JPS6036601A - 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＠粉末及びこの粉末の製造方法に関する
ものである。

（ｃｌ）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シ、そ
の強度全高めるために、微粉末の製造が不可欠である。

従来、粉末冶金用金属粉末は王として破砕法及び水アト
マイズ法により製造されている。破砕法は、脆性金属で
あるマンガ゛ン、クロム、アンチモン、ビスマス、コバ
ルトの如き単一金属、又は人為的に脆化された金属であ
る海綿鉄、電解鉄等、粒界腐食奮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（金属間化合物、
電子化合物ｋｆむ）であるＦｅ　−ＡＬ　１Ｆｅ　−Ａ
ｔ−Ｔ　ｉ、Ｎｉ　−ｈｌ　％Ｎ１−Ｔｉ　５Ｆｅ−Ｃ
ｒ　、　Ｆａ−８１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り機
械的に噴き化する方法であり、固溶体を形成する成分範
囲で甚々しく酸化性が高い金属・合金以外に広く適用さ
れる。これらの方法で得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−Ｍｏ−Ｃ粉末について
は、α−Ｆｅ相、Ｍ６Ｃ。

Ｍ２Ｃ等の炭化物相、などの平衡状態で生成する相であ
る。

上記従来法により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検討を行った。

（、）　従来の破砕による粉末製造の容易性：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Ｋ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、そして通常
の結晶粒度より細粒を得ることができない。またステン
レス銅の脆性相を消滅させるため脆性相を焼結体の母相
へ兄全拡散合金化させないと、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
が成分偏析を起し、そのためにインゴットを粉砕しても
粉末粒子毎で組成の異なるものになっている。また、３
重閂チ以下の合金元累菫（Ｃｒ　、　Ｍｏ　、　５ｉ）
Ｔｈ添加した低合金鋼の水アトマイズ粉は、１０１０５
ＫＡの冷却速度で均一な過飽和の固溶体組織となる。し
かし、高ＭＯ合金鋼を水アトマイズして得た粉末はＭ６
Ｃ，Ｍ２Ｃ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、成分の均質性が劣っている。

（ハ）発明の概要 本発明は、上述の点（、）及び（ｂ）の点を意識して超
急冷合金の研究を行っていた過程で、（ａ）＊量比で９
．０〜４０ｑｂのＭｏと、２〜４．ＥｌのＣと、残部Ｆ
ｃ１とからなる組成、但し、ＭＯ及びＣの址が第１図の
Ａ点−２チＣ，１０％ＭＯ１Ｂ点−２チＣ１４０チＭＯ
１Ｃ点−４ｌＣｓ　４０１　Ｍｏ　、　Ｄ点−４ｌＣ。

１５％Ｍｏ、Ｅ点−４．８４Ｃ，１５１Ｍｏ、　Ｈ点−
４，８４Ｃ，９％Ｍｏ、　０点−３，８１Ｃ，９１Ｍｏ
。

Ｈ点−３，８％Ｃ，１０％Ｍｏにより囲まれる領域及び
これらのＡ−Ｈ点を結んだ線上に位宜する組成、及び（
ｂ）重量比で２〜４（ｌのＭｏと、２．０〜４．０１Ｃ
と、３〜３０％のＣｒ及び３〜１０．０ｑｂのＷの少な
くとも１種と、残部Ｆ′ｅとからなる組成、ならびに上
記組成（、）及び（ｂ）に重量比で０．１〜１．５俤Ｓ
ｔ及び０．１〜２．０％Ｍｎの少なくとも１種’ｒｆむ
組成（Ｃ）及び０）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（Ｄ）の合金”ｆ　１０’Ｖ４Ｌ上の冷却速度
による急速凝固により、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を提供する。

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（、）において、ＭＯ９
〜４０９６、Ｃ２〜４．８％、残部Ｆｌｌ、但し、Ｍｏ
及びＣの開“が第１図のＡ点−２係Ｃ，１０％Ｍｏ、Ｂ
点−２　ｓ　ｃ　ｓ　４０　％　ＭＯｓ　ｃ点−４０％
０１４０％Ｍｏ、Ｄ点−４ｌＣ，１５％Ｍｏ、Ｅ点−４
，８％Ｃ，１５％Ｍｏ、　Ｆ点−４，８４Ｃ、９俤Ｍｏ
。

