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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-08
(45)【発行日】2023-05-16
(54)【発明の名称】金属部材
(51)【国際特許分類】
B23K 35/30 20060101AFI20230509BHJP
B23K 26/342 20140101ALI20230509BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20230509BHJP
C22C 38/36 20060101ALI20230509BHJP
【ＦＩ】
B23K35/30 340A
B23K26/342
C22C38/00 301Z
C22C38/00 302X
C22C38/36
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019036014
(22)【出願日】2019-02-28
(65)【公開番号】P2020138219
(43)【公開日】2020-09-03
【審査請求日】2021-12-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000180070
【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山本 隆久
(72)【発明者】
【氏名】澤田 俊之
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１７６７７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１２１７９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２４７９０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００１３５１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０３２０３５６６（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
Ｂ２３Ｋ ２６／３４２
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｆｅを主成分とする第１の高速度鋼合金である母材と、前記母材上にＦｅを主成分とする第２の高速度鋼合金で形成された肉盛層とを備え、
前記第１の高速度鋼合金及び前記第２の高速度鋼合金が、
Ｃ：１．０質量％以上２．６質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：０．０８質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上１０．０質量％以下、
Ｗ：０．０１質量％以上１５．０質量％以下、
Ｖ：１．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｃｏ：１５．０質量％以下を含有し、
残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとの和に対する前記積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）が、０．０１以上０．２０以下である、
金属部材。
【請求項2】
焼入及び焼戻が実施された状態の前記肉盛層について、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の半価幅ＨＷ［度］と、エネルギー分散型分析装置で得られるマトリックス中のＦｅ値Ｘ［原子％］とが、次の数式（I）の関係を満たす、請求項１に記載の金属部材。
３３≦Ｘ－２６ＨＷ≦６５ ・・・（I）
【請求項3】
焼入及び焼戻が実施された状態の前記肉盛層について、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の半価幅ＨＷ［度］と、炭化物面積率Ｓ［％］とが、次の式（II）を満たす、請求項１又は２に記載の金属部材。
１２．５≦Ｓ＋５ＨＷ≦１８．０ ・・・（II）
【請求項4】
Ｆｅを主成分とする第１の高速度鋼合金である母材と、Ｆｅを主成分とする第２の高速度鋼合金の粉末とを用意すること、
前記母材上に前記粉末を肉盛溶接して肉盛層を形成すること、及び、
前記肉盛層が形成された前記母材に焼入及び焼戻を含む熱処理を実施すること、を含み、
前記第１の高速度鋼合金及び前記第２の高速度鋼合金が、
Ｃ：１．０質量％以上２．６質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：０．０８質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上１０．０質量％以下、
Ｗ：０．０１質量％以上１５．０質量％以下、
Ｖ：１．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｃｏ：１５．０質量％以下を含有し、
残部はＦｅ及び不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとの和に対する前記積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）が、０．０１以上０．２０以下である、
