JPS6021361A - 高合金鋼粉末、及びその製法 - 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】 （イ）技術分野 本発明は高合金鋼粉末、及びこの粉末の製造方法に関す
るものである。

（ロ）従来技術 粉末冶金業界において、焼結晶中の空孔を少なくし、そ
の強度を高めるために、徽粉末の製造が不可欠である。

従来、粉末冶金用金属粉末は主として破砕法及び水アト
マイズ法によシ製造されている。破砕法は、脆住金ハで
あるマンガン、クロム、アンチモン、ビスマス、コバル
トの如き単−金属又は人為的に脆化された金１５である
海綿鉄、１ｉＬｗｆ鉄等、粒界腐食を起こして脆くした
ステンレス鋼あるいは、本質的に脆い合金（金篇間化合
物、電子化合物を誹む）であるＦｅ−ｈｔ、　Ｆｅ−Ａ
ｔ−’ｒｉ　、　Ｎｉ　−Ａｔ。

Ｎｉ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−８Ｓ等について行われ
ている。また水アトマイズ法は金属又は合金の溶湯を水
によシ機械的に噴ね化する方法であシ、固溶体を形成す
る成分範囲で甚々しくｒ「２化性が高い金属・合金以外
に広く適用される。これらの方法でイヒられた粉末の相
は平衡相である。すなわち、例えば従来のＦｅ−Ｗ−Ｃ
粉末についてけ、α−Ｆｅ相、Ｍ６Ｃ等の炭化物相、な
ど平ψｉ状態で生成する相である。

上記従来法によシ製造された粉末について本発明者は以
下のような観点から基本的倹ｉ’Ｊ′ｆＩ：行った。

（ａ）　従来の破砕による粉末英造のｆ−易４１１ユニ
従来法において人為的に脆い金属である海綿鉄及び電解
鉄を作ることにより粉末冶金製品のコスト上昇の原因と
なる。また、粒界腐食によって人為的に脆いステンレス
鋼を作ると、粒界割れは結晶粒界に沿って起こ・るため
、結晶粒の大きさによって粉末の大きさが決められ、微
粉化が妨げられる。また、脆性相を消滅きせるため脆性
用全焼結体の母相へ完全拡散合金化させ々いと、焼結体
の靭性が損われる危険がある。

（ｂ）　粉末の成分均質性：高合金の場合は各種の成分
相が高合金インゴットを形成した際に現われ、かつそれ
が成分偏析をおこしそれを粉砕しても粉末粒子毎で組成
の異なるものになっている。また、低合金鋼の水アトマ
イズ粉は、１０’に／ｓｅｅの冷却速度で過飽和の固溶
体とするためには、３重量％以下の合金元素量（Ｃｒ、
　Ｍｏ、Ｓｉ、　Ｃ，ｐ）ｅ添加している。高Ｗ合金鋼
を水アトマイズして得た粉末はＭ２３Ｃ６、Ｍ６Ｃ型炭
化物が晶出した炭化物偏析の多い組織となっているため
に、均質性が劣っている。

（→　発明の概要 本発明者は、上述の点（イ）及び（ロ）の点を意識して
超急冷合金の研究を行っていた過程で、（−）重量比で
２０．０〜３５．０　％（７）Ｗと、１．２〜３．５％
のＣと、残部Ｆｅとからなる組成、及び（ｂ）重量比で
１０．０〜３５．０％のＷと、１．２〜３．５％のむと
、５．０〜２５．０％のＣｒ及び２．０〜１０．０％Ｍ
ｏの少くとも１種と残部Ｆｅとからなる組成、ならびに
上記組成（、）及ヒ（ｂ）にｘｉ比テ０．１〜１．５％
Ｓｉ及び０．１〜２．Ｏ４Ｍｎの少なくとも１種を含む
組成（ｃ）及びｐ）の高合金鋼粉末が、非平衡単−相を
呈し、かつ従来の粉末の問題点を解消することを見出し
て、本発明を完成した。

さらに、本発明は上記組成（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び
０）の合金（ｃ　１０’　ｋ／　ｓｅｃ以上の７％却速
度による急速凝固によシ、非平衡単−相を呈する微細結
晶粒組織を有する高合金鋼粉末の製造方法ｆｒ：４Ｍ供
する。

に）発明の詳細な説明 以下本発明に係る高合金鋼粉末について具体的に説明す
る。この高合金鋼粉末の組成（ａ）において、Ｗ２Ｏ，
Ｏ〜３５．０％、Ｃ１，２〜３．５％、残部Ｆｅとした
のは、この範囲外では非平衡単−相が形成率 されず非晶質あるいはフェライト又はマルテンサイト組
織中にＭ２３Ｃ６、Ｍ２Ｏ３等の炭化物の分散した平衡
複合相が形成される。本発明の高合金鋼粉末では各粉末
の組織は非平衡単−相であシ、且つこの相は平衡状態で
は存在しえない相である。この相は、本発明者がＸ線回
折によシ同定したところ、Ａ１２α−Ｍｎ型構造化合物
（°χ（カイ）相）であることが、はぼ確実になった。

