JPH07138713A - Fe基合金粉末及び高耐食性焼結体の製造方法 - Google Patents

Fe基合金粉末及び高耐食性焼結体の製造方法

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JPH07138713A
JPH07138713A JP5309775A JP30977593A JPH07138713A JP H07138713 A JPH07138713 A JP H07138713A JP 5309775 A JP5309775 A JP 5309775A JP 30977593 A JP30977593 A JP 30977593A JP H07138713 A JPH07138713 A JP H07138713A
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powder
sintered body
sintered
corrosion resistance
sintering
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Tomio Kono
富夫 河野
Mitsuaki Asano
光章 浅野
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Daido Steel Co Ltd
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    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
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Abstract

(57)【要約】 【目的】耐食性に優れたFe基合金粉末及びこれを用い
た焼結体の製造方法を提供する。 【構成】同種若しくは異種粉末粒子の集合体にて粉末を
構成し且つ全体の組成を重量基準でC:≦0.03%,
Si:≦2%,Mn:≦0.5%,Ni:8〜28%,
Cr:15〜25%,Mo:3〜8%,残部不可避的不
純物及びFeから成る組成とする。またその粉末をA
r,H2等の不活性ガス中で焼結するか又はN2分圧1〜
10torrの雰囲気下で焼結する。更にN2分圧10〜2
00torrの雰囲気下で焼結を行う場合には1000〜5
00℃までの冷却速度を50℃/分以上の高速冷却とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はFe基合金粉末及びこ
れを用いた焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】金属製
品の製造方法の一つとして粉末冶金による方法、即ち金
属(合金を含む)の粉末を所定形状に成形してこれを焼
結する方法が広く行なわれている。
【0003】ところで高耐食性の要求される製品の場
合、金属粉末として耐食性の優れたもの、例えばステン
レス粉末を用いることとなるが、粉末焼結体の場合、溶
製材から成る製品に比べて特有の困難な問題がある。
【0004】粉末焼結体の場合、焼結体(製品)中に開
放気孔が残り、この開放気孔を起点として錆が発生し且
つ進行し易い問題がある。開放気孔の内部と外部とで酸
素濃度に差が生じ、これに起因して隙間腐食が発生する
のである。従って例えば溶製材で製造した製品に較べて
粉末焼結により製造した製品の場合、どうしても耐食性
が劣ってしまうのである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決することを目的としてなされたものである。而し
て本願の第一の発明は、粉末組成を、同種若しくは異種
粉末粒子の集合体から成り、全体の組成が重量基準で
C:≦0.03%,Si:≦2%,Mn:≦0.5%,
Ni:8〜28%,Cr:15〜25%,Mo:3〜8
%,残部不可避的不純物及びFeから成る組成とするこ
とを特徴とする(請求項1)。
【0006】また本願の第二の発明は、請求項1の粉末
において更にCu,Sn,Nb,Tiの一種若しくは二
種以上をCu:≦5%,Sn:≦3%,Nb:≦2%,
Ti:≦2%の範囲で含有させたことを特徴とする(請
求項2)。
【0007】本願の更に別の発明は焼結体の製造方法に
係るもので、請求項1又は2の粉末をAr,H2等の不
活性ガス中で焼結し、N含有率が0.5%未満の焼結体
を得ることを特徴とする(請求項3)。
【0008】本願の更に別の発明は、請求項1又は2の
粉末を、N2分圧が1〜10torrの雰囲気下で焼結して
焼結体中のN含有率を0.5%未満とし若しくはN2
圧が10torrより大で200torr以下の雰囲気下で焼結
した上、1000〜500℃の冷却速度を50℃/分以
上の冷却速度とすることを特徴とする(請求項4)。
【0009】
【作用及び発明の効果】請求項1の発明に従って粉末組
成を上記特定組成とした場合、かかる粉末を用いて特定
条件の下で焼結体を製造したとき、良好な耐食性を確保
することができる。
