JP2019157168A - 粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体 - Google Patents
粉末冶金用金属粉末、コンパウンド、造粒粉末および焼結体 Download PDFInfo
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Abstract
Description
Crが11.0質量%以上25.0質量%以下の割合で含まれ、
Niが8.0質量%以上30.0質量%以下の割合で含まれ、
Siが0.20質量%以上1.2質量%以下の割合で含まれ、
Cが0.070質量%以上0.40質量%以下の割合で含まれ、
Mnが0.10質量%以上2.0質量%以下の割合で含まれ、
Pが0.10質量%以上0.50質量%以下の割合で含まれ、
WおよびNbの少なくとも一方が合計で0.20質量%以上3.0質量%以下の割合で含まれていることを特徴とする。
まず、実施形態に係る粉末冶金用金属粉末について説明する。
Cr(クロム)は、製造される焼結体に対し、主に耐食性を付与する元素である。Crを含む金属粉末を用いることで、耐食性が高いことにより、長期にわたって高い機械的特性を維持し得る焼結体が得られる。
Ni(ニッケル)は、製造される焼結体に対し、主に耐食性および耐熱性を付与する元素である。Niを含む金属粉末を用いることで、耐食性および耐熱性が高いことにより、過酷な環境下であっても長期にわたって高い機械的特性を維持し得る焼結体が得られる。
Si(ケイ素)は、製造される焼結体に対し、主に耐食性および高い機械的特性を付与する元素である。Siを含む金属粉末を用いることで、耐食性および機械的特性が高いことにより、長期にわたって高い機械的特性を維持し得る焼結体が得られる。
C(炭素)は、製造される焼結体に対し、侵入型元素として固溶体硬化を生じさせたり、Cまたは他の元素を含む析出物によって析出硬化を生じさせたりする元素である。Cを含む金属粉末を用いることで、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。
Mn(マンガン)は、製造される焼結体に対し、主にオーステナイト型の金属組織を生じさせ、非磁性化を図る元素である。Mnを含む金属粉末を用いることで、非磁性化が図られた焼結体が得られる。
P(リン)は、製造される焼結体に対し、侵入型元素として固溶体硬化を生じさせたり、他の元素と化合してなる析出物によって析出硬化を生じさせたりする元素である。Pを含む金属粉末を用いることで、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。
W(タングステン)およびNb(ニオブ)は、それぞれ、フェライト化元素であるが、その中でも製造される焼結体の機械的特性への寄与が大きい元素である。このため、適量のWまたはNbを含む金属粉末を用いることで、非磁性を維持しつつ、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。
V(バナジウム)は、必要に応じて添加される元素であって、フェライト化元素であるが、その中でも製造される焼結体の機械的特性への寄与が大きい元素である。このため、適量のVを含む金属元素を用いることで、非磁性を維持しつつ、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。
Mo(モリブデン)は、必要に応じて添加される元素であって、フェライト化元素であるが、その中でも製造される焼結体の機械的特性への寄与が大きい元素である。このため、適量のMoを含む金属元素を用いることで、非磁性を維持しつつ、高い機械的特性を有する焼結体が得られる。
Fe(鉄)は、実施形態に係る粉末冶金用金属粉末に含まれる元素のうち、含有率が最も高い元素(主成分)であり、製造される焼結体の特性に大きな影響を及ぼす。Feの含有率は、特に限定されないが、50.0質量%以上であるのが好ましく、60.0質量%以上であるのがより好ましい。
本発明の粉末冶金用金属粉末は、上述した元素の他、必要に応じてCu、Al、Ti、NおよびBのうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。なお、これらの元素は、不可避的に含まれる場合もある。
金属粉末におけるCuの含有率は、特に限定されないが、7.0質量%以下であるのが好ましく、1.0質量%以上4.0質量%以下であるのがより好ましい。Cuの含有率を前記範囲内に設定することで、製造される焼結体の密度の大幅な低下を招くことなく、焼結体の耐食性をより強化することができる。
また、Nは、オーステナイト化元素である。このため、Nを含む金属粉末を用いることで、オーステナイト型の結晶構造を有し、非磁性化が図られた焼結体が得られる。
金属粉末におけるBの含有率は、特に限定されないが、0.20質量%以下であるのが好ましく、0.020質量%以上0.10質量%以下であるのがより好ましい。Bの含有率を前記範囲内に設定することで、耐熱性が高い焼結体が得られる。
