JPH0849047A

JPH0849047A - 粉末冶金用合金鋼粉

Info

Publication number: JPH0849047A
Application number: JP6182595A
Authority: JP
Inventors: Minoru Nitta; 稔新田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JP3446322B2

Abstract

(57)【要約】【目的】圧縮性が良く、しかも高強度の焼結材および
浸炭焼入れ材が得られるような合金鋼粉を提供する。【構成】Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：０．１％以下、
Ｍｎ：０．３％以下、Ｍｏ：０．１〜６．０％、Ｖ：
０．０５〜２．０％、Ｏ：０．２５％以下の予合金鋼粉
をベースとし、これにＭｏ粉、Ｃｕ粉、Ｎｉ粉、Ｃｏ
粉、Ｗ粉を混合または拡散付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度の焼結材、焼結
浸炭焼入れ材、焼結鍛造材および焼結鍛造浸炭焼入れ材
の製造に適した、粉末冶金用のMo−Ｖ予合金鋼粉および
Mo粉、Cu粉、Ni粉、Co粉およびＷ粉の１種以上を部分的
に拡散付着した部分拡散Mo−Ｖ予合金鋼粉に関するもの
であり、浸炭、窒化、焼入れ等の熱処理用として好適に
用いられる。

【０００２】

【従来の技術】合金鋼粉を原料にした粉末冶金プロセス
で製造される焼結材、焼結浸炭焼入れ材、焼結鍛造材、
焼結鍛造浸炭焼入れ材等（サイジングやコイニングや切
削や穿孔等の加工による寸法や形状の矯正・造形加工、
ショットピーニングや浸炭窒化等の表面処理も含むので
以下「焼結熱処理材」という）は、次第に高強度部品の
領域にまで拡大されつつある。例えば、自動車部品とし
てのギヤなどには高い引張強さと疲れ強さが要求され
る。粉末冶金法で自動車ギヤを製造する場合、引張強さ
と疲れ強さの向上のためにMo、Cu、Ni、Co、Ｗ、Mn、C
r、Ｖ、Ｐ、Siなどを合金化させた鉄系の焼結熱処理材
を製造し、浸炭、窒化−焼入れ−焼戻し熱処理を行う。
一般に、鉄系の焼結熱処理材は、その引張強さが高いほ
ど疲れ強さも高くなるので、引張強さの高くなる合金鋼
粉の開発が行われてきている。鉄系の焼結熱処理材の高
強度化には、基地（マトリックスともいう）強化、
高圧縮性（空孔減少化）および低酸素量化（低介在物
量化）を図る必要があり、鉄粉の製造工程あるいは圧縮
成形する前の混合工程（原料粉の段階ともいう）で、
Ｃ、Mo、Cu、Ni、Co、Ｗ、Mn、Cr、Ｖ、Ｐ、Siなどの合
金元素を加える。

【０００３】原料粉の段階で、Ｃ、Mo、Cu、Ni、Co、
Ｗ、Mn、Cr、Ｖ、Ｐ、Siなどの合金元素を加えた粉末と
して、 (1) 純鉄粉に各合金元素粉末を配合した混合粉 (2) 完全に各元素を合金化した予合金鋼粉 (3) 純鉄粉や予合金鋼粉の表面に各合金元素粉末を部分
的に拡散付着した部分拡散合金鋼粉（複合合金鋼粉とも
いう）が製造されている。

【０００４】(1) の純鉄粉に各合金元素粉末を配合した
混合粉は、の純鉄粉並みの高圧縮性を確保できるとい
う利点がある。しかしながら、焼結の際には、添加した
Feより活性金属であるMn、Cr、Ｖ、Siなどは焼結雰囲気
や浸炭雰囲気のCO₂濃度や露点を低く厳密に制御しない
と酸化を起こしての低酸素量化を図れず、さらに、各
合金元素がFe中に十分拡散せずに不均質組織のままとな
っての基地強化を達成できないという問題がある。

【０００５】このために、(1) の純鉄粉に各合金元素粉
末を配合した混合粉は、近年の高強度化の要求に対応で
きず、使用されない状態に至っている。これに対し、
(2) の各元素を完全に合金化した予合金鋼粉は、溶鋼を
アトマイズして製造するため、溶鋼のアトマイズ工程で
の酸化と完全合金化による固溶硬化作用を生ずるが、M
o、Mn、Cr、Ｖ、Siなどの合金元素の種類と量を限定す
ることにより、の低酸素量化との純鉄粉並みの高圧
縮性とを確保できる。また、の完全合金化による基地
強化の可能性があり、高強度用の予合金鋼粉として開発
が行われている。

