JP6698280B2 - 合金粉末 - Google Patents
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Description
本発明は、耐摩耗性を有する合金粉末に関するものである。
従来、耐摩耗性を有する合金は、石油・ガスプラント、エンジン用盛り金、発電設備等、幅広い分野で使用されている。その使用される形態としては粉末冶金法を用いた構造材料や、溶射材料、肉盛り材料等の形態で用いられる。例えば特開平１１−３１０８５４号公報（特許文献１）に開示されているように、重量％で、Ｍｏ：２０〜７０％、Ｃ：０．５〜３％、Ｎｉ：５〜４０％、および残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる肉盛合金を肉盛りによって耐摩耗性合金粉末を肉盛りし、耐摩耗合金として使用し、良好な耐摩耗性を有したエンジン用肉盛合金が提案されている。
一方、特開２００２−３５６７０４号公報（特許文献２）に開示されている、質量％で、Ｓｉ：１．０〜１２％、Ｍｏ：２０〜５０％、Ｍｎ：０．５〜５．０％、および残部がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１種以上と不可避不純物からなる耐摩耗性合金粉末を他の粉末の混ぜ合わせ焼結することで良好な耐摩耗性を有した焼結材が提案されている。
上述した特許文献１のような肉盛合金や特許文献２のような焼結合金による従来の耐摩耗材料よりさらなる耐摩耗性が求められていた。上記の要請に応えるべくより優れた耐摩耗性を図ることを可能とした発明を提供するものである。
上述のような要求を十分達成するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、ＭｏとＮｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、耐摩耗性を向上させることを可能としたものである。その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｍｏ：５〜４９％、Ｃｒ：５〜２５％、Ｓｉ：１〜５％、Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上：０〜４９％、かつＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下、残部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち少なくとも１種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。
（１）質量％で、Ｍｏ：５〜４９％、Ｃｒ：５〜２５％、Ｓｉ：１〜５％、Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上：０〜４９％、かつＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下、残部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち少なくとも１種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。
（２）質量％で、Ｍｏ：１０〜４９％、Ｃｒ：５〜２０％、Ｓｉ：１〜５％、Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上：５〜４９％、かつＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下、残部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち少なくとも１種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。
（３）前記（１）、（２）に記載の組成にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃから選択される１種類以上を１０％以下添加してなる合金粉末。
（４）前記（１）〜（３）のいずれか１に記載の合金粉末でＨが８０ｐｐｍ以下であることを特徴とした合金粉末にある。
（３）前記（１）、（２）に記載の組成にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃから選択される１種類以上を１０％以下添加してなる合金粉末。
（４）前記（１）〜（３）のいずれか１に記載の合金粉末でＨが８０ｐｐｍ以下であることを特徴とした合金粉末にある。
以上、述べたとおり本発明は、ＭｏとＮｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、より耐摩耗性に優れた合金粉末を提供することにある。
以下、本発明に係わる成分組成の限定理由を説明する
本発明は耐摩耗性を有する合金粉末に関するもので、より十分な耐摩耗性が必要である。Ｍｏが質量％で５〜４９％
Ｍｏは、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、５％未満ではその効果は薄く、また、４９％を超えると耐摩耗性以前に靱性を失い耐摩耗性合金として使用できなくなる。したがって、その範囲を５〜４９％とした。望ましくは１０〜４９％、さらに望ましくは１５〜４５％とする。
本発明は耐摩耗性を有する合金粉末に関するもので、より十分な耐摩耗性が必要である。Ｍｏが質量％で５〜４９％
Ｍｏは、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、５％未満ではその効果は薄く、また、４９％を超えると耐摩耗性以前に靱性を失い耐摩耗性合金として使用できなくなる。したがって、その範囲を５〜４９％とした。望ましくは１０〜４９％、さらに望ましくは１５〜４５％とする。
Ｃｒが質量％で５〜２５％
Ｃｒは、硬さを向上させ、耐摩耗性を向上させる。しかし、５％未満ではその効果は薄く、また、２５％を超えると同様に効果が薄くなる。したがって、その範囲を５〜２５％とした。望ましくは８〜２３％、より望ましくは８〜２０％とする。