金属部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、硬さと靭性に優れた肉盛層を備える金属部材に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、金属部材の補修や表面改質などのために、粉末状溶接材料を用いた肉盛溶接法が用いられる。このような肉盛溶接法として、レーザークラッディング法や、プラズマ粉体肉盛溶接法などが知られている。レーザークラッディング法は、母材表面に粉末状溶接材料を供給し、レーザービームの走査によって母材と溶接材料とを一体化することにより、母材の表面に肉盛層を形成する方法である。プラズマ粉体肉盛溶接法は、電極と母材間に発生させたプラズマアーク中に粉末状溶接材料をキャリアガスにより送給し、溶融した溶接材料を母材表面に衝突させて堆積させることにより、母材の表面に肉盛層を形成する方法である。
【0003】
特許文献１では、レーザークラッディング法により基材上に下部肉盛層を形成した後、下部肉盛層に直接に重ねて上部肉盛層をレーザークラッディング法により形成して、耐摩耗性を有する工具材を製造する方法が開示されている。ここで、基材としては、ＳＫＤ（合金工具鋼）、ＳＵＪ（高炭素クロム軸受鋼）、ＳＫＨ（高速度工具鋼）等から工具材の使用目的に応じたものが用いられる。また、下部肉盛層と上部肉盛層とを形成する金属粉末は同一組成であって、Ｆｅ系のＳＫＨが用いられる。
【0004】
特許文献２では、溶接材料を用いてＴＩＧ溶接により金型表面に肉盛部を形成することによって、金型を補修する方法が開示されている。ここで、金型はＪＩＳ規格のＳＫＤ６１からなる。溶接材料は、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る合金である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１６－１５５１５５号公報
【文献】特開２０１１－２４５４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献２のように金属部材を肉盛部によって補修する場合、母材と溶接材料とは、同一又は類似の組成であることが好ましい。これにより、溶接時における母材に対する溶湯の濡れ性が良好となり、溶湯の流動性も良好となるので、母材と溶接材料との融合不良に起因する溶接不良を防ぐことができる。
【0007】
特許文献１では、下部肉盛層と上部肉盛層とを形成する金属粉末は同一組成であるものの、この金属粉末と基材の組成は異なる。更に、この金属粉末は肉盛層の熱処理（即ち、焼入及び焼戻）が考慮されておらず、焼入及び焼戻により肉盛層が硬くなると、肉盛層の靭性を確保できない。
【0008】
特許文献２では、母材と溶接材料とは同一又は類似の組成であるが、熱処理（即ち、焼入及び焼戻）が考慮されておらず、焼入及び焼戻により肉盛層が硬くなると、肉盛層の靭性を確保できない。
【0009】
本発明は以上に鑑みてされたものであり、その目的は、母材と同一又は類似の組成であり、且つ、焼入及び焼戻後の硬さ及び靭性に優れた肉盛層を備える又は焼入及び焼戻後には硬さ及び靭性に優れた肉盛層を備え得る金属部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る金属部材は、Ｆｅを主成分とする第１の高速度鋼合金である母材と、
前記母材上にＦｅを主成分とする第２の高速度鋼合金で形成された肉盛層とを備え、
前記第１の高速度鋼合金及び前記第２の高速度鋼合金が、
Ｃ：１．０質量％以上２．６質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：０．０８質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上１０．０質量％以下、
Ｗ：０．０１質量％以上１５．０質量％以下、
Ｖ：１．０質量％以上１０．０質量％、
Ｃｏ：１５．０質量％以下を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとの和に対する前記積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）が、０．０１以上０．２０以下であることを特徴とする。
前記母材上にＦｅを主成分とする第２の高速度鋼合金で形成された肉盛層とを備え、
前記第１の高速度鋼合金及び前記第２の高速度鋼合金が、
Ｃ：１．０質量％以上２．６質量％以下、
Ｓｉ：０．０５質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：０．０８質量％以上１．０質量％以下、
Ｃｒ：１０．０質量％以下、
Ｍｏ：０．０１質量％以上１０．０質量％以下、
Ｗ：０．０１質量％以上１５．０質量％以下、
Ｖ：１．０質量％以上１０．０質量％、
Ｃｏ：１５．０質量％以下を含有し、
残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、
焼入及び焼戻が実施される前の状態の前記肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとの和に対する前記積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）が、０．０１以上０．２０以下であることを特徴とする。
【0011】
上記金属部材は、好ましくは、焼入及び焼戻が実施された状態の前記肉盛層について、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の半価幅ＨＷ［度］と、エネルギー分散型分析装置で得られるマトリックス中のＦｅ値Ｘ［原子％］とが、次の数式（I）の関係を満たす。
３３≦Ｘ－２６ＨＷ≦６５ ・・・（I）
３３≦Ｘ－２６ＨＷ≦６５ ・・・（I）