【０００６】また、(3) の部分拡散合金鋼粉は、純鉄粉
や予合金鋼粉に各元素の金属粉末を配合し非酸化性また
は還元性の雰囲気のもとで加熱して、純鉄粉や予合金鋼
粉の表面に各金属粉末を部分的に拡散接合して製造する
ため、(1) の混合粉および(2) の予合金鋼粉の良い点を
組み合わせることができる。したがっての低酸素量化
との純鉄粉並みの高圧縮性とを確保でき、完全合金相
と部分的な濃化相からなる複合組織となっての基地強
化の可能性があり、高強度用の部分拡散予合金鋼粉とし
て開発が行われている。

【０００７】予合金鋼粉および部分拡散予合金鋼粉の基
本的な合金成分としてMoが多くの場合用いられている。
これは鉄鋼材料の強化元素としてMoが用いられるのと同
じ理由による。すなわち、Moは鉄鋼材料においてフェラ
イトの生成を防ぎ、ベイナイト組織化して母相（マトリ
ックス）を変態強化し、母相と炭化物に分配して母相を
固溶強化するとともに、微細炭化物となって母相を析出
強化する。さらには、ガス浸炭性が良く非粒界酸化元素
なので浸炭強化する。

【０００８】そこで、Moを必須として含みMn、Cr、Ｖ、
Siを制限した高強度用の予合金鋼粉に関するものとして
は、特公昭58-10962号公報、特公平4-74406 号公報、特
開昭59-226153 号公報、特公平4-59361 号公報、特開昭
61-295302 号公報およびWO90/06198号公報が知られてい
る。また、Moを必須として含み、Mn、Cr、Ｖ、Siを制限
した高強度用の予合金鋼粉を母粉として、これにCu粉ま
たは酸化Cu粉およびNi粉または酸化Ni粉を部分的に拡散
付着した部分拡散予合金鋼粉関するものとしては、特公
昭63-66362号公報、特公平5-68522 号公報および特公平
6-19081 号公報が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】Moを必須として含み、
Mn、Cr、Ｖ、Siを限定した高強度用の公知の予合金鋼粉
については、次の問題点がある。特公昭58-10962号公報
に記載の予合金鋼粉は、Mnが0.35〜1.50％と高いため、
水アトマイズ、還元焼鈍、焼結および浸炭焼入れの各工
程でMnが酸化し、かつ浸炭焼入れ材は残留オーステナイ
トが増加するため合金量の割りには強度が低いという問
題点がある。

【００１０】特公平4-74406 号公報および特開昭59-226
153 号公報に記載の予合金鋼粉は、Ｃが0.03〜0.4 ％と
高いため、圧縮性が悪いという問題点がある。特公平4-
59361 号公報に記載の予合金鋼粉は、Crが0.1 〜0.3 ％
と高いため、水アトマイズ、還元焼鈍、焼結および浸炭
焼入れの各工程でCrが酸化し、かつ浸炭焼入れ材は残留
オーステナイトが増加するため合金量の割りには強度が
低いという問題点がある。

【００１１】特開昭61-295302 号公報およびWO90/06198
号公報に記載の予合金鋼粉は、Moが0.2 〜最大2.5 ％と
いった単一元素の予合金なので、浸炭焼入れ材の強度が
低いという問題点がある。また、Moを必須として含み、
Mn、Cr、Ｖ、Siなどを限定した高強度用の予合金鋼粉を
母粉とし、これにCu粉または酸化Cu粉およびNi粉または
酸化Ni粉を部分的に拡散付着した公知の部分拡散予合金
鋼粉についても、次の問題点がある。

【００１２】特公昭63-66362号公報および特公平5-6852
2 号公報に記載の部分拡散予合金鋼粉は、Moが0.1 〜最
大2.0 ％といった単一元素の予合金なので、浸炭焼入れ
材の強度が低いという問題点がある。特公平6-19081 号
公報に記載の部分拡散予合金鋼粉は、Mnを0.05〜0.25％
含むが、Moが0.2 〜1.5 ％であるため、このMn量ではMn
による基地強化はない。したがってこれもMoの単一元素
の予合金と同じで、浸炭焼入れ材の強度が低いという問
題点がある。

【００１３】本発明は、前記問題点である粉末の段階に
おけるの低酸素量化との純鉄粉並みの高圧縮性とを
確保し、かつ焼結材または浸炭焼入れ材におけるの低
酸素量化との基地強化を達成した、MoとＶを必須元素
として含む、高強度用の予合金鋼粉および部分拡散予合
金鋼粉を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の問題点
を解決した、粉末段階におけるの低酸素量化との純
鉄粉並みの高圧縮性とを確保し、かつ焼結材または浸炭
焼入れ材におけるの低酸素量化との基地強化を向上
した、Ｃ：0.02％以下、Si：0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以
下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以下、Cr：0.1 ％以
下、Ｏ：0.25％以下とし、Mo：0.1 〜6.0 ％とＶ：0.05
〜2.0 ％とを基本組成として予合金で含む鋼粉である。

