JPS59129753A - 高強度焼結材料用合金鋼粉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高強度焼結材料用合金鋼粉に関し、とくに水
アトマイズ焼鈍鋼粉により圧縮性と成型性と［ｉ４　ｔ
Ｌる高強度焼結材料用合金鋼粉について提案するもので
ある。

従来の純鉄粉を主原料とした焼結材料は、強匣レベルが
低いためにその用途が限られていた。従来そうした欠点
を補うために、焼入れ性に潰れた合金粉を主原料として
用いる技術、方法が開発された。ところが、焼入れ性へ
の寄与が顕著で低摩な合金元素であるＭｎ％Ｏｒを含ん
だ合金鋼粉の場合について考えてみると、こｎを水アト
マイズ法にて製造するとすれば、溶解時ｔ／ｃＭｎ　、
　’　Ｏｒなど酸素との親和力の強い元素の酸化損失を
防ぐのに加炭が必要であり低炭素の銅粉が得られにくい
こと、また、アトマイズ時にＭｎ　Ｘ’　Ｑｒが水と反
応し優先的に酸化されてしまうこと、水により急冷され
焼入れされること、等から鋼粉中に酸素、炭素含有量が
多く、かつ硬い材質のものになる。

これに対し、特開昭５５−６２１０１号として開示され
た技術には、真空中で同温加熱することにより、焼鈍と
同時ｖｃ鋼粉中含有炭素で鋼粉中の酸化物を還元および
脱炭しつつ脱窒も行なった鋼粉が提案された。しかし、
この開示の技術にあっては、高温を用いるため鋼粉粒子
同士の焼結が進行し、これを強制的に解砕して得られる
鋼粉では突起の少ない粒子形状になるとともに若干の加
工硬化は免れず、金型潤滑剤を使用し成形圧力５　ｔ／
ｃｍ”のとき６．７りＡｌ７Ｌ３より大きい圧粉密度を
得ること、および同じ成形圧力下で試験したラトラー値
が０．９よｔ）も小さいものを得ることは困難であった
。

さらに、特開昭５ｌ−２０７０ｆｉ号として提案の技術
では、鋼粉粒子同士の焼結の進行を防止するのに弱酸化
性雰囲気中で焼鈍し、その後酸素を含む還元雰囲気中て
脱炭、瀘元を行なう熱処理の技術について提案している
０しかしながら、難還元性元素（Ｍｎ？（３ｒ）を含む
場合には、上記の熱処理の温度として選んだ６００〜９
０（ｊ”Ｃの温度範囲では、かかるＭｎやＱｒの実質的
な還元は困難であり、還元に留意することはかえって脱
炭を不充分にすることになり、Ｍｎ、Ｏｒを含有する高
弾度焼結材料用合金鋼粉の製造に対しては不十分であっ
た０ 本発明は、高強度焼結材料に供する水アトマイズに係る
合金鋼粉の上述した欠点を有利に児服し、とりわけ圧縮
性と成型性とに愛れる安価な合金鋼粉を提供するように
したことを目的とする。以下に本発明の構成の詳細を説
明する。

本発明者の研究によれば、水アトマイズ鋼粉（０，２８
０−０，９５Ｍｎ　−１，０２０ｒ　−０，８１Ｍ０−
０．６６Ｑ　）　　’を、脱炭を主体に焼鈍した場合、
該鋼粉は炭素量が０．００４４と低いにもかかわらず酸
素量の方も０．６７４と焼鈍前といささかも変りがなく
、潤滑剤□を使用してｆｉ　ｔ／ｍ２の成形圧力で成形
したときの圧粉密度は６．７４９／ｃｔｒ３以上であり
、またラトラ〜値も０．６２係以下を示すことを知見し
た。