【0012】
また、上記金属部材は、好ましくは、焼入及び焼戻が実施された状態の前記肉盛層について、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の半価幅ＨＷ［度］と、炭化物面積率Ｓ［％］とが、次の式（II）を満たす。
１２．５≦Ｓ＋５ＨＷ≦１８．０ ・・・（II）
１２．５≦Ｓ＋５ＨＷ≦１８．０ ・・・（II）
【0013】
本発明に係る金属部材では、肉盛層と母材とが同一又は類似の組成である。つまり、肉盛層の溶接材料も母材と同一又は類似する成分である。これにより、溶接時における母材に対する溶湯の濡れ性が良好となり、溶湯の流動性も良好となるので、母材と溶接材料との融合不良に起因する溶接不良を防ぐことができる。そのうえ、上記肉盛層は、熱処理後の硬さ及び靭性に優れる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、母材と同一又は類似の組成であり、且つ、熱処理後の硬さ及び靭性に優れた肉盛層を備える金属部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明に係る金属部材は、Ｆｅを主成分とする第１の高速度鋼合金である母材と、その母材上に、Ｆｅを主成分とする第２の高速度鋼合金の粉末で肉盛溶接されてなる肉盛層とを備える。ここで、主成分とは、合金を構成している成分のうちの主たるものを意味する。肉盛溶接の方法としては、レーザークラッディング法やプラズマ粉体肉盛溶接法などの粉体肉盛溶接法が用いられる。
【0017】
第１の高速度鋼合金及び第２の高速度鋼合金は、Ｆｅをベースとして、Ｃ：１．０質量％以上２．６質量％以下、Ｓｉ：１．０質量％以下、Ｍｎ：１．０質量％以下、Ｃｒ：１０．０質量％以下、Ｍｏ：１０．０質量％以下、Ｗ：１５．０質量％以下、Ｖ：１．０質量％以上１０．０質量％以下、及び、Ｃｏ：１５．０質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。このように特定される第１の高速度鋼合金の組成と第２の高速度鋼合金の組成とは、類似又は一致している。以下、第１の高速度鋼合金及び第２の高速度鋼合金を単に「合金」と称することがある。
【0018】
［鉄（Ｆｅ）］
この合金のベース元素は、Ｆｅである。換言すれば、この合金は、Ｆｅ基合金である。Ｆｅ基合金は、強度及び耐摩耗性に優れる。この合金からなる粉末は、特に金属部材の補修に適している。
この合金のベース元素は、Ｆｅである。換言すれば、この合金は、Ｆｅ基合金である。Ｆｅ基合金は、強度及び耐摩耗性に優れる。この合金からなる粉末は、特に金属部材の補修に適している。
【0019】
［炭素（Ｃ）］
Ｃは、Ｆｅに固溶する。Ｃは、合金の硬度、強度及び耐摩耗性に寄与しうる。Ｃの含有率が１．０質量％以上である合金は、硬さに優れる。この観点から、Ｃの含有率は１．０質量％以上が好ましい。Ｃの含有率が２．６質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｃの含有率は２．６質量％以下が好ましい。
Ｃは、Ｆｅに固溶する。Ｃは、合金の硬度、強度及び耐摩耗性に寄与しうる。Ｃの含有率が１．０質量％以上である合金は、硬さに優れる。この観点から、Ｃの含有率は１．０質量％以上が好ましい。Ｃの含有率が２．６質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｃの含有率は２．６質量％以下が好ましい。
【0020】
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、Ｆｅに固溶する。Ｓｉは、合金の強度及び耐ヒートチェック性に寄与しうる。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０５質量％以上が好ましい。Ｓｉの含有率が１．０質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｓｉの含有率は１．０質量％以下が好ましい。
Ｓｉは、Ｆｅに固溶する。Ｓｉは、合金の強度及び耐ヒートチェック性に寄与しうる。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０５質量％以上が好ましい。Ｓｉの含有率が１．０質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｓｉの含有率は１．０質量％以下が好ましい。
【0021】
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、合金の硬度及び強度に寄与しうる。この観点から、Ｍｎの含有率は０．０８質量％以上が好ましい。Ｍｎの含有率が１．０質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｍｎの含有率は１．０質量％以下が好ましい。
Ｍｎは、合金の硬度及び強度に寄与しうる。この観点から、Ｍｎの含有率は０．０８質量％以上が好ましい。Ｍｎの含有率が１．０質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｍｎの含有率は１．０質量％以下が好ましい。
【0022】
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、Ｆｅへの他の元素の固溶に寄与する。Ｃｒは、合金の耐食性及び耐ヒートチェック性に寄与しうる。この観点から、Ｃｒの含有率は３．０５質量％以上が好ましい。Ｃｒの含有率が１０．０質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｃｒの含有率は１０．０質量％以下が好ましい。
