JPH11181541A - ステンレス焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性に優れ、溶製材と同程度の機械的特性
を有し、さらに表面硬度のバラツキが少ないステンレス
焼結体の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｃｒを１６〜２０重量％、Ｃを０．６〜
１．５重量％、Ｍｏを０．１〜２．０重量％、残部が実
質的にＦｅからなるように配合された原料粉末に、バイ
ンダーを添加してなる組成物を射出成形し、得られた成
形体を脱バインダー処理し、さらに、実質的に炭素性の
囲繞体により前記脱バインダー処理した成形体を囲い、
該成形体を非酸化性雰囲気で焼結するステンレス焼結体
の製造方法を特徴とするものであって、前記原料粉末
が、合金粉末または異なる組成の粉末の混合粉末であ
り、かつ、前記各合金粉末の平均粒径が、４５μｍ以下
であることが好ましく、さらに前記非酸化性雰囲気が真
空、水素あるいはアルゴン、またはアルゴンパーシャル
雰囲気であるステンレス焼結体の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐食性に優れ、溶製
材のＳＵＳ４４０と同程度の機械的特性を有し、さらに
表面硬度バラツキが少ないステンレス焼結体の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＪＩＳに規程されているＳＵＳ４４０
は、Ｃｒを１６〜１８重量％、Ｃが０．６〜１．２重量
％を含有するステンレス鋼であって、Ｃ含有量の違いに
より、４４０Ａ、４４０Ｂ、４４０Ｃに分類されてい
る。

【０００３】ＳＵＳ４４０は、焼入れ硬さが高く、ステ
ンレス鋼中最高の硬さをもっているため、刃物の切れ
味、耐磨耗性が特に優れている。また、ＳＵＳ４２０Ｊ
よりもＣｒ含有量が高いので、耐食性および耐酸化性が
優れ、高級刃物、外科用刃物、ゲージ、ベアリング、カ
ムなどの耐食性、耐磨耗性を要するものに用いられてい
る。さらに、靱性を必要とするときは、Ｃの低い４４０
Ａ、４４０Ｂタイプが使用されている。

【０００４】上記のＳＵＳ４４０製品を製造するには、
一般に溶製材を機械加工する切削加工法や精密鋳造法が
知られている。しかし、複雑な形状の製品を製造する場
合には、切削加工法では鋳造品を加工した板や塊状品か
ら切り出して、所定形状まで機械加工を行うため、加工
コストが上昇する上に歩留まりが悪かった。また、精密
鋳造法では、鋭利な部分の寸法精度が得られず、鋳造時
に発生する大小の気孔が内部に残留するなどの鋳造欠陥
が生じる問題があった。

【０００５】したがってこのような欠点を補うために、
ＳＵＳ４４０に相当する合金組成を有するステンレス合
金を粉末冶金法によって製造する試みがなされている。
しかし、通常の粉末冶金法は、原料粉末を金型に装入
し、プレスによって圧縮成形を行う方法であるから、複
雑な形状品を得ることは不可能である。また、圧縮性の
要求から１００μｍ程度の比較的大きな原料粉末を用い
るため、焼結密度が上昇せず、その結果として耐食性、
機械的特性に必要な高密度化が難しく、表面硬度のバラ
ツキも大きかった。さらに最終製品形状に仕上げるため
には、切削加工を行う必要もあった。また、焼結時にＣ
が表面層から蒸発する現象（脱炭と呼ばれる）が生じ、
熱処理後に所望の表面硬度が得られないという問題点も
あった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の現状に鑑み、耐食性に優れ、溶製材と同程度の機械的
特性を有し、さらに表面硬度のバラツキが少ないステン
レス焼結体の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、Ｃｒを１６〜２０重量％、Ｃを０．６〜
１．５重量％、Ｍｏを０．１〜２．０重量％、残部が実
質的にＦｅからなるように配合された原料粉末に、バイ
ンダーを添加してなる組成物を射出成形し、得られた成
形体を脱バインダー処理し、さらに、実質的に炭素性の
囲繞体により前記脱バインダー処理した成形体を囲い、
該成形体を非酸化性雰囲気で焼結するステンレス焼結体
の製造方法を特徴とするものであって、前記原料粉末
が、合金粉末または異なる組成の粉末の混合粉末であ
り、かつ、前記各合金粉末の平均粒径が、４５μｍ以下
であることが好ましく、さらに前記非酸化性雰囲気が真
空、水素あるいはアルゴン、またはアルゴンパーシャル
雰囲気であるステンレス焼結体の製造方法を特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実態の形態】（原料粉末）出発材料である金属
粉末は、目的の組成に調整、配合された合金粉末でもよ
く、また、異なる組成の粉末を目標の組成に調整、配合
して得られた混合粉末でもよい。例えばＦｅ−Ｃｒ−Ｍ
ｏの合金粉末にＣ粉末を添加する方法も採用できる。

