JP7028875B2 - 二相ステンレス鋼焼結体を製造するためのステンレス鋼粉末 - Google Patents
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Description
最大で0.1%のC、
0.5~3%のSi、
最大で0.5%のMn、
20~27%のCr、
3~8%のNi、
1~6%のMo、
最大で3%のW、
最大で0.1%のN、
最大で4%のCu、
最大で0.04%のP、
最大で0.04%のS、
最大で0.8%の不可避の不純物、
任意成分として最大で0.004%のB、最大で1%のNb、最大で0.5%のHf、最大で1%のTi、最大で1%のCoのうちの1つ以上、および
残部であるFeを
含むか、またはそれらからなるステンレス鋼粉末が提供される。
最大で0.06%のC、
1~3%のSi、
最大で0.3%のMn、
23~27%のCr、
4~7%のNi、
1~3%のMo、
0.8~1.5%のW、
最大で0.07%のN、
1~3%のCu、
最大で0.04%のP、
最大で0.03%のS、
最大で0.8%の不可避の不純物、
任意成分として最大で0.004%のB、最大で1%のNb、最大で0.5%のHf、最大で1%のTi、最大で1%のCoのうちの1つ以上、
残部であるFe
からなるステンレス鋼粉末が提供される。
最大で0.03%のC、
1.5~2.5%のSi、
最大で0.3%のMn、
24~26%のCr、
5~7%のNi、
1~1.5%のMo、
1~1.5%のW、
最大で0.06%のN、
1~3%のCu、
最大で0.02%のP、
最大で0.015%のS、
最大で0.8%の不可避の不純物、
任意成分として最大で0.004%のB、最大で1%のNb、最大で0.5%のHf、最大で1%のTi、最大で1%のCoのうちの1つ以上、および
残部であるFe
を含むステンレス鋼粉末が提供される。
第1の観点に係るステンレス鋼粉末の化学組成に対応する化学組成を有する溶融金属を提供するステップと、
溶融金属の流れに水アトマイズを施すステップと、
得られたステンレス鋼粉末を回収するステップとを含む。
第1の観点に係るステンレス鋼粉末を提供するステップと、
任意選択で、ステンレス鋼粉末を潤滑剤および任意選択で他の添加剤と混合するステップと、
ステンレス鋼粉末または混合物を圧密化処理してグリーン体を形成するステップと、
圧縮されたグリーン体を不活性雰囲気または還元雰囲気中または真空中で1150℃~1450℃の温度(好ましくは、1275℃~1400℃の温度)で5分~120分間焼結を行うステップと、
焼結体を周囲温度まで冷却するステップとを含む。
金型内で最大で900MPaの圧縮圧力で一軸圧縮を行い、グリーン体を形成するステップと、
得られた圧縮されたグリーン体を金型から取り出すステップとを含む。
金属射出成形(MIM)、熱間等方加圧成形(HIP)、またはバインダ噴射などの付加製造技術のうちの1つを含む。
ステンレス鋼の一般的な合金元素の効果は周知である。Crはステンレス鋼の主要元素である。Crは表面にCr2O3層を形成し、酸素がCr2O3層を通過することを防ぎ、それにより耐食性を向上させる。Niはステンレス鋼の特性に影響を与える他の主要元素である。Niは鋼の強度と靭性を向上させ、またCrと共に存在すると耐食性を高める。MoおよびWは両方とも、Niと共に存在すると強度および靱性を付与する。Moは、CrおよびNiと共に耐食性も向上させる。Siは、脱酸剤として作用し、溶融中に鋼中でOとの結合を防止する。Siは、強力なフェライト形成元素でもある。Cuはオーステナイト安定化元素である。Cuは、ステンレス鋼の耐食性も向上させる。特に従来のPMでは、Cuは液相焼結を促進することによって焼結を助ける。
Creq=Cr+2Si+1.5Mo+0.75W
Nieq=Ni+0.5Mn+0.3Cu+25N+30C
ここで、Cr、Niなどは、重量%で表した合金中の各元素のレベルである。
PREN=Cr+3.3Mo+16N
ここで、Cr、Mo、およびNは、重量%で表した合金中の各元素のレベルである。
325メッシュ未満、すなわち95重量%の粒子が45μmの篩を通過した粒径を有するステンレス鋼粉末を、潤滑剤としての0.75重量%のアクラワックス(Acrawax)と混合した。ステンレス鋼粉末の化学分析は、0.01重量%のC、1.52重量%のSi、0.2重量%のMn、0.013重量%のP、0.008重量%のS、24.9重量%のCr、2.0重量%のCu、1.3重量%のMo、1.0重量%のW、0.05重量%のN、残部がFeであった。
比較試料として、本発明の具体例に係る様々なステンレス鋼粉末を水アトマイズによって製造した。ステンレス鋼粉末の化学組成を表1に示す。各種化学組成を有するステンレス鋼溶湯を誘導炉で溶解し、その溶融金属を水流に通して鋼粉末を得た。次いで、得られた粉末を乾燥し、-325メッシュに篩い分けした。篩にかけた粉末は45μm以下、すなわち粉末粒子の95重量%は45μm未満であった。次に粉末を0.75重量%の潤滑剤アクラワックスと混合した。
A.水素ガス中で45分間、1371℃(2500°F)
B.水素ガス中で45分間、1343℃(2450°F)
C.水素ガス中で60分間、1343℃(2450°F)
D.水素ガス中で60分間、1260℃(2300°F)
E.水素ガス中で60分間、1232℃(2250°F)
F.解離したアンモニア中で60分間、1232℃(2250°F)
腐食試験を実施するために、オーステナイトおよびフェライトグレードの代表として、実施例1のようなTRSバーを316Lおよび434L用のバーと共に製造した。次いで、試料をASTM B895-16に従って室温で5%NaCl溶液中での腐食について試験した。腐食は、試料表面の腐食の発生までにかかる時間によって比較した。比較データは、これらの試料のUTSとYSと共に図2にプロットする。図3の円の直径は、その試料の腐食開始に要した時間を表す。本発明の粉末の腐食試験は、腐食の兆候がなく、316L試料の腐食開始時間の3倍を超えたので3700時間で中止した。