Ｃｒは、Ｆｅへの他の元素の固溶に寄与する。Ｃｒは、合金の耐食性及び耐ヒートチェック性に寄与しうる。この観点から、Ｃｒの含有率は３．０５質量％以上が好ましい。Ｃｒの含有率が１０．０質量％以下である合金は、靱性に優れる。この観点から、Ｃｒの含有率は１０．０質量％以下が好ましい。
【0023】
［モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ），バナジウム（Ｖ）］
モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、及び、バナジウム（Ｖ）は、Ｃと微細な炭化物を形成し、合金の強度改善に寄与する。しかしながら、これらの元素の過剰の添加は延靭性の低下等を招く。このような観点から、Ｍｏの含有率は、０．０１質量％以上が好ましく、１０．０質量％以下が好ましい。Ｗの含有率は、０．０１質量％以上が好ましく、１５．０質量％以下が好ましい。Ｖの含有率は、１．０質量％以上が好ましく、１０．０質量％以下が好ましい。
モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、及び、バナジウム（Ｖ）は、Ｃと微細な炭化物を形成し、合金の強度改善に寄与する。しかしながら、これらの元素の過剰の添加は延靭性の低下等を招く。このような観点から、Ｍｏの含有率は、０．０１質量％以上が好ましく、１０．０質量％以下が好ましい。Ｗの含有率は、０．０１質量％以上が好ましく、１５．０質量％以下が好ましい。Ｖの含有率は、１．０質量％以上が好ましく、１０．０質量％以下が好ましい。
【0024】
［コバルト（Ｃｏ）］
Ｃｏは、Ｆｅと共に合金のベースになりうる。ＣｏはＦｅに固溶することで焼入性が増し、合金の強度向上に寄与する。このような観点から、Ｃｏの含有率は、０．０１質量％以上が好ましく、１５．０質量％以下が好ましい。
Ｃｏは、Ｆｅと共に合金のベースになりうる。ＣｏはＦｅに固溶することで焼入性が増し、合金の強度向上に寄与する。このような観点から、Ｃｏの含有率は、０．０１質量％以上が好ましく、１５．０質量％以下が好ましい。
【0025】
〔合金粉末の製造方法〕
合金粉末は、アトマイズ法、粉砕法等によって製造されうる。アトマイズ法として、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、及び、ディスクアトマイズ法が例示される。合金に不純物が混入しにくいとの観点から、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法が好ましい。合金に不純物が混入しにくいとの観点から、不活性ガス雰囲気でのアトマイズが好ましい。量産性の観点から、ガスアトマイズが好ましい。
合金粉末は、アトマイズ法、粉砕法等によって製造されうる。アトマイズ法として、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、及び、ディスクアトマイズ法が例示される。合金に不純物が混入しにくいとの観点から、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法が好ましい。合金に不純物が混入しにくいとの観点から、不活性ガス雰囲気でのアトマイズが好ましい。量産性の観点から、ガスアトマイズが好ましい。
【0026】
〔金属部材の補修方法〕
ここで、本発明に係る金属部材の適用例として、肉盛層で補修された金属部材について説明する。この金属部材（即ち、母材）は、第１の高速度鋼合金の粉末が粉末冶金法を用いて成形されたものである。但し、母材は、粉末成形体に限定されない。この金属部材の補修箇所に、第２の高速度鋼合金の粉末を溶接材料として肉盛溶接が施されることによって、肉盛層が形成される。肉盛溶接方法としては、レーザークラッディング法やプラズマ粉体肉盛溶接法などの粉体肉盛溶接法が用いられる。具体的には、肉盛溶接は以下の手順で行われる。合金粉末の粒子に圧縮ガス等によって速度が与えられ、加速されて進行中の粒子が加熱手段にて加熱される。加熱手段として、ガスの燃焼炎、プラズマ、レーザー等が挙げられる。加熱により、粒子は溶融状態又は半溶融状態となる。この粒子が金属部材に衝突させられ、凝固することにより、粒子同士が結合する。粒子は、下地である金属部材とも結合し、この結合により金属部材の表面に肉盛層が形成される。粒子が金属部材に衝突した後に、加熱がなされてもよい。粒子が金属部材に接触した状態で、加熱がなされてもよい。
ここで、本発明に係る金属部材の適用例として、肉盛層で補修された金属部材について説明する。この金属部材（即ち、母材）は、第１の高速度鋼合金の粉末が粉末冶金法を用いて成形されたものである。但し、母材は、粉末成形体に限定されない。この金属部材の補修箇所に、第２の高速度鋼合金の粉末を溶接材料として肉盛溶接が施されることによって、肉盛層が形成される。肉盛溶接方法としては、レーザークラッディング法やプラズマ粉体肉盛溶接法などの粉体肉盛溶接法が用いられる。具体的には、肉盛溶接は以下の手順で行われる。合金粉末の粒子に圧縮ガス等によって速度が与えられ、加速されて進行中の粒子が加熱手段にて加熱される。加熱手段として、ガスの燃焼炎、プラズマ、レーザー等が挙げられる。加熱により、粒子は溶融状態又は半溶融状態となる。この粒子が金属部材に衝突させられ、凝固することにより、粒子同士が結合する。粒子は、下地である金属部材とも結合し、この結合により金属部材の表面に肉盛層が形成される。粒子が金属部材に衝突した後に、加熱がなされてもよい。粒子が金属部材に接触した状態で、加熱がなされてもよい。
【0027】