要するに、本発明は、従来問題とされていた炭素計の低
減と同時に酸素量の低減までを遂行しようとする試みの
ため、高温で熱処理することにょる強解砕が必要となり
、圧縮性や成形性の改善が不充分と７：ｃつたＦｌ、Ｍ
ｎやＯｒを合金させた場合に脱灰が不充分で圧縮性の改
善が期待できなが゛ったという従来技術に対し、 炭素量のみを充分に低減させる脱炭規輔により成形性を
偵うことなく圧縮性にも優れる（１１１Ｉｉ扮としたと
ころに特徴がある。

すなわち、上述のような知見に基づき構成した本発明の
主たる（ハ）容は重量優で、０．１係以下の炭素および
０．２〜１．０係の酸素を含有し、しかも２．８憾を上
限とするＩｎおよび５．５憾を上限とするＣｒにつきそ
れらの少なくとも１種を合計量では０．４〜７．０係に
なるよう含有させた合金鋼粉の構成にある。

さて、本発明において、炭素（０）および酸素（０）を
上述のように限定した理由は以下の通りである。

０係；焼鈍前の鋼粉はアトマイズ時のＭｎやＱ’ｒの酸
化損失を防止するため通常（１，２４以上０が含まれて
いるが、このまま００量では銅粉を焼鈍しても充分には
軟化せず、０％は０．１　％以下好ましくは０．０５４
以下にする必要がある○ ”　ｉ　Ｍｎ　＋、　Ｏｒなどのように酸素との親和力
の強い合金元素を含有する銅粉を水アトマイズ法で１パ
製造・する場合、鋼粉表面の酸化は不可避であり、しか
も脱炭主体の焼鈍では積極的な還元は望めないため、下
限を０．２　％程度として上限は焼結性と焼結後に焼結
材料としての充分な特性が得られる範囲を勘案して１．
０４とした。

また、主要合金元素のうちＭｎ　、　Ｏｒについて、そ
れらのいずれか少なくとも１種を含有させる理由は、Ｍ
ｎ、Ｏｒが鋼粉の焼入れ性向上に優れた性能を示し、他
のＮｉ　、　Ｎｏなどの合金元素にくらべて極めて安価
で、鋼粉中のその酸化物が焼結時に混粉黒鉛にて還元が
可能で焼結材料の焼入れ性の回復が可能であるからであ
り、各々の合金量は以下の理由により限定される。

Ｍｎ４Ｈ焼入れ性の向上に効果があるが、過剰の場合は
鋼粉の圧縮性を低下させる他、鋼粉酸素敏が増加すると
焼結性が低下するため、上限を２゜８とした０ Ｑｒｓｉ焼入れ性、硬さの向上に効果があるが、過剰な
場合は鋼粉の圧縮性が低下する。また、４ｉ＃粉酸素量
の増加により焼結性が低下し、さらに炭化物の増加によ
り被剛性が低下するため、上限を５．５％とした。

さらｖｃ　Ｉｎ　、　Ｏｒについては、夫々単独で含有
させる場合の他、それらの合計量についても焼入れ性の
向上と鋼粉の圧縮性とに影響があり、その点を考慮して
範囲を０．４〜７．０係とした。ただし、以下に示す副
成分を含有させる場合には鋼粉の圧縮性を勘案して０．
４〜６．０係とする。

