JPH07233402A

JPH07233402A - 切削性、耐摩耗性に優れたアトマイズ鋼粉およびその焼結鋼

Info

Publication number: JPH07233402A
Application number: JP6235025A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Uenosono; 聡上ノ薗; Kuniaki Ogura; 邦明小倉
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】耐磨耗性に優れ、しかも切削性にも優れた汎
用および高強度合金鋼粉およびその焼結鋼を提供する。【構成】Ｓ量0.05〜0.12wt％、Cr量0.1 〜0.3 wt％、
Mn量0.03〜0.1 wt％未満、Ｏ量0.3 wt％以下を基本成分
とするアトマイズ鋼粉であり、この鋼粉の焼結鋼の気孔
に黒鉛が0.1 wt％以上残留し、MnS が鉄粒子内に存在し
た組織を有する焼結鋼である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉末冶金用アトマイズ
鋼粉およびその焼結鋼に係わり、とくに切削性と耐磨耗
性に優れたアトマイズ鋼粉およびその焼結鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】粉末冶金用鉄粉は、鉄粉にCu粉、黒鉛粉
などを添加混合し、金型中で圧粉成形して焼結し、通常
5.0 〜7.2g/cm³の密度を有する焼結機械部品等の製造に
用いられる。粉末冶金法は寸法精度良く複雑形状の焼結
体を製造できるが、寸法精度の厳しい部品を製造する場
合、焼結後の旋削加工、あるいはドリル穴あけ加工が必
要となることがあり、切削性が良好なことが求められ
る。

【０００３】粉末冶金製品は一般に切削性が劣り、溶製
材製品に比べると工具寿命が短い問題点を有しているた
め、機械加工時のコストが高価になる欠点を有してい
る。粉末冶金製品における切削性の劣化は、粉末冶金製
品に含まれる気孔による断続切削、あるいは熱伝導率の
低下による切削温度の上昇に起因すると言われている。
切削性の改善を行うためにはＳやMnS などの快削成分を
鉄粉に混合することが多い。これらＳやMnS は切りくず
の破断を容易にする効果、あるいは工具にＳやMnS の薄
い構成刃先を形成し、工具すくい面での潤滑作用によ
り、切削性の向上をもたらすと言われている。Ｓまたは
MnS を鋼粉そのものに含有させるには、溶鋼にMnおよび
Ｓ、またはMnS を含有させてアトマイズし、鋼粉とする
以外にない。特公平 3−25481 号公報においては溶鋼に
若干のMn（0.1 〜0.5 ％）とSi、Ｃなどを含ませ、更に
Ｓが0.03〜0.07wt％（以下％と略す）添加した組成と
し、水または気体で噴霧した粉末冶金用粉末が提案され
ているが、鋼粉の詳細な性能は不明である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように粉末冶金
製品には、溶製材製品に比べて切削性が劣るという問題
点があり、これはＳやMnS の添加によって多少は改善さ
れているものの、後述するような理由で改善はまだ十分
ではない。また粉末冶金製品はその用途から見ても耐磨
耗性に優れていることが求められることが多く、その場
合、Crを添加することが常套手段となっているが、Crを
多量に含んだ鋼では焼結時の硬化が大きく切削性が更に
劣化するので、切削性を向上させる必要性は更に大き
い。

【０００５】特開昭61−253301号公報においては、Ｃ：
0.50％以下、Mn：5.0 ％以下、酸素量が1.5 ％以下であ
り、更にCr：0.15〜20.0％、Ni：0.15〜20.0％、Si：5.
0 ％以下、Cu：0.15〜20.0％、Mo：0.015 〜15.0％、
Ｗ：0.015 〜15.0％、Ｖ：0.015 〜5.0 ％、Ti：0.01〜
2.0 ％、Zr：0.01〜2.0 ％、Nb：0.01〜2.0 ％、Ｐ：0.
04〜2.0 ％及びＢ：0.0010〜2.0 ％からなる群のうちの
１種又は２種以上を含有し、更に必要に応じてＳ：４％
以下を含み、残部が実質的にFeからなる合金鋼粉末が提
案されている。