本発明における非平衡単−相とは、通常の溶製法による
Ｆｅ　−Ｗ−Ｃ系合金或いはＦａ　−Ｗ−Ｃｒ　−Ｃ系
合金と比較するならば、これらの合金では通常マトリッ
クス相であるフェライト又はマルテンサイト組織に、炭
化物が晶出分散した多相組織が形成される。ところが本
発明の非平衡相は、フェライトやマルテンサイトも炭化
物も構成相ではない。なお、非晶質相は非平衡相である
が勉性が高く微粉化が困難である。　゛ 上述の非平衡単−相の工業的意義は、組成の異なる被数
の相がＦｅ−Ｗ−Ｃ，Ｆｅ−Ｗ−Ｃｒ（Ｍｏ）−０％　
Ｆｅ−Ｗ−８１（Ｍｎ）−Ｃ、Ｆｅ　−Ｗ−Ｃｒ（Ｍｏ
）−Ｓｔ（Ｍｎ）−Ｃ合金中に存在せず、数μｍの面積
内においても均りヘ性を有するため、数μｍの粉末にし
た場合でも均一組成の粉末が得られ粉末冶金製品の均質
性が著しく高められる点にある。さらに、このような非
平衡単−相の意義はこの相が非常に脆いために、リボン
状で得られた前記のＦｅ−Ｗ−Ｃ合金等の粉化が容易で
あり、４０μｎ１以下の微卸１な粉末を容易に調製し得
る点である。上記＋７　、ｌ−’ン状Ｆｅ−’ｖＶ−Ｃ
合金等は通常ボールミルによる搗砕法によシ、４０μｍ
以下に粉化される。仮に、従来の溶製法によシＦｅ−Ｗ
−Ｃ合金全溶瑛し上記粒子寸法に粉砕するとすれば多大
なエネルギーと長時間全装し、非経済的である。したが
って、本発明の高合金鋼粉末は、従来のＦｅ−Ｗ−Ｃ合
金では決して得られない特色をもつ−Ｃいる。

さらに、本発明のＦｅ−Ｗ−Ｃ合金ｔ」、多元系元素と
してＣｒ、　ＭＯ％　ＳｔＳＭｎの少なくとも１種の添
加元素によシ、非平衡単−相形成ｉＩ＋１囲ｆｒ：Ｗの
下限１０．０％まで広げることが可能である。これらの
Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｓｉｓ　Ｍｎは、Ａ１２α−Ｍｎ型化
合物構造を有する結晶への固溶範囲内で合金元素として
加えられ、そして非平衡単一相中に過飽和に同日し、粉
末の焼結後の靭性、及び強度を向上芒せる。

本発明による高合金銅粉末は通常の溶解・粉砕法によシ
得られた粉末と比較して著しく微細な結晶粒組織をもっ
ている。一般に後者の粉末の結晶粒は１０ミクロンを越
えるが、前者の粉末の結晶粒は１０ミクロン未満、好ま
しくは２〜３ミクロンである。

本発明による高合金銅粉末の結晶粒は通常の光学顕微鏡
では検出式れないが、リボンを薄膜に加工し、この薄膜
を透過型電子顕微鏡でｖＩ察することにより、結晶粒は
明確に観察される。

本発明による高合金粉末の結晶粒が微細であるために、
この粉末より作った圧粉体を焼結する時に、粉末粒子の
結晶粒成長が少なく、結果として焼結体の結晶粒は微細
となる。

本発明による高合金鋼粉末を上記りｚンを粉砕して調製
する場合、該粉末は単結晶粉末、及び／又は多結晶粉末
を含み、さらに、粉末の表面は結晶粒昇に沿って又は結
晶粒内′？ｒ：横切って伸びる二つの場合があると考え
られる。

上記非平衡Ｊｉ−相は、上記組成の溶１；ｉＪ！合金を
片ロール法、双ロール法等にょシ冷却ｙＪ：度１０’に
７８８０以上に超急冷することにより得られる。なお冷
却速度は１０’に／ｓｅｅ以上で工業的に可能な範囲で
選定され特に上限はない。焼結Ｍ（１４品製造のために
は本発明の粉末を単独又は曲の粉末との混合で使用され
る。

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 金属タングステン白銑（４，２３％Ｃ）及び活性炭に内
径３０鮨、深さ１２０ｍｍのタンマン管へ装入し、底部
から活性炭、タングステン、及び白銑のＩＩＥｉにセッ
トし高周波溶解した。溶落後１６００に溶湯ケナ４不６
明石英管で吸い上げ凝固させ放冷後前記石英管からＦｅ
−Ｗ−ＣＰＪ合金を取り出した。

