JP2022047052A - Ｃｏ基合金及びその粉末 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐食性、靱性及び硬度に優れた成形品が得られうるＣｏ基合金の提供。【解決手段】Ｃｏ基合金は、Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、及びＭｏ：０質量％以上１５．００質量％以下を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。マトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。【選択図】なし
Description
本発明は、溶製法、粉末冶金法、粉体肉盛法、レーザー肉盛法、粉末押出法等に適したＣｏ基合金に関する。
Ｃｏ基合金は、概して耐食性に優れる。このＣｏ基合金に関する種々の改良が、提案されている。
特開２００１－２８８５２１公報には、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＷを含むＣｏ基合金が開示されている。このＣｏ基合金の金属ミクロ組織では、マトリクスに共晶炭化物が分散している。この共晶炭化物は、粒状又は塊状を呈している。この共晶炭化物の粒径は、３０μｍ以下である。この金属組織は、塑性加工によって達成されている。このＣｏ基合金は、耐食性及び耐摩耗性に優れている。
特開２０１６－７６３２公報には、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＭｏを含むＣｏ基合金が開示されている。これらの元素は、耐キャビテーション壊食性に寄与しうる。これらの元素はさらに、靱性に寄与しうる。
特開２０２０－６３４９５公報には、Ｃ、Ｃｒ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＮｉを含むＣｏ基合金が開示されている。このＣｏ基合金は、耐食性に優れる。
特開２００１－２８８５２１公報に開示されたＣｏ基合金では、靱性が不十分である。特開２０１６－７６３２公報では、硬度が不十分である。特開２０２０－６３４９５公報に開示されたＣｏ基合金では、耐食性に改善の余地がある。
本発明の目的は、耐食性、靱性及び硬度に優れた成形品が得られうるＣｏ基合金の提供にある。
本発明に係るＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。このマトリクスにおける、このマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
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Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。このマトリクスにおける、このマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
金属組織が、ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相を含んでもよい。好ましくは、この金属組織の全体に対するε相の体積率Ｐεは、６０．０％以下である。
この金属組織が、
（１）マトリクス
及び
（２）上記マトリクスに分散する炭化物
を有してもよい。このマトリクス（１）は、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含む。炭化物（２）は、
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
からなる群から選択された１又は２以上を含む。この金属組織の全体に対する炭化物の体積率Ｐｃは、１２．０％以上５０．０％以下である。
（１）マトリクス
及び
（２）上記マトリクスに分散する炭化物
を有してもよい。このマトリクス（１）は、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含む。炭化物（２）は、
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
からなる群から選択された１又は２以上を含む。この金属組織の全体に対する炭化物の体積率Ｐｃは、１２．０％以上５０．０％以下である。
他の観点によれば、本発明に係る粉末の材質は、Ｃｏ基合金である。このＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。このマトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。このマトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
本発明に係るＣｏ基合金から得られた成形体は、耐食性、靱性及び硬度に優れる。
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
本発明に係るＣｏ基合金は、Ｃ、Ｃｒ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｕを含んでいる。この合金はさらに、Ｆｅ、Ｎｉ又はＭｏを含みうる。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金の金属組織は、マトリクスと、このマトリクスに分散する炭化物とを含みうる。以下、この合金における各元素の役割が詳説される。
［コバルト（Ｃｏ）］
Ｃｏは、マトリクスの主成分である。常温での、Ｃｏ単体の安定結晶構造は、六方最密充填構造（ｈ．ｃ．ｐ．）である。６９０Ｋ以上の温度での、Ｃｏ単体の安定結晶構造は、面心立方格子（ｆ．ｃ．ｃ．）である。本発明に係る合金では、マトリクスは、γ相及びε相を有しうる。γ相の結晶構造は、ｆ．ｃ．ｃ．である。ε相の結晶構造は、ｈ．ｃ．ｐ．である。
Ｃｏは、マトリクスの主成分である。常温での、Ｃｏ単体の安定結晶構造は、六方最密充填構造（ｈ．ｃ．ｐ．）である。６９０Ｋ以上の温度での、Ｃｏ単体の安定結晶構造は、面心立方格子（ｆ．ｃ．ｃ．）である。本発明に係る合金では、マトリクスは、γ相及びε相を有しうる。γ相の結晶構造は、ｆ．ｃ．ｃ．である。ε相の結晶構造は、ｈ．ｃ．ｐ．である。
［炭素（Ｃ）］
