JPH07243009A

JPH07243009A - Ｃｒ含有鋼及びその粉末

Info

Publication number: JPH07243009A
Application number: JP6064503A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Suzuki; 喜代志鈴木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1995-09-19

Abstract

(57)【要約】【目的】水アトマイズによって、球形に近い形状のＣ
ｒ含有鋼粉末を得て、安価で射出成形性のよい金属射出
成形用（ＭＩＭ用）粉末を提供する。【構成】Ｓｉ／Ｍｎ比を２以下とし、かつ、Ｓを０．
０４〜０．１５ｗｔ％添加したＳＵＳ３１６相当のＣｒ
含有鋼。特に、Ｓｉを０．３〜０．７ｗｔ％含有し、Ｓ
の添加量を０．０７ｗｔ％とする。このＣｒ含有鋼を水
アトマイザーで粉末化し、平均粒径３〜２５μｍのＭＩ
Ｍ用粉末を製造する。【効果】球形に近い粉末を製造することができ、タッ
プ密度、射出成形性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水アトマイズ製のＣｒ
含有鋼粉末及びその製造に適するＣｒ含有鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
ステンレス鋼を溶解し、アトマイザーに注湯して粉末化
し、この粉末をメタルインジェクションモールディング
（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ；
ＭＩＭ）や、樹脂混合などに用いる場合があった。

【０００３】ところで、アトマイズの方法として水アト
マイズ法とガスアトマイズ法が知られている。水アトマ
イズ法ではアトマイザーに注湯される溶鋼を急冷するこ
とになるので、この方法によって製造したステンレス鋼
粉末は、図３（ｂ）の写真に表すような異形粉となって
いた。このような異形粉では、タップ密度が上がらず焼
結体の品質に問題が生じるおそれがあった。また、ＭＩ
Ｍにおける射出成形性も劣っていた。

【０００４】一方、ガスアトマイズ法によれば球状化し
た粉末を製造することができ、タップ密度の向上やＭＩ
Ｍでの射出成形性の向上を図ることができる。しかし、
ガスアトマイズ粉は製造コストが高く、実用上問題があ
った。そこで、本発明は、タップ密度の高い水アトマイ
ズ製のＣｒ含有鋼粉末を提供することをことを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するためになされた本発明の水アトマイズ用のＣｒ含
有鋼は、ＳｉとＭｎの含有比率をＳｉ／Ｍｎ≦２とした
ことを特徴とする。ここで、Ｃｒ含有鋼とは、オーステ
ナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マ
ルテンサイト系ステンレス鋼、２相系ステンレス鋼など
ステンレス鋼全般を含む。Ｓｉ及びＭｎの含有量は、望
ましくはそれぞれ０．８ｗｔ％以下、より望ましくはそ
れぞれ０．７ｗｔ％以下とする。Ｓｉ及びＭｎが０．８
ｗｔ％より多い場合には、酸素が０．８ｗｔ％以上と高
くなり、かつ、異形粉となるからである。また、Ｓｉ及
びＭｎを０．７ｗｔ％以下に抑えると、特に粉末の低酸
素化、球状化の点で効果があるからである。

【０００６】なお、Ｓｉ／Ｍｎ比は、限りなく０に近く
して構わない。Ｓｉが少なくなると脱酸作用が不十分と
なるが、このＣｒ含有鋼から水アトマイズで製造した粉
末を焼結する場合には、この焼結時にＯが飛んでしまう
ので問題がない場合が多いからである。即ち、焼結粉末
の製造用なら、Ｃｒ含有鋼中のＳｉは不純物同様に極微
量で差し支えないのである。ただし、水アトマイズの際
の注湯ノズル閉塞を防止する観点からは、Ｓｉ含有量は
０にせず、０．３ｗｔ％以上としておくとよい。

【０００７】本発明のＣｒ含有鋼によれば、水アトマイ
ズした場合に球状化し易く、タップ密度が向上する。ま
た、本発明では、上記Ｃｒ含有鋼において、Ｓを０．０
４〜０．１５ｗｔ％の割合で添加したＣｒ含有鋼をも完
成している。このＣｒ含有鋼によれば、水アトマイズ粉
の球状化はかなり顕著となり、タップ密度が大幅に向上
する。Ｓの添加量が０．０４ｗｔ％から増加するほど水
アトマイズ時の球状化が進むらしく、タップ密度はＳの
添加量が多くなるほど増大する。