Ｃｒは、硬さを向上させ、耐摩耗性を向上させる。しかし、５％未満ではその効果は薄く、また、２５％を超えると同様に効果が薄くなる。したがって、その範囲を５〜２５％とした。望ましくは８〜２３％、より望ましくは８〜２０％とする。
Ｓｉが質量％で１〜５％
Ｓｉは、アトマイズ性を改善する元素である。しかし、１％未満ではその効果は薄く、また、５％を超えると珪化物を多量に形成し、靱性を失う。したがって、その範囲を１〜５％とした。望ましくは１〜４％とする。
Ｓｉは、アトマイズ性を改善する元素である。しかし、１％未満ではその効果は薄く、また、５％を超えると珪化物を多量に形成し、靱性を失う。したがって、その範囲を１〜５％とした。望ましくは１〜４％とする。
Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上が０〜４９％、かつＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下
Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、ＷはＭｏと組み合わせることで耐摩耗性を改善させる。５％以上でその効果がより表れる傾向にある。また、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上が４９％を超えると靱性が失われ、脆くなる。望ましくは５〜４４％とした。さらに望ましくはＮｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上が８〜４４％とする。またＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下をする。
Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、ＷはＭｏと組み合わせることで耐摩耗性を改善させる。５％以上でその効果がより表れる傾向にある。また、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上が４９％を超えると靱性が失われ、脆くなる。望ましくは５〜４４％とした。さらに望ましくはＮｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上が８〜４４％とする。またＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下をする。
残部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち少なくとも１種類以上
ＦｅとＮｉはＣｏと同じ８族元素で耐摩耗性を維持できる。望ましくはＣｏを基本とし、Ｃｏの質量％量に対し、０〜１／２までの量をＦｅまたはＮｉから選択される１種以上に置換する。さらに望ましくは０〜１／３までの置換とする。
ＦｅとＮｉはＣｏと同じ８族元素で耐摩耗性を維持できる。望ましくはＣｏを基本とし、Ｃｏの質量％量に対し、０〜１／２までの量をＦｅまたはＮｉから選択される１種以上に置換する。さらに望ましくは０〜１／３までの置換とする。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃから選択される１種類以上を１０％以下
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃは耐摩耗性に悪影響を及ぼさないかあるいは改善する。少量の添加はしてもよいが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃは、１０％を超えて添加すると耐摩耗性を悪化させる。したがって、１０％以下とする。望ましくは８％以下とする。
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃは耐摩耗性に悪影響を及ぼさないかあるいは改善する。少量の添加はしてもよいが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃは、１０％を超えて添加すると耐摩耗性を悪化させる。したがって、１０％以下とする。望ましくは８％以下とする。
Ｈが８０ｐｐｍ以下
Ｈは、８０ｐｐｍを超えて添加されると脆化を起こし、耐摩耗性を悪化させる。したがって、８０ｐｐｍ以下とする。望ましくは４０ｐｐｍ以下、さらに望ましくは２０ｐｐｍ以下とする。
Ｈは、８０ｐｐｍを超えて添加されると脆化を起こし、耐摩耗性を悪化させる。したがって、８０ｐｐｍ以下とする。望ましくは４０ｐｐｍ以下、さらに望ましくは２０ｐｐｍ以下とする。
以下、本発明に係る合金粉末について実施例によって具体的に説明する。
表１〜３に示す本発明例に係る成分組成について、溶解原料を秤量し、減圧Ａｒガス雰囲気あるいは真空雰囲気にて耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径８ｍｍのノズルより出湯し、Ｎガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の１５０μｍ以上の粗粉を除去し、かつ水素含有量を低減するために、粉末中に占める、５μｍ以下の粉末の量が、１０％以下となるよう微粉を除去し、さらに恒温炉で７０℃〜１５０℃、１時間〜３時間保持した。水素量は低減する保持温度は１００℃が望ましく、また、保持時間は長ければ水素を低減する傾向がみられ、３時間程度が望ましい。評価方法としては、水素含有量は不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法によって測定した。また、耐摩耗性の評価は摩耗試験によって評価した。
表１〜３に示す本発明例に係る成分組成について、溶解原料を秤量し、減圧Ａｒガス雰囲気あるいは真空雰囲気にて耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径８ｍｍのノズルより出湯し、Ｎガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の１５０μｍ以上の粗粉を除去し、かつ水素含有量を低減するために、粉末中に占める、５μｍ以下の粉末の量が、１０％以下となるよう微粉を除去し、さらに恒温炉で７０℃〜１５０℃、１時間〜３時間保持した。水素量は低減する保持温度は１００℃が望ましく、また、保持時間は長ければ水素を低減する傾向がみられ、３時間程度が望ましい。評価方法としては、水素含有量は不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法によって測定した。また、耐摩耗性の評価は摩耗試験によって評価した。