Ｃは、Ｃｒ及びＷと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、合金の高硬度に寄与しうる。この観点から、Ｃの含有率は１．００質量％以上が好ましく、１．３０質量％以上がより好ましく、１．５０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣは、合金の靱性を阻害する。優れた靱性の観点から、Ｃの含有率は３．００質量％以下が好ましく、２．５０質量％以下がより好ましく、１．８０質量％以下が特に好ましい。
Ｃは、Ｃｒ及びＷと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、合金の高硬度に寄与しうる。この観点から、Ｃの含有率は１．００質量％以上が好ましく、１．３０質量％以上がより好ましく、１．５０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣは、合金の靱性を阻害する。優れた靱性の観点から、Ｃの含有率は３．００質量％以下が好ましく、２．５０質量％以下がより好ましく、１．８０質量％以下が特に好ましい。
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、合金の常温硬さ、高温硬さ、耐摩耗性及び耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｃｒの含有率は２５．０質量％以上が好ましく、２７．０質量％以上がより好ましく、２８．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは、靱性を阻害する。さらに、過剰のＣｒは、過剰なε相の生成を招来する。このε相は、成形品の耐食性を損なう。靱性及び耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は３４．０質量％以下が好ましく、３２．０質量％以下がより好ましく、３１．０質量％以下が特に好ましい。
Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、合金の常温硬さ、高温硬さ、耐摩耗性及び耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｃｒの含有率は２５．０質量％以上が好ましく、２７．０質量％以上がより好ましく、２８．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは、靱性を阻害する。さらに、過剰のＣｒは、過剰なε相の生成を招来する。このε相は、成形品の耐食性を損なう。靱性及び耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は３４．０質量％以下が好ましく、３２．０質量％以下がより好ましく、３１．０質量％以下が特に好ましい。
［タングステン（Ｗ）］
Ｗは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、高温硬さ及び耐摩耗性に寄与しうる。これらの観点から、Ｗの含有率は３．０質量％以上が好ましく、６．０質量％以上がより好ましく、８．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＷは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｗの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１２．０質量％以下がより好ましく、１０．０質量％以下が特に好ましい。
Ｗは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、高温硬さ及び耐摩耗性に寄与しうる。これらの観点から、Ｗの含有率は３．０質量％以上が好ましく、６．０質量％以上がより好ましく、８．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＷは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｗの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１２．０質量％以下がより好ましく、１０．０質量％以下が特に好ましい。
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、合金の耐食性及び切削性に寄与しうる。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．５０質量％以上がより好ましく、０．９０質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．３０質量％以下が特に好ましい。
Ｓｉは、合金の耐食性及び切削性に寄与しうる。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．５０質量％以上がより好ましく、０．９０質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．３０質量％以下が特に好ましい。
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、γ相を生成させる。このγ相は、合金の靱性に寄与しうる。この観点から、Ｍｎの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、合金の強度を阻害する。強度の観点から、Ｍｎの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．５０質量％以下が特に好ましい。
Ｍｎは、γ相を生成させる。このγ相は、合金の靱性に寄与しうる。この観点から、Ｍｎの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、合金の強度を阻害する。強度の観点から、Ｍｎの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．５０質量％以下が特に好ましい。
［銅（Ｃｕ）］