【００１５】本発明のMo−Ｖ予合金鋼粉は、溶鋼のアト
マイズ工程、還元焼鈍工程、焼結工程および浸炭焼入れ
などの熱処理工程でＦｅより易酸化性の元素の量を低く
制限することにより、低酸素量化を達成できるという知
見に基づいている。本発明のMo−Ｖ予合金鋼粉は、低酸
素量化、低炭素量化およびマトリックスの硬さが純鉄並
みであることにより純鉄粉並みの高圧縮性を確保できる
という知見に基づいている。

【００１６】本発明のMo−Ｖ予合金鋼粉は、Mo単一予合
金鋼粉に比べ、黒鉛と混合して焼結し、さらに熱処理し
た場合、Mo炭化物に加えて、Mo- Ｖの相互作用により一
層微細なＶ炭化物を析出し、かつ組織が微細化するため
に一段と高強度化を達成できるという知見に基づいてい
る。本発明のMo−Ｖを必須とし、さらにCu、Ni、Coおよ
びＷの１種以上を含む予合金鋼粉は、Ｃを含む焼結熱処
理材においてマトリックスを固溶強化し、かつ組織が微
細化するために一段と高強度化を達成できるという知見
に基づいている。

【００１７】本発明のMo−Ｖを必須とし、またはさらに
Cu、Ni、CoおよびＷの１種以上を予合金して含み、これ
らにNbおよびＢの１種以上を含む予合金鋼粉は、Ｃを含
む焼結熱処理材においてマトリックスを固溶強化と、Nb
およびＢの炭窒化物の析出と、組織が微細化するために
一段と高強度化を達成できるという知見に基づいてい
る。

【００１８】本発明のMo−Ｖを必須として含む予合金鋼
粉にMo粉、Cu粉、Ni粉、Co粉およびＷ粉の１種以上を配
合した鋼粉は、同一組成の予合金鋼粉に比べ、圧縮性が
優れるためにＣを含む焼結熱処理材において一段と高強
度化を達成できるという知見に基づいている。本発明の
Mo−Ｖを必須として含む予合金鋼粉を母粉とし、これに
Mo粉または酸化Mo粉、Cu粉または酸化Cu粉、Ni粉または
酸化Ni粉、Co粉または酸化Co粉およびＷ粉または酸化Ｗ
粉をMo、Cu、Ni、CoおよびＷとして１種以上を部分的に
拡散付着した部分拡散予合金鋼粉は、Mo単一予合金鋼粉
を用いた部分拡散予合金鋼粉に比べ、Ｃを含む焼結熱処
理材において組織が複合化するとともに微細化するため
に一段と高強度化を達成できるという知見に基づいてい
る。

【００１９】すなわち本発明は以下の手段から構成され
る。重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.1 ％以下、Mn：0.
3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以下、Cr：0.1
％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05
〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下を予合金して含み、残部がFe
および不可避的不純物からなることを特徴とする粉末冶
金用合金鋼粉であり、重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.
1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03
％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜
6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下と、Cu：4.
0 ％以下、Ni：6.0 ％以下、Co：10.0％以下、Ｗ：4.0
％以下のうちの１種以上とを予合金して含み、残部がFe
および不可避的不純物からなることを特徴とする粉末冶
金用合金鋼粉であり、重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.
1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03
％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜
6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下と、Nb：0.
10％以下またはＢ：0.03％以下の１種以上とを予合金し
て含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを
特徴とする粉末冶金用合金鋼粉であり、重量％でＣ：0.
02％以下、Si：0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03
％以下、Ｓ：0.03％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％
以下、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25
％以下と、Cu：4.0 ％以下、Ni：6.0 ％以下、Co：10.0
％以下、Ｗ：4.0 ％以下のうちの１種以上と、さらにN
b：0.10％以下、Ｂ：0.03％以下の１種以上とを予合金
して含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなること
を特徴とする粉末冶金用合金鋼粉であり、請求項１〜４
のそれぞれに記載の予合金鋼粉に重量％で、Mo粉：４％
以下、Cu粉：４％以下、Ni粉：10％以下、Co粉：４％以
下およびＷ粉：４％以下のうちの１種以上の粉末を混合
したことを特徴とする粉末冶金用合金鋼粉であり、請求
項１〜４のそれぞれに記載の予合金鋼粉表面上に、重量
％で、Mo量：４％以下、Cu量：４％以下、Ni量：10％以
下、Co量：４％以下およびＷ量：４％以下の１種以上の
金属粉末が部分的に拡散付着していることを特徴とする
粉末冶金用合金鋼粉である。