次に、本発明において上述した主成分として含有させる
Ｏｕ０．’ＭｎおよびＱｒの・池に、副成分として焼入
れ性の向上、耐食性、高温強度あるいは被剛性にも優れ
る焼結材料用鋼粉とするため、それぞれの用途に応じて
Ｎｂ　＋　Ｖ　＋　Ｂ　＋　Ｏｕ　ｒ　Ｎｉ　＋Ｃｏ　
、　ＭＯ、Ｓｎ　、　Ｗ　＊　ＰおよびＳのうちから１
種または２樺以上を選択して含有させるＯこれらの合金
元素およびその添加量は、いずれも鋼粉中で酸化物を形
成しても、焼結時に混粉黒鉛にて還元が可能であり、Ｍ
ｎおよび／またはＱｒと共同して焼結材料特性により一
層の向上を計り得る点に特徴を有する０各々の合金範囲
は以下に示した理由により次のように限定した０ Ｎｂｌｉ結晶粒を微細化させ強度の向上に効果があるが
、０．ｏｘｓ以下ではその効果が少なく、過剰の場合は
焼入れ性、被削性が低下するため、０．０１〜１．０と
したＯ ｖ係；焼入れ性を向上し、結晶粒を微細化させ強度の向
上に効果があるが、ｏ、ｏｉ　Ｚ以下ではその効果が少
なく、過剰の場合はかえって焼入れ性を低下させるため
、０．Ｏ２Ｎ２．５４とした。

Ｂ＃）；焼入れ性の向上に効果があるが、ｏ、ｏｏｏｉ
冬以下ではその効果が少なく、過剰な場合は靭性が低下
するため、０．０００１〜０．５係とした。

Ｏｕｒ；強度、耐食性の向上に効果があるが、０．１憾
以下ではその効果が少なく、過剰な場合は圧縮性および
靭性が低下するため、０．１〜８．０％とした。

Ｎｉ％；焼入れ性、耐食性ならびに靭性の向上に効果が
あるが、０．１４以下ではその効果が少なく、過剰な場
合は経済性および鋼粉の圧縮性が低下するため、０．１
〜５．０係とした。

００傷；高温強度の向上に効果があるが、０．１係以下
ではその効果が少なく、過剰な場合は経済性および鋼粉
の圧縮性が低下するため、０．１〜１０．０係とした。

Ｍｏ　％　；　Ｍｎやｃｒと共同して焼入れ件の向上に
効′果があるが、０．１％以下ではその効果が少なく、
過剰な場合は経済性、鋼粉の圧縮性および被剛性が低下
するため、０．１〜７．０４とした。

Ｓｎ％；被剛性、耐食性の向上に効果があるが、０．１
係以下ではその効果が少なく、過剰な場合は経済性およ
び鋼粉の圧縮性が低下するため、０．１〜８．０係とし
た。

Ｗ壬；単独もしくはＣｒやＶと共同して高温強度、硬さ
、焼入れ性の向上に効果があるが、０．１係以下ではそ
の効果が少なく、過＠な場合は経済性、鋼粉の圧縮性お
よび被剛性が低下するため、０゜１〜８．０％とした。