Ｇ点−３，８％Ｃ，９％Ｍｏ、　Ｈ点−３，８％Ｃ，１
０％Ｍｏ、により囲まれる領域及びこれらのＡ〜Ｈ点を
結んだ線上に位置するとしたのは、この範囲外では非平
衡単−相が形成されず非晶質相あるいはフェライト又は
マルテンサイト組織中に、Ｍ２Ｃ。

Ｍ６Ｃ、等の炭化物の分散した平衡複合相が形成される
からである。本発明の高合金鋼粉末では、各粉末の組織
は非平衡単−相であり、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
り同定したところ、第１図のＡＢＣＤＩＨ点−但し、１
点は３．８％ｃ１１５％Ｍｏ−を結んだ線上及び線内の
領域ではＡ１２α−Ｍｎ型構造化合物（χ（カイ）相）
であり、ＤＥＦＧＨＪ点−但し、５点は４１Ｃ，１０％
Ｍｏ−を結んだ線上及び線内の領域ではＣ（イゾシロン
）相であることがほぼ確実となった。なおＩ　ＤＪＨ点
を結んだ線内領域では粉末は非平衡単−相であるχ相と
Ｃ相との混合相となっていた。

本発明における非平衡単−相とは、通常の溶製法による
Ｆｅ−ＭｏＦｅ−Ｍｏ−８ｌ（系合金或いはＦ’ｓ−Ｍ
ｏ−Ｃｒ（Ｗ）−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、Ｍ２Ｃ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延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、組成の異なる複数
の相がＦｅ−Ｍｏ−Ｃ、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ（Ｗ）−Ｃｓ
　Ｆｅ−Ｍｏ−８ｉ（Ｒｈ）−Ｃ、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃｒ（
Ｗ）−８ｌ（Ｍｎ）−Ｃ合金中に存在せず、数μｍの面
積内においても均質性を有するため、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−Ｍｏ−Ｃ合金等の粉化が容易
であり、４０μｍ以下の微細な粉末を容易に調製し得る
点である。上記りヴン状Ｆｅ　−Ｍｏ−Ｃ合金等は通常
ゴールミルによる搗砕法により、４０μｍ以下に粉化さ
れる・仮に、従来の溶製法によりＦａ　−Ｍｏ−Ｃ合金
等を溶製し上記粒子寸法に粉砕するとすれば多大なエネ
ルギーと長時間を要し、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−Ｍ。

−Ｃ合金等では決して得られない特色をもって込る。

さらに、本発明のＦｅ　−Ｍｏ−Ｃ合金等は多元系元素
としてＣｒ　、及びＷの少なくとも１種の添加元素によ
り、非平衡単一相形成範囲をＭｏの下限２チまで広げる
ことが可能である。またＳｔ及びＭｎはぼ相又はＡＩ２
α−Ｍｎ型化合物（χ相）４１１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
相中に過飽和に固溶し、粉末の焼結後の靭性、及び強度
を向上させる。

本発明による高合金鋼粉末は通常の溶解拳粉砕法により
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鋼粉末の結晶粒は、通常の光学顕微
鏡では検出されないが、すメンを薄膜に加工し、この薄
膜全透過型電子顕微鏡で観察することにより、結晶粒は
明確に観麩される。

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リボンを粉砕して調製
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界に沿って又は結
晶粒内を横切って伸びる二つの場合があると考えられる
。

上記非平衡単−相は、所定組成の溶融金属を片ロール法
、双ロール法等により冷却速度１０　ＫＡｃ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／
に以上で工業的に可能な範囲で選定され％に上限はなり
、焼結製品製造のためには本発明の粉末を単独又は他の
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 金属モリブデン、白銑（４，２３％Ｃ）及び活性炭を内
径３０朋、深さ１２０１４ｍのタンマン管へ装入し、底
部から活性炭、金属モリブデン及び日鉄の順にセットし
高周波溶解した。溶落後１６００に溶湯を＃４不透明石
英管で吸い上げ凝固させ放冷後前記石英管からＦｅ　−
Ｍｏ−Ｃ母合金を取り出した。

その組成は、重量比で１０．０係ＭＯ１４，６チＣ残部
Ｆｅであった。次に、第２図に示す急冷装置により超急
冷を行った。第２図において、１はヒータ、２は底に直
径０．５關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。母合金を１０１ｒ
秤量し、１６００にの温度で底に直径０．５ｒｒｓ／ｒ
ｒ＋の孔のある透明石英管２の底部よりアルゴンガスに
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１０５ＫＡｅＣの速度で超急冷した
。それをスタンプミルにより２時間粉砕したところ、１
０μｍ以下の粉末を得た。

