JP2777227B2 - 窒素強化合金の製造方法 - Google Patents

窒素強化合金の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒素強化合金及びその製造に関する。
本発明の窒素強化合金の製造方法は、金属若しくはそ
の透過性凝集体と窒素供与体との混合物を加熱し、少な
くとも部分的に窒素供与体を分解させ、それによって窒
素を粒子の少なくとも一部で溶質として利用することを
含むものである。
前記供与体は、前記粒子の表面、前記粒子中若しくは
前記の集合体中の細孔表面に分布しているのが好まし
い。
前記粒子は、その中に例えばチタンの様な窒化物形成
体を含有しても良く、かつ前記加熱によって利用可能な
窒素のある程度のものを窒化物形成体と反応させ、例え
ば窒化チタンの様な前記形成体の窒化物を微細に分散さ
せても良い。
前記粒子は、また、粒子を強化するための分散剤を含
有しても良く、該分散剤としては、例えば窒化チタンの
様な窒化物若しくは例えばイットリアの様な酸化物が挙
げられる。
前記混合物は、前記粒子の回りに供与体を形成するか
若しくは前記の粒子中に供与体を機械的に合金化したも
のから製造されても良い。これとは別に、前記金属粒子
は、該金属粒子の凝集合により形成される透過性物体で
あっても良く、かつ前記供与体は、前記物体中でその細
孔表面上に形成されても良い。
本発明の１適用例においては、加熱を、前記粒子の熱
間凝集の間に実施する。
本発明は、例えばオーステナイト ステンレス鋼の様
なステンレス鋼の製造に有効である。
窒素供与体は、500℃から1300℃の温度範囲で分解す
る金属窒化物を含有することが可能である。好ましい窒
素供与体としては、例えばCrN及び／若しくはCr2Nの様
な窒化クロムが挙げられるが、例えば窒化鉄といった他
の窒化物も好適である。
典型的には、前記混合物が1000℃を越える温度へ加熱
されて、窒化クロムの様な窒素供与体が分解される。こ
の加熱は、加圧下で実施することが可能である。
窒素供与体（及び窒化物分散体が製造される場合には
窒化物形成体）の量とタイプが出発合金混合中で精密に
決定できるので、本方法によって前記の粒子中に溶質と
して残留し、合金を形成する窒素の量が厳密に抑制でき
る方法が提供される。結果的には、また本方法によって
合金設計における融通性が改善されることになる。合金
中の窒素含有量が約0.01重量％から0.3重量％であるも
のが好ましいが、目的とする特定の合金組成及び応用に
応じてより高水準若しくは低水準のものも可能である。
高温操作間に脆化した固体生成物が形成するのを防止す
るために、鉄を含有する合金中のいかなる炭素原子が0.
03重量％を越えず、望ましくは0.01重量％未満であるこ
とが好ましい。
窒素供与体を分解するための加熱は、例えば熱平衡加
圧（hot isostatic pressing）若しくは熱押出といった
熱間凝集過程中に適切に実施可能である。
本発明によって、低温環境での使用を含む広範な温度
領域にわたり特に有用な一連の合金の製造方法が提供さ
れ、かつ該合金は、前述の強化の他に、例えば合金固溶
対中での窒素の存在による硬化といった、他の改善され
た特性を得ることとなる。出発金属粒子中での窒化物形
成体の使用及び／若しくは例えば窒化物、特に窒化チタ
ン若しくは酸化物、特にイットリアの様な強化用分散剤
の添加を組合せる場合には、本方法によれば、また、特
に窒化チタンの場合には分散強化（dispersion strengt
hening）による有益な効果と、制抑されかつ予測された
量で導入される溶存窒素による強化効果及び硬化効果の
組合された、簡便でかつ適切な方法が提供される。
本発明は、例えば固溶体中に窒素を含み、好ましくは
該合金が補助的に強化用分散剤を含有するオーステナイ
ト ステンレス鋼の様な合金鋼を提供するものである。
前述の強化用分散剤としては、例えば窒化チタンの様な
窒化物及び／若しくは例えばイットリアの様な酸化物が
挙げられる。前記の合金鋼は、0.01重量％−0.3重量％
の窒素を固溶体中に含有するのが好ましく、かつ炭素原
子が0.03重量％未満、さらには0.01重量％未満であるの
がより好ましい。
本発明の方法によって製造される鋼は、向上した強度
及び硬度により得られる改善された摩擦学的特性を有す
る締め具、バルブ部品、歯車、発動機及び他の構成部品
として適用可能である。改善された耐点蝕性及び水、苛