Ｐ係；被剛性、耐食性の向上に効果があるが、０．０４
４以下ではその効果が少なく、過剰な場合は鋼粉の圧縮
性および靭性が低下するため、０．０４〜０．３％とし
た。

Ｓ係；被削性の向上に効果があるが、０．、’０４４以
下ではその効果が少なく、過剰な場合は靭性が低下する
ため、０．０４〜ｏ、ａ　％とした。

最後に、本発明の合金鋼粉は上述の例示の他に、不可避
的に含まする不純物ならびにＦｅを当然含有し、加えて
好適例で示せば、圧縮性と成形性の観点から、次の量の
元素をＳ土：０．１’１以下、Ａｌ：０．０１１以下、
Ｔｉ　：　０．０１　％以下だけ含有させてもよい０こ
れらは、いずれもその含有量が限定（ｉｆより多くなる
と、焼結体の非金属介在物が増し、焼結材料の焼入れ性
が急激に低下して機械性が損われると同時に被削性を低
下させる元素である０次に、本発明の合金銅粉の性質に
ついては、金型潤滑剤を用いた５　１．／ｃｍ２の成形
圧力で成形したときの圧粉密度は、６．７　（７７ｃｍ
３より大きく、かつラトラー値は０．９係より小さい値
を有するものとする０圧粉密度をこのように限定する理
由は基本的には焼結材料の強度は、銅粉自体の＠１斐と
同様にその密度にも強く依存しており、本発明の如く高
強度焼結材料用合金酒粉には優れた圧縮性が要求される
からである。一方、この圧粉密度には銅粉の０％が影響
し、その量が０．１係以上では５ｔＡｍ”の成形圧力で
、ｔｌ、７９７ｃｍ３未満になルカ、本発明の如く炭素
量を０．１係以下好ましくは０．０５係以下に低減すれ
ば６．７７Ａｍ３以上にすることが可能になることによ
る。また、ラトラー値を上述のように限定する理由は、
通常粉末冶金用の鋼粉としては１．０優以下が要求され
ているが、本発明の場合、脱炭を主体とした焼鈍により
、焼鈍時の鋼粉同士の焼結が防止され、その−ために容
易に解砕することができるから、解砕時に粒子形状の損
傷が少なく、０．９４以下のラトラー値を得ることがで
きるのであり、これら圧粉密度ならびにラトラー値を実
現することが、本発明の所期した高強度焼結材料を硲保
するのに不可決であり、このことは以下の実施例により
明らかである〇 実施例（］） 今金噌粉の化学組成（重量優） 合金２Ｍ粉の見掛密度　　　　２　、８　Ｒ９７ｃｍ３
合金剛粉の流動度　　　　　２８．５８ｅａ／ｂｏ９合
金鋼粉の圧縮性、成形性 本実施例は、水アトマイズ鋼粉（０，８０１０−ｏ、０
１　ｑｂ　Ｓｉ　−０，９１５４Ｍｎ　−０，０２％Ｐ
　−０，００５１８−０，９４憾Ｓ　−０，９４４Ｏｒ
　−０，６５＃ｓ　９）　全分解アンモニアガス（ＡＸ
）雰囲気中の１Ｏｏｏ℃で脱炭焼鈍したものである。上
記表に示すように銅粉の酸素量は原料粉末とほとんど差
が無いにもがかわらず、炭素量は光分に低下しており、
圧粉密度およびラトラー値は成形圧力の低い方から扁い
方まで優れた値を示している。

実施例（２） 合金鋼粉の化学組成（重量係） 合金鋼粉の見掛密度　　：　　２．６３９／Ｃｍ３合金
鋼粉の流動度　　　：　　２４．７　ｓｅｃ７５０ｇ合
金調粉の圧合金調成形性 本実施例は、実施例（１）の化学組成にＮｏを加えた水
７　トマ４７：ｆｍ＄ｊ（０，２８４０−０，０１俤Ｓ
ｉ−０，９０％Ｍｎ　−０，０３４Ｐ　−０，００７％
　Ｓ　−０，９２％ｃｒ　−０，３１４Ｎｏ　−０，８
６４０）を分解アンモニアガス（ＡＸ）雰囲気中の１０
００　’Ｃで脱炭焼鈍したものである０上記の表より明
らかなように実ｉ例（１）と同様圧粉密度およびラトラ
ーｆ＋ｉは成形圧力の低い方から高い方まで１憂れた値
を示している〇実施例（３） 合金清粉の化学組成（重量係ン 合金鋼粉の見桂ト密度　　　８．００りＡｍ３合金鋼粉
の流動度　　　　２２．１　ｓａｃ１５ｏ９合金鋼粉の
圧縮性、成形性 本実施例は、実施例（１）の化学組成にＮｏ　Ｉ　Ｂを
加えた水アトマイズ鋼粉（０，２６係０−０．０２幅Ｓ
土−ｏ、９１　ｅＩ）Ｍｎ　−０，ｏａ　％　Ｐ　−ｏ
、０２　％　Ｓｉ　−１，１１４Ｏｒ−０，２５’Ｉ　
ＭＯ−０，０＋１４４　Ｂ　−０，５１％　Ｑ　）を、
ＡＸ雰囲気中の１０００℃で脱炭炉、鈍したものである
８゜上記の表よ？１明らかなように実施例（１）と同様
、圧粉密度およびラトラー値は成形圧力の低い方から高
い方まで優れた１１ｕを示している。