Claims (19)
- 最大で0.1%のC、
0.5~3%のSi、
最大で0.5%のMn、
20~27%のCr、
3~8%のNi、
1~6%のMo、
最大で3%のW、
最大で0.1%のN、
最大で4%のCu、
最大で0.04%のP、
最大で0.04%のS、
最大で0.8%の不可避の不純物、
任意成分として、最大で0.004%のB、最大で1%のNb、最大で0.5%のHf、最大で1%のTi、最大で1%のCoのうちの1つ以上、および
残部であるFe
を含むステンレス鋼粉末。 - 最大で0.06%のC、
1~3%のSi、
最大で0.3%のMn、
23~27%のCr、
4~7%のNi、
1~3%のMo、
0.8~1.5%のW、
最大で0.07%のN、
1~3%のCu、
最大で0.04%のP、
最大で0.03%のS、
最大で0.8%の不可避の不純物、
任意成分として、最大で0.004%のB、最大で1%のNb、最大で0.5%のHf、最大で1%のTi、最大で1%のCoのうちの1つ以上、および
残部であるFe
を含む、請求項1に記載のステンレス鋼粉末。 - 最大で0.03%のC、
1.5~2.5%のSi、
最大で0.3%のMn、
24~26%のCr、
5~7%のNi、
1~1.5%のMo、
1~1.5%のW、
最大で0.06%のN、
1~3%のCu、
最大で0.02%のP、
最大で0.015%のS、
最大で0.8%の不可避の不純物、
任意成分として、最大で0.004%のB、最大で1%のNb、最大で0.5%のHf、最大で1%のTi、最大で1%のCoのうちの1つ以上、および
残部であるFe
を含む、請求項1に記載のステンレス鋼粉末。 - 前記ステンレス鋼粉末はフェライト系である、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 前記ステンレス鋼粉末は水アトマイズによって製造されている、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 前記ステンレス鋼粉末はガスアトマイズにより製造されている、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 前記ステンレス鋼粉末の粒子の粒径は、前記粒子の少なくとも80%が53μm未満であり、前記粒子の最大で20%が18μm未満である、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 前記ステンレス鋼粉末の粒子の粒径は、前記粒子の少なくとも80%が26μm未満であり、前記粒子の最大で20重量%が5μm未満である、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 前記ステンレス鋼粉末の粒子の粒径は、前記粒子の少なくとも80%が150μm未満であり、前記粒子の最大で20%が26μm未満である、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 前記ステンレス鋼粉末はプレアロイ粉末である、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末。
- 水アトマイズによるステンレス鋼粉末の製造方法であって、
請求項1に記載のステンレス鋼粉末の化学組成に対応する化学組成を有する溶融金属を提供するステップと、
前記溶融金属の流れに水アトマイズを行なうステップと、
得られたステンレス鋼粉末を回収するステップと
を含む製造方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の化学組成を有する二相ステンレス鋼焼結体であって、該二相ステンレス鋼焼結体のミクロ組織が、フェライト相中に析出したオーステナイト相によって特徴付けられる、二相ステンレス鋼焼結体。
- Ni当量(Nieq)が5<Nieq<11であり、Cr当量(Creq)が27<Creq<38であり、CreqおよびNieqは、
Creq=Cr+2Si+1.5Mo+0.75W
Nieq=Ni+0.5Mn+0.3Cu+25N+30C
の式によって計算され、
ここで、Cr、Niなどは、合金中の各元素の量を重量%で表したものである、請求項12に記載の二相ステンレス鋼焼結体。 - 耐孔食指数(PREN)が28<PREN<33であり、PRENが
PREN=Cr+3.3Mo+16N
の式によって計算され、
ここで、Cr、MoおよびNは、合金中の各元素の量を重量%で表したものである、請求項12または請求項13に記載の二相ステンレス鋼焼結体。 - 前記二相ステンレス鋼焼結体のミクロ組織は、30~70%のオーステナイトを含む、請求項12に記載の二相ステンレス鋼焼結体。
- 前記ミクロ組織は、シグマ相および窒化物を含まないことによって特徴付けられる、請求項12から請求項15までのいずれか1項に記載の二相ステンレス鋼焼結体。
- 二相ステンレス鋼焼結体の製造方法であって、
請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載のステンレス鋼粉末を提供するステップと、
任意選択で、前記ステンレス鋼粉末を潤滑剤および任意選択で他の添加剤と混合するステップと、
前記ステンレス鋼粉末または前記混合物を圧密化処理してグリーン体を形成するステップと、
前記圧縮されたグリーン体を不活性雰囲気若しくは還元雰囲気または真空中で1150℃~1450℃の温度で5分~120分間焼結を行うステップと、
焼結体を周囲温度まで冷却するステップと
を含む製造方法。 - 前記圧縮されたグリーン体を焼結する温度が1275℃~1400℃である、請求項17に記載の製造方法。
- 前記圧密化処理は、
金型内で最大で900MPaの圧縮圧力で一軸圧縮を行ってグリーン体を形成するステップと、
前記得られた圧縮されたグリーン体を前記金型から取り出すステップと
を含む、請求項17又は請求項18に記載の製造方法。
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