JP2014227584A - 二次析出粒子を制御した耐食耐摩耗合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粗大なアトマイズ粉末粒子からの粗大な複硼化物を除き、かつＢ量に応じた原料粉末の最大径の適正化による衝撃特性の優れた耐食耐摩耗合金の製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃｒ：５．０〜４０％、Ｍｏ：１５〜４０％、Ｂ：２．０〜４．０％を含み、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる成分のガスアトマイズ原料粉末を下記式（１）に示す分級粒度Ｄの値（単位：μｍ）にて分級した篩いを通過した粉末を、１０００〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理により固化成形することを特徴とする二次析出粒子を制御した耐食耐摩耗合金の製造方法。Ｄ≦１０００／Ｂ−１５０…（１）
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食耐摩耗合金中の二次析出粒子径を制御した粉末冶金材の製造方法に関する。

一般に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｂ系耐食耐摩耗粉末冶金材はプラスチック押出成形機に用いられる従来材よりも高い耐食性を有し、腐食環境下での使用に優れている。例えば特許第４２７９０２９号公報（特許文献１）に開示されているように、合金鋼基材に、質量％で、Ｃｒ：５．０〜４０％、Ｍｏ：１５〜４０％、Ｂ：０．５〜５．０％を含み、残部がＮｉ及び不可避不純物であるＮｉ基ホウ化物分散耐摩耗性合金が提案されている。

特許第４２７９０２９号公報

上述した特許文献１に開示されている合金は、従来材より高い耐食性を有している。しかしながら、２．０％を超えるＢ量において、靭性が大きく低下する問題があった。そのため、耐食性と強靭性を併せ持つ材料の開発が望まれていた。

上述した問題を解消するために、鋭意開発を進めた結果、質量％で、Ｃｒ：５．０〜４０％、Ｍｏ：１５〜４０％、Ｂ：２．０〜４．０％を含み、残部がＮｉという成分のガスアトマイズ原料粉を篩で分級し、１０００〜１２００℃の温度で固化成形することにより解決したものである。

その発明の要旨とするところは、
質量％で、Ｃｒ：５．０〜４０％、Ｍｏ：１５〜４０％、Ｂ：２．０〜４．０％を含み、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる成分のガスアトマイズ原料粉末を下記式（１）に示す分級粒度Ｄの値（単位：μｍ）にて分級した篩いを通過した粉末を、１０００〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理により固化成形することを特徴とする二次析出粒子を制御した耐食耐摩耗合金の製造方法である。
Ｄ≦１０００／Ｂ−１５０ … （１）

以上述べたように、本発明による粗大なアトマイズ粉末粒子からの複硼化物を分級して除くことで粗大な複硼化物がなく、衝撃特性の優れた二次析出粒子を制御した耐食耐摩耗合金を製造可能としたものである。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に係る成分組成の材料では内部組織に粗大な析出硼化物の粒子が散見され、材料の破壊はこの粗大な硼化物粒子が起点となっていることを突き止めた。一方、アトマイズ法により溶湯状態からガスもしくは水と衝突し飛散した粉末は、粒径が粗大なほど冷却速度が遅くなることから、組成と粉末粒子径によって析出物が発生する。この発生した析出物が靱性を低下させる。

そこで、例えば代表的な粉末冶金の高硬度材料として粉末ハイスがあるが、この粉末ハイスにおいても、やはり本発明に係る成分組成の材料と同様に粗大炭化物が生成すると、靭性が下がる。ただ、粉末ハイスの場合は、Ｆｅ−Ｃ系を基本としており、Ｆｅがγ相となる温度において、Ｃの固溶限が著しく大きくなる。適当な温度を選定して焼入れを行うことにより炭化物を基地に溶け込ませ、さらに適正な温度で焼戻すことで、粗大炭化物を消失させ、靭性を改善できる。

一方、本発明合金系は、Ｎｉ−Ｂ系を基本としているため、２元状態図からわかるとおり、Ｎｉ中へのＢの固溶限は、ほとんどゼロである。したがって、粗大硼化物が生成した場合、熱処理によりＢを基地に固溶させることで、その粗大硼化物を消失させ、靭性を回復することができない。このような状況のため、本発明者らは、本発明合金系において靭性を高めるためには、粗大硼化物の生成自体を抑制する必要があると考えた。