比較例 合金鋼粉の化学組成（重量％） 合金鋼粉の見掛密度　　　２　、６５９Ａｍ３合金鋼粉
の流動度　　　　２４．４　ｓｅｃ１５ｏｇ合金鋼粉の
圧縮性 本比較例は、実施例（２）と同一の水アトマイズ鋼粉を
享ンモニア分解ガス（ＡＸ）雰囲気中１０００℃で還元
焼鈍したものである。本発明実類例と比較すると°、銅
粉見掛密度、流動度が前記実施例と実質的に差が無く、
鋼粉酸素量も原料鋼粉の２分の１以下に低減しているに
もかかわらず、脱炭が％Ｘ不光分なため実施例と比較す
ると極めて低い圧縮性しか得らｎなかった。またラトラ
ー値は、成形圧力５　ｔＡ＋＋＋２では０．９壬以下で
はあるが、８ｔ／ｃｍ２で割れるなど実施例より劣るも
のであった０以上説明したように本発明にあっては、焼
入れ性、圧縮性および成形性に優れる低炭素の合金鋼粉
を、高強度焼結材料用原料として提供することができ、
主として次のような効果が期待できる。

（４）　Ｍｎ　ｒ　Ｏｒのような安価な合金元素を含有
させることによｒ）、低摩な原料鋼粉が提供でき、焼結
材料の製造コストを低減する。

（Ｂ）　　合金鋼粉の圧縮性が優れているために高密度
の焼結材料の製造が可能とな１１、焼結材料の品質゛を
向上させる〇 （０）　　合金鋼粉の成形性が優れている丸めに、成形
作業を安定化させ、焼結材料の生産性を向上させる。

特許出願人　　川崎製鉄株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＬＩｉｌｒｉｌｌｌで、０　：　０．１　’１以下、０
   ：０．２〜１．０係、２．８係以下のＩｎもしくは５．
   ５係以下のＯｒのいずれか少なくとも一塊を合計量では
   ０．４〜７．０％の範囲で含有し、残部が不純物の他Ｆ
   ｅよりなる焼鈍した水アトマイズ合金鋼粉であって、潤
   滑剤を用いた５　ｔＡｒｎ２（ｊ）圧力で成形したとき
   の圧粉密度が６．７９７ｃｍ３より大きく、かつラトラ
   ー値が０．９壬よ１）も小さい値を示す高弛度焼結材料
   用合金鋼粉０２　重ｇ％で、Ｏ：　０．１１以下、Ｏ：
   ０．２〜１．０係、２．３係以下のＭｎもしくは５．５
   嗟以下のＯｒのいずれか少なくとも一種を合計量では０
   ．４〜６．０係の範囲で含有し、かつｌＪｂ　：　０．
   ０１〜１．０　％、Ｖ　：　０．０１〜０．５４、Ｂ　
   ：　０．０００１〜０．５９６、ｃｕ　：　ｏ、ｔ　〜
   ａ、ｏ　ｔｓ、Ｎｉ：　０．１〜５．０係、００　：　
   ０．１〜１０．０係、Ｎｏ　７０．１〜７．０係、Ｓｎ
   　：　０．１〜８．０　％、　Ｗ　：　０．１〜８．０
   憾、Ｐ　：　０．０４〜Ｏ，ａ係およびＳ　：　０．０
   ４〜０．８係のうちから選ばれる何れか１種または２撞
   以上含有し、残部が不純物の他Ｆｅよりなる焼鈍した水
   アトマイズ合金鋼粉であって、潤滑剤を用いた５　ｔ　
   ／　（ｍ２の圧力で成形したとき、圧粉密度が６．７９
   ／ｃｍ３より大きく、ラトラー値が０．９係より）も小
   さい値を示す高強度焼結材料用合金鋼粉、〕