性金属への歩留りは、溶接電流や溶接速度によっても変化するが、４．０〜４．５％以上が好ましい。
【００２６】
（４）線状突起に働く板幅方向の収縮応力に対する反力をσｘ、長手方向の収縮応力の反力をσｙとする。σｘとσｙの合成応力σｘｙを生じるが、この合成応力は、線状突起が全て９０°交差するように組み合わされているので、お互いを打ち消し合うようになり、更に９０°交差する突起が合成応力直線上の全てに存在するので、多数の拘束部材としての効果を発揮する。その結果、各突起では応力消去、分散が行われ、母材を引き裂く応力が著しく軽減される。
【００２７】
線状突起は、母材の表面全体に均等に分散しているので、これらの総合的な効果は、僅かの箇所で拘束を行うよりも分散、平均化されるために顕著となり、無理のない応力分散、軽減策として理想的である。
【００２８】
母材鋼板の板厚Ｔの下限については２．３ｍｍ以上が好ましい。これより薄いと通常の溶融溶接では肉盛りが困難になる。板厚Ｔの上限については、割れが問題になっていた６ｍｍ以下である。
【００２９】
板幅Ｗ（短辺寸法）は１０００ｍｍ以上である。これより小さいと割れの発生がなく、変形も問題にならない。板幅Ｗの上限については、板幅Ｗが大きくなると溶接変形が顕著になるので、２０００ｍｍ以下が好ましい。
【００３０】
長さＬ（長辺寸法）は１０００ｍｍ以上が好ましい。これより小さいと製作能率の低下が問題になる。長さＬの上限については、溶接機の走行距離等の点から３５００ｍｍ以下が好ましい。
【００３１】
線状突起の長さは２０ｍｍ以上が好ましい。これより小さいと拘束リブとしての変形抵抗が弱くなる。この長さの上限は、全線連続でもよいので、特に規定しない。即ち、線状突起が連続し、それらが交差して、碁盤目状を形成してもよい。
【００３２】
線状突起の高さは１ｍｍ以上が好ましい。これより小さいと拘束リブとしての変形抵抗が弱くなる。この高さの上限については４ｍｍ以下が好ましい。余りに高くなると、線状突起の上をアークが横切るときに不安定になり、ビード形成に悪影響を与えるようになる。
【００３３】
線状突起のピッチＰは、拘束リブ機能の点から５０ｍｍ以下が好ましく、小さいほどよいが、余りに密であると平坦な表面に近づくので、５ｍｍ以上が好ましい。
【００３４】
母材鋼板の材質は易溶接鋼材であれば特にその種類を問わない。例えば、軟鋼、ＳＳ４００、ＳＭ４００Ａ，Ｂ，Ｃ、ステンレス鋼、Ｓ３５Ｃ炭素鋼等がある。
【００３５】
耐磨耗性金属の材質は、炭素含有量が４．５％以上で、過共析炭化物を析出する溶接材料によるものが好ましい。その溶接材料としては例えばＣ５．５％−Ｃｒ２２％−Ｎｂ７％−Ｍｏ７％−Ｗ２％−Ｖ１．５％やＣ５．５％−Ｃｒ３２％％が一般的である。硬化金属層は母材からの希釈のために、これより若干低濃度となる。
【００３６】
耐磨耗性金属の層厚は２ｍｍ以上が好ましい。これより小さいと耐磨耗性を十分に確保できず、溶接肉盛りも困難である。この層厚の上限については７ｍｍ以下が好ましい。これより厚い１層肉盛りは技術的に難しい。
【００３７】
図１及び図２に示す模様付き鋼板（縞鋼板）を母材鋼板とし、その表面に高炭素−高クロム鋳鉄系合金を溶接肉盛りした。模様付き鋼板（縞鋼板）の材質はＳＳ４００、板厚は６ｍｍ、板幅は１２６０ｍｍ、長さは２６００ｍｍである。線状突起の長さは２８ｍｍ、高さは１．５ｍｍ、横幅は頂部幅で２ｍｍ、ピッチＰは２３ｍｍである。高炭素−高クロム鋳鉄系合金の溶接肉盛りでは、板幅方向に１２電極を配列し、各電極を板幅方向に揺動させながら長手方向に移動させることにより、４〜５ｍｍの厚みに高炭素−高クロム鋳鉄系合金を肉盛りした。使用したワイヤは直径が２．８ｍｍで、Ｃ５．５％−Ｃｒ３２％の合金成分を有する。肉盛り硬化金属の成分組成は希釈によりＣ４〜４．５％−Ｃｒ２３〜２６％となった。１２電極の溶接条件は各電極とも同一で以下の通りである。
【００３８】
溶接電流：４００〜４５０Ａ
極性：ＤＣＲＰ（直流逆極性）
溶接電圧：２２〜２６Ｖ
溶接速度：４〜５ｃｍ／分
電極揺動回数：１２回／分
揺動幅：９５ｍｍ
ワイヤ突き出し長：３５ｍｍ
【００３９】
製作された耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板の板幅が１０００ｍｍを超えるにもかかわらず、その長辺側の両側縁部を含む鋼板全体に、母材の裂けを伴う割れは認められなかった。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板は、その母材鋼板として、表面に多数の線状突起が、隣接する線状突起がほぼ直角な位置関係となるように規則的に設けられた模様付き鋼板を用いたことにより、これまでは割れのために製作が不可能であった広幅鋼板の製作が可能となり、これによりその製作コストの低減が可能になる。また、幅の広さが要求される用途に継ぎ目なしの状態で使用できるようになったので、施工コストの低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板に母材鋼板として使用される模様付き鋼板の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢示図である。
【図３】耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板の割れを示す平面図である。
【図４】耐磨耗性溶接肉盛りクラッド鋼板の変形を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  母材鋼板
２  耐磨耗性金属層（硬化金属層）
３  割れ
４  線状突起
【図１】
0003848061.tif 000002
【図２】
0003848061.tif 000003
【図３】
0003848061.tif 000004
【図４】
0003848061.tif 000005