【０００６】この組成を得るには鉄鉱石、ミルスケール
などの酸化鉄を粉コークスなどの還元剤で粗還元した粉
末に、予め合金化した水噴霧母合金粉末を仕上げ還元後
の合金元素量が上記所望量になるように混合、調整し、
しかる後に該混合粉末を還元雰囲気中で仕上還元するこ
とが必要とされ、非常に複雑でコストの高い製造方法を
取らねばならない。その実施例および比較例において
は、Cr≧0.31％、Mn≧0.10％、Ｓ≧0.16％以上の組成が
検討されているが、実施例で得られている圧縮性などの
粉末の基本的性能も実用化するには十分でない。

【０００７】本発明者らは実用に耐える圧縮性などの粉
末の基本性能を備えた上で切削性および耐磨耗性の優れ
た鋼粉を開発すべく、Cr、Mn、Ｓを必須成分とする鋼粉
について鋭意検討を加えた結果、0.1 ≦Cr≦0.3 ％、0.
03≦Mn＜0.1 ％未満、0.05≦Ｓ≦0.12％と、上記特開昭
61−253301号公報においては知り得なかった範囲できわ
めて切削性が向上することを見出した。

【０００８】また特公平４−72905 号公報には、Mn：0.
1 〜 0.9％、Cr：0.1 〜 1.2％、Mo：0.1 〜 1.0％、C
u：0.1 〜 2.0％およびNi：0.1 〜 2.0％の金属のうち
の２種以上およびNb、Al、Ｖのうちの１種以上およびＳ
を含有し、かつＣ、Siを含有する快削性焼結鍛造部品が
開示されている。この焼結鍛造部品はほぼ真密度に達し
ているため気孔がほとんどなく、気孔による熱伝導率の
低化や断続切削による切削性の劣化は少ないと考えられ
るが、密度が5.0 〜7.2g/cm³の気孔を含む一般の焼結部
品については言及されていない。

【０００９】本発明は、このような従来技術の欠点にか
んがみ、耐摩耗性、切削性に優れたアトマイズ鋼粉およ
びその焼結鋼を提案することを目的とする。

【００１０】

【課題解決のための手段】本発明は、Ｓ量0.05〜0.12
％、Cr量0.1 〜 0.3％、Mn量0.03〜 0.1％未満、Ｏ量
0.3％以下、残部がFeと不可避的不純物からなることを
特徴とする切削性、耐摩耗性に優れたアトマイズ鋼粉で
あり、この組成に、さらにNi量４％以下、Mo量４％以
下、Nb量0.05％以下、Ｖ量 0.5％以下、Si量 0.1％以下
およびAl量 0.1％以下の群から選ばれた１種以上を含ま
せたことを特徴とする切削性、耐摩耗性に優れたアトマ
イズ鋼粉である。

【００１１】またこれらアトマイズ鋼粉にNi源量５％以
下、Mo源量３％以下およびCu源量５％以下の群から選ば
れた１種以上を混合し、熱処理して拡散付着させた切削
性、耐摩耗性に優れた合金鋼粉である。これら合金鋼粉
は、Ｓ：0.05〜0.12％、Cr：0.1 〜0.3 ％、Mn：0.03〜
0.1 ％未満およびＯ：0.3 ％以下で、かつNi：5.0 ％以
下、Mo：3.0 ％以下およびCu：5.0 ％以下の群から選ば
れた１種以上、残部がFeと不可避的不純物とからなる組
成であり、また、Ｓ：0.05〜0.12％、Cr：0.1〜0.3
％、Mn：0.03〜0.1 ％未満およびＯ：0.3 ％以下で、か
つNi：9.0 ％以下、Mo：7.0 ％以下、Cu：5.0 ％以下、
Nb：0.05％以下、Ｖ：0.5 ％以下、Si：0.1 ％以下およ
びAl：0.1 ％以下の群から選ばれた１種以上、残部がFe
と不可避的不純物とからなる組成である。なお、Ni源と
してはNi粉、Mo源としてはMo粉、MoO₃粉、Cu源としては
Cu粉が使用できる。