性ソーダ及び弱酸溶液に対する耐蝕性によって、前記の
鋼が食品工業において使用可能となる。また、前述の鋼
は、核技術分野において、例えばクラッド、グリッド及
びブレースの様な原子炉の構成要素及び再加工プラント
の構成要素としての適用性を有する。
本発明をさらに添付の図面を使用して実施例により記
述する。
図１から図３は金属粒子の断面の拡大図を示す。
図１には、ステンレス鋼（例えば20/25）粒子10（例
えば50ミクロン）を示す。該粒子10は、例えば窒化クロ
ムの様な窒素供与体12を含有しており、これが粒子10中
に例えば英国特許明細書第2183676A号（米国特許第4708
742号（及びメタルズ ハンドブック第９版，第７巻（M
etals Handbook,9th edition,Volume 7）；パウダーメ
タラージー，第722−726頁，（Powder Metallurgy,page
s722−726）などに記載された方法による窒素雰囲気中
での機械的な合金化法によって加えられる。
図２に、その周囲に例えば窒化クロムの様な窒素供与
体の層22を有するステンレス鋼粒子20を示す。層22は、
英国特許明細書第2156863A号（米国特許第4582679号）
に記載の方法によって形成することが可能である。本方
法では、例えば窒化クロムの様な供与体は、ステンレス
鋼中に存在するクロムと窒素及び水素若しくは例えばア
ンモニアを含むガスを反応させることで形成され、該反
応は好ましくは約700℃で実施される。
図３には、窒化物形成体を提供する溶質としてのチタ
ン元素を含有するステンレス鋼粒子30を示し、かつ例え
ば窒化クロムの様な窒素供与体32を前述の機械的合金化
法により加えた。
図1,2,及び３の粒子10,20,及び30のそれぞれを典型的
には約1000℃以上に加熱した際に、前記の供与体12,22,
32が分解し、かつ窒素が各粒子10,20,30中に放出され
る。図１では、放出された窒素は粒子10の固溶体中に浸
入する。図２においては、放出された窒素は粒子20中に
拡散して、その中で固溶体を形成する。図３において
は、放出された窒素はチタン窒化物形成体と反応して、
分散された窒化物34（例えば窒化チタン）を形成し、か
つまた粒子30の固溶体中へ浸入する。従って各粒子10,2
0,30中には固溶体中の窒素による強化及び硬化効果が得
られ、かつ粒子30には固溶体中の窒素による効果及び分
散した窒化物34による効果の累積した効果が得られる。
粒子10,20,30が、例えば窒化チタン及び／若しくは例
えばイットリアの様な別の分散剤を含有しても良く、か
つそれらが例えば前述した機械的な合金化法といった本
技術分野で既知の方法により前記の粒子中に含有され
る。粒子30は、図２の層22の形態の窒素供与体を有して
も良い。
ステンレス鋼出発物質及び窒素供与体の例を表Ｉに示
す。
図１から３の粒子のかわりに、金属粒子の透過性の凝
集体、例えば所謂“オスプレイ（Osprey）”法により製
造される様なものも利用可能である。前記のオスプレイ
法は、ガスジェットを使用し合金の熔融流を噴霧し、半
熔融粒子を例えば板状の収集器若しくは回転型に衝突さ
せることを含むものであって、それによって透過性のプ
リフォームの製造が可能となる。ステンレス鋼の前述し
たプリフォームが、例えばアンモニアの様なガスで浸透
されることで、プリフォーム中の細孔表面上に窒化クロ
ムが形成されて、続いて図２に関連して記載したと同様
な方法で熱間凝集される。
“オスプレイ”法の１つの修正としては、窒化クロム
粉末が前記プリフォームに分散される様に噴霧ガス中に
添加されるものが挙げられる。
“オスプレイ”法の第２の修正としては、噴霧ガスが
窒素を含むガスを含有し、かつ収集板若しくは回転型を
窒素を含むガス雰囲気中で窒化クロムがプリフォーム中
に形成される様に保持するものが挙げられる。窒素を含
有する好適な１例としては、アンモニアが挙げられる。
約1100℃以上に前記プリフォームを加熱することで
（窒素の分圧に依存する）、窒化クロムを分解して窒素
を放出させ、プリフォームの粒子中の固溶体中に浸入さ
せる。この加熱を、熱押出若しくは鍛造といった加工中
に施しても良い。
“オスプレイ”法の前述の修正は、例えば管の様な構
成要素の特性を、内部及び外部環境の必要に応じて適合
させるため、異った組成の層が堆積可能であるという、
重要な融通性を有する。
製造されるステンレス鋼の１例としては、20Cr,25Ni,