Ｃｕは、本発明に係るＣｏ基合金において、極めて重要な元素である。Ｃｏ－Ｃｕの二元系状態図から明らかなように、室温においてＣｕは、Ｃｏマトリクスにほとんど固溶しない。一方、本発明者が得た知見によれば、本発明に係る合金においては、マトリクスに２％程度のＣｕが固溶しうる。従ってＣｕは、合金の耐食性に寄与しうる。この観点から、Ｃｕの含有率は０．５０質量％以上が好ましく、０．８０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。本発明者が得た知見によれば、Ｃｕが過剰である合金では、Ｃｕ相が析出する。このＣｕ相は、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、Ｃｕの含有率は６．００質量％以下が好ましく、４．００質量％以下がより好ましく、２．００質量％以下が特に好ましい。
Ｃｕは、本発明に係るＣｏ基合金において、極めて重要な元素である。Ｃｏ－Ｃｕの二元系状態図から明らかなように、室温においてＣｕは、Ｃｏマトリクスにほとんど固溶しない。一方、本発明者が得た知見によれば、本発明に係る合金においては、マトリクスに２％程度のＣｕが固溶しうる。従ってＣｕは、合金の耐食性に寄与しうる。この観点から、Ｃｕの含有率は０．５０質量％以上が好ましく、０．８０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。本発明者が得た知見によれば、Ｃｕが過剰である合金では、Ｃｕ相が析出する。このＣｕ相は、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、Ｃｕの含有率は６．００質量％以下が好ましく、４．００質量％以下がより好ましく、２．００質量％以下が特に好ましい。
［鉄（Ｆｅ）］
Ｆｅは、成形品の加工性に寄与しうる。この観点から、Ｆｅの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。過剰のＦｅは、合金の耐食性を阻害する。耐食性の観点から、Ｆｅの含有率は１０．０質量％以下が好ましく、７．０質量％以下がより好ましく、５．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｆｅを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＦｅの含有率は、０質量％以上１０．０質量％以下である。
Ｆｅは、成形品の加工性に寄与しうる。この観点から、Ｆｅの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。過剰のＦｅは、合金の耐食性を阻害する。耐食性の観点から、Ｆｅの含有率は１０．０質量％以下が好ましく、７．０質量％以下がより好ましく、５．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｆｅを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＦｅの含有率は、０質量％以上１０．０質量％以下である。
［ニッケル（Ｎｉ）］
Ｎｉは、マトリクスに固溶し、合金の耐食性を高める。この観点から、Ｎｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、Ｎｉの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１０．０質量％以下がより好ましく、５．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｎｉを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＮｉの含有率は、０質量％以上１５．０質量％以下である。
Ｎｉは、マトリクスに固溶し、合金の耐食性を高める。この観点から、Ｎｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、Ｎｉの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１０．０質量％以下がより好ましく、５．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｎｉを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＮｉの含有率は、０質量％以上１５．０質量％以下である。
［モリブデン（Ｍｏ）］
Ｍｏは、Ｃと結合して炭化物を形成する。本発明者が得た知見によれば、炭化物は、硬度及び耐摩耗性に寄与する。本発明者が得た知見によれば、マトリクスに固溶したＭｏは、塩酸環境下及びフッ酸環境下におけるマトリクスの溶出を抑制する。換言すれば、Ｍｏは、耐食性にも寄与する。Ｍｏはさらに、マトリクスに固溶してこのマトリクスの耐食性に寄与しうる。硬度、耐摩耗性及び耐食性の観点から、Ｍｏの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．５０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｏは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｍｏの含有率は１５．００質量％以下が好ましく、１０．００質量％以下がより好ましく、６．００質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｍｏを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＭｏの含有率は、０質量％以上１５．０質量％以下である。
Ｍｏは、Ｃと結合して炭化物を形成する。本発明者が得た知見によれば、炭化物は、硬度及び耐摩耗性に寄与する。本発明者が得た知見によれば、マトリクスに固溶したＭｏは、塩酸環境下及びフッ酸環境下におけるマトリクスの溶出を抑制する。換言すれば、Ｍｏは、耐食性にも寄与する。Ｍｏはさらに、マトリクスに固溶してこのマトリクスの耐食性に寄与しうる。硬度、耐摩耗性及び耐食性の観点から、Ｍｏの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．５０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｏは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｍｏの含有率は１５．００質量％以下が好ましく、１０．００質量％以下がより好ましく、６．００質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｍｏを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＭｏの含有率は、０質量％以上１５．０質量％以下である。