そこでガスアトマイズにより製造した原料粉について、粒度ごとにミクロ組織を詳細に検討したところ、粗大硼化物は、概ね粒径の大きい粉に生成していることを見出した。さらに、Ｂ量が高いほど、より小さい径の粉に粗大硼化物が確認できることを見出した。そこで、Ｂ量に応じて、使用する原料粉末の最大径を適正化することで、高い靭性を維持できることを見出し、本発明に至った。なお、同じＢ量でも大粒径の方が粗大硼化物が多い理由について、詳細は不明であるが、ガスアトマイズ時に飛散した溶湯が、粒径によって冷却速度に差が生じたためと推測される。

以下、本発明についての成分組成その他の限定理由を詳細に説明する。
Ｃｒ：５．０〜４０％
Ｃｒは、耐食性を向上させる元素である。しかし、５．０％未満ではその効果が十分でなく、また、４０％を超える添加は抗折力が低下することから、その範囲を５．０〜４０％とした。好ましくは１０〜３５％とする。

Ｍｏ：１５〜４０％
Ｍｏは、Ｃｒと同様に、耐食性を向上させる元素である。しかし、１５％未満ではその効果が十分でなく、また、４０％を超える添加は抗折力が低下することから、その範囲を１５〜４０％とした。好ましくは１５〜３５％とする。

Ｂ：２．０〜４．０％
Ｂは、硬さを向上させる耐摩耗性を改善する元素である。しかし、２．０％未満ではその効果が十分でない。一方、２％以上では、靭性が低下し、４．０％を超える添加はさらに靭性が大きく低下する。この理由は、この破面観察の結果、この原因はＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｂ系粉末冶金材中の粗大硼化物である。なお、Ｎｉは、基材であり、高い耐食性を得るために必要な元素である。

分級粒度Ｄを（Ｄ≦１０００／Ｂ−１５０） … （１）
とし、原料粉末をＤの値（単位：μｍ）以下の粒度に分級した粉末を使用する。分級粒度Ｄを（１）式のように設定した理由は、Ｂ量に応じた分級粒度を（１）式の右辺より小さく制御することにより高い靭性を得ることができる。しかし、分級粒度が（１）式の右辺を超える場合は、高い靱性を維持することができないことから、（１）式のように設定した。

１０００〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理
１０００℃未満のＨＩＰ処理では十分な耐食耐摩耗合金が得られず、また、１２００℃を超えるＨＩＰ処理では耐食耐摩耗合金の硬さが低下することから、その範囲を１０００〜１２００℃とした。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す成分組成のＮｉ基合金を真空誘導溶解炉にて溶解し、溶解量２５ｋｇを出湯温度１６００℃にてアルゴン噴霧ガスを使用してガスアトマイズ法で作製した粉末を（１）式を満たす分級粒度の篩で分級し、固化成形前の粗大粒子中に存在する粗大な硼化物を分級した後、表１に示す加熱温度で１４７ＭＰａ、５時間のＨＩＰ処理にて成形した。成形したＨＩＰ材を切削後試験片とした。

試験条件としては、シャルピー衝撃試験で評価した。シャルピー衝撃試験については、１０ＲＣノッチ衝撃試験片で実施した。シャルピー衝撃値（Ｊ／ｃｍ² ）の値が１０以上を○、１０未満を×として評価した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、Ｎｏ．１〜２、４、７〜８、１０は本発明例であり、Ｎｏ．３、５〜６、９、１１〜１６は比較例である。

比較例Ｎｏ．３、５〜６、９、１１〜１２は分級粒度Ｄが１０００／Ｂ−１５０の値より大きく、靱性が劣る。比較例Ｎｏ．１３〜１６は成分組成のＢ含有量が多く、かつ分級粒度Ｄが１０００／Ｂ−１５０の値より大きいために靭性が劣る。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜２、４、７〜８、１０はいずれも、成分組成、分級粒度Ｄの値が本発明条件を満たしていることから、いずれも靭性が優れていることが分かる。

以上のように、ガスアトマイズにより製造した原料粉末をＢ量に応じて適正な粒度以下に分級することで、高い靭性を維持することを可能とした、衝撃特性の優れた二次析出粒子を制御した耐食耐摩耗合金の製造方法を提供することができる極めて優れた効果を奏するものである。


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (1)

1. 質量％で、
   Ｃｒ：５．０〜４０％、
   Ｍｏ：１５〜４０％、
   Ｂ：２．０〜４．０％
   を含み、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる成分のガスアトマイズ原料粉末を下記式（１）に示す分級粒度Ｄの値（単位：μｍ）にて分級した篩いを通過した粉末を、１０００〜１２００℃の温度でＨＩＰ処理により固化成形することを特徴とする二次析出粒子を制御した耐食耐摩耗合金の製造方法。
   Ｄ≦１０００／Ｂ−１５０ … （１）