TiN,Nのオーステナイトステンレス鋼が挙げられる。
窒素化反応Cr2N＋Ti→TiN＋2Crが噴霧中で開始される
が、熱プリフォームが冷却するにつれて減速する。
また、好適なプリフォームは、金属粒子軽度の焼結若
しくは金属粒子をバインダーとともに圧縮することによ
り製造され、かつ前記のプリフォームは製品若しくはさ
らなる加工に応じた最終形状に近づけられる。
本発明は、例えばニッケルを基材とした合金の様な他
の合金に対しても適用可能であって、合金中への窒素の
特殊な放出が制抑可能である。
【図面の簡単な説明】
図１〜図３は本発明で用いる金属粒子の拡大断面図を示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−7547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−139802（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−44148（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 8/24

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】窒素供与体を含む合金成分を含む粒子のブ
    レンドを形成すること、及び加熱により合金製品を形成
    しかつ窒素供与体を分解し、それにより、該製品内の窒
    素量を制御することを含む窒素強化合金の製造方法であ
    って、該合金成分についての該窒素供与体量を、加熱合
    金が0.01重量％から0.3重量％の窒素を固溶体中に含む
    ように選択することを特徴とする該方法。
  2. 【請求項２】前記合金成分が窒化物形成体を含み、か
    つ、前記窒素供与体量を、該窒化物形成体により取り込
    まれる窒素以外に、0.01重量％から0.3重量％の窒素が
    固溶体中に含まれるように選択する請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】前記窒化物形成体がチタンを含む請求項２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記合金成分が強化用分散剤を含有する請
    求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記分散剤が窒化物、又は酸化物である請
    求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記窒素供与体が窒化クロムである請求項
    ５に記載の方法。
  7. 【請求項７】窒素供与体及び放出される窒素が合金製品
    中に微細に分散されるように該ブレンドの形成及び加熱
    を制御する請求項１から６のいずれか１項に記載の方
    法。
  8. 【請求項８】ガスジェットの使用により合金成分の溶融
    流を噴霧すること、及びそのようにして形成した半溶融
    粒子を収集板上において衝突させて、プリフォームを製
    造することにより該ブレンドの形成及び加熱を行い、か
    つ、粉状窒素供与体を、プリフォーム中に分散するよう
    に噴霧ガスに添加する請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】0.01重量％から0.3重量％の窒素を固溶体
    中に含有する請求項１から８のいずれか１項に記載の方
    法により製造された合金鋼であって、前記合金が更に強
    化用分散剤を含む該合金鋼。
  10. 【請求項１０】前記強化用分散剤が窒化物及び／又は酸
    化物を含む請求項９に記載の合金鋼。
  11. 【請求項１１】前記窒化物が窒化チタンである請求項10
    に記載の合金鋼。
  12. 【請求項１２】前記酸化物がイットリアである請求項10
    に記載の合金鋼。
  13. 【請求項１３】炭素含有量が0.03重量％を越えない請求
    項９から12のいずれか１項に記載の合金鋼。
JP1261244A 1988-10-05 1989-10-05 窒素強化合金の製造方法 Expired - Lifetime JP2777227B2 (ja)

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