【０００８】特に、Ｓを０．０７ｗｔ％以上添加すると
その効果が顕著となる。ただし、Ｓ添加量が０．０７ｗ
ｔ％でほぼサチュレートし、それ以上Ｓ添加量を増やし
てもそれほどタップ密度は向上しない。Ｓの上限を０．
１５ｗｔ％にしているのは、このためである。即ち、Ｓ
をこれ以上添加してもタップ密度向上効果はそれほど増
大することがなく、むしろ、Ｓを嫌う場合があることを
考慮すると上限を０．１５ｗｔ％に制限するのが望まし
いのである。なお、Ｓ添加による効果のピークが０．０
７ｗｔ％辺りにあることからすれば、より望ましくは、
Ｓ添加量の上限を０．１ｗｔ％に抑えるべきである。

【０００９】本発明はさらに、これらの水アトマイズ用
Ｃｒ含有鋼において、Ｂを０．００１〜１ｗｔ％の割合
で添加した水アトマイズ用Ｃｒ含有鋼をも完成してい
る。Ｂを添加することにより、水アトマイズ時の球状化
が一層進む。従って、特に、ＭＩＭ用の粉末として用い
るとき、射出成形性が非常によくなる。なお、Ｂの添加
量の下限を０．００１ｗｔ％とするのは、これ未満では
Ｂ添加による効果を発揮できず、単なる不純物と変わら
ないからである。一方、Ｂ添加量の上限を１ｗｔ％にし
ているのは、これより多く添加すると融点が下がり過ぎ
てしまい、焼結が過焼結となり、焼結品としての特徴が
なくなってしまうからである。なお、融点の低下は、Ｂ
を０．１ｗｔ％添加したとき約９℃ほどである。

【００１０】ＭＩＭ用としては、これらのＣｒ含有鋼を
用いて、水アトマイズにより製造した平均粒径が３〜２
５μｍのＣｒ含有鋼粉末を用いる。上記Ｃｒ含有鋼を水
アトマイズするので、その粒子は球状、ラグビーボール
状など角のないものとなる。従って、射出成形の際に快
適に射出することができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、実
施例を以下に説明する。実施例では、ＳＵＳ３１６相当
のＣｒ含有鋼（オーステナイト系ステンレス鋼）におい
てＳｉ／Ｍｎの比や、Ｓ含有量、Ｂ含有量などを種々に
調整したものを用いて、水アトマイズにより粉末を製造
した。

【００１２】まず、水アトマイズに用いたＣｒ含有鋼の
組成を表１に示す。Ｎｏ．１〜９，１１，１２が本発明
の実施例に相当し、Ｎｏ．２１，２２が比較例としての
従来例に相当する。

【００１３】

【表１】

【００１４】上記Ｎｏ．１〜９，１１〜１５，２１〜２
３の各Ｃｒ含有鋼を、水アトマイザーにかけて高圧アト
マイズを実施して粉末化する。水アトマイズの条件は以
下の通りである。噴射圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上、
注湯ノズル径１〜１０ｍｍφの条件で微粉化した。

【００１５】そして、こうして水アトマイザーのチャン
バー内に溜まった水及び粉末を取り出してサイクロンに
かけ、沈降槽と回収槽とからそれぞれ粉末を取り出す。
沈降槽にはサイクロンからオーバーフローした比較的粒
径の小さい粉末が沈降回収される。一方、回収槽の方に
は粒径の大きい粉末が直接回収される。これらの粉末を
乾燥した後、各種粒度に分級する。こうして各種粒度に
分級された粉末を、平均粒径が３〜２５μｍになるよう
にブレンドする。そして、日本粉末冶金工業規格の「Ｊ
ＰＭＡＰ０８−１９９０：金属粉のタップ密度試験
方法」に定められた試験方法にてタップ密度を測定し
た。

【００１６】それぞれのＳｉ／Ｍｎ比、タップ密度及び
平均粒径を表２に示す。なお、Ｎｏ．１〜３は沈降槽及
び回収槽の双方の粉末をブレンドしたものの結果、Ｎ
ｏ．４，５は回収槽の方の粉末のみによる結果、それ以
外は、沈降槽の方の粉末のみによる結果である。