【００１２】さらに本発明は、これらの鋼粉に黒鉛を0.
4 〜1.5 ％添加し、成形・焼結したことを特徴とする切
削性、耐摩耗性に優れた焼結鋼であり、また焼結鋼中の
気孔に黒鉛が0.1 ％以上残留し、MnS が鉄粒子内に存在
する組織を有するものである。

【００１３】

【作用】近年の焼結部品の性能の高度化に対応するに
は、鋼粉の基本性能として圧縮性は、例えば５t/cm² の
成形圧力で6.85g/cm³以上の圧縮密度を確保することが
汎用の鋼粉の工業的レベルであり、鋼粉の開発に当たっ
てはこの条件を満たすことが最低条件である。最近高強
度を得るために良く用いられる鋼粉の製造方法である合
金元素の拡散付着法に供するベースの鋼粉には更に高い
圧縮性が求められる。また鋼粉の製造工程もできるだけ
簡素で安定したものでなければならない。したがって、
アトマイズ鋼粉であればそれを還元粉末と混合するとい
うような複雑で不安定な製造方法は避けなければならな
い。

【００１４】本発明者らは、このような前提の基に耐摩
耗性および切削性に優れた鋼粉を開発するために、Crを
0.1％以上含有させたCr、Mn、Ｓ含有アトマイズ鋼粉お
よびその焼結鋼に着目し、鋭意検討を加えた。その結
果、Mnを0.03％以上 0.1％未満とすると、CrがMn、Ｓと
共存することにより、黒鉛が気孔に 0.1％以上残留し、
その大きさが平均10μm 以上となることを発見した。そ
して気孔に残留する黒鉛の平均の大きさが10μm 以上
で、その量が 0.1％以上を超え、同時にMnS が鉄粒子内
に析出していると切削性のなかでも旋削性が飛躍的に増
加することを見いだした。

【００１５】従来、溶製材の分野では旋削性を向上させ
るためには、MnS などの快削性の介在物を大きくするこ
とが必要であることが良く知られている。しかし、粉末
冶金の従来技術では、析出するMnS は５μm 以下、平均
１μm 程度と小さく、旋削性を格段に向上させるのは難
しかった。また、添加した黒鉛は焼結中に完全に鉄粒子
中に拡散してしまい、焼結体の気孔にはほとんど残らな
い。

【００１６】本発明における主たる快削性を担う介在物
は残留黒鉛とMnS である。本発明による残留黒鉛の大き
さは平均10μm 以上であり、MnS の大きさの10倍以上で
ある。そのような残留黒鉛を 0.1％以上含有するときは
旋削性の向上に非常に有効である。しかしながらMnS が
ほとんど析出しない、たとえばMn0.03％未満では旋削性
の向上は比較的小さく、MnS と 0.1％以上の残留黒鉛の
相乗効果により耐摩耗性と、切削性のなかで特に旋削性
に優れる焼結鋼が得られることが分かった。

【００１７】また本発明の範囲のCr、Mn、Ｓを含むアト
マイズ鋼粉に、更にNi、Mo、Nb、Ｖ、Si、Alを適量同時
に予合金したり、Ni、Mo、Cuを拡散付着させた鋼粉にお
いても、強度が上昇し、旋削性が向上することを見いだ
した。本発明で提案する気孔に黒鉛が残留した構造を有
する焼結鋼が得られるのは、焼結中にCrとＳの協調作用
により、C のγ粒内への拡散 (浸炭) を一部抑制し、焼
結後気孔に平均10μm 以上の大きさの黒鉛が残留するこ
とによるものである。また同時にアトマイズ中に予合金
として添加したMnとＳがMnS を形成するため、鉄粉粒子
内および粒界に直径５μm 以内のMnS が存在する組織が
得られる。

