JP2002501122A - 焼結製品調製用鋼粉末 - Google Patents
焼結製品調製用鋼粉末Info
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Abstract
Description
クロムに加えてMoおよびMnも含む低酸素、低炭素の合金鋼粉末と、その調製
に関する。また本発明は、この粉末から焼結部品を調製する方法、ならびにその
焼結部品にも関する。
料を強化するための、様々な技法が開発されている。低酸素、低炭素の鉄粉中に
、合金元素のクロム、モリブデン、およびマンガンを使用することが、例えば米
国特許第4266974号やEP(欧州特許)0653262に提案されている
。どちらの公報でも、この粉末のベース材料は、水噴霧され還元焼なましされた
粉末である。米国の公報は、酸素および炭素の含有量が低い粉末を得るための最
も重要なステップ即ち段階が焼なましステップ即ち焼なまし段階であり、好まし
くは減圧下で、特に真空誘導加熱によって行うべきであることを開示している。
またこの米国特許は、還元焼なましのその他の方法では、その商用規模での導入
が制限されるという欠点を伴うことも開示している。EP出願には、還元焼なま
しについて何も開示されていない。米国特許による合金元素の有効な量は、クロ
ムが0.2重量%から5.0重量%の間、モリブデンが0.1重量%から7.0
重量%の間、マンガンが0.35重量%から1.50重量%の間である。EP公
報では、有効な量が、クロムが0.5重量%から3重量%の間、モリブデンが0
.1重量%から2重量%の間、マンガンが多くとも0.08重量%であるべきこ
とを開示している。米国特許による発明の目的は、粉末の高圧縮性および高成形
性と、焼結体の浸炭や焼入性などの良好な熱処理性への需要を満たす粉末を提供
することである。EP出願に開示されている発明を使用するときの重大な欠陥と
は、廉価なスクラップを使用できないということであり、それはこのスクラップ
が、通常マンガンを0.08重量%よりも多く含むためである。これに関連して
EP出願は、Mn含有量を0.08重量%以下のレベルに減少させるために、特
定の処理を用いなければならないことを教示している。その他の問題とは、還元
焼なましと、クロムやマンガンなど酸化に敏感な元素を含んだ水噴霧鉄粉で酸素
および炭素含有量を少なくする可能性について、何も教示されていないことであ
る。この点について与えられた唯一の情報が実施例1の中にあるようであり、こ
れは、最終還元を行わなければならないことを開示している。
3〜0.7重量%、マンガンを0.09〜0.3重量%含む、クロム基の低酸素
、低炭素の鉄粉に関する。この組成によれば、水噴霧と還元焼なましをした費用
のかからない原材料から、優れた機械的性質を有する焼結部品を製造することが
できる。
靭性、および高寸法精度の組合せによって特徴付けられることがわかった。なお
驚くべきことは、これらの性質を、焼結製品に熱処理を行わずに得ることができ
るということである。したがって、少なくとも800MPaの引張り強さと少な
くとも19Jの衝撃強さを併せ持つ焼結製品が、約1120℃、焼結時間約30
分で動作する高出力ベルト炉などの費用効果のある焼結装置で得られることがわ
かった。
量%から0.6重量%の間で変化し、Mnの量は0.09重量%から0.3重量
%の間で変化することが好ましい。
れた溶製鋼を、任意の既知の水噴霧法にかけることによって、容易に製造するこ
とができる。水噴霧粉は、この水噴霧粉のO:Cの重量比が1から4の間になる
ように、好ましくは1.5から3.5の間、最も好ましくは2から3の間になる
ように、かつ炭素含有量が0.1重量%から0.9重量%の間になるように、焼
なましの前に調製されることが好ましい。本発明によるその他の処理では、この
水噴霧粉は、PCT/SE97/01292(参照により本明細書に組み込む)
に記載されている方法により焼なましすることができ、この方法は、より具体的
には以下の段階を含む方法に関するものである。 a)本質的に、鉄と、任意選択でクロム、マンガン、銅、ニッケル、バナジウ
ム、ニオビウム、ホウ素、ケイ素、モリブデン、およびタングステンからなる群
から選択された少なくとも1種の合金元素とからなる水噴霧粉を調製する段階。 b)少なくともH2ガスおよびH2Oガスを含有する雰囲気中で、この粉末を焼
なましする段階、 c)脱炭プロセス中に形成された少なくとも1つの炭素酸化物の濃度を測定す
る段階、または d)炉の長手方向で互いに所定の距離に位置する少なくとも2点で、本質的に
同時に酸素ポテンシャルを測定する段階、または e)炉内の少なくとも1点で酸素ポテンシャルを測定することと併せて、c)
による濃度を測定する段階、 f)この測定の助けを借りて、脱炭雰囲気中のH2Oガスの含有量を調整する 段階。
使用することができる他の方法が、同時係属のスウェーデン出願9800153
