JP6246499B2

JP6246499B2 - Method for producing corrosion-resistant and wear-resistant alloy with controlled secondary precipitated particles

Info

Publication number: JP6246499B2
Application number: JP2013109610A
Authority: JP
Inventors: 文宏前澤; 澤田　俊之; 俊之澤田
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP2014227584A

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。 The present invention relates to a method for producing a powder metallurgy material in which the diameter of secondary precipitate particles in a corrosion-resistant wear-resistant alloy is controlled.

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。 In general, Ni—Cr—Mo—B-based corrosion-resistant wear-resistant powder metallurgy has higher corrosion resistance than conventional materials used in plastic extruders, and is excellent in use in corrosive environments. For example, as disclosed in Japanese Patent No. 4279029 (Patent Document 1), the alloy steel base material is, in mass%, Cr: 5.0 to 40%, Mo: 15 to 40%, B: 0.5. Ni-based boride-dispersed wear-resistant alloys containing ˜5.0%, the balance being Ni and inevitable impurities, have been proposed.

特許第４２７９０２９号公報Japanese Patent No. 4279029

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。 The alloy disclosed in Patent Document 1 described above has higher corrosion resistance than conventional materials. However, when the amount of B exceeds 2.0%, there is a problem that the toughness is greatly reduced. Therefore, development of a material having both corrosion resistance and toughness has been desired.

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。 As a result of diligent development to solve the above-mentioned problems, the mass% includes Cr: 5.0 to 40%, Mo: 15 to 40%, B: 2.0 to 4.0%, and the balance. Is solved by classifying the gas atomized raw material powder having a component of Ni with a sieve and solidifying and molding at a temperature of 1000 to 1200 ° C.

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）
ただし、Ｂは、前記ガスアトマイズ原料粉末におけるＢ元素の含有率（質量％）を示す The gist of the invention is that
A gas atomized raw material powder containing, in mass%, Cr: 5.0 to 40%, Mo: 15 to 40%, B: 2.0 to 4.0%, the balance being Ni and unavoidable impurities is represented by the following formula: Controlling secondary precipitated particles characterized by solidifying and molding a powder that has passed through a sieve classified by the classification particle size D shown in (1) (unit: μm) at a temperature of 1000 to 1200 ° C. by HIP treatment A method for producing a corrosion-resistant and wear-resistant alloy.
D ≦ 1000 / B−150 (1)
However, B shows the content rate (mass%) of B element in the said gas atomization raw material powder .

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。 As described above, the corrosion-resistant wear-resistant alloy that controls secondary precipitate particles having excellent impact characteristics without coarse double borides by classifying and removing double borides from coarse atomized powder particles according to the present invention. Can be manufactured.

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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the material of the component composition according to the present invention, coarse precipitated boride particles are scattered in the internal structure, and it was found that the destruction of the material originated from the coarse boride particles. On the other hand, the powder that collides with the gas or water from the molten state by the atomizing method and scatters has a slower cooling rate as the particle size is coarser. This generated precipitate reduces toughness.

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。 Thus, for example, there is powder high speed as a high hardness material of typical powder metallurgy, but also in this powder high speed, toughness is reduced when coarse carbides are generated as in the material of the component composition according to the present invention. However, the powder high speed is based on the Fe-C system, and the solid solubility limit of C is remarkably increased at a temperature at which Fe becomes a γ phase. By selecting an appropriate temperature and quenching, the carbide is dissolved in the base, and further tempering at an appropriate temperature can eliminate coarse carbide and improve toughness.

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。 On the other hand, since the alloy system of the present invention is based on the Ni-B system, as can be seen from the binary phase diagram, the solid solubility limit of B in Ni is almost zero. Therefore, when a coarse boride is generated, by dissolving B in the base by heat treatment, the coarse boride disappears and toughness cannot be recovered. Under such circumstances, the present inventors considered that it was necessary to suppress the formation of coarse boride itself in order to increase the toughness in the alloy system of the present invention.

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。 Then, when the fine structure was examined in detail for each particle size of the raw material powder produced by gas atomization, it was found that the coarse boride was formed into a powder having a large particle size. Furthermore, it discovered that a coarse boride can be confirmed to the powder of a smaller diameter, so that B content is high. Then, it discovered that high toughness could be maintained by optimizing the maximum diameter of the raw material powder to be used according to the amount of B, and reached the present invention. Although the details of the reason why there are more coarse borides in the larger B particle size even with the same B amount are not clear, it is presumed that the molten metal scattered during gas atomization caused a difference in the cooling rate depending on the particle size.