【００１７】

【表２】

【００１８】上記表２の結果をさらに分かりやすくする
ため、Ｓｉ／Ｍｎ比を横軸にとり、タップ密度を縦軸に
とってグラフに表した。これを図１に示す。図１には、
Ｎｏ．１〜９を●で、Ｎｏ．１１〜１５を○で、Ｎｏ．
２１〜２３を△で示した。●同士の比較から分かるよう
に、Ｓｉ／Ｍｎ比が小さくなると相対的にタップ密度が
上昇するということが分かる。このことは、○と△とを
比較しても同様である。

【００１９】また、●（Ｎｏ．５，Ｎｏ．６）と○（Ｎ
ｏ．１１，１２）を比較すると分かるように、Ｓｉ／Ｍ
ｎ比が同じなら、Ｓを添加したもの（●）の方がタップ
密度が向上することがわかる。次に、Ｓの含有量とタッ
プ密度との関係をまとめて図２のようにグラフに表して
みた。このグラフにおいても、Ｎｏ．１〜９を●で、Ｎ
ｏ．１１〜１５を○でプロットした。この図から分かる
ように、Ｓｉ／Ｍｎ≦２では、Ｓの添加量が多くなるほ
どタップ密度は向上し、０．０７ｗｔ％をピークに、そ
れ以上添加してもタップ密度はむしろ若干低下する傾向
にあった。また、Ｓを０．０４ｗｔ％程度添加すれば、
それなりの向上（○に比べて約１０％程度以上の密度ア
ップ）が見られることが分かる。これらのことから、Ｓ
は０．０４ｗｔ％以上、特に、０．０７ｗｔ％以上を添
加することが望ましいといえる。

【００２０】次に、Ｎｏ．３とＮｏ．２１による水アト
マイズ粉末の走査形電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）を比
較してみた。Ｎｏ．３の写真を図３（ａ）に、Ｎｏ．２
１の写真を同図（ｂ）に示す。倍率は共に８００倍であ
る。これらの写真から分かるように、従来品に相当する
Ｎｏ．２１の粉末は複雑な形状の異形粉末であるが、Ｎ
ｏ．３の方の粉末は球に近い形状をしている。この形状
の相違がタップ密度の差として表れたものと考えられ
る。このように、本実施例で取り扱うような平均粒径３
〜２５μｍの粉末では、球状粉末の方が振動によって充
填密度を高め易いのである。

【００２１】次に、Ｎｏ．２，３及び２１について、射
出成形性を測定した。射出成形性は、射出式粘度測定法
の試験機を用い、射出荷重１０ｋｇで、孔径２ｍｍφか
ら射出し、流動性を測定した。使用バインダー量は９．
５％を使用した。この測定の結果を表３に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】表３から分かるように、実施例であるＮ
ｏ．２，３は、従来例であるＮｏ．２１に比べると、極
端に射出成形性が向上していることが分かる。これもや
はり、実施例の粉末が非常に球形に近い形状をしている
ことによるものと考えられる。次に、Ｂを添加したこと
による効果を確認するため、Ｎｏ．４，５の粉末につい
てもＳＥＭ写真を比較してみた。Ｎｏ．４の写真を図４
（ａ）に、Ｎｏ，５の写真を同図（ｂ）に示す。この写
真からは、Ｂを添加したＮｏ．５の方がより球形に近い
粉末となっていることが分かる。このことからすると、
Ｂを添加したＮｏ．５の粉末の方が射出成形性がよく、
ＭＩＭにはよく適するものと考えられる。なお、Ｎｏ．
５のタップ密度がＮｏ．４よりも低いのは、Ｂを添加し
たことにより、粉末内にボイド空間ができ易くなり、タ
ップ密度が小さくなったためと考えられる。

【００２４】以上のように、実施例と従来例とを比較
し、また、実施例同士を比較することにより、平均粒径
３〜２５μｍの水アトマイズ製のＣｒ含有鋼粉末におい
ては以下のことが分かった。（１）Ｓｉ／Ｍｎ比が２．０以下ではタップ密度が、
３．０以上に向上する（Ｎｏ．１〜９，１１〜１５とＮ
ｏ．２１〜２３との対比より）。

【００２５】（２）Ｓｉ／Ｍｎ≦２．０、かつ、Ｓ≧
０．０４ｗｔ％とすると、タップ密度がほぼ４以上にま
で向上する（Ｎｏ．１〜９とＮｏ．１１〜１５との対比
より）。（３）Ｂを添加すると、非常に球形に近いＣｒ含有鋼の
粉末を、水アトマイズで製造することができる（Ｎｏ．
４とＮｏ．５との対比より）。