上記のように、肉盛層を形成するための溶接材料は金属部材（母材）と同一又は類似の組成であり、肉盛層も母材と同一又は類似の組成である。これにより、溶接時における母材に対する溶湯の濡れ性が良好となり、溶湯の流動性も良好となるので、母材と溶接材料との融合不良に起因する溶接不良を防ぐことができる。
【0028】
上記のように金属部材（母材）上に形成された肉盛層に関し、第１指標「Ａ／（Ａ＋Ｂ）」が所定の条件を満たす。Ａは、焼入及び焼戻が実施されない状態（以下、「熱処理前状態」と称する）の肉盛層において、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークのうちγ（１１１）の積分面積を表す。Ｂは、熱処理前状態の肉盛層において、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の積分面積Ｂを表す。
【0029】
積分面積とは、Ｘ線回折分析して得られる回折ピークをプロファイルフィッティング法を用いて各結晶のピークごとに分離した結果から得られる面積である。例えば、図１（ａ）に示す肉盛層のＸ線回折分析の測定データについて図１（ｂ）に示すプロファイルフィッティングを実施すると、測定データの回折ピークを、図１（ｃ）に示すγ（１１１）ピークと図１（ｄ）に示すα（１１０）ピークとに分離することができる。積分面積Ａは、分離されたγ（１１１）ピークの積分面積（図１（ｃ）中、横ストライプ塗り部分の面積）である。積分面積Ｂは、分離されたα（１１０）ピークの積分面積（図１（ｄ）中、縦ストライプ塗り部分の面積）である。なお、縦軸の単位（ａ．ｕ．）は任意単位を示す。
【0030】
第１指標の値は、０．０１以上０．２０以下である。つまり、熱処理前状態の肉盛層において、焼入及び焼戻が実施されない状態の前記肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとの和に対する前記積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）が、０．０１以上０．２０以下である。第１指標が所定の条件を満たすことは、熱処理前状態の肉盛層に、γ相（オーステナイト）が存在することを意味する。
【0031】
γ相中へのＣの固溶度は、α相（フェイライト）中へのＣの固溶度よりも大きい。そのため、熱処理前状態の肉盛層においてγ相が存在すると、γ相が存在しない場合と比較して、マトリックス中へのＣの固溶量が多くなる。熱処理前状態の肉盛層におけるマトリックス中へのＣの固溶量は、第１指標の値が大きいほど多い。このような肉盛層に、焼入及び焼戻の熱処理を実施すると、マトリックスはα’相（マルテンサイト）に変態する。焼入及び焼戻が実施された状態（以下、「熱処理後状態」と称する）のマトリックス中のＣの固溶量は、熱処理前状態においてγ相が存在しない場合と比較して多い。その結果、熱処理後の肉盛層は、優れた硬さを有する。
【0032】
また、金属部材上に形成された肉盛層に関し、望ましくは、第２指標「Ｘ－２６ＨＷ」が所定の条件を満たす。ＨＷは、熱処理後状態の肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうち、α（１１０）の半価幅を表す。Ｘは、熱処理後状態の肉盛層をエネルギー分散型分析装置で分析して得られる、マトリックス中のＦｅ値［原子％］を表す。第２指標の値は、３３以上６５以下である。つまり、熱処理後状態の肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の半価幅ＨＷと、エネルギー分散型分析装置で得られるマトリックス中のＦｅ値Ｘ［原子％］とが、次の数式（I）の関係を満たす。
３３≦Ｘ－２６ＨＷ≦６５ ・・・（I）
３３≦Ｘ－２６ＨＷ≦６５ ・・・（I）
【0033】
マトリックス中のＣの固溶元素であるＦｅ値［原子％］が高くなるに従って、マトリックス中のＣの固溶量が増大する。マトリックス中のＣの固溶量の増加は、硬さの上昇に寄与する。しかし、第２指標の値が過剰又は不足すると、靭性が低下する。そこで、第２指標の値を３３以上６５以下として、式（I）の関係を満足することによって、肉盛層に硬さを確保しつつ優れた靭性を備える。
【0034】
更に、金属部材上に形成された肉盛層に関し、望ましくは、第３指標「Ｓ＋５ＨＷ」が所定の条件を満たす。Ｓは、熱処理後状態の肉盛層の炭化物面積率Ｓ［％］を表す。第３指標の値は、１２．５以上１８．０以下である。つまり、熱処理後状態の肉盛層をＸ線回折分析して得られる回折ピークのうちα（１１０）の半価幅ＨＷと、炭化物面積率Ｓ［％］とは、次の式（II）を満たす。
１２．５≦Ｓ＋５ＨＷ≦１８．０ ・・・（II）
１２．５≦Ｓ＋５ＨＷ≦１８．０ ・・・（II）
【0035】
α（１１０）の半価幅ＨＷは、マトリックスへのＣ及び他の合金元素の固溶量の指標となり得る。よって、半価幅ＨＷの値が大きいほど、マトリックスへのＣの固溶量が多くなり、肉盛層の硬さが増す。しかし、第３指標の値が過剰又は不足すると、靭性が低下する。そこで、第３指標の値を１２．５以上１８．０以下として、式（II）の関係を満足することによって、肉盛層に硬さを確保しつつ優れた靭性を備える。
【0036】
溶接金属の凝固過程は、肉盛層の硬さ及び抗折強度に大きく影響する。このことから、合金粉末を肉盛溶接する際の加熱条件や冷却条件（例えば、レーザー出力条件や予熱条件）、及び／又は、肉盛層の焼入及び焼戻の条件を調えることにより、第１～３指標の値を変化させることができる。
【実施例】
【0037】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
【0038】
［１．試料の作製］