［Ｍｏ／Ｃ］
Ｍｏの一部は炭化物形成に消費され、残余のＭｏはマトリクスに固溶する。Ｃの質量含有率に対するＭｏの質量含有率の比は、１．３以上が好ましい。この比が１．３以上であるＣｏ基合金では、十分な量のＭｏがマトリクスに固溶する。このＣｏ基合金は、耐食性に優れる。この観点から、この比は１．８以上がより好ましく、２．３以上が特に好ましい。この比は、１０．０以下が好ましい。
Ｍｏの一部は炭化物形成に消費され、残余のＭｏはマトリクスに固溶する。Ｃの質量含有率に対するＭｏの質量含有率の比は、１．３以上が好ましい。この比が１．３以上であるＣｏ基合金では、十分な量のＭｏがマトリクスに固溶する。このＣｏ基合金は、耐食性に優れる。この観点から、この比は１．８以上がより好ましく、２．３以上が特に好ましい。この比は、１０．０以下が好ましい。
［酸素（Ｏ）］
本発明に係るＣｏ基合金において、Ｏは不可避的不純物である。合金の耐食性の観点から、Ｏの質量含有率は２００ｐｐｍ以下が好ましく、１５０ｐｐｍ以下がより好ましく、１００ｐｐｍ以下が特に好ましい。
本発明に係るＣｏ基合金において、Ｏは不可避的不純物である。合金の耐食性の観点から、Ｏの質量含有率は２００ｐｐｍ以下が好ましく、１５０ｐｐｍ以下がより好ましく、１００ｐｐｍ以下が特に好ましい。
［アルミニウム（Ａｌ）］
本発明における合金において、Ａｌは不可避的不純物である。Ａｌは、Ｔｉ又はＮｉと結合し、金属間化合物を形成しうる。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ａｌの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．４０質量％以下がより好ましく、０．３５質量％以下が特に好ましい。
本発明における合金において、Ａｌは不可避的不純物である。Ａｌは、Ｔｉ又はＮｉと結合し、金属間化合物を形成しうる。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ａｌの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．４０質量％以下がより好ましく、０．３５質量％以下が特に好ましい。
［チタン（Ｔｉ）］
本発明における合金において、Ｔｉは不可避的不純物である。Ｔｉは、Ａｌ又はＮｉと結合し、金属間化合物を形成しうる。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｔｉの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．４０質量％以下がより好ましく、０．３５質量％以下が特に好ましい。
本発明における合金において、Ｔｉは不可避的不純物である。Ｔｉは、Ａｌ又はＮｉと結合し、金属間化合物を形成しうる。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｔｉの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．４０質量％以下がより好ましく、０．３５質量％以下が特に好ましい。
［金属組織］
Ｃｏ基合金の金属組織は、
（１）マトリクス
及び
（２）このマトリクスに分散する炭化物
を有している。
Ｃｏ基合金の金属組織は、
（１）マトリクス
及び
（２）このマトリクスに分散する炭化物
を有している。
［マトリクス］
前述の通り、マトリクスには、Ｃｕが固溶している。Ｃｕが固溶しているマトリクスは、耐食性に優れる。耐食性の観点から、マトリクスの全量に対するこのマトリクスに固溶するＣｕの量の比率Ｐcuは、１．０質量％以上が好ましく、１．２質量％以上がより好ましく、１．５質量％以上が特に好ましい。比率Ｐcuが過剰であると、マトリクス中にＣｕ相が析出する。このＣｕ相は、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、比率Ｐcuは３．５質量％以下が好ましく、３．０質量％以下がより好ましく、２．５質量％以下が特に好ましい。
前述の通り、マトリクスには、Ｃｕが固溶している。Ｃｕが固溶しているマトリクスは、耐食性に優れる。耐食性の観点から、マトリクスの全量に対するこのマトリクスに固溶するＣｕの量の比率Ｐcuは、１．０質量％以上が好ましく、１．２質量％以上がより好ましく、１．５質量％以上が特に好ましい。比率Ｐcuが過剰であると、マトリクス中にＣｕ相が析出する。このＣｕ相は、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、比率Ｐcuは３．５質量％以下が好ましく、３．０質量％以下がより好ましく、２．５質量％以下が特に好ましい。
マトリクス（１）は、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含んでいる。
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含んでいる。
［ε相］
ε相は、靱性に劣る。ε相の量が過大であると、成形品の耐久性及び切削性が阻害される。これらの観点から、ε相の体積率Ｐεは、金属組織全体の６０．０％以下が好ましく、４０．０％以下がより好ましく、２０．０％以下が特に好ましい。体積率Ｐε（％）は、下記の数式によって算出される。
Ｐε ＝ Ｘε ・ １００
この数式において、Ｘεは、ε相の体積比である。体積比Ｘεは、下記数式によって算出される。
ε相は、靱性に劣る。ε相の量が過大であると、成形品の耐久性及び切削性が阻害される。これらの観点から、ε相の体積率Ｐεは、金属組織全体の６０．０％以下が好ましく、４０．０％以下がより好ましく、２０．０％以下が特に好ましい。体積率Ｐε（％）は、下記の数式によって算出される。
Ｐε ＝ Ｘε ・ １００
この数式において、Ｘεは、ε相の体積比である。体積比Ｘεは、下記数式によって算出される。
この数式においてＸｃは、後述されるＭ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化物及びＭ２３Ｃ６系炭化物の合計の、金属組織全体に対する比である。
［炭化物］