【００２６】（４）球形になることで、タップ密度だけ
でなく射出成形性も従来品に比べて大幅に向上する（Ｎ
ｏ．２，３とＮｏ．２１との対比より）。次に、Ｓｉ，
Ｍｎの含有量と、水アトマイズの際の注湯状況との関係
を調べた結果について説明する。これは、ＳＵＳ３１６
相当のＣｒ含有鋼において、Ｓｉ及びＭｎの添加量だけ
を種々に変え、水アトマイズの際にタンディッシュの注
湯ノズルが閉塞するか否かについて調べた結果である。
結果は図５のグラフに示すとおりである。

【００２７】このグラフにおいて、Ｓｉ／Ｍｎ＝１のケ
ースについて検討すると、Ｓｉ及びＭｎが共に、約０．
７ｗｔ％ずつ又は約０．４ｗｔ％ずつの場合には、注湯
ノズルにおける重大な閉塞は発生しなかったことが分か
る。一方、Ｓｉ，Ｍｎが共に０．３ｗｔ％を下回ってい
る場合には、注湯ノズルが閉塞を起こしてしまい不適当
であった。なお、ノズルの閉塞は、Ｃｒ，Ｓｉ，Ｍｎ，
Ｏの析出によるものであった。Ｓｉ／Ｍｎ＝１以外のケ
ースでは、Ｍｎが０．２ｗｔ％を下回っていてもＳｉの
方が０．８ｗｔ％含有されているケースでは注湯ノズル
の閉塞は生じなかった。これらより、注湯ノズルの閉塞
を防止するという観点からは、Ｓｉ含有量は０．３ｗｔ
％より多いこと、特に、０．４ｗｔ％以上が望ましいこ
とが理解できる。従って、ＳｉとＭｎが共に０．３ｗｔ
％以上が望ましく、さらに、図５のハッチングで囲まれ
る領域内に入るようにＳｉ，Ｍｎの添加量を決定するこ
とが一層望ましいということもできる。

【００２８】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
は上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲内で種々なる態様にて実現することが
できることはいうまでもない。例えば、ＳＵＳ３１６以
外のオーステナイト系ステンレス鋼に本発明を適用して
もよいし、オーステナイト系に限らずフェライト系ステ
ンレス鋼やその他のＣｒ含有鋼に本発明を適用しても構
わない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のＣｒ含有鋼
によれば、水アトマイズによっても球形に近い形状の粉
末を得ることができ、水アトマイズ粉末のタップ密度を
大幅に向上させることができる。この結果、安価で射出
成形性のよいＭＩＭ用粉末を提供することも可能になっ
た。また、タップ密度が高いので、締まった焼結品を製
造することができる。特に、請求項２記載のＣｒ含有鋼
によれば、水アトマイズの際の注湯ノズルの閉塞事故も
引き起こすことがない。

【００３０】また、本発明のＣｒ含有鋼粉末によれば、
ＭＩＭ用として好適に射出成形をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例におけるＳｉ／Ｍｎ比とタップ密度と
の関係を示すグラフである。

【図２】実施例におけるＳ添加量とタップ密度との関
係を示すグラフである。

【図３】実施例及び比較例のＣｒ含有鋼粉末の粒子構
造の顕微鏡写真である。

【図４】実施例及び比較例のＣｒ含有鋼粉末の粒子構
造の顕微鏡写真である。

【図５】実施例におけるＳｉ及びＭｎ含有量と水アト
マイズ時の注湯ノズル閉塞との関係を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｉとＭｎの含有比率をＳｉ／Ｍｎ≦２
としたことを特徴とする水アトマイズ用のＣｒ含有鋼。
【請求項２】請求項１記載のＣｒ含有鋼において、Ｓ
ｉの含有量を０．３ｗｔ％以上としたことを特徴とする
Ｃｒ含有鋼。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のＣｒ含
有鋼において、Ｓを０．０４〜０．１５ｗｔ％の割合で
添加したことを特徴とするＣｒ含有鋼。
【請求項４】請求項３に記載のＣｒ含有鋼において、
Ｓを０．０７ｗｔ％以上添加したことを特徴とするＣｒ
含有鋼。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
Ｃｒ含有鋼において、Ｂを０．００１〜１ｗｔ％の割合
で添加したことを特徴とするＣｒ含有鋼。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
Ｃｒ含有鋼を用いて、水アトマイズにより製造した平均
粒径が３〜２５μｍのＣｒ含有鋼粉末。