【００２０】

【作用】本発明は、純鉄粉並みの高圧縮性をもつ低酸
素、低炭素のMo−Ｖ予合金鋼粉および部分拡散Mo−Ｖ予
合金鋼粉であり、Mo単一予合金鋼粉または部分拡散予合
金鋼粉に比べ、Ｃを含む焼結熱処理材において一段と高
強度化を達成したものである。したがって本発明では、
その酸化物が酸化Feより易還元性元素であるMo、Cu、N
i、CoおよびＷを予合金または部分拡散付着させて含む
ことができるが、その酸化物が酸化Ｆｅより難還元性元
素であるSi、Mn、Crを低い量に限定し、Al、Ti、Zr、C
a、Mgなどは現在の溶鋼精錬技術で不可避的に混入する
量にとどめるものである。以下に、本発明鋼粉における
各合金元素についてその作用効果および含有量の限定理
由を述べる。

【００２１】Ｃ：0.02％以下、Si：0.1 ％以下、Mn：0.
3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以下、Cr：0.1
％以下、Al：0.1 ％以下、Ｏ：0.25％以下の予合金につ
いて;Ｃ、Si、Mn、Ｐ、Ｓ、CrおよびＯはその予合金量
が低いほど圧縮性が向上する傾向を示す。Ｃ、Ｐ、Ｓは
鋼粉のフェライト相の硬化作用が大きく圧縮加工性を著
しく悪化させる元素である。また、Si、Mn、Cr、Alは鋼
粉のＯ量と正相関があり、さらに鋼粉Ｏ量と圧粉密度の
間にも正相関がある。Si：0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以
下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下にすることがＯ：
0.25％以下の鋼粉を製造できる条件である。これに加え
てＣ：0.02％以下、Ｐ：0.03％以下およびＳ：0.03％以
下にしたとき純鉄粉並みの圧粉密度をもつ鋼粉を製造で
きるのである。

【００２２】すなわち、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛
粉を１wt% 混合してJSPM標準1-64に基づいて686MPaで成
形して圧粉密度を測定したとき、7.0Mg/m³以上の純鉄粉
並みの圧粉密度を得るには、Ｃ：0.02％以下、Si：0.1
％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％
以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Ｏ：0.25％以
下に抑えなければならない。

【００２３】Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％の予
合金について;MoとＶはともに鋼粉のフェライト相の硬
化作用が小さく圧縮加工性が良好で、浸炭窒化性に優
れ、Ｃを含む焼結熱処理材においてベイナイト相または
マルテンサイト相に変態し、微細炭窒化物を析出して組
織を微細化するために、高強度化を達成するための必須
元素である。Mo：0.1 ％未満とＶ：0.05％未満では強度
の向上効果がなく、Mo：6.0 ％超え、Ｖ：2.0 ％超えで
は純鉄粉並みの圧粉密度を得ることができない。したが
ってMo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％に限定する。

【００２４】Cu：4.0 ％以下、Ni：6.0 ％以下、Co：1
0.0％以下、Ｗ：4.0 ％以下の予合金について;Mo−Ｖを
必須とする予合金鋼粉に、Cu、Ni、CoおよびＷの１種以
上を予合金として含ませることにより、黒鉛とともに焼
結・熱処理する際、焼結材ではベイナイト相またはマル
テンサイト相変態開始を低温側に移行させて組織を微細
化し、浸炭焼入れ材ではマルテンサイト変態開始を低温
側に移行させて基地を強化するため、焼結材および浸炭
焼入れ材のいずれにおいても高強度化する。Cu：4.0 ％
超え、Ni：6.0 ％超え、Co：10.0％超え、Ｗ：4.0 ％超
えると圧粉密度が低下しすぎ、また浸炭焼入れ材の残留
オーステナイトが増大して強度を低下させる。よって、
Cu：4.0 ％以下、Ni：6.0 ％以下、Co：10.0％以下、
Ｗ：4.0 ％以下に限定する。

【００２５】Nb：0.10％以下またはＢ：0.03％以下の予
合金について;Mo−Ｖ予合金鋼粉、およびCu、Ni、Coお
よびＷの１種以上を含むMo−Ｖを必須とする予合金鋼粉
に、NbまたはＢの１種以上を予合金として含ませること
により、黒鉛とともに焼結・熱処理する際、炭窒化物が
微細析出してマトリックスをさらに強化するが、それぞ
れNb：0.10％超え、Ｂ：0.03％超えの範囲では強度の向
上効果がない。よって、Nb：0.10％以下、Ｂ：0.03％以
下に限定する。