−0に開示されている。この方法は、 本質的な不活性ガス雰囲気中で気密炉に水噴霧粉を充填し、この炉を閉じる段
階、 好ましくは直接電気で加熱しまたはガスで加熱することによって、炉の温度を
800〜1350℃の温度に上昇させる段階、 COガスの形成の増加を監視し、COの形成に著しい増加が観察されたときに
この炉からガスを排出する段階、および COガスの形成の増加が少なくなったときにこの粉末を冷却する段階 を含む。
される量の黒鉛粉末と、任意選択でCu、P、B、Nb、V、Ni、Wの群から
選択された少なくとも1種の合金元素を混合する。通常、添加する黒鉛の量は、
鉄基粉末の0.15重量%から0.65重量%の間で様々であり、ステアリン酸
亜鉛やH−waxなどの潤滑剤は、鉄基粉末の1重量%までの量で様々である。
次いでこの混合物を、従来の成形圧力で、すなわち400〜800MPaの圧力
で成形し、1100℃から1300℃の間の温度で焼結する。しかし、好ましい
ことには且つまったく予想外のことであるが、本発明による粉末から準備した製
品は、やはりこの粉末を低温で、すなわち約1220℃よりも低い温度で、好ま
しくは1200℃よりも低い温度で、または約1150℃よりもなお低い温度で
、かつ比較的短い焼結時間で、すなわち45分などの1時間よりも短い焼結時間
で焼結したときに、優れた機械的性質を示す。通常この焼結時間は約30分であ
る。
理由は、以下の通りである。
に固溶体を形成することによってフェライト地を硬化する役目をする元素だから
である。C含有量が0.01重量%を超える場合、この粉末は相当に硬化し、商
業的な使用を意図した粉末としてはその圧縮性があまりに不十分になる。
て決定される。典型的にはこの粉末に添加する黒鉛の量は、0.15重量%から
0.65重量%の間である。Cr含有量が3%から3.5%の間の粉末では、添
加する黒鉛の量はいくらか少なく、好ましくは0.15%から0.5%の間であ
る。焼結製品中のCの量は、粉末に添加する黒鉛の量と本質的に同じである。
強度を改善する。しかしMnの量が0.3%を超える場合、フェライト硬さは固
溶体硬化によって増大し、このため圧縮性が不十分な粉末になる。Mnの量が0
.08%未満の場合は、鋼を製造する過程でMnを減少させるための特定の処理
を行わない限り、通常Mn含有量が0.08%を超える廉価なスクラップを使用
することは可能ではない(EP653262、p.4、第42〜44行参照)。
したがって本発明によるMnの好ましい量は、0.09〜0.3%である。含有
量が0.007%よりも少ないCと組み合わせることにより、このMnの範囲で
最も興味深い結果が与えられる。
品を提供するので、鋼粉末中の適切な合金元素である。焼結後に十分な強度を得
るため、Cr含有量は2.5%以上が好ましい。Cr含有量が3.5%よりも多
いと、酸化物および/または炭化物の形成に関連する問題が生じる。そのうえC
r含有量が3.5重量%を超える場合、焼入性は、焼結製品を実用的な適用分野
で使用するには高くなりすぎる。高引張り強さと高衝撃強さを兼ね備えたものを
実現するため、Crが2.5〜3.5%という狭い範囲を選択することの重要性
が、同封の図1にさらに開示されている。
、鋼の強度を改善する役割をする。Mo成分が0.3%よりも少ない場合、これ
らの性質に及ぼす影響はごくわずかである。さらにMoの量は、この合金元素の
コストが原因で、好ましくは0.7%を超えるべきではないことが好ましい。
P、すなわち0.01%よりも少ない量のSおよびPが必要とされ、本発明によ
り使用されたこの粉末中のSおよびPの量は、0.01重量%より少ない。
な限り少なく保たれるべきであることが好ましい。OはCrと共に安定な酸化物
を形成し、これが適正な焼結メカニズムの妨害を誘発する。したがってOの量は
、0.2%を超えないことが好ましい。この量が0.25%を超える場合、大量
の酸化物が発生する。
しくは1200℃より低い温度であり、最も好ましくは1150℃よりも低い温
度である。以下の実施例に開示するように、1120℃程度に低い温度で30分
間だけ焼結すると、どのような熱処理も続けて行うことなく思いがけずに良好な
引張り強さが得られる。高温で、すなわち1220℃より上の温度では、望まし
くないことであるが焼結にかかるコストが増加し、したがって工業的な観点から
見た場合、本発明による粉末および方法を非常に魅力あるものにする。
秒を超えるとマルテンサイトが形成される。とりわけ鉄粉の組成と、添加した黒
鉛の量に応じ、ベルト炉に典型的な冷却速度、すなわち0.5〜2℃/秒で、良
好な強度と靭性を兼ね備えたものとして望ましい完全なベナイト構造が得られる
。この意味で、本発明による焼結プロセスはベルト炉内で行うことが好ましいこ
とも述べるべきである。
あり、Mn含有量が0.11重量%である鋼粉末を、特許出願PCT/SE97
/01292に記載されているように、水噴霧して焼なましを行った。量が0.
