JP2015175054A - 析出硬化型ステンレス鋼粉末およびその焼結体 - Google Patents
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
(1)質量%で、C:≦0.05%、Si:≦1.0%、Mn:≦1.5%、Ni:3.0〜8.5%、Cr:12.0〜20.0%、Mo:0.1〜2.5%、Cu:1.0〜5.0%、Nb≧5C、残部Feおよび不可避的不純物からなる析出硬化ステンレス鋼であって、該鋼粉末の窒素量を350ppm以下とすることで焼結し冷却後の焼結体に含有されるマルテンサイト組織が90%以上、かつ結晶粒度が7以上とすることを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼粉末。
(3)前記(1)に記載のCuに代え、TiまたはAlの1種または2種を1.0〜5.0%含有させたことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼粉末。
C:≦0.05%
Cは、析出硬化ステンレス鋼では固溶化状態での加工性改善と焼結体での残留オーステナイト量を低減し、低Cマルテンサイト組織とするため低く抑える必要がある。好ましくは0.03%以下とする。また、多くなると固溶化状態での硬さが増加し、加工性が劣化する。本発明では焼結時、凝固開始時にδフェライト相が多くなるため焼結時の割れやすさも増加する。またNbとNとの関係でNb炭窒化物を微細に形成して結晶粒微細化効果を持たせるが、過剰添加はNb炭窒化物が粗大化し、結晶粒微細化効果が少なくなる。したがって、上限を0.05%とした。
Siは、脱酸材として有効並びに硬度向上にも有効である元素である。しかし、硬度向上のため焼結時の割れやすさが増大、また耐孔食性も劣化させるため、その上限を1.0%とした。
Mn:≦1.5%
Mnは、強度と靭性を向上させるのに有効な元素であるが、しかし、1.5%を超えると焼結体でのマルテンサイト組織量が減少し、時効硬化硬さが不足するため、その上限を1.5%とした。
Niは、全体の組織調整および、δフェライトの生成を抑制し、かつ析出硬化に必要不可欠な元素である。しかし、3.0%未満ではその効果が得られないことから3.0%以上とした。一方、多すぎると残留オーステナイトが増加し、焼結体の析出硬化能が確保できないため、上限を8.5%とした。
Crは、ステンレス鋼として耐食性を確保するためには12.0%以上必要である。しかし、20.0%を超えると単に耐食性増加にはいいものの、焼結時に低炭素マルテンサイト組織とならず、また残留オーステナイト組織ともならず、フェライト組織となり析出硬化能や素材の靭性が劣化することから、その上限を20.0%とした。
Moは、耐食性を確保するために必要な元素である。しかし、添加しすぎるとNiバランスがマイナス方向になるため焼結時に低炭素マルテンサイト組織とならず、また残留オーステナイト組織ともならず、フェライト組織となり析出硬化能や素材の靭性が劣化する。したがって、その範囲を0.1〜2.5%とした。
Cuは、析出硬化能を確保するための元素である。しかし、1.0%未満ではその効果が得られず、その下限を1.0%とした。好ましくは3%の添加が必要である。しかし、5%を超えると靭性、さらに本発明用途では問題とならない場合が多いが、焼結体の熱間加工性も劣化するため、上限を5%とした。
TiおよびAlは、Cuと複合もしくは単独添加で析出硬化能を発揮する元素である。そのため、最低でも1%の添加が必要である。しかし、5%を超えると靭性劣化およびδフェライト生成傾向が高くなりすぎ焼結時に低炭素マルテンサイト組織とならず、また残留オーステナイト組織にもならないため5%を上限とする。
Nbは、Cの安定化と析出硬化度を向上させるのに必要不可欠な元素である。またNbはCおよびNとNb炭窒化物を微細に形成して結晶粒微細化効果を持たせるがその量は5Cより多く必要である。具体的には0.1%以上を確保するのが望ましい。さらに5Cを超えるにつれ析出硬化能を向上させる効果がある。したがって、Nb≧5Cとした。
Nは、本発明の析出硬化ステンレス鋼ではNbとCとの適切な制御にてMIM、粉末焼結および積層造形といった焼結法で製造された造形体の残留オーステナイト量を低く抑えると共に造形材の結晶粒度を微細化することが出来、結果として高い時効硬化能と靭性の両立をもたせることを可能とする役目がある。すなわち、結晶粒度を微細化することが出来、高い時効硬化能と靭性の両立をもたせることができる。つまり、造形材では7以上で十分な靭性が得られる、7未満では粒界破壊が起こりやすくなり靭性が劣化するもので、本発明では結晶粒度を7以上とすることができる。好ましくは275ppm以下とした。
表1に示す本発明鋼の成分組成について、真空溶解した溶湯よりガスアトマイズ法にて低窒素の球状粉末を作製した。特に窒素量は350ppm以下、好ましくは275ppm以下とした粉末を篩目53μmの網を用いて53μm以下に分級した。また、比較材として上記方法と同一で本発明範囲外の球状粉末を作製すると共にNo.30には市販のJIS G 4303 SUS630相当成分となる粉末を用いた。これら本発明による粉末と比較材粉末をそれぞれ粉末焼結法、HIPによる固化法、または積層造形法で焼結し、焼結体を得た。
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 (4)
- 質量%で、
C:≦0.05%、
Si:≦1.0%、
Mn:≦1.5%、
Ni:3.0〜8.5%、
Cr:12.0〜20.0%、
Mo:0.1〜2.5%、
Cu:1.0〜5.0%、
Nb≧5C
N≦350ppm
残部Feおよび不可避的不純物からなる析出硬化ステンレス鋼からなる粉末であって、該鋼粉末からなる焼結体に含有されるマルテンサイト組織が90%以上、かつ結晶粒度が7以上とすることを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼粉末。 - 請求項1に記載の鋼に加えて、TiまたはAlの1種または2種を1.0〜5.0%含有させたことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼粉末。
- 請求項1に記載のCuに代え、TiまたはAlの1種または2種を1.0〜5.0%含有させたことを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼粉末。
- 請求項1〜3のいずれか1に記載した粉末からなる焼結体はマルテンサイト組織が90%以上、かつ結晶粒度が7以上とすることを特徴とする析出硬化型ステンレス鋼の焼結体。
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