【００１８】以下に鋼粉および焼結体の成分の限定理由
を述べる。この鋼粉においてはCrとＳの協調効果により
焼結体中に黒鉛が気孔に残留するので、CrとＳが粉末中
に均一に分布しなければ、焼結体中に均一に黒鉛が分布
せず切削性が低下する。Ｓは、Crとの協調作用によりＣ
のγ粒内への拡散を抑制し、焼結後気孔に黒鉛が残留す
る焼結鋼組織を形成するためと、MnS を生成させるため
のＳ源として添加する。Ｓ含有量の下限値を0.05％とし
た理由はつぎの通りである。ＳはMnとの結合力が強いた
め、0.05％未満ではほとんどのＳはMnと反応しMnS とし
て析出する。一方CrとＳの協調作用によりC が鉄粉粒子
内に拡散するのを防止し、粒界や気孔にＣを黒鉛として
残留させる。したがってＳ含有量が0.05％未満では、こ
のＣの鉄粉粒子内への拡散防止効果が無くなり、ほとん
どのＣが粒子内に拡散してしまい、粒界気孔への黒鉛の
残留量が少なくなって切削性が向上しないことになるか
らである。Ｓ量を0.12％以下に限定した理由は、0.12％
を超えて添加された場合、焼結中にすすを発生しやす
く、焼結炉をいためることが懸念されるためである。

【００１９】Crは、耐摩耗性を向上させるためと、Ｓと
の協調作用によりＣのγ粒内への拡散を抑制し、焼結後
気孔に黒鉛が残留する焼結鋼組織を形成させるために含
有させる。Cr含有量を0.1 ％以上0.3 ％以下に限定した
理由は、0.1 ％未満では、残留黒鉛の量が0.1 ％未満と
なり旋削性が低下し、同時に急激に耐摩耗性が低下する
ためである。0.3 ％を超えるとCrの固溶効果により旋削
性が急激に低下するためである。

【００２０】Mnは、MnS を形成するためのMn源として添
加する。Mn含有量は0.03％以上0.1％未満とする。Mnが
0.03％未満ではMnS の析出が少なく旋削性が十分得られ
ない。0.1 ％以上では黒鉛の残留量が少なくなり、旋削
性が低下する。Mnはアトマイズ、仕上げ還元の間にMnS
を形成するために消費される。Mnが多い場合、黒鉛を残
留させるのに有効なCrとＳの組み合せに対して、Ｓの量
が少なくなり、焼結中に浸炭が進んで黒鉛の残留量が少
なくなるからである。

【００２１】粉末のＯ量は、0.3 ％以下に限定する。0.
3 ％を超えると、焼結中に添加した黒鉛がＣとして減少
する分が多くなり、結果として残留する黒鉛が少なくな
るためである。また粉末中のSi、AlがMnS の析出サイト
とならずにSiO₂、Al₂O₃ として単独に焼結体中に存在す
るようになり、切削性を低下させる。予合金成分とし
て、SiとAlは、Cr、Ｓと同様に浸炭を防止する効果があ
ることと、溶鋼からMnS が析出する際の析出サイトとな
るSiO₂、Al₂O₃ を析出させる効果があるため添加する。
Si、Alを0.1 ％以下としたのは、0.1 ％を超えるとSi
O₂、Al₂O₃ が多くなりすぎ、旋削性が急激に低下する。
またSi、Al量の添加量が少ない場合、その添加効果が小
さいのでSi、Alの添加量はそれぞれ0.01％から0.03％が
好適である。

【００２２】予合金成分として、Ni、Mo、Nb、Ｖは通常
の合金鋼粉同様、焼入性を高め、または析出効果により
所望の強度を得るために添加する。Cr、Ｓに加えNi、Mo
を予合金アトマイズすることにより、残留する黒鉛の大
きさが大きくなり、焼結鋼の硬度の上昇による切削性の
低下を小さくすることが分かった。Ni添加量を４％以
下、Moの添加量を４％以下としたのは、それぞれ４％を
超えると固溶硬化のため旋削性が劣化するためである。
好ましくはそれぞれ２％以下である。この２％以下の範
囲では残留する黒鉛の大きさが平均で30μm 以上とな
り、Ni、Moの固溶硬化による切削性の低下を最小のもの
とする。Nb添加量は0.05％以下、Ｖは0.5 ％以下とす
る。それぞれ0.05％、0.5 ％を超えると、生成する炭化
物、あるいは析出強化のため旋削性が低下するためであ
る。好ましい範囲はそれぞれ0.01％から0.03％、0.1 ％
から0.4 ％である。