表１に示す合金１～３の所定の組成を有する原料を、準備した。この原料を、真空中にてアルミナ製坩堝で、高周波誘導加熱法にて加熱した。この加熱によって原料を溶融させ、溶湯を得た。坩堝下にある直径が５ｍｍのノズルから、溶湯を落下させた。この溶湯に、高圧アルゴンガスを噴霧し、３００ｋｇの粉末を得た。
表１に示す合金１～３の所定の組成を有する原料を、準備した。この原料を、真空中にてアルミナ製坩堝で、高周波誘導加熱法にて加熱した。この加熱によって原料を溶融させ、溶湯を得た。坩堝下にある直径が５ｍｍのノズルから、溶湯を落下させた。この溶湯に、高圧アルゴンガスを噴霧し、３００ｋｇの粉末を得た。
【0039】
作製した合金粉末のうち１５０ｋｇを用いて熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により成形体を作製し、それを鍛造して、縦横１００ｍｍで厚さが２０ｍｍの板材を作製し、これを母材とした。
【0040】
作製した合金粉末のうち５０ｋｇを用い、レーザークラッディング法により、作製した母材の上に肉盛層を形成し、試料を得た。肉盛層は、縦横１００ｍｍであり、厚さは１０ｍｍであった。
【0041】
【表1】
【0042】
合金１の組成の合金粉末を用い、レーザークラッド及びその後の熱処理の条件を変えて、実施例１～１７及び比較例１～５の試料を得た。合金２の組成の合金粉末を用い、レーザークラッド及びその後の熱処理の条件を変えて、実施例１８～３４及び比較例６～１０の試料を得た。合金３の組成の合金粉末を用い、レーザークラッド及びその後の熱処理の条件を変えて、実施例３５～５１及び比較例１１～１５の試料を得た。
【0043】
［２．測定方法］
実施例１～５１及び比較例１～１５の試料に対し、以下の測定を行った。
実施例１～５１及び比較例１～１５の試料に対し、以下の測定を行った。
【0044】
（γ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂの測定）
Ｘ線回折分析装置を用いて、熱処理前状態の各試料についてＸ線回折分析を行うことにより、各試料のγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとを測定し、積分面積Ａと積分面積Ｂとの和に対する積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）を求めた。
Ｘ線回折分析装置を用いて、熱処理前状態の各試料についてＸ線回折分析を行うことにより、各試料のγ（１１１）の積分面積Ａとα（１１０）の積分面積Ｂとを測定し、積分面積Ａと積分面積Ｂとの和に対する積分面積Ａの比Ａ／（Ａ＋Ｂ）を求めた。
【0045】
（半価幅ＨＷの測定）
Ｘ線回折分析装置を用いて、熱処理後状態の各試料についてＸ線回折分析を行うことにより、各試料のα（１１０）の半価幅ＨＷを測定した。
Ｘ線回折分析装置を用いて、熱処理後状態の各試料についてＸ線回折分析を行うことにより、各試料のα（１１０）の半価幅ＨＷを測定した。
【0046】
（Ｆｅ値の測定）
エネルギー分散型分析装置を用いて、熱処理後状態の各試料についてエネルギー分散型分析を行うことにより、各試料のＦｅ値［原子％］を測定した。
エネルギー分散型分析装置を用いて、熱処理後状態の各試料についてエネルギー分散型分析を行うことにより、各試料のＦｅ値［原子％］を測定した。
【0047】
（硬さの測定）
「ＪＩＳ Ｚ ２２４４」の規定に準拠して、熱処理後状態の各試料について母材及び肉盛層のビッカース硬度を測定した。
「ＪＩＳ Ｚ ２２４４」の規定に準拠して、熱処理後状態の各試料について母材及び肉盛層のビッカース硬度を測定した。
【0048】
（抗折強度の測定）
熱処理後状態の各試料について母材及び肉盛層から、幅が５ｍｍであり、長さが５０ｍｍであり、厚さが３ｍｍである試験片を切り出した。この試験片を用い、「ＪＩＳ Ｚ ２２４８」の規定に準拠して、抗折強度を測定した。表２～４に示す抗折強度は、５回の測定の平均値である。抗折強度に基づいて靭性を評価することができる。
熱処理後状態の各試料について母材及び肉盛層から、幅が５ｍｍであり、長さが５０ｍｍであり、厚さが３ｍｍである試験片を切り出した。この試験片を用い、「ＪＩＳ Ｚ ２２４８」の規定に準拠して、抗折強度を測定した。表２～４に示す抗折強度は、５回の測定の平均値である。抗折強度に基づいて靭性を評価することができる。
【0049】
（炭化物面積率Ｓの測定）
熱処理後状態の各試料について、光学顕微鏡で写真を撮影し、得られた組織写真を元に画像解析ソフトウェアを用いて炭化物面積率［％］を測定した。
熱処理後状態の各試料について、光学顕微鏡で写真を撮影し、得られた組織写真を元に画像解析ソフトウェアを用いて炭化物面積率［％］を測定した。
【0050】
［３．評価結果］
表２～４に、各測定結果、第１～３指標の値、及び、総合評価を示す。
表２～４に、各測定結果、第１～３指標の値、及び、総合評価を示す。
【0051】
【表2】
【0052】
【表3】
【0053】
【表4】
【0054】
（実施例１～１７及び比較例１～５）
表２に示す実施例１～１７の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下である。実施例１～１７の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、１６００ＭＰａ以上の十分な抗折強度を有する。比較例１～５の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下の範囲を外れている。比較例１～５の試料は、硬さが５４ＨＲＣ未満であり、硬さが不十分である。