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。 Hereinafter, the component composition and other reasons for limitation of the present invention will be described in detail.
Cr: 5.0-40%
Cr is an element that improves the corrosion resistance. However, if it is less than 5.0%, the effect is not sufficient, and addition exceeding 40% lowers the bending strength, so the range was made 5.0 to 40%. Preferably it is 10 to 35%.

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。 Mo: 15-40%
Mo, like Cr, is an element that improves corrosion resistance. However, if it is less than 15%, the effect is not sufficient, and addition exceeding 40% lowers the bending strength, so the range was made 15 to 40%. Preferably it is 15 to 35%.

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。 B: 2.0 to 4.0%
B is an element that improves the wear resistance that improves the hardness. However, if it is less than 2.0%, the effect is not sufficient. On the other hand, if it is 2% or more, the toughness is lowered, and if it exceeds 4.0%, the toughness is further greatly lowered. This is because, as a result of the observation of the fracture surface, the cause is coarse borides in the Ni—Cr—Mo—B based powder metallurgy. Ni is a base material and is an element necessary for obtaining high corrosion resistance.

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。ただし、上記Ｂは、Ｂ元素の含有率（質量％）を示す。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。 Classification particle size D (D ≦ 1000 / B−150) (1)
And a powder obtained by classifying the raw material powder to a particle size of D value (unit: μm) or less. However, said B shows the content rate (mass%) of B element. The reason why the classification particle size D is set as in the equation (1) is that a high toughness can be obtained by controlling the classification particle size corresponding to the amount of B smaller than the right side of the equation (1). However, when the classified particle size exceeds the right side of the formula (1), high toughness cannot be maintained, so the formula (1) is set.

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。 HIP treatment at a temperature of 1000 to 1200 ° C. When the HIP treatment is less than 1000 ° C., a sufficient corrosion-resistant and wear-resistant alloy cannot be obtained. The range was 1000-1200 degreeC.

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。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
A Ni-based alloy having the composition shown in Table 1 is melted in a vacuum induction melting furnace, and a powder produced by a gas atomization method using an argon atomizing gas with a melting amount of 25 kg at a tapping temperature of 1600 ° C. satisfies the formula (1). After classifying with a sieve having a classified particle size and classifying coarse borides present in the coarse particles before solidification and molding, they were molded by HIP treatment at 147 MPa for 5 hours at the heating temperature shown in Table 1. The molded HIP material was used as a test piece after cutting.

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。 As a test condition, the Charpy impact test evaluated. The Charpy impact test was carried out using 10RC notch impact test pieces. When the Charpy impact value (J / cm ² ) was 10 or more, the evaluation was ○, and the evaluation was less than 10 and ×. The results are shown in Table 1.

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。

As shown in Table 1, no. 1-2, 4, 7-8, and 10 are examples of the present invention. 3, 5-6, 9, 11-16 are comparative examples.

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。 Comparative Example No. 3, 5-6, 9, 11-12, the classified particle size D is larger than the value of 1000 / B-150, and the toughness is inferior. Comparative Example No. In Nos. 13 to 16, the B content of the component composition is large, and the classified particle size D is larger than the value of 1000 / B-150, so that the toughness is inferior. On the other hand, No. which is an example of the present invention. It can be seen that 1-2, 4, 7-8, and 10 all have excellent toughness because the component composition and the value of classified particle size D satisfy the conditions of the present invention.

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 As described above, by classifying the raw material powder produced by gas atomization to an appropriate particle size or less according to the amount of B, it was possible to maintain high toughness, and controlled secondary precipitated particles with excellent impact characteristics. It is possible to provide a method for producing a corrosion-resistant and wear-resistant alloy, which has an extremely excellent effect.

Patent Applicant Sanyo Special Steel Co., Ltd.
Attorney: Attorney Shiina

Claims

% By mass
Cr: 5.0 to 40%,
Mo: 15-40%
B: 2.0 to 4.0%
The powder which passed the sieve which classified the gas atomization raw material powder of the component which consists of Ni and an unavoidable impurity with the value of the classification particle size D shown in following formula (1) (unit: micrometer) is 1000-1200 degreeC. A method for producing a corrosion-resistant and wear-resistant alloy with controlled secondary precipitation particles, characterized by solidifying and forming by HIP treatment at a temperature of 5 ° C.
D ≦ 1000 / B−150 (1)
However, B represents the B content elements definitive in the gas atomized raw material powder (mass%).