【００２３】拡散合金成分として、Ni、Mo、Cuは通常の
合金鋼粉同様、所望の強度を得るために添加する。Ni、
Mo、Cuの添加量は、それぞれ５％以下、３％以下、５％
以下とする。それぞれ５％、３％、５％を超えるとその
固溶硬化のため切削性が低下するためである。好ましく
はそれぞれ４％以下、２％以下、２％以下である。この
範囲内でNi、Mo、Cuを拡散付着させることにより、理由
は不明であるが、残留黒鉛の大きさが30μm 程度まで大
きくなり、固溶硬化による切削性の低下を最小にするこ
とができる。たとえばNi源としてNi粉末、Mo源としてMo
O₃粉末やMo粉末、Cu源としてはCu粉末が好ましい。

【００２４】黒鉛：0.4 〜1.5 ％黒鉛は、通常の目的である鋼中に固溶させて所望の強度
を得るためと、本発明においては気孔に残留する黒鉛源
とするため上記で得られたアトマイズ鋼粉又は合金鋼粉
の成形・焼結に先立って添加する。添加する黒鉛量を0.
4 ％から1.5 ％としたのは、0.4 ％未満では強度が低く
なり、1.5 ％を超えると初析セメンタイトが析出して切
削性が低下する。そこで、好ましくは0.6 〜1.2 ％とす
る。この範囲の中で更にCr、Mn、Ｓが好適な範囲であれ
ば、焼結鋼中の黒鉛の大きさが平均10μm 以上となり、
切削性が向上する。

【００２５】すなわち本発明の鋼粉を通常のFe−Ｃ系、
Fe−Cu−Ｃ系で焼結すれば、MnS と気孔部に存在する残
留黒鉛を含有した切削性に優れた焼結鋼が得られる。前
記した特公平４−72905 号公報の気孔をほとんど含まな
い焼結鍛造鋼は、Ｓによって切削性を改善したものであ
り、本発明のMnS と気孔部に存在する残留黒鉛により、
気孔を有する焼結鋼の切削性を向上させる技術とは全く
異なる。

【００２６】また特公平４−72905 号公報の焼結鍛造鋼
のＣ含有量は0.4 ％であるのに対し、本発明において
は、残留黒鉛を生成させ、同時に基地に固溶する炭素を
確保するため、添加する黒鉛量は0.4 〜1.5 ％と多くな
っている。上述したように残留黒鉛やMnS の粒子の大き
さは切削性に大きな効果を有している。本発明により得
られる鋼粉では残留黒鉛は0.10％以上で、その大きさは
平均10μm 以上であり、また、MnS は１μm 程度の大き
さのために切削性に優れている。

【００２７】

【実施例】実施例１（請求項１に対応する実施例）表１に本発明例および比較例に用いたアトマイズ鋼粉の
化学組成を示す。これらの鋼粉は、溶鋼を水噴霧し、得
た生粉を窒素雰囲気中 140℃で60分乾燥した後、純水素
雰囲気 930℃で20分還元したのち、粉砕分級して製造し
た。

【００２８】得られた各鋼粉にステアリン酸亜鉛を１％
添加し、成形圧力５t/cm² で11φ×10mmのタブレットを
成形したときの圧粉密度を表1 に示す。本発明例に用い
た鋼粉はすべて6.85g/cm³以上の圧粉密度を示してい
る。これらの鋼粉に銅粉２％、ステアリン酸亜鉛１％と
し、天然黒鉛を表１に示した量を混合し、外径60φ、高
さ90mmの円板形状に、圧粉密度6.85g/cm³に成形し、11
30℃窒素雰囲気中で20分焼結した。