【００２６】Mo量で４％以下のMo粉または酸化Mo粉、Cu
量で４％以下のCu粉または酸化Cu粉、Ni量で10％以下の
Ni粉または酸化Ni粉、Co量で４％以下のCo粉または酸化
Co粉、Ｗ量で４％以下のＷ粉または酸化Ｗ粉を配合する
ことについて；Mo−Ｖ予合金鋼粉、またはCu、Ni、Coお
よびＷの１種以上を含むMo−Ｖを必須とする予合金鋼
粉、またはCu、Ni、Co、Ｗの１種以上とNb、Ｂの１種以
上とを含むMo−Ｖを必須とする予合金鋼粉に、Mo粉、Cu
粉、Ni粉、Co粉、Ｗ粉の１種以上を配合することによ
り、黒鉛とともに焼結. 熱処理する際、完全合金相と部
分的な濃化相から成る複合組織を形成して基地を強化す
るため、焼結材および浸炭焼入れ材のいずれにおいても
一段と高強度化することができる。このときの複合組織
はＣ量とMo粉、Cu粉、Ni粉、Co粉およびＷ粉との配合組
み合わせによって、Mo、Ｖ、Ｗの炭窒化物が微細析出し
たベイナイト相とマルテンサイト相とが配分される。こ
の場合の配合とは、Mo、Cu、Ni、Co、Ｗがそれぞれ金属
粉のときは混合および部分拡散熱処理を行うことを意味
する。また、Mo、Cu、Ni、Co、Ｗがそれぞれ酸化物粉の
ときは酸素除去と部分拡散とを兼ねた熱処理をすること
を意味する。

【００２７】それぞれ、Mo量が４％を超え、Cu量が４％
を超え、Ni量が10％を超え、Co量が４％を超えると圧粉
密度が低下し過ぎ、また浸炭焼入れ材の残留オーステナ
イトが増大して強度を低下させる。したがって、Cu、N
i、Co、Ｗの粉末配合量は、それぞれMo量で４％以下、C
u量で４％以下、Ni量で10％以下、Co量で４％以下およ
びＷ量で４％以下に限定する。

【００２８】

【実施例】次に本発明について実施例に従って具体的に
説明する。（実施例１）表１に、水アトマイズ法で製造したMo−Ｖ
系の予合金鋼粉の化学組成を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】これらのMo−Ｖ系の予合金鋼粉は、電解Fe
を主原料として高周波誘導電気炉でAr中で溶製した後、
８mmφの耐火物製ノズルから溶鋼を自然流下させ、円環
型水ノズルから12MPa の圧力で0.3m³/min の水を噴射し
て粉末にした。合金組成の調整は電解Feの溶鋼に低炭素
含有のフェロアロイと電解メタルを投入して行った。Mo
−Ｖ系の各予合金鋼粉は、水アトマイズ後、脱水・真空
乾燥した後、180 μm 篩を通過した鋼粉についてH₂ガス
（露点が０℃）中で 950℃× 45minの条件で還元焼鈍
し、ハンマーミルで解砕し、もう一度180 μm 篩を通過
させて製造した。

【００３１】これらのMo−Ｖ系の予合金鋼粉について、
圧粉密度、焼結材引張強さおよび浸炭焼入れ焼戻し材引
張強さを測定した。圧粉密度はJSPM標準で1-64に準拠
し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛粉を１wt％配合し、
686MPaで成形して測定した。焼結材の引張強さは0.9wt
％の黒鉛粉と１wt％のステアリン酸亜鉛粉を配合し、68
6MPaで10×10×55mmのバーを成形した後、N₂-10vol H₂
ガス中で1150℃×60min保持し700 〜300 ℃間を20〜30
℃/minの速度で冷却して焼結し、平行部が5 φ×15mmの
小型丸棒試験片に機械加工して測定した。また、浸炭焼
入れ焼戻し材の引張強さは、0.15wt％の黒鉛粉と１wt％
のステアリン酸亜鉛粉を配合し、686MPaで10×10×55mm
のバーを成形した後、N₂-10vol H₂ガス中で1150℃×60
min 保持し、700 〜300 ℃間を20〜30℃/minの速度で冷
却して焼結し、平行部が5 φ×15mmの小型丸棒試験片に
機械加工し、カーボンポテンシャルが0.9 ％のメタノー
ル滴注エンリッチのプロパン変成ガス中で 920℃×150m
in浸炭し、カーボンポテンシャルが 0.7％のメタノール
滴注エンリッチのプロパン変成ガス中で 870℃×44min
拡散焼鈍を行い、60℃の油中に焼入れ、180 ℃×60min
油中で焼戻しして測定した。

【００３２】表１から、本発明のＣ：0.02％以下、Si：
0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.
03％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Ｏ：0.25
％以下とし、Mo：0.1 〜6.0 ％とＶ：0.05〜2.0 ％とし
たMo−Ｖ系の各予合金鋼粉は、7.0Mg/m³以上の純鉄粉並
みの圧粉密度を示し、その焼結体および浸炭焼入れ焼戻
し体の引張強さが強い。