実施形態に係る粉末冶金用金属粉末の組成比は、例えば、JIS G 1257(2000)に規定された鉄及び鋼−原子吸光分析法、JIS G 1258(2007)に規定された鉄及び鋼−ICP発光分光分析法、JIS G 1253(2002)に規定された鉄及び鋼−スパーク放電発光分光分析法、JIS G 1256(1997)に規定された鉄及び鋼−蛍光X線分析法、JIS G 1211〜G 1237に規定された重量・滴定・吸光光度法等により特定することができる。具体的には、例えばSPECTRO社製固体発光分光分析装置(スパーク放電発光分光分析装置、モデル:SPECTROLAB、タイプ:LAVMB08A)や、(株)リガク製ICP装置(CIROS120型)が挙げられる。
JIS G 1211(2011) 鉄及び鋼−炭素定量方法
JIS G 1212(1997) 鉄及び鋼−けい素定量方法
JIS G 1213(2001) 鉄及び鋼中のマンガン定量方法
JIS G 1214(1998) 鉄及び鋼−りん定量方法
JIS G 1215(2010) 鉄及び鋼−硫黄定量方法
JIS G 1216(1997) 鉄及び鋼−ニッケル定量方法
JIS G 1217(2005) 鉄及び鋼−クロム定量方法
JIS G 1218(1999) 鉄及び鋼−モリブデン定量方法
JIS G 1219(1997) 鉄及び鋼−銅定量方法
JIS G 1220(1994) 鉄及び鋼−タングステン定量方法
JIS G 1221(1998) 鉄及び鋼−バナジウム定量方法
JIS G 1222(1999) 鉄及び鋼−コバルト定量方法
JIS G 1223(1997) 鉄及び鋼−チタン定量方法
JIS G 1224(2001) 鉄及び鋼中のアルミニウム定量方法
JIS G 1225(2006) 鉄及び鋼−ひ素定量方法
JIS G 1226(1994) 鉄及び鋼−すず定量方法
JIS G 1227(1999) 鉄及び鋼中のほう素定量方法
JIS G 1228(2006) 鉄及び鋼−窒素定量方法
JIS G 1229(1994) 鋼−鉛定量方法
JIS G 1232(1980) 鋼中のジルコニウム定量方法
JIS G 1233(1994) 鋼−セレン定量方法
JIS G 1234(1981) 鋼中のテルル定量方法
JIS G 1235(1981) 鉄及び鋼中のアンチモン定量方法
JIS G 1236(1992) 鋼中のタンタル定量方法
JIS G 1237(1997) 鉄及び鋼−ニオブ定量方法
次に、このような粉末冶金用金属粉末を用いて焼結体を製造する方法について説明する。
まず、粉末冶金用金属粉末とバインダーとを用意し、これらを混練機により混練し、混練物(本発明のコンパウンドの実施形態)を得る。すなわち、混練物は、前述した粉末冶金用金属粉末と、粉末冶金用金属粉末の粒子同士を結着するバインダーと、を含む。このような混練物によれば、非磁性と高強度とを両立する焼結体を製造することができる。
粉末冶金用金属粉末は、例えば、アトマイズ法(例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等)、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
次に、混練物または造粒粉末を成形して、目的の焼結体と同形状の成形体を製造する。
次に、得られた成形体に脱脂処理(脱バインダー処理)を施し、脱脂体を得る。具体的には、成形体を加熱して、バインダーを分解することにより、成形体中からバインダーを除去して、脱脂処理がなされる。
一方、バインダーを分解するガスとしては、例えば、オゾンガス等が挙げられる。
前記工程[C]で得られた脱脂体を、焼成炉で焼成して焼結体を得る。
1.焼結体の製造
(サンプルNo.1)
[1]まず、水アトマイズ法により製造された表1に示す組成の金属粉末を用意した。
[3]次に、この混合原料を混練機で混練し、コンパウンドを得た。
・材料温度:150℃
・射出圧力:11MPa(110kgf/cm2)
・脱脂温度 :500℃
・脱脂時間 :1時間(脱脂温度での保持時間)
・脱脂雰囲気:窒素雰囲気
・焼成温度 :1300℃
・焼成時間 :3時間(焼成温度での保持時間)
・焼成雰囲気:アルゴン雰囲気
・加熱温度 :1120℃
・加熱時間 :30分
・冷却方法 :水冷
・加熱温度 :700℃
・加熱時間 :24時間
・冷却方法 :水冷
粉末冶金用金属粉末の組成等を表1に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.1の場合と同様にして焼結体を得た。なお、サンプルNo.19、20の焼結体は、それぞれガスアトマイズ法により製造された金属粉末を用いて得られたものである。なお、表1には、備考欄に「ガス」と表記している。
また、各焼結体には、微量の不純物や酸素が含まれていたが、表1への記載は省略した。
[1]まず、表2に示す組成の金属粉末を、サンプルNo.1の場合と同様、水アトマイズ法により製造した。
・材料温度:90℃
・成形圧力:600MPa(6t/cm2)
・脱脂温度 :450℃
・脱脂時間 :2時間(脱脂温度での保持時間)
・脱脂雰囲気:窒素雰囲気
・焼成温度 :1300℃
・焼成時間 :3時間(焼成温度での保持時間)
・焼成雰囲気:アルゴン雰囲気