【００２９】切削性の試験は、超硬合金Ｋ10製のノーズ
半径 0.6ミリのスローアウエイチップを用いて、横逃げ
角 8.5°、すくい角５°、切削速度120m／分、切り込み
0.4mm 、送り速度0.25mm/revの条件で外周旋削加工を行
い、切削性の評価は、チップのフランク摩耗量が0.2mm
になるまでの切削距離（ｍ）を旋削寿命として表した。

【００３０】耐摩耗性は、大越式試験法により評価し
た。耐摩耗性の指標として10時間試験後の摩耗量（μ
ｍ）の測定値を用いた。残留黒鉛量は、硝酸溶解残査を
グラスフィルターでろ過し、赤外線吸収法で定量化し
た。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に切削性試験と耐摩耗性試験の結果を
まとめた。本発明の請求項１を満足する本発明例１から
８のアトマイズ鋼粉を焼結した場合、摩耗量は12〜18μ
m とCr量の少ない比較例１に比べ小さい。更に旋削寿命
を 15000ｍ以上確保でき、焼結後すすの発生も見られ
ず、炉を汚染することもない。これに対し低Crの比較例
１は耐摩耗性に劣り、高Crの比較例２、低Mnの比較例
３、高Mnの比較例４、低Ｓの比較例５および高酸素の比
較例７は切削性が劣る。高Ｓの比較例６は焼結後すすの
発生が見られる。

【００３３】実施例２（請求項２に対応する実施例）表２−１に本発明例および比較例に用いたアトマイズ鋼
粉の化学組成を示す。これらの鋼粉は、溶鋼を水噴霧し
得た生粉を窒素雰囲気中で 140℃で60分乾燥した後、純
水素雰囲気中 930℃で20分還元したのち、粉砕分級して
製造した。得られた鋼粉について実施例１と同様の方法
で圧縮性の評価を行ったが、本発明例に用いた鋼粉はす
べて５t/cm² の成形圧力で6.85g/cm³以上の圧粉密度を
示した。

【００３４】これらの鋼粉にステアリン酸亜鉛１％と
し、黒鉛を表２−２に示した量を混合し、外径60φ、高
さ90mmの円板形状に、圧粉密度6.85g/cm³に成形し、11
30℃窒素雰囲気中で20分焼結した。切削性と耐摩耗性の
評価と残留黒鉛の測定については実施例１と同じ方法を
採用した。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】表２−２に切削性試験と耐摩耗性試験の結
果をまとめて示した。本発明の請求項２を満足する本発
明例９から18のアトマイズ鋼粉を焼結した場合、摩耗量
は10〜15μm とCr量の少ない比較例10に比べ格段に小さ
い。更に旋削寿命を2200ｍ以上確保できる。また焼結後
すすの発生も見られず炉を汚染することもない。これに
対し低Crの比較例10は耐摩耗性および切削性に劣り、高
Crの比較例11、低Mnの比較例12、高Mnの比較例13、低Ｓ
の比較例14および高酸素の比較例16は切削性に劣る。高
Ｓの比較例15は焼結後すすの発生が見られる。Ni、Mo、
Nb、Ｖ、Si、Alの量が請求項２の範囲を超える比較例17
から22は切削性が劣る。

【００３８】実施例３（請求項３に対応する実施例）表３−１に本発明例および比較例に用いたアトマイズ鋼
粉（元粉）の化学組成と拡散付着物を示す。これらの鋼
粉は、溶鋼を水噴霧して得た生粉を窒素雰囲気中で 140
℃で60分乾燥した後、純水素雰囲気中 930℃で20分還元
したのち、粉砕分級して、まずＳ、Cr、Mnと残部がFeと
不可避的不純物からなる元粉を製造した。ついでこの元
粉にNi粉、MoO₃粉、Cu粉をＶ型混合機で所定量混粉し
た。この混合粉末をアンモニア分解雰囲気ガス中 900℃
30分加熱後徐冷した後、粉砕分級して表３−２に示す化
学組成の合金鋼粉を得た。