”ｔ−ノ１ｔｌｌ　ｆｉｌ　ｉ、Ｊ：、重−ｆｉｌ　比
Ｔ’２５．０％Ｗ、３．０％ＣＬＵＢＦｅ″Ｃあった。

次に、第１図に示す急冷鉄性にょシ超急冷を行った。第
１図において、１はヒータ、２は底に直径０．５８の孔
のある透明石英管、３はアルゴンガス吹き込み装置、４
は冷却ロールである。母合金ｉ１０ｇｒ秤量し、１６０
０にの温度で底に直径０．５ｍ／ｍの孔のある透明石英
管２の底部よシアルボンガスにより吹き出して、３０　
ｍ／ｍｉｎで回転する冷却ロール４に吹きつけ、約１０
５に／ｓｅｅの速度で超急冷した。それ全スタンプミル
により２時間粉砕したところ、１０μｍ以下の粉末を得
た。粉末ｆ：Ｘｒａｙ回折したところ、粉末の結晶構造
はＦｅ　−Ｃｒ　−Ｍｏ合金のＸ相と同一の結晶＜ｉｆ
造であり、非平衡単一結晶相であることを確認した。

実施例２ 金属タングステン、白銑（４，２３％Ｃ）、金属クロム
、金属モリブデン、活性炭を実施例１と同様に沼解し、
Ｆｅ　−Ｗ　−Ｃｒ　−Ｍｏ　−Ｃの母合金ヲ賓だ。そ
の組成は、Ｍ縦比で１０．５％Ｗ１６５％Ｃｒ、　３．
０％Ｍｏ、　２．５％Ｃと、残部Ｆｅてあった。それを
実施例１と同様の超急冷装置を用いかつ同一方法及び条
件で急速凝固し、スタンプミルによシ２時間初砕したと
ころ、１０μｍ以下の粉末を得た。

粉末をＸｒａｙ回折したところ、粉末は非平衡単一結晶
相であることを７ｉｉｆｆｉ認した。

実施例３ 金属タングステン、白銑（４，２３％Ｃ）、金属クロム
、金属モリブデン、活性炭、輩属シリコン、電解マンガ
ン全実施例１と同様に溶解し、Ｆｅ−Ｗ−Ｃｒ−Ｍｏ−
８ｔ−Ｍｎ−Ｃの母合金を得た。その組成は、重量比で
１１’、０％Ｗ、６％Ｃｒ、　５％ＭＯ１０，５％８１
％０．５％Ｍｎ、　３．０９ｉＳＣと、残部Ｆｅであっ
た。それを実施例１と同様の超急冷装置ｄを用いかつ同
一方法及び条件で急通凝固し、スタンプミルにより２時
間粉砕したところ、１０１６ｍ以下の粉末を得た。Ｘ　
ｒａｙ回折したところ、非平衡単−相であることｆ：確
認した。

【図面の簡単な説明】

＠１図は、９、冷凝固装置の概念図。 １・・・ヒータ、２・・・透明石英管、３・・・アルゴ
ンガス加圧噴射口、４・・・冷却ロール。 手続補正書（自発） 昭和５８年１０月４　日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許願　第１２８７３７　号２、発明の名
称 高合金鋼粉末、及びその製法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏　名　増　本　健 名称　帝［１：１ピストンリング株式会社４、代理人 ５、補正の対象 （１）明細書「発明の詳細な説明」の欄６、補正の内容 （１）明細書第６亘、第１４行目「本発明の非平衡相」
をｒ本発明の非平衡単−相」に訂正する。 （２）明細書第９頁、第１２行目「金属タングステン白
銑」を［金属タングステン、白銑」にｄ１正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｊ、　重量比て、２０，０〜３５，０襲のＷと、１，２
   〜３．５％のＣと、残部ＦｅとからなるＸｌを成ヲ壱し
   、かつ非平衡単−相を呈するを信１１１結晶粒組織を壱
   する１ｔら台＜１ｉ對；・ｌａ末。 ２、　重量比で、１０．０〜３５，０％Ｗと、１．２〜
   ３５％のＣと、５．０〜２５．０％のＣｒ、及び２．０
   〜１００チのＭｏの少なくとも１独と、残部Ｆｅとから
   なる組成を有し、かつ非平１＞ｖ単−相を呈する微細結
   晶粒組織を有する高合金鋼粉末。 ３　重量比で２０．０〜３５．０％のＷと１．２〜３５
   ％のＣと、０．１〜１．５％（’）　Ｓ　ｔ　％及びｏ
   、　ｉ　〜２．０チＭｎの少なくとも１棟と残部Ｆｅと
   からなる組成ケ有し、かつ非平衡単−相を呈する微細結
   晶粒組織を有する高合金鋼粉末。 ４、重ｌｊｉ比で、１０．０〜３５．０優のＷと１．２
   〜３５％（１）Ｃと、５．０〜２５．０％Ｃｒ及び２．
   ０〜１０．０％Ｍｅの少なくとも１種と、０．１〜１．
   ５％Ｓｔ、及び０．１〜２．０％Ｍｎの少なくとも１種
   と、残部Ｆｅとからなる組成を有し、かつ非平衡単−相
   を呈する微細結晶粒組織を有する高合金鋼粉末。 ５、重量比で、２０．０〜３５．０チのＷと、１．２〜
   ３．５％のＣと、残部Ｆｅとからなる組成を有する該合
   金を溶解し、冷却速度、１０’　ｋ／ｓｅｅ以上で急速
   凝固させ、しかる後所定粒度に粉砕することを特徴とす
   る非平衡単−相を呈する微細結晶粒よシ構成される高合
   金鋼粉末の製造方法。