Ｃｏ基合金の金属組織が含みうる炭化物（２）として、
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
が挙げられる。Ｍ６Ｃ系の炭化物として、Ｃｏ３Ｗ３Ｃが挙げられる。Ｍ７Ｃ３系の炭化物として、Ｃｒ７Ｃ３が挙げられる。Ｍ２３Ｃ６系の炭化物として、Ｃｒ２３Ｃ６が挙げられる。金属組織が、Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化物及びＭ２３Ｃ６系炭化物の全てを含んでよく、いずれか２種を含んでもよく、いずれか１種を含んでもよい。
Ｃｏ基合金の金属組織が含みうる炭化物（２）として、
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
が挙げられる。Ｍ６Ｃ系の炭化物として、Ｃｏ３Ｗ３Ｃが挙げられる。Ｍ７Ｃ３系の炭化物として、Ｃｒ７Ｃ３が挙げられる。Ｍ２３Ｃ６系の炭化物として、Ｃｒ２３Ｃ６が挙げられる。金属組織が、Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化物及びＭ２３Ｃ６系炭化物の全てを含んでよく、いずれか２種を含んでもよく、いずれか１種を含んでもよい。
Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化及びＭ２３Ｃ６系炭化物は、塩酸に溶出しにくい。この炭化物を適量含有する合金は、耐食性に優れる。耐食性の観点から、金属組織全体に対する、Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化及びＭ２３Ｃ６系炭化物の合計の体積率Ｐｃは、１２．０％以上が好ましく、１５．０％以上がより好ましく、１７．０％以上が特に好ましい。過剰な炭化物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、体積率Ｐｃは５０．０％以下が好ましく、４０．０％以下がより好ましく、３５．０％以下が特に好ましい。体積率Ｐｃ（％）は、下記の数式によって算出される。
Ｐｃ ＝ Ｘｃ ・ １００
この数式において、Ｘｃは、炭化物の体積比である。体積比Ｘｃは、成形体（焼結体）の断面組織が反射電子像で撮影されることで、算出される。この算出には、画像解析ソフトが用いられる。
Ｐｃ ＝ Ｘｃ ・ １００
この数式において、Ｘｃは、炭化物の体積比である。体積比Ｘｃは、成形体（焼結体）の断面組織が反射電子像で撮影されることで、算出される。この算出には、画像解析ソフトが用いられる。
［合金の製造］
本発明に係るＣｏ基合金は、溶解法、鋳造法、粉末冶金法、粉砕法等によって製造されうる。合金の靱性の観点から、粉末冶金法が好ましい。粉末冶金法に採用される粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られる。
本発明に係るＣｏ基合金は、溶解法、鋳造法、粉末冶金法、粉砕法等によって製造されうる。合金の靱性の観点から、粉末冶金法が好ましい。粉末冶金法に採用される粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られる。
［粉末］
本発明は、粉末にも向けられる。本発明に係る粉末の材質は、前述のＣｏ基合金である。このＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでいる。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有している。このマトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
本発明は、粉末にも向けられる。本発明に係る粉末の材質は、前述のＣｏ基合金である。このＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでいる。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有している。このマトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
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。
［実施例１－１４及び比較例１９－３１］
所定の組成の金属を溶解し、溶湯を得た。この溶湯を、不活性ガス雰囲気中で溶解し、窒素ガスアトマイズに供し、粉末を得た。この粉末を分級に供し、粒子径を５００μｍ以下に調整した。この粉末を、カプセルに充填し、このカプセルを密封した。この粉末を１１７０℃の熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）に供し、実施例１－１４及び比較例１９－３１のバルクを得た。
所定の組成の金属を溶解し、溶湯を得た。この溶湯を、不活性ガス雰囲気中で溶解し、窒素ガスアトマイズに供し、粉末を得た。この粉末を分級に供し、粒子径を５００μｍ以下に調整した。この粉末を、カプセルに充填し、このカプセルを密封した。この粉末を１１７０℃の熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）に供し、実施例１－１４及び比較例１９－３１のバルクを得た。
［実施例３１－３３］
アーク溶解法を用いた溶製法により、実施例１５－１８のバルクを得た。
アーク溶解法を用いた溶製法により、実施例１５－１８のバルクを得た。
［比率Ｐcuの測定］
バルクから、試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１４ｍｍ）を得た。この試験片を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）での観察に供した。４０００倍の反射電子像にて、マトリクス領域に対してＥＤＳ分析を行って、マトリクスに固溶するＣｕの量の比率Ｐcuを得た。この結果が、下記の表１－３に示されている。
バルクから、試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１４ｍｍ）を得た。この試験片を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）での観察に供した。４０００倍の反射電子像にて、マトリクス領域に対してＥＤＳ分析を行って、マトリクスに固溶するＣｕの量の比率Ｐcuを得た。この結果が、下記の表１－３に示されている。