表２に示す実施例１～１７の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下である。実施例１～１７の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、１６００ＭＰａ以上の十分な抗折強度を有する。比較例１～５の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下の範囲を外れている。比較例１～５の試料は、硬さが５４ＨＲＣ未満であり、硬さが不十分である。
【0055】
実施例６～１５の試料は、第２指標の値が３３以上６５以下である。つまり、実施例６～１５の試料は、式（I）の関係を満たす。実施例６～１５の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、２０００ＭＰａ以上の優れた抗折強度を有する。
【0056】
実施例１１～１７の試料は、第３指標の値が１２．５以上１８．０以下である。つまり、実施例１１～１７の試料は、式（II）の関係を満たす。実施例１１～１７の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、２４００ＭＰａ以上の更に優れた抗折強度を有する。
【0057】
表２に示す各試料の総合評価は、次の評価基準（Ｉ）に基づく。
Ａ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２４００ＭＰａ以上
Ｂ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２０００ＭＰａ以上２４００ＭＰａ未満
Ｃ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が１５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ未満
Ｆ：硬さが５４ＨＲＣ未満
第１～３指標の全てが所定の条件を満たす実施例１１～１５の試料の総合評価はＡとなった。第１，２指標のみが所定の条件を満たす実施例６～１０の試料の総合評価はＢとなった。第１，３指標のみが所定の条件を満たす実施例１６，１７の試料の総合評価はＡとなった。第１指標のみが所定の条件を満たす実施例１～５の試料の総合評価はＣとなった。第１指標が所定の条件を満たさない比較例１～５の試料の総合評価はＦとなった。
Ａ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２４００ＭＰａ以上
Ｂ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２０００ＭＰａ以上２４００ＭＰａ未満
Ｃ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が１５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ未満
Ｆ：硬さが５４ＨＲＣ未満
第１～３指標の全てが所定の条件を満たす実施例１１～１５の試料の総合評価はＡとなった。第１，２指標のみが所定の条件を満たす実施例６～１０の試料の総合評価はＢとなった。第１，３指標のみが所定の条件を満たす実施例１６，１７の試料の総合評価はＡとなった。第１指標のみが所定の条件を満たす実施例１～５の試料の総合評価はＣとなった。第１指標が所定の条件を満たさない比較例１～５の試料の総合評価はＦとなった。
【0058】
（実施例１８～３４及び比較例６～１０）
表３に示す実施例１８～３４の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下である。実施例１８～３４の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、１６００ＭＰａ以上の十分な抗折強度を有する。比較例６～１０の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下の範囲を外れている。比較例６～１０の試料は、硬さが５４ＨＲＣ未満であり、硬さが不十分である。
表３に示す実施例１８～３４の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下である。実施例１８～３４の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、１６００ＭＰａ以上の十分な抗折強度を有する。比較例６～１０の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下の範囲を外れている。比較例６～１０の試料は、硬さが５４ＨＲＣ未満であり、硬さが不十分である。
【0059】
実施例２３～３２の試料は、第２指標の値が３３以上６５以下である。つまり、実施例２１～３０の試料は、式（I）の関係を満たす。実施例２３～３２の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、２１００ＭＰａ以上の優れた抗折強度を有する。
【0060】
実施例２８～３４の試料は、第３指標の値が１２．５以上１８．０以下である。つまり、実施例２８～３４の試料は、式（II）の関係を満たす。実施例２８～３４の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、２５００ＭＰａ以上の更に優れた抗折強度を有する。
【0061】
表３に示す各試料の総合評価は、次の評価基準（II）に基づく。
Ａ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２５００ＭＰａ以上
Ｂ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２１００ＭＰａ以上２５００ＭＰａ未満