【００３３】一方、予合金鋼粉はFeより易酸化元素であ
Si、Mn、Cr、Al、Ｖが所定量を超えるとＯ量が急増し、
かつＣ、Ｐ、Ｓ、Mo、Ｖが所定量を超えると圧縮性が急
減する。このために焼結体および浸炭焼入れ焼戻し体の
強度も急減する。また、所定量を超えてMo、Ｖを予合金
しても圧縮性が急減するために、合金量を多くしたにも
かかわらず焼結体および浸炭焼入れ焼戻し材の強度が急
減する。

【００３４】（実施例２）表２に水アトマイズ法で製造
したMo−Ｖ−Cu−Ni−Co−Ｗ系の予合金鋼粉の化学組成
を示す。これらのMo−Ｖ−Cu−Ni−Co−Ｗ系の予合金鋼
粉は実施例１に示したMo−Ｖ系の予合金鋼粉と同様の方
法および条件で製造し、圧粉密度、焼結材の引張強さお
よび浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さを測定した。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２から、本発明のＣ：0.02％以下、Si：
0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.
03％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Ｏ：0.25
％以下とし、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％と、
Cu：4.0 ％以下、Ni：6.0 ％以下、Co：10.0％以下、
Ｗ：4.0 ％以下のうちの１種以上とを予合金したMo−Ｖ
−Cu−Ni−Co−Ｗ系の予合金鋼粉は、いずれも7.0Mg/m³
以上の純鉄粉並みの圧粉密度を示し、その焼結材および
浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さは表１に示したMo−Ｖ系
の予合金鋼粉と比べて一段と大である。

【００３７】（実施例３）表３に水アトマイズ法で製造
したMo−Ｖ−Nb−Ｂ系の予合金鋼粉の化学組成を示す。
これらのMo−Ｖ−Nb−Ｂ系の予合金鋼粉は実施例１に示
したMo−Ｖ系の予合金鋼粉と同様の方法および条件で製
造するとともに圧粉密度、焼結材の引張強さおよび浸炭
焼入れ焼戻し材の引張強さを測定した。

【００３８】

【表３】

【００３９】表３から、本発明のＣ：0.02％以下、Si：
0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.
03％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Ｏ：0.25
％以下とし、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％と、
Nb：0.008 〜0.10％、Ｂ：0.0008〜0.03％の１種以上と
を予合金したMo−Ｖ−Nb−Ｂ系の予合金鋼粉は、いずれ
も7.0Mg/m³以上の純鉄粉並みの圧粉密度を示し、その焼
結材および浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さは表１に示し
たMo−Ｖ系の予合金鋼粉と比べて一段と大である。

【００４０】（実施例４）表４に水アトマイズ法で製造
したMo−Ｖ−Cu−Ni−Co−Ｗ−Nb−Ｂ系の予合金鋼粉の
化学組成を示す。これらのMo−Ｖ−Cu−Ni−Co−Ｗ系の
予合金鋼粉は実施例１に示したMo−Ｖ系の予合金鋼粉と
同様の方法および条件で製造し、圧粉密度、焼結材の引
張強さおよび浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さを測定し
た。

【００４１】

【表４】

【００４２】表４から、本発明のＣ：0.02％以下、Si：
0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.
03％以下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Ｏ：0.25
％以下とし、Mo：0.1 〜6.0 ％、Ｖ：0.05〜2.0 ％と、
Cu：4.0 ％以下、Ni：6.0 ％以下、Co：10.0％以下、
Ｗ：4.0 ％以下のうちの１種以上と、さらにNb：0.008
〜0.10％、Ｂ：0.0008〜0.03％の１種以上とを予合金し
たMo−Ｖ−Cu−Ni−Co−Ｗ−Nb−Ｂ系の予合金鋼粉は、
いずれも7.0Mg/m³以上の純鉄粉並みの圧粉密度を示し、
その焼結材および浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さは表２
に示したMo−Ｖ−Cu−Ni−Co−Ｗ系の予合金鋼粉と比べ
て一段と大である。

【００４３】（実施例５）表５に、2.10％Mo−0.55Ｖ予
合金鋼粉（Ａ）、2.10％Mo−0.55％Ｖ−2.50％Ni−2.50
％Cu−6.50％Co−2.50％Ｗ予合金鋼粉（Ｂ）および2.10
％Mo−0.55％Ｖ−6.00％Ni−4.00％Cu−10.00 ％Co−4.
00％Ｗ−0.046 ％Nb−0.01％Ｂ予合金鋼粉（Ｃ）の化学
組成および、表６にそのそれぞれに対するMo粉：４％以
下、Cu粉：４％以下、Ni粉：10％以下、Co粉：４％以下
およびＷ粉：４％以下のうちの１種以上の金属粉の配合
の状況を示す。