【００３９】この合金鋼粉にステアリン酸亜鉛１％と
し、黒鉛を表３−２に示した量を混合し、外径60φ、高
さ90mmの円板形状に、圧粉密度6.85g/cm³に形成し、11
30℃窒素雰囲気中で20分焼結した。切削性と耐摩耗性と
残留黒鉛の測定の評価は実施例１と同じ方法で行った。

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】表３−２に切削性試験と耐摩耗性試験の結
果をまとめた。本発明の請求項３を満足する本発明例19
から26の合金鋼粉を焼結した場合、摩耗量は10〜14μm
とCr量の少ない比較例25に比べ格段に小さい。更に旋削
寿命を2100ｍ以上確保できる。また焼結後すすの発生も
見られず炉を汚染することもない。これに対し低Crの比
較例25は耐摩耗性、切削性に劣り、高Crの比較例26、低
Mnの比較例27、高Mnの比較例28、低Ｓの比較例29および
高酸素の比較例31は切削性が劣る。高Ｓの比較例30は、
焼結後すすの発生が見られる。拡散付着物種のNi、Mo、
Cuの量が本発明の請求項３の範囲を超える比較例32から
34は切削性に劣る。

【００４３】実施例４（請求項４に対応する実施例）表４−１に本発明例および比較例に用いたアトマイズ鋼
粉（元粉）の化学組成と拡散付着物を示す。これらの鋼
粉は、溶鋼を水噴霧して得た生粉を窒素雰囲気中で 140
℃で60分乾燥した後、純水素雰囲気 930℃で20分還元し
たのち、粉砕分級してまずＳ、Cr、Mn、Ni、Mo、Nb、
Ｖ、Si、Alと残部がFeと不可避的不純物からなる元粉を
製造した。ついでこの元粉にNi粉、MoO₃粉、Cu粉をＶ型
混合機で所定量混粉した。この混合粉末をアンモニア分
解雰囲気ガス中 900℃で30分加熱、徐冷後、粉砕分級し
て表４−２に示す化学組成の合金鋼粉を得た。

【００４４】この合金鋼粉にステアリン酸亜鉛１％と
し、黒鉛を表４−３に示した量混合し、外径60φ、高さ
90mmの円板形状に、圧粉密度6.85g/cm³に成形し、1130
℃窒素雰囲気中で20分焼結した。切削性と耐摩耗性と残
留黒鉛の測定の評価については実施例１と同じ方法を採
用した。

【００４５】

【表６】

【００４６】

【表７】

【００４７】

【表８】

【００４８】表４−３に切削性試験と耐摩耗性試験の結
果をまとめた。請求項４を満足する本発明例27から36の
合金鋼粉を焼結した場合、摩耗量は12〜14μm とCr量の
少ない比較例37に比べ格段に小さい。更に旋削寿命を20
00ｍ以上確保できる。また焼結後すすの発生も見られ
ず、炉を汚染することもない。これに対し低Crの比較例
37は耐摩耗性、切削性に劣り、高Crの比較例38、低Mnの
比較例39、高Mnの比較例40、低Ｓの比較例41および高酸
素の比較例43は切削性に劣る。高Ｓの比較例42は焼結後
すすの発生が見られる。元粉のNi、Mo、Nb、Ｖ、Si、Al
含有量、拡散付着物種のNi、Mo、Cuの量が請求項４の範
囲を超える比較例44から49および52〜54は切削性に劣
る。

【００４９】実施例５（請求項５に対応する実施例）表１、表２、表３、表４の焼結体においてそれぞれ請求
項１、２、３、４を満足するアトマイズ鋼粉および合金
鋼粉に、黒鉛を 0.4から 1.5％添加した表１の本発明例
１から８、表２の実施例９から18、表３の本発明例19か
ら26、表４の本発明例27から36は摩耗量は10〜18μm で
あり、更に旋削寿命を2000ｍ以上確保できる。また焼結
後すすの発生も見られず炉を汚染することもない。