【0010】ここで粉末は同種粉末粒子の集合にて構成
しても良いし、また異種粉末粒子の集合にて構成しても
良い。換言すれば各粉末粒子を上記組成で予め合金化し
ておいても良いし、また種類の異なる粉末粒子を混合
し、その混合状態において上記組成となるようにしても
良い。
【0011】このような異種粉末粒子から成る粉末を焼
結等加熱処理したとき合金化が進行して最終的に所望の
組成の合金が得られる。
【0012】本発明の粉末は、粉末冶金用粉末として又
は焼結フィルタ用粉末,粉末射出成形用粉末,粉末溶射
コーティング用粉末等として用い得る等、各種用途に供
することが可能である。
【0013】因みに粉末冶金用粉末として用いる場合、
通常粒径150μm以下の水噴霧法にて製造した粉末が
用いられる。大気中・比較的清浄な水中程度の腐食環境
においては、当粉末の焼結体が問題なく用いられるが、
特に塩化物イオンを大量に含んだ孔食性・隙間腐食性の
高い環境下では、隙間腐食を起し易い径の気孔の生成
(隙間腐食は真密度85〜90%のとき起り易い)を避
けるのが望ましい。
【0014】また焼結フィルタ用粉末として用いる場
合、通常粒径60〜350μmの水又はガス噴霧法によ
り製造した粉末を用い、これを真密度比30〜70%と
なるように焼結する。
【0015】更に粉末射出成形用粉末として用いる場
合、通常50μm以下の水噴霧粉又は100μm以下の
ガス噴霧粉で、タップ密度3g/cm3以上の粉末が用
いられる。
【0016】また粉末溶射コーティング用粉末として
は、通常50μm以下の水噴霧粉又は150μm以下の
ガス噴霧粉で、流動度20sec/50g以下の粉末が
用いられる。
【0017】請求項2の発明は、上記粉末中に更にC
u,Sn,Nb,Tiの一種若しくは二種以上を含有さ
せるもので、本発明に従ってこれら成分を粉末中に含有
させた場合、耐食性を効果的に高めることができる。
【0018】次にこれら発明における化学成分の限定理
由を以下に詳述する。 C:≦0.03% Cは脱酸剤として製鋼工程で添加されるが、残留Cが
0.03%を超えると結晶粒界にCr炭化物を析出し、
耐食性を著しく損なうため上限を0.03%とする。
【0019】Si:≦2% Siは脱酸剤として製鋼工程で添加されるが、必要以上
に残留すると粉末の硬さを増加し、所定形状に成形する
際の成形性を損なう。従って本発明ではその上限を2%
とする。
【0020】Mn:≦0.5% Mnは脱酸・脱硫剤として製鋼工程で添加されるが、必
要以上に残留すると焼結の際Nの溶解度を増加し、冷却
時にCr窒化物の析出を促し、耐食性を損なう。また粉
末酸素を増加し、焼結体清浄度を悪化させて腐食起点と
なる非金属介在物を生成し、耐食性を劣化させる。従っ
て本発明では上限値を0.5%とする。
【0021】Ni:8〜28% Niはオーステナイト相を安定化し、耐食性(特に非酸
化性酸中での)を向上するのに有効で、8%以上の添加
を必要とする。但し28%を超えて添加してもその効果
は飽和する。
【0022】Cr:15〜25% Crは不動態化能力が著しく高く、耐食性向上の基本元
素であり、通常12%以上の添加を必要とする。しかし
粉末焼結体では相対的な表面積が増加し、溶製材より耐
食性が劣るため、不動態皮膜をより強くするため15%
以上の添加が必要となる。但し25%を超えて添加して
も耐食性向上の大きな効果は得られない。
【0023】Mo:3〜8% Moは不動態化を促進するとともに耐酸性を向上させ
る。Crと同じ理由で3%以上の添加が必要である。但
し8%より多く添加しても耐食性向上の大きな効果は得
られない。
【0024】Cu:≦5% Cuは焼結体素地を貴合金化することにより耐酸性(特
に耐硫酸性)を向上させる。但し5%より多く添加して
も効果は飽和する。
【0025】Sn:≦3% Snは焼結体素地を貴合金化することにより耐酸性を向
上させる。但し3%より多く添加しても効果は飽和す
る。
【0026】Nb:≦2% Nbは焼結体中のC,Nを固定し、粒界腐食を防止す
る。但し2%を超えて添加しても効果は飽和する。
【0027】Ti:≦2% Tiは焼結体中のC,Nを固定し、粒界腐食を防止す
る。但し2%を超えて添加しても効果は飽和する。
【0028】請求項3の発明は、上記粉末を用いてA
r,H2等の不活性ガス中で焼結し、以てN含有率が
0.5%未満の焼結体を得るものである。
【0029】焼結製品の場合、焼結時の条件によって製
品特性が左右されることが考えられる。そこで本発明者
等が製品の耐食性に及ぼす焼結条件の影響を調べた結
果、以下の事実を確認し得た。
【0030】即ち、先ずSUS316Lの粉末を用い、
これを所定形状に成形した上で真空中で焼結し、その焼
結体の耐食試験(96時間塩水噴霧試験)を行ったとこ
ろ、このものは腐食し易いものであった。
【0031】その理由は、SUS316L粉末を真空中
で焼結した場合、Crが表面部分から飛んで失われてし
まうことに起因するものと考えられる。即ち本発明者等
が真空焼結体の表面近傍断面のCr濃度曲線を調べたと
ころ、表面部においてはCrの濃度が激しく低下してお