【００４４】

【表５】

【００４５】

【表６】

【００４６】これらの2.10％Mo−0.55Ｖ予合金鋼粉、2.
10％Mo−0.55％Ｖ−2.50％Ni−2.50％Cu−6.50％Co−2.
50％Ｗ予合金鋼粉および2.10％Mo−0.55％Ｖ−6.00％Ni
−4.00％Cu−10.00 ％Co−4.00％Ｗ−0.046 ％Nb−0.01
％Ｂ予合金鋼粉はいずれも実施例１に示したMo−Ｖ系の
予合金鋼粉と同様の方法および条件で製造した。また、
Mo粉、Cu粉、Ni粉、Co粉およびＷ粉はいずれも酸化物を
還元して得た25μm 以下の金属粉を用いて混合した。圧
粉密度、焼結材の引張強さおよび浸炭焼入れ焼戻し材の
引張強さは実施例１と同様の方法および条件で製造し、
測定した。

【００４７】表５から、本発明の2.10％Mo−0.55Ｖ予合
金鋼粉、2.10％Mo−0.55％Ｖ−2.50％Ni−2.50％Cu−6.
50％Co−2.50％Ｗ予合金鋼粉および2.10％Mo−0.55％Ｖ
−6.00％Ni−4.00％Cu−10.00 ％Co−4.00％Ｗ−0.046
％Nb−0.01％Ｂ予合金鋼粉にMo粉：４％以下、Cu粉：４
％以下、Ni粉：10％以下、Co粉：４％以下およびＷ粉：
４％以下のうちの１種以上の金属粉を配合した鋼粉は、
いずれも、それぞれの元の予合金鋼粉より高い圧粉密度
を示し、また、その焼結材および浸炭焼入れ焼戻し材の
引張強さもそれぞれの予合金鋼粉と比べて一段と高い。

【００４８】（実施例６）表７に、2.10％Mo−0.55％Ｖ
−0.046 ％Nb−0.01％Ｂ予合金鋼粉（Ｄ）および2.10％
Mo−0.55％Ｖ−6.00％Ni−4.00％Cu−10.00 ％Co−4.00
％Ｗ−0.046 ％Nb−0.01％Ｂ予合金鋼粉（Ｃ）の組成お
よび、表８にそのそれぞれに対するMo量で４％以下のMo
粉または酸化Mo粉、Cu量で４％以下のCu粉または酸化Cu
粉、Ni量で10％以下のNi粉または酸化Ni粉、Co量で４％
以下のCo粉または酸化Co粉およびＷ量で４％以下のＷ粉
または酸化Ｗ粉の１種以上の粉末の配合の状況を示す。

【００４９】

【表７】

【００５０】

【表８】

【００５１】予合金鋼粉はいずれも実施例１に示したMo
−Ｖ系の予合金鋼粉と同様の方法および条件で製造し
た。また、Mo粉として25μm 以下、Cu粉として45μm 以
下、Ni粉として45μm 以下、Co粉として25μm 以下、お
よびＷ粉として25μm 以下のものを用いて混合した。さ
らに酸化物としては10μm 以下の酸化Mo粉、酸化Cu粉、
酸化Ni粉、酸化Co粉および酸化Ｗ粉を用いて混合した。
予合金鋼粉へのこれらの金属粉および酸化金属粉の拡散
付着は、H₂気流中で 800から 900℃の温度勾配のある連
続炉で熱処理して行い、ハンマーミルで解砕し、180 μ
m の篩通過粉にした。なお、圧粉密度、焼結材の引張強
さおよび浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さは実施例１と同
様の方法および条件で製造し、測定した。

【００５２】表６から、本発明の2.10％Mo−0.55％Ｖ−
0.046 ％Nb−0.01％Ｂ予合金鋼粉および2.10％Mo−0.55
％Ｖ−6.00％Ni−4.00％Cu−10.00 ％Co−4.00％Ｗ−0.
046％Nb−0.01％Ｂ予合金鋼粉に、Mo量で４％以下のMo
粉または酸化Mo粉、Cu量で４％以下のCu粉または酸化Cu
粉、Ni量で10％以下のNi粉または酸化Ni粉、Co量で４％
以下のCo粉または酸化Co粉およびＷ量で４％以下のＷ粉
または酸化Ｗ粉の１種以上の粉末を配合し、当該予合金
鋼粉の表面にMo粉、Cu粉、Ni粉、Co粉およびＷ粉の１種
以上を部分的に拡散付着した鋼粉は、いずれも、それぞ
れの元の予合金鋼粉より高い圧粉密度を示し、また、そ
の焼結材および浸炭焼入れ焼戻し材の引張強さもそれぞ
れの予合金鋼粉と比べて一段と高い。