【０００９】原料粉末におけるＣｒ含有量は、１６〜２
０重量％の範囲である。このような組成範囲に限定した
理由は、原料粉末におけるＣｒ含有量が１６重量％未満
では得られた焼結体の耐食性、強度が劣り、一方Ｃｒ含
有量が２０重量％を越えると原料が高価となるからであ
る。

【００１０】Ｃ含有量は０．６〜１．５重量％であるこ
とが必要であり、好ましくは、０．８〜１．３重量％の
範囲である。原料粉末におけるＣ含有量が０．６重量％
未満では、焼結後の熱処理を実施しても所望の硬度が得
られないため、機械的強度が不十分となり、一方、Ｃ量
含有量が１．５重量％を越えると焼結体の耐食性および
靱性に悪影響を及ぼす。

【００１１】また、Ｍｏ含有量は０．１〜２．０重量％
であり、好ましくは、０．１〜０．８重量％の範囲であ
る。Ｍｏ添加により熱処理性が改善され、金属組織も安
定するため、硬度バラツキが少なくなる。原料粉末にお
けるＭｏ含有量が０．１重量％未満では、熱処理後の硬
度バラツキが改善されず、一方、Ｍｏ量含有量が２．０
重量％を越えると、靱性に悪影響を及ぼし、また、原料
が高価となる。

【００１２】使用する原料粉末には、０．０５〜０．５
重量％程度の酸素が含有されており、後工程の焼結時
に、原料粉末中の酸素と添加したＣが反応してＣＯガス
を生成して放出されるために焼結後のＣ量は減少する。
したがって、原料粉末中のＣは、焼結後の焼結体におけ
るＣ量がほぼＳＵＳ４４０に相当する組成範囲である
０．６〜１．２重量％となるように過剰に添加されてい
る。

【００１３】一方、出発材料の各種の金属粉末は、平均
粒径で４５μｍ以下が好ましい。平均粒径が４５μｍを
越える金属粉末では、上記した特定量に配合してなる原
料粉末とバインダーからなる組成物の流動性が低下した
り、焼結体の密度が上昇しにくくなる。なお前記金属粉
末の平均粒径は、小さい程好ましいが現状の技術水準で
は、平均粒径を１μｍ以下とすることが困難であるた
め、この２〜３μｍが平均粒径の下限となる。

【００１４】（バインダー）バインダーとしては、射出
成形粉末冶金用として公知のポリエチレン、ポリプロピ
レン、天然ワックスなどを使用することができる。ま
た、配合原料粉末に対するバインダーの配合量は、配合
後の組成物において２５〜６０容量％の範囲が好まし
い。

【００１５】前記した原料粉末とバインダーからなる組
成物を射出成形した後、得られた成形体からバインダー
を除去する方法としては、使用するバインダーの種類に
よって、加熱脱脂、溶媒脱脂、その他の公知の方法が使
用できるが、加熱脱脂装置は他の方法と比較して簡便で
あるために、量産時には、窒素または水素雰囲気あるい
は真空中で行う加熱脱脂が好ましい。

【００１６】（焼結処理）次に脱バインダーした成形体
を焼結する場合には、実質的に炭素からなる囲繞体、例
えば板または容器で囲み、非酸化性雰囲気として真空、
水素あるいはアルゴン、またはアルゴンパーシャル（ア
ルゴン雰囲気で減圧）雰囲気などで焼結することが必要
である。炭素製の板および容器のような囲繞体で囲わな
いで焼結を行うと、試料表面で前記したような脱炭現象
が生じ、熱処理後に所望の表面硬度が得られない。しか
し、炭素製の板または容器などで囲うことにより、Ｃの
雰囲気を作ることができ、試料表面の脱炭現象を効果的
に抑制できる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに以下
に説明する。

【００１８】（実施例１）原料粉末として平均粒径１０
μｍのＦｅ−１７．３重量％Ｃｒ−１．１重量％Ｃ−
０．３重量％Ｍｏ合金粉末を用い、これにワックス系バ
インダーを４０容量％となるように加え１５０℃で混練
後、ペレット状に造粒した。このペレットを射出成形機
を用いて射出圧８００ｋｇ／ｃｍ２の条件で金型に射出
成形した。

【００１９】得られた成形体（幅１０ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍの直方体）を３００℃まで加熱し６０分
間保持してワックス系バインダーの除去を行った。その
後、この脱バインダー処理した成形体を炭素製の板で囲
み、１２７０℃で２時間真空中で焼結を行い、さらに得
られた焼結体を真空ガス冷却により焼入れし、ついで２
００℃で焼戻しを行った。