［硬度］
バルクのロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を測定した。この結果が、下記の表１－３に示されている。硬度が４５ＨＲＣ以上であることが、好ましい。
バルクのロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を測定した。この結果が、下記の表１－３に示されている。硬度が４５ＨＲＣ以上であることが、好ましい。
［衝撃値］
バルクから、試験片（１０Ｒ２ｍｍＣノッチ）を得た。この試験片をシャルピー衝撃試験に供し、衝撃値を測定した。この結果が、下記の表１－３に示されている。衝撃値が５Ｊ／ｃｍ２以上である合金は、靱性に優れる。
バルクから、試験片（１０Ｒ２ｍｍＣノッチ）を得た。この試験片をシャルピー衝撃試験に供し、衝撃値を測定した。この結果が、下記の表１－３に示されている。衝撃値が５Ｊ／ｃｍ２以上である合金は、靱性に優れる。
［耐食性］
バルクから、試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１４ｍｍ）を得た。この試験片を、耐食試験に供した。試験の条件は、以下の通りである。
溶液：１０％塩酸水溶液
温度：４０℃
時間：１０時間
腐食減量を試験前の試験片の表面積及び時間で除して、腐食度を算出した。この結果が、下記の表１－３に示されている。腐食度が５ｇ／ｍ２・ｈ以下であることが、好ましい。
バルクから、試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１４ｍｍ）を得た。この試験片を、耐食試験に供した。試験の条件は、以下の通りである。
溶液：１０％塩酸水溶液
温度：４０℃
時間：１０時間
腐食減量を試験前の試験片の表面積及び時間で除して、腐食度を算出した。この結果が、下記の表１－３に示されている。腐食度が５ｇ／ｍ２・ｈ以下であることが、好ましい。
比較例１９に係る合金では、Ｃが過少なので、炭化物の体積率Ｐｃが小さい。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。
比較例２０に係る合金では、Ｃが過剰なので、炭化物の体積率Ｐｃが大きい。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。
比較例２１に係る合金では、Ｃｒが過少である。従ってこの合金では、硬度及び耐食性が十分ではない。
比較例２２に係る合金では、Ｃｒが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。
比較例２３に係る合金では、Ｗが過少である。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。
比較例２４に係る合金では、Ｗが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。
比較例２５に係る合金では、Ｓｉが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。
比較例２６に係る合金では、Ｍｎが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。
比較例２７に係る合金は、Ｃｕが過少なので、過剰のε相を含んでいる。従ってこの合金では、耐食性が十分ではない。
比較例２８に係る合金では、Ｃｕが過剰である。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。
比較例２９に係る合金では、Ｆｅが過剰である。従ってこの合金では、耐食性が十分ではない。
比較例３０に係る合金では、Ｎｉが過剰である。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。
比較例３１に係る合金では、Ｍｏが過剰なので、炭化物の体積率Ｐｃが大きい。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。
実施例１－１８に係る合金は、諸性能に優れている。この結果から、本発明の優位性は明かである。
以上説明されたＣｏ基合金は、耐食性が要求される種々の用途に適している。
Claims (4)
- Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでおり、
残部がＣｏ及び不可避的不純物であり、
Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有しており、
上記マトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuが、１．０質量％以上３．５質量％以下であるＣｏ基合金。 - 上記金属組織がｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相を含んでおり、
上記金属組織の全体に対する上記ε相の体積率Ｐεが、６０．０％以下である請求項１に記載のＣｏ基合金。 - 上記金属組織が、
（１）マトリクス
及び
（２）上記マトリクスに分散する炭化物
を有しており、
上記マトリクス（１）が、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含んでおり、
上記炭化物（２）が
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
からなる群から選択された１又は２以上を含んでおり、
上記金属組織の全体に対する上記炭化物の体積率Ｐｃが、１２．０％以上５０．０％以下である請求項１又は２に記載のＣｏ基合金。 - その材質がＣｏ基合金であり、
上記Ｃｏ基合金が、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでおり、
残部がＣｏ及び不可避的不純物であり、
Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有しており、
上記マトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuが、１．０質量％以上３．５質量％以下である粉末。
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