【００５３】

【発明の効果】本発明のMo−Ｖ予合金鋼粉は、Ｃ：0.02
％以下、Si：0.1 ％以下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％
以下、Ｓ：0.03％以下、Cr：0.1 ％以下、Ｏ：0.25％以
下とし、Mo：0.1 〜6.0 ％とＶ：0.05〜2.0 ％とを基本
組成としているから、溶鋼のアトマイズ工程、還元焼鈍
工程、焼結工程および浸炭焼入れなどの熱処理工程での
酸化を極微小に制御でき、かつ、鋼粉段階におけるFe基
地の硬さを純鉄粉並みにできるようになった。したがっ
て、本発明のMo−Ｖ予合金鋼粉は、圧縮成形工程では純
鉄粉並みの高圧縮性を示し、高密度の成形体が容易に得
られるようになった。

【００５４】本発明のMo−Ｖ予合金鋼粉は、Mo単一予合
金鋼粉に比べ、Ｃを含む焼結材および浸炭焼入れなどの
熱処理材においてMo炭化物の析出に加えて微細なＶ炭化
物を析出し、かつ組織が微細化するために一段と高強度
化を達成できるようになった。本発明のMo−Ｖを必須と
し、さらにCu、Ni、CoおよびＷの１種以上を含む予合金
鋼粉は、Ｃを含む焼結材および浸炭焼入れなどの熱処理
材においてFe基地を固溶強化するとともに組織を微細化
するために一段と高強度化を達成できるという効果があ
る。

【００５５】本発明のMo−Ｖを必須とし、またはさらに
Cu、Ni、CoおよびＷの１種以上を予合金して含み、これ
らにNbおよびＢの１種以上を含む予合金鋼粉は、Ｃを含
む焼結材および浸炭焼入れなどの熱処理材においてNbお
よびＢの炭窒化物を微細析出するとともに組織を微細化
するために一段と高強度化を達成できるという効果があ
る。

【００５６】本発明のMo−Ｖを必須として含む予合金鋼
粉にMo粉、Cu粉、Ni粉、Co粉およびＷ粉１種以上を配合
した鋼粉は、同一組成の予合金鋼粉に比べて圧縮性が優
れ、かつＣを含む焼結材および浸炭焼入れなどの熱処理
材において組織が複合化するために一段と高強度化を達
成できるという効果がある。本発明のMo−Ｖを必須とし
て含む予合金鋼粉を母粉とし、これにMo粉または酸化Mo
粉、Cu粉または酸化Cu粉、Ni粉または酸化Ni粉、Co粉ま
たは酸化Co粉およびＷ粉または酸化Ｗ粉をMo、Cu、Ni、
CoおよびＷとして１種以上を部分的に拡散付着した部分
拡散予合金鋼粉は、Mo単一予合金鋼粉を用いた部分拡散
予合金鋼粉に比べて、Ｃを含む焼結材および浸炭焼入れ
などの熱処理材において組織が複合化するとともに微細
化するために容易に一段と高強度化を達成できるという
効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.1 ％以
下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以
下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜6.0
％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下を予合金して含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴
とする粉末冶金用合金鋼粉。
【請求項２】重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.1 ％以
下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以
下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜6.0
％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下と、Cu：4.0 ％
以下、Ni：6.0％以下、Co：10.0％以下、Ｗ：4.0 ％以
下のうちの１種以上とを予合金して含み、残部がFeおよ
び不可避的不純物からなることを特徴とする粉末冶金用
合金鋼粉。
【請求項３】重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.1 ％以
下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以
下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜6.0
％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下と、Nb：0.10％
以下またはＢ：0.03％以下の１種以上とを予合金して含
み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴
とする粉末冶金用合金鋼粉。
【請求項４】重量％でＣ：0.02％以下、Si：0.1 ％以
下、Mn：0.3 ％以下、Ｐ：0.03％以下、Ｓ：0.03％以
下、Cr：0.1 ％以下、Al：0.1 ％以下、Mo：0.1 〜6.0
％、Ｖ：0.05〜2.0 ％、Ｏ：0.25％以下と、Cu：4.0 ％
以下、Ni：6.0％以下、Co：10.0％以下、Ｗ：4.0 ％以
下のうちの１種以上と、さらにNb：0.10％以下または
Ｂ：0.03％以下の１種以上とを予合金して含み、残部が
Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする粉末
冶金用合金鋼粉。
【請求項５】請求項１〜４のそれぞれに記載の予合金
鋼粉に重量％で、Mo粉：４％以下、Cu粉：４％以下、Ni
粉：10％以下、Co粉：４％以下およびＷ粉：４％以下の
うちの１種以上の粉末を混合したことを特徴とする粉末
冶金用合金鋼粉。
【請求項６】請求項１〜４のそれぞれに記載の予合金
鋼粉表面上に、重量％で、Mo量：４％以下、Cu量：４％
以下、Ni量：10％以下、Co量：４％以下およびＷ量：４
％以下の１種以上の金属粉末が部分的に拡散付着してい
ることを特徴とする粉末冶金用合金鋼粉。