粉末ｆｆ１ｘｒａｙ回折したところ、ε相と同一の結晶
構造であり、非平衡単−相であることを確認した。

実施例２ 金属モリブデン、白銑（４，２３チＣ）、活性炭を実施
例１と同様に溶解し、Ｆｅ−Ｍｏ−Ｃの母合金を得た。

その組成は、重量比で１５．０チＨａ　、　３．０チＣ
と、残部Ｆ＠であった。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
プミルにより２時間粉砕したところ、１０μｍ以下の粉
末を得た。粉末をｘ　ｒａｙ回折したところ、粉末は非
平衡単−相（χ相）であることを確認した。

実施例３ 金属モリブデン、白銑（４，２３％Ｃ）、活性炭、金属
シリコン、電解マンガンを実施例１と同様に溶解し、Ｆ
ｅ−Ｍｏ　−Ｃ−８ｉ−Ｍｎの母合金を得た。その組成
は、重量比で１０．０　％Ｍｏ、　４．５％Ｃ，０，５
％Ｓｉ、０．５ｑｂＭｎ、と残部Ｆ８であった。それを
実施例１と同様の超急冷装置ヲ用いかつ同一方法及び条
件で急速凝固し、スタンプミルにより２時間粉砕したと
ころ、１０μｍ以下の粉末を得た。ｘ　ｒａｙ回折した
ところ、非平衡単−相（６相）であることを確認した。

実施例４ 金属モリブデン、白銑（４，２３％Ｃ）、金属クロム、
活性炭、金属シリコン、電解マンガンを実施例１と同様
に溶解し、ＦｅＦｅ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｃ−８ｉ−の母合金
を得た。その組成は、重量比で２０．０チＭｏ　。