り、深部の濃度の半分程度まで低下していた。
【0032】換言すればSUS316L粉末の焼結体の
表面部は組成的に見てもSUS316Lの溶製材から成
る製品に比べて劣っており、このことが耐食性低下の大
きな要因であると考えられる。
【0033】そこで本発明者等はAr,H2等の不活性
ガス中で焼結を行ったところ、Crが表面部位から飛ん
で失われるのを抑制できることを確認し得た。本発明は
こうした知見の下になされたもので、本発明によればC
rの有効濃度を高濃度に保持することができ、焼結体に
おける高耐食性を保持することができる。
【0034】尚上記粉末を焼結するに際してこれをN2
を含む雰囲気下で行うことも可能である。但しこの場合
にはN2分圧が1〜10torrの雰囲気下で行うか、或い
は10torrより大きい場合、200torr以下で尚且つ冷
却に際して1000〜500℃までの冷却速度を50℃
/分以上とする必要がある(請求項4)。その理由の詳
細は以下の通りである。
【0035】即ち、真空中で粉末焼結を行うとCrが表
面部から失われてしまうことから、本発明者等はN2
囲気中で焼結を行ったところ、その焼結体は耐食試験の
結果、N2分圧によって耐食性が左右されることが判明
した。
【0036】例えばN2分圧が1〜10torrの雰囲気下
で焼結を行ったとき、焼結体中のN含有率は0.5%未
満に抑えられ、耐食性は良好であった。
【0037】しかるにN2分圧が10〜200torrの下
で焼結を行ったところ、通常の冷却速度で冷却した場合
には焼結体の耐食性が損なわれることが分った。
【0038】更に後者の場合において1000〜500
℃までの冷却速度を50℃/分以上の高速冷却とした場
合、耐食性は良好に保たれることが確認された。
【0039】これは以下の理由によるものと考えられ
る。即ち焼結雰囲気中のN2分圧がある程度高くなる
と、Nが粉末中のCrと反応してしまい、これによって
Crの有効濃度が低下し、これによって耐食性が低下す
るものと考えられる。
【0040】但しN2分圧が10torrより高い場合であ
っても、焼結後の冷却過程で冷却速度を高めるとNがC
rと反応せずに焼結体中に固溶化し、Crの固定化によ
るCr濃度低下を特に来さないと考えられる。但しこの
場合においてもN2の分圧の上限値は200torrまでで
ある。
【0041】
【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。表1
に示す組成の粉末(100メッシュアンダーの水噴霧
粉)を用いて5t/cm2の圧力条件でプレス成形し
た。次に成形体を500℃×1hrの条件で脱脂処理し
た後、これを表2に示す各種条件で焼結処理した。
【0042】得られた焼結体に対してJIS Z 237
1に従い5%NaCl溶液を用いて塩水噴霧試験を行
い、錆びの発生を観察した。結果が表2に併せて示して
ある。
【0043】
【表1】
【0044】
【表2】
【0045】表2の結果から、粉末の組成を請求項1,
請求項2に規定する組成とすること、また焼結をAr,
2等の不活性ガス中で行うこと、或いはN2分圧1〜1
0torrの雰囲気下で焼結を行うこと、又はN2分圧10
〜200torrの雰囲気下で焼結を行った場合には冷却条
件を急速冷却とすることによって良好な耐食性が得られ
ることが分る。
【0046】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、当業者の知識に基づき種々変更を加えた態
様で実施可能である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同種若しくは異種粉末粒子の集合体から
    成り、全体の組成が重量基準でC:≦0.03%,S
    i:≦2%,Mn:≦0.5%,Ni:8〜28%,C
    r:15〜25%,Mo:3〜8%,残部不可避的不純
    物及びFeから成るFe基合金粉末。
  2. 【請求項2】 請求項1の粉末において、更にCu,S
    n,Nb,Tiの一種若しくは二種以上をCu:≦5
    %,Sn:≦3%,Nb:≦2%,Ti:≦2%の範囲
    で含有させたことを特徴とするFe基合金粉末。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2の粉末をAr,H2等の
    不活性ガス中で焼結し、N含有率が0.5%未満の焼結
    体を得ることを特徴とする高耐食性焼結体の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2の粉末を、N2分圧が1
    〜10torrの雰囲気下で焼結して焼結体中のN含有率を
    0.5%未満とし若しくはN2分圧が10torrより大で
    200torr以下の雰囲気下で焼結した上、1000〜5
    00℃の冷却速度を50℃/分以上の冷却速度とするこ
    とを特徴とする高耐食性焼結体の製造方法。
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