上記ように準備した粉末を２５ｍａｓｓ％と黒鉛粉末を０．７５ｍａｓｓ％、水アトマイズ鉄粉末を残部の割合で混合し、成形圧力６４０ＭＰａでリング状に成形し、１１５０℃で焼結し、焼結体を得た。得られたリング状焼結体を加工し内径面に４５°のテーパー面をつけ、アルミ合金製台座に圧入し、リングのテーパー面と形状が合致する４５°のテーパーを有するＳＵＨ−３５製の相手材をＬＰＧで加熱しながら、繰り返し衝突させた。衝突回数は２８００回／６０秒にて６時間、リング状焼結体が２５０℃になるようにＳＵＨ−３５を加熱しながら行った。衝突前後でのリング状焼結体の形状を摩耗量として評価した。
上記実施例と同様に、表５に示す比較例Ｎｏ．１１３〜１３１に係る成分組成について、溶解原料を秤量し、大気中にて耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径８ｍｍのノズルより出湯し、Ｎガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の１５０μｍ以上の粗粉を除去した。その結果、比較例Ｎｏ．１１３〜１１４は水素量が多いので摩耗量が多い。すなわち、水素量が多いために摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１１５はＭｏ量が少ないので摩耗量が多い。すなわち、Ｍｏの含有量が少ないために十分な効果が得られず摩耗性が劣る。
比較例Ｎｏ．１１６はＭｏ量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ｍｏの含有量が逆に過剰なために耐摩耗性以前に靱性を失い摩耗性が劣化する。比較例Ｎｏ．１１７はＣｒ量が少ないので摩耗量が多い。すなわち、Ｃｒの含有量が少ないために十分な効果が得らず摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１１８はＣｒ量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ｃｒの含有量が逆に過剰なために効果が十分得られず摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１１９はＳｉ量が少ないので摩耗量が多い。すなわち、Ｓｉの含有量が少ないために十分な効果が得られず摩耗性が劣る。
比較例Ｎｏ．１２０はＳｉ量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ｓｉの含有量が逆に過剰なために珪化物が多量に形成し摩耗性が劣化する。比較例Ｎｏ．１２１はＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗ量の合計量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ｍｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗ量の合計含有量が過剰なために摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１２２はＮｂ量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ｎｂの含有量が過剰なために靱性が失われ摩耗性が劣化する。比較例Ｎｏ．１２３はその他元素の合計量が多いので摩耗量が多い。すなわち、その他元素の合計量が過剰のために摩耗性が劣る。
比較例Ｎｏ．１２４〜１３０はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃのそれぞれの１種における含有量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃのそれぞれの１種における元素の含有量が過剰のために摩耗性が劣る。比較例Ｎｏ．１３１はＨ含有量が高いために、脆化を起こし、耐摩耗性を悪化させる。これに対して、本発明例Ｎｏ．１〜１１２はいずれも本発明条件を満たしているから、いずれも摩耗量が少なく耐摩耗性に優れていることが分かる。
以上のように、Ｍｏ：５〜４９％、Ｃｒ：５〜２５％、Ｓｉ：１〜５％からなる成分組成からなるＭｏとＮｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、材料の靱性が向上し、より耐摩耗性に優れた効果を奏する合金粉末を提供することにある。
特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊
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 (3)
- 質量％で、
Ｍｏ：５〜４９％、
Ｃｒ：５〜２５％、
Ｓｉ：１〜５％、
Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上の合計：５〜４９％、
かつＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下、
残部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち少なくとも１種類以上と不可避不純物からなり、
Ｈが８０ｐｐｍ以下であることを特徴とした合金粉末。 - 質量％で、
Ｍｏ：１０〜４９％、
Ｃｒ：５〜２０％、
Ｓｉ：１〜５％、
Ｎｂ，Ｖ，Ｔａ，Ｗから選択される１種類以上の合計：５〜４４％、
かつＭｏ＋Ｎｂ＋Ｖ＋Ｔａ＋Ｗが５４％以下、
残部がＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうち少なくとも１種類以上と不可避不純物からなり、
Ｈが８０ｐｐｍ以下であることを特徴とした合金粉末。 - 請求項１または２に記載の組成にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｐから選択される１種類以上の合計を１０％以下添加してなる合金粉末。
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