Ｃ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が１６００ＭＰａ以上２１００ＭＰａ未満
Ｆ：硬さが５４ＨＲＣ未満
第１～３指標の全てが所定の条件を満たす実施例２８～３２の試料の総合評価はＡとなった。第１，２指標のみが所定の条件を満たす実施例２３～２７の試料の総合評価はＢとなった。第１，３指標のみが所定の条件を満たす実施例３３，３４の試料の総合評価はＡとなった。第１指標のみが所定の条件を満たす実施例１８～２２の試料の総合評価はＣとなった。第１指標が所定の条件を満たさない比較例６～１０の試料の総合評価はＦとなった。
Ａ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２５００ＭＰａ以上
Ｂ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２１００ＭＰａ以上２５００ＭＰａ未満
Ｃ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が１６００ＭＰａ以上２１００ＭＰａ未満
Ｆ：硬さが５４ＨＲＣ未満
第１～３指標の全てが所定の条件を満たす実施例２８～３２の試料の総合評価はＡとなった。第１，２指標のみが所定の条件を満たす実施例２３～２７の試料の総合評価はＢとなった。第１，３指標のみが所定の条件を満たす実施例３３，３４の試料の総合評価はＡとなった。第１指標のみが所定の条件を満たす実施例１８～２２の試料の総合評価はＣとなった。第１指標が所定の条件を満たさない比較例６～１０の試料の総合評価はＦとなった。
【0062】
（実施例３５～５１及び比較例１１～１５）
表４に示す実施例３５～５１の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下である。実施例３５～５１の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、１７００ＭＰａ以上の十分な抗折強度を有する。比較例１１～１５の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下の範囲を外れている。比較例１１～１５の試料は、硬さが５４ＨＲＣ未満であり、硬さが不十分である。
表４に示す実施例３５～５１の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下である。実施例３５～５１の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、１７００ＭＰａ以上の十分な抗折強度を有する。比較例１１～１５の試料は、第１指標の値が０．０１以上０．２０以下の範囲を外れている。比較例１１～１５の試料は、硬さが５４ＨＲＣ未満であり、硬さが不十分である。
【0063】
実施例４０～４９の試料は、第２指標の値が３３以上６５以下である。つまり、実施例４０～４９の試料は、式（I）の関係を満たす。実施例４０～４９の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、２２００ＭＰａ以上の優れた抗折強度を有する。
【0064】
実施例４５～５１の試料は、第３指標の値が１２．５以上１８．０以下である。つまり、実施例４５～５１の試料は、式（II）の関係を満たす。実施例４５～５１の試料は、７０～５４ＨＲＣの十分な硬さを有し、且つ、２６００ＭＰａ以上の更に優れた抗折強度を有する。
【0065】
表４に示す各試料の総合評価は、次の評価基準（III）に基づく。
Ａ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２６００ＭＰａ以上
Ｂ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２２００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ未満
Ｃ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が１７００ＭＰａ以上２２００ＭＰａ未満
Ｆ：硬さが５４ＨＲＣ未満
第１～３指標の全てが所定の条件を満たす実施例４５～４９の試料の総合評価はＡとなった。第１，２指標のみが所定の条件を満たす実施例４０～４４の試料の総合評価はＢとなった。第１，３指標のみが所定の条件を満たす実施例５０，５１の試料の総合評価はＡとなった。第１指標のみが所定の条件を満たす実施例３５～３９の試料の総合評価はＣとなった。第１指標が所定の条件を満たさない比較例１１～１５の試料の総合評価はＦとなった。
Ａ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２６００ＭＰａ以上
Ｂ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が２２００ＭＰａ以上２６００ＭＰａ未満
Ｃ：硬さが７０～５４ＨＲＣ、且つ、抗折強度が１７００ＭＰａ以上２２００ＭＰａ未満
Ｆ：硬さが５４ＨＲＣ未満
第１～３指標の全てが所定の条件を満たす実施例４５～４９の試料の総合評価はＡとなった。第１，２指標のみが所定の条件を満たす実施例４０～４４の試料の総合評価はＢとなった。第１，３指標のみが所定の条件を満たす実施例５０，５１の試料の総合評価はＡとなった。第１指標のみが所定の条件を満たす実施例３５～３９の試料の総合評価はＣとなった。第１指標が所定の条件を満たさない比較例１１～１５の試料の総合評価はＦとなった。
【0066】
以上から、本発明に係る金属部材は、肉盛層と母材とが同一又は類似の組成でありながら、肉盛層は焼入及び焼戻後の硬さ及び靭性に優れることが明らかとなった。
【図1】