・加熱温度 :1120℃
・加熱時間 :30分
・冷却方法 :水冷
・加熱温度 :700℃
・加熱時間 :24時間
・冷却方法 :水冷
粉末冶金用金属粉末の組成等を表2に示すように変更した以外は、それぞれサンプルNo.27の場合と同様にして焼結体を得た。
2.1 透磁率の評価
表1、2に示す各サンプルNo.の焼結体について、振動試料型磁力計(玉川製作所製)を用いて、磁界強度およびそのときの磁束密度との関係を表す磁気特性曲線を取得した。
そして、算出した比透磁率を、以下の評価基準に照らして評価した。
A:焼結体の比透磁率が1.005未満である
B:焼結体の比透磁率が1.005以上1.020未満である
C:焼結体の比透磁率が1.020以上1.035未満である
D:焼結体の比透磁率が1.035以上1.050未満である
E:焼結体の比透磁率が1.050以上1.065未満である
F:焼結体の比透磁率が1.065以上である
以上の評価結果を表3、4に示す。
表1、2に示す各サンプルNo.の焼結体について、JIS Z 2241(2011)に規定された金属材料引張試験方法に準じて、引張強さを測定した。
そして、測定した引張強さを、以下の評価基準に照らして評価した。
A:焼結体の引張強さが1000MPa以上である
B:焼結体の引張強さが900MPa以上1000MPa未満である
C:焼結体の引張強さが800MPa以上900MPa未満である
D:焼結体の引張強さが700MPa以上800MPa未満である
E:焼結体の引張強さが600MPa以上700MPa未満である
F:焼結体の引張強さが600MPa未満である
以上の評価結果を表3、4に示す。
表1、2に示す各サンプルNo.の焼結体について、JIS G 0591(2012)に規定されたステンレス鋼の硫酸腐食試験方法に準じて、腐食度を測定した。なお、硫酸としては、沸騰させた5質量%硫酸を使用した。
また、表2に示す各サンプルNo.の焼結体の腐食度については、サンプルNo.33の焼結体について測定された腐食度(単位:g/m2/h)を1としたときの相対値を算出した。
そして、算出した相対値を、以下の評価基準に照らして評価した。
A:焼結体の腐食度の相対値が0.50未満である
B:焼結体の腐食度の相対値が0.50以上0.75未満である
C:焼結体の腐食度の相対値が0.75以上1.00未満である
D:焼結体の腐食度の相対値が1.00以上1.25未満である
E:焼結体の腐食度の相対値が1.25以上1.50未満である
F:焼結体の腐食度の相対値が1.50以上である
以上の評価結果を表3、4に示す。
さらに、実施例の焼結体は、耐食性についても比較的良好であった。
Claims (9)
- Feが主成分であり、
Crが11.0質量%以上25.0質量%以下の割合で含まれ、
Niが8.0質量%以上30.0質量%以下の割合で含まれ、
Siが0.20質量%以上1.2質量%以下の割合で含まれ、
Cが0.070質量%以上0.40質量%以下の割合で含まれ、
Mnが0.10質量%以上2.0質量%以下の割合で含まれ、
Pが0.10質量%以上0.50質量%以下の割合で含まれ、
WおよびNbの少なくとも一方が合計で0.20質量%以上3.0質量%以下の割合で含まれていることを特徴とする粉末冶金用金属粉末。 - WおよびNbが含まれ、
Nbの含有率に対するWの含有率の比が0.50以上2.0以下である請求項1に記載の粉末冶金用金属粉末。 - Mnが0.30質量%以上1.0質量%以下の割合で含まれている請求項1または2に記載の粉末冶金用金属粉末。
- オーステナイト型の結晶構造が含まれている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の粉末冶金用金属粉末。
- 平均粒径が0.50μm以上50.0μm以下である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の粉末冶金用金属粉末。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の粉末冶金用金属粉末と、前記粉末冶金用金属粉末の粒子同士を結着するバインダーと、を含むことを特徴とするコンパウンド。
- 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の粉末冶金用金属粉末を造粒してなることを特徴とする造粒粉末。
- Feが主成分であり、
Crが11.0質量%以上25.0質量%以下の割合で含まれ、
Niが8.0質量%以上30.0質量%以下の割合で含まれ、
Siが0.20質量%以上1.2質量%以下の割合で含まれ、
Cが0.070質量%以上0.40質量%以下の割合で含まれ、
Mnが0.10質量%以上2.0質量%以下の割合で含まれ、
Pが0.10質量%以上0.50質量%以下の割合で含まれ、
WおよびNbの少なくとも一方が合計で0.20質量%以上3.0質量%以下の割合で含まれていることを特徴とする焼結体。 - 透磁率が1.05以下であり、引張強さが800MPa以上である請求項8に記載の焼結体。
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