3重量%から0.7重量%まで様々な黒鉛(C−UF4)を添加し、同様に潤滑
剤H−wax0.8重量%も添加した。粉末を700MPaで成形し、次いでN 2 90%/H210%の雰囲気中で30分間、1120℃で焼結した。以下の表1
、2、および3に、準備した製品の圧粉密度(GD)、寸法変化(dl/L)、
硬度(Hv10)、引張り強さ(TS)、降伏強さ即ち耐力(YS)、および衝
撃エネルギー(シャルピー)を開示する。
因となり、圧縮性に悪い影響を及ぼす。このことは、潤滑ダイ600Mpaでの
Fe−3Cr−0.5Mo粉末の圧縮性を開示する表2に例示されている。
Claims (12)
- 【請求項1】 Cr 2.5〜3.5重量%、 Mo 0.3〜0.7重量%、 Mn 0.09〜0.3重量%、 Cu<0.10重量%、 Ni<0.15重量%、 P<0.02重量%、 N<0.01重量%、 V<0.10重量%、 Si<0.10重量%、 W<0.10重量%、 O<0.25重量%、 C<0.01重量%、および 残部の鉄と0.5%以下の量の不可避不純物とからなる、水噴霧され且つ焼な
ましした鉄基粉末。 - 【請求項2】 Cr 2.7〜3.3重量%、 Mo 0.4〜0.6重量%、 Mn 0.09〜0.25重量%、 O<0.15重量%、 C<0.007重量%、および 残部の鉄と0.2%以下の量の不可避不純物とからなる、請求項1に記載の水
噴霧され且つ焼なましされた鉄基粉末。 - 【請求項3】 後続の熱処理なしで引張り強さが少なくとも750Mpaで
ある焼結製品を調製する方法であって、 合金元素Cr、Mo、およびMnを前記請求項のいずれか一項に記載の量で含
む鉄基粉末を、水噴霧する段階と、 水噴霧した粉末を焼なましする段階と、 黒鉛と、任意選択でCu、P、B、Nb、V、Ni、およびWの群から選択さ
れた少なくとも1種の合金元素を、焼結製品の最終用途によって決定された量で
添加する段階と、 焼なましした粉末を少なくとも600Mpaの圧力で成形する段階と、 成形体を焼結する段階とを含む方法。 - 【請求項4】 還元が、H2および制御された量のH2Oの存在下、還元雰囲
気中で大気圧で行われる請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 還元が、本質的に不活性の雰囲気中で且つCOの排出下で低
圧で行われる請求項3に記載の方法。 - 【請求項6】 焼なましする前の水噴霧粉末のO:Cの重量比が1から4の
間、好ましくは1.5から3.5の間、最も好ましくは2から3の間であり、炭
素含有量が0.1重量%から0.9重量%の間である請求項3から請求項5まで
のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項7】 0.25〜0.65重量%、好ましくは0.3〜0.5重量
%の量の黒鉛を、成形段階の前に粉末に添加する請求項3から請求項6までのい
ずれか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 Cr含有量が3〜3.5重量%の粉末では、黒鉛の量が0.
25〜0.5重量%である請求項3から請求項7までのいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項9】 焼結温度が高くとも1220℃、好ましくは1200℃未満
、最も好ましくは1150℃である請求項3に記載の方法。 - 【請求項10】 焼結時間が60分未満、好ましくは50分未満、最も好ま
しくは40分未満である請求項3に記載の方法。 - 【請求項11】 化合した炭素の含有量が少なくとも0.25%、好ましく
は少なくとも0.3%である、請求項5から請求項8までのいずれか一項に従っ
て調製された焼結製品。 - 【請求項12】 PCT/SE97/01292に記載の方法により、鉄基
の焼なましした粉末が調製される、請求項1から請求項2までのいずれか一項に
記載の粉末。
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