【００５０】これに対し黒鉛添加量の少ない表１の比較
例８、表２の比較例23、表３の比較例35、表４の比較例
50では切削性、耐摩耗性が劣り、黒鉛添加量の多い表１
の比較例９、表２の比較例24、表３の比較例36、表４の
比較例51は切削性が劣る。実施例６（請求項６に対応する実施例）実施例１の表１、実施例２の表２、実施例３の表３、実
施例４の表４の焼結体について、焼結鋼中の黒鉛の存在
状況を以下の方法で評価した。

【００５１】表１の本発明例１から８、表２の本発明例
９から18、表３の本発明例19から26、表４の本発明例27
から36のアトマイズ鋼粉および合金鋼粉を焼結した場
合、摩耗量は10〜18μm と比較例に比べ小さく、更に旋
削寿命を2000ｍ以上確保できることがわかる。これらの
場合、各表に示すように残留黒鉛量が0.10％以上であ
り、その平均の大きさは10μm 以上であり、ＥＰＭＡに
よるＣマッピングの結果気孔部に黒鉛が集中して残留し
ていた。

【００５２】これに対し表１の低Crの比較例１、高Mnの
比較例４、低Ｓの比較例５、黒鉛添加量の低い比較例８
では残留黒鉛量が0.10％未満であり、気孔部に残留した
黒鉛はＥＰＭＡによるＣマッピングでは確認できず、切
削性に劣る。表２、表３、表４においても同様のことが
確認される。最後に、残留黒鉛の平均の大きさと量の関
係を説明する。表１からわかるようにCrとMn、Ｓを含む
予合金粉末では残留黒鉛量が 0.1％以上で平均の大きさ
が10μm 以上の場合、切削性に優れる。いずれの場合も
MnS の大きさは３μm 以下であり小さかった。またMnS
の生成のない低Mnの比較例３では切削性が劣り、焼結鋼
中に存在するMnS も良好な旋削性には必要なことが分か
る。

【００５３】表２、３、４から予合金中のNi、Moが２％
以下と好適範囲の場合、また拡散付着成分のNi、Mo、Cu
が各４、２、２％以下の場合は、残留黒鉛の大きさが30
μm以上となり、固溶硬化等による切削性の低下を少な
くしていることが分かる。

【００５４】

【発明の効果】本発明により耐磨耗性に優れ、しかも切
削性にも優れた鋼粉が実用化され、汎用ばかりでなく、
高強度合金鋼粉の切削性も著しく高めることができ、そ
の工業的効果は大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓ量0.05〜0.12wt％、Cr量0.1 〜0.3 wt
％、Mn量0.03〜0.1wt％未満、Ｏ量 0.3wt％以下、残部
がFeと不可避的不純物からなることを特徴とする切削
性、耐摩耗性に優れたアトマイズ鋼粉。
【請求項２】請求項１記載の組成に加え、更にNi量４
wt％以下、Mo量４wt％以下、Nb量0.05wt％以下、Ｖ量
0.5wt％以下、Si量 0.1wt％以下およびAl量 0.1wt％以
下の群から選ばれた１種以上を含むことを特徴とする切
削性、耐摩耗性に優れたアトマイズ鋼粉。
【請求項３】請求項１記載のアトマイズ鋼粉にNi源量
５wt％以下、Mo源量３wt％以下およびCu源量５wt％以下
の群から選ばれた１種以上を混合し、熱処理して拡散付
着させたことを特徴とする切削性、耐摩耗性に優れた合
金鋼粉。
【請求項４】請求項２記載のアトマイズ鋼粉にNi源量
５wt％以下、Mo源量３wt％以下およびCu源量５wt％以下
の群から選ばれた１種以上を混合し、熱処理して拡散付
着させたことを特徴とする切削性、耐摩耗性に優れた合
金鋼粉。
【請求項５】請求項１、２、３又は４記載の鋼粉に、
更に黒鉛を0.4 〜 1.5wt％添加し、成形・焼結したこと
を特徴とする切削性、耐摩耗性に優れた焼結鋼。
【請求項６】請求項５記載の焼結鋼中の気孔に黒鉛が
0.1wt％以上残留し、MnS が鉄粒子内に存在した組織を
有することを特徴とする切削性、耐摩耗性に優れた焼結
鋼。