【００２０】このようにして得られた熱処理品について
焼結密度、硬度、硬度のバラツキ、耐食性、残留炭素量
を調べた。この際、焼結密度は比重計で測定し、硬度は
ロックウェル硬度計にて荷重１５０ｋｇ(ＨＲＣ)で測定
し、バラツキは試料表面１０ヶ所を測定した時の標準偏
差で評価した。また、耐食性の評価としては、３％Ｎａ
Ｃｌ水溶液中に３０℃で２４時間浸漬し、錆の発生およ
び変色を目視により観察して評価した。その結果を表１
に示す。

【００２１】（実施例２）原料粉末として平均粒径１１
ミクロンのＦｅ−１７．５重量％Ｃｒ−０．７５重量％
Ｃ−０．７２重量％Ｍｏ合金粉末を用い、１３００℃で
焼結した以外は、実施例１と同様の手順で熱処理品を調
整し、その特性を実施例１と同様にして評価した。この
試験結果を表１に示す。

【００２２】（実施例３）原料粉末として平均粒径１０
ミクロンのＦｅ−１９．４重量％Ｃｒ合金粉末に１μｍ
のＣ粉末を１．４重量％、３μｍのＭｏ粉末を０．５重
量％添加して混合粉末を得た後、１２５０℃で焼結した
以外は実施例１と同様の手順で熱処理品を調整し、その
特性を実施例１と同様にして評価した。この試験結果を
表１に示す。

【００２３】（比較例１）実施例１と同様な原料を使用
して、焼結時に炭素製の板で脱脂体を囲わなかった以外
は、実施例１と同様に処理して熱処理品を調整した後、
実施例１と同様にして評価を行った。これらの試験結果
を表１に示すが、炭素製の板で脱脂体を囲わなかったた
め、脱炭し、十分な表面硬度が得られず、硬度バラツキ
が大きい。

【００２４】（比較例２）実施例２と同様な原料を使用
して、焼結時に炭素製の板で脱脂体を囲わなかった以外
は、実施例２と同様に処理して熱処理品を調整した後、
実施例１と同様にして評価を行った。これらの結果を表
１に示すが、比較例１と同様に十分な表面硬度が得られ
ず、硬度バラツキが大きい。

【００２５】（比較例３）原料粉末として平均粒径１１
ミクロンのＦｅ−１６．６重量％Ｃｒ合金粉末に１μｍ
のＣ粉末を０．５重量％、３μｍのＭｏ粉末を０．５重
量％添加して混合粉末を得た後、１３３０℃で焼結した
以外は、実施例１と同様の手順で熱処理品を調整し、実
施例１と同様にして評価を行った。これらの結果を表１
に示すが、Ｃ含有量が少ないため、十分な表面硬度が得
られなかった。

【００２６】（比較例４）原料粉末として平均粒径１１
ミクロンのＦｅ−１６．６重量％Ｃｒ合金粉末に１μｍ
のＣ粉末を１．７重量％、３μｍのＭｏ粉末を０．５重
量％添加して混合粉末を得た後、１２３０℃で焼結した
以外は実施例１と同様の手順で熱処理品を調整し、実施
例１と同様にして評価を行った。これらの結果を表１に
示すが、Ｃ含有量が多いため、試料表面がわずかに腐食
していた。

【００２７】（比較例５）原料粉末として平均粒径１０
μｍのＦｅ−１７．７重量％Ｃｒ−１．１重量％Ｃ合金
粉末を用い実施例１と同様の手順で熱処理品を調整
し、実施例１と同様にして評価を行った。これらの結果
を表１に示すが、Ｍｏを添加している実施例１と比較す
ると表面硬度のバラツキが大きい。

【００２８】表１から分かる通り本発明の実施例に係る
ステンレス焼結体は、比較例に比べて高硬度と耐食性を
兼ね備え、表面硬度バラツキに優れているものであっ
た。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明に係る製造方法
によれば、優れた強度と耐食性を有する焼結体を容易に
かつ安定して製造することができ、また射出成形法を用
いているので、複雑な形状を有する製品でも容易に製造
することができる。

【００３０】

【表１】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｒを１６〜２０重量％、Ｃを０．６〜
   １．５重量％、Ｍｏを０．１〜２．０重量％、残部が実
   質的にＦｅからなるように配合された原料粉末に、バイ
   ンダーを添加してなる組成物を射出成形し、得られた成
   形体を脱バインダー処理し、さらに、実質的に炭素性の
   囲繞体により前記脱バインダー処理した成形体を囲い、
   該成形体を非酸化性雰囲気で焼結すること特徴とするス
   テンレス焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記原料粉末が、合金粉末または異なる
   組成の粉末の混合粉末であることを特徴とする請求項１
   記載のステンレス焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記各原料粉末の平均粒径が、４５μｍ
   以下であることを特徴とする請求項１または２記載のス
   テンレス焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記非酸化性雰囲気が真空、水素あるい
   はアルゴン、またはアルゴンパーシャル雰囲気であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のステ
   ンレス焼結体の製造方法。