＋５１Ｃｒ、３．５％Ｃ，０，５％Ｓ１　、０．５　％
　Ｍｎ　ｓ残部Ｆｅであった。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、
スタンプミルにより２時間粉砕したところ、１０μｍ以
下の粉末を得た。ｘ　ｒａｙ回折したところ、非平衡単
−相（χ相）であること全確認した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＣとＭＯの含有量を示す図面、第２図は急冷
凝固装置の概念図である。 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。 第１図 Ｃ含有量 第２図 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１４３６６９　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　称帝国ピストンリング株式会社 ４、代理人 ５、補正の対象 （１）明細書の「特許請求の範囲」の欄（２）明細書の
「発明の詳細な説明」の欄６、補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通り補正します。 （２）発明の詳細な説明 （イ）明細書第１１頁、第７行目「モリブデン沖省銑」
を「モリブデン及び白銑」に訂正する。 Ｚ　添付書類の目録 補正特許請求の範囲　１通 ２、特許請求の範囲 １、　重量比で、９〜４０％のＭＯと２〜４．８％のＯ
と、残部Ｆθとからなり、但し、ＭＯ及びａの輩が第１
図のＡ点−２％０．１０％ＭＯ１Ｂ点−２％０１４０％
ＭＯ１Ｃ点−４，冨Ａ１４０％Ｍｏ。 Ｄ点−４％ａ１１５％Ｍｏ、Ｅ点−４．８％０．１５％
Ｍｏ、Ｆ点−４．８％０．９％Ｍｏ５Ｇ点−３，８％０
．９％ＭＯ１Ｈ点−３，８％０１１０％ＭＯ１により囲
まれる領域及びこれらのＡ−Ｈ点を結んだ線上に位置す
るとともに、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。 ２、重量比で、２〜４０％Ｍｏと、２．０〜４．０％の
０と、３〜３０％のＯｒ及び３〜１０％のＷの少なくと
も１種と、残部Ｉｒｅ　とからなる組成を有しＮ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。 ３、重量比で０，１〜１．５％の８１、及び０．１〜２
．０％Ｍｍの少なくとも１種と、９〜４０％のＭＯと、
２〜４．８％の０と、残部ＩＦｅとからなる組成を有し
、但し、ＭＯ及びＯの量が第１図のＡ点−２％０．１０
％Ｍｏ、Ｂ点−２％０１４０％ＭＯ１ａ点−４％０１４
０％ＭＯ１Ｄ点−４％０．１５％Ｍｏ、Ｅｌｉ点−４．
８％０．１５％ＭｏＳ７点−４．８％０．９％ＭＯ１Ｇ
点−３，８％０．９％Ｍｏ、Ｈ点−３、８％０１１０％
ＭＯ１により囲まれる領域及びこれらのＡ　−Ｈ点を結
んだ線上に位置するとともに、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、重量比で、９０〜４０％のＭｏと、２〜４８％のＣ
と、残部Ｆｅとからなる組成、但し、ＭＯ及び０の量が
第１図のＡ点−２％０．１０％Ｍｏ。 Ｂ点−２％０１４０％Ｍｏ、Ｏ点−４％０，４０％ＭＯ
１Ｄ点−４％Ｃ１八５％Ｍｏ、ｌｌｉ点−４，８％０．
１５％Ｍｏ、ＩＰ点−４８％０，９％Ｍｏ　、　Ｇ点−
３，８％０，９％Ｍｏ、Ｈ点−３．８％０．１０％Ｍｏ
、により囲まれる領域及びこれらのＡ−Ｈ点を結んだ線
上に位置する組成を有する該合金を溶解し、冷却速度、
１０　Ｋ／（５）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
細結晶粒より構成される高合金鋼粉末の製造方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量比で、９〜４０１のＭｏと２〜４．８％のＣと
   、残部Ｆｅとからなり、但し、Ｍｏ及びＣの量が第１図
   のＡ点−２％　Ｃ，１０％Ｍｏ、Ｂ点−２％０１４０％
   ＭＯ１Ｃ点−４，Ｏｆｂ　Ｃｓ　４０　％　Ｍｏ　１Ｄ
   点−４％Ｃ，１５１Ｍｏ、Ｅ点−４，８％０１１５％Ｍ
   Ｏ１Ｆ点−４．８チＣ，９％ＭＯ，Ｇ点−３．８チ０１
   ９％Ｍｏ、Ｈ点−３，８％Ｃ，１０％Ｍｏ、により囲ま
   れる領域及びこれらのＡ−Ｈ点を結んだ線上に位置する
   とともに、非平衡率−相を呈する微細結晶粒組織を有す
   る高合金鋼粉末。 ２、重量比で、２〜４０４　Ｍｏと、２．０〜４．０％
   のＣと、３〜３０％のＣｒ４及び３〜１（ｌのＷの少な
   くとも１種と、残部Ｆ’ｓとからなる組成を有し、かつ
   非平衡率−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０．１〜１．５チのＳｔ、及び０．１〜２
   ．０％Ｍｎの少なくとも１種と、９〜４０％のＭＯと、
   ２〜４．８％のＣと、残部Ｆｅとからなる組成を有し、
   但し、Ｍｏ及びＣの量が第１図のＡ点−２チＣ，１０１
   Ｍｏ、Ｂ点−２９６Ｃ，４０１Ｍｏ、０点−４４Ｃ，４
   ０％Ｍｏ、Ｄ点−４％０１１５％ＭＯ１Ｅ点−４，８１
   Ｃ，１５１Ｍｏ、　Ｈ点−４，８％Ｃ１９％Ｍｏ、Ｇ点
   −３．８％Ｃ，９％Ｍｏ、Ｈ点−３，８％　Ｃ％　１０
   ４　Ｍｏ、によｐ囲まれる領域及びこれらのＡ−Ｈ点を
   結んだ線上に位置するとともに、非平衡率−相を呈する
   微細結晶粒組織を有する高合金鋼粉末。 ４、重量比で、９〜４０チのＭｏと、２〜４．８チのＣ
   と、残部Ｆｅとからなる組成、但し、ＭＯ及びＣの量が
   第１図のＡ点−２％Ｃ１１０チＭｏ１Ｂ点−２チＣ，４
   ，０チＭｏ％Ｃ点−４％Ｃ１４０％Ｍｏ、０点−４％Ｃ
   ，１５１Ｍｏ、　Ｂ点−４，８％Ｃ１１５％Ｍｏｓ　Ｈ
   点−４，８％Ｃ１９俤Ｍｏ　、Ｇ点−３，８％Ｃ，９チ
   Ｍｏ、Ｈ点−３，８係Ｃ，１０チＭＯ１により囲まれる
   領域及びこれらのＡ−Ｈ点を結んだ線上に位置する組成
   を有する該合金ｆ：溶解し、冷却速度、１０４し仮以上
   で急速凝固させ、しかる後所定粒度に粉砕することを％
   徴とする非平衡単−相を呈する微細結晶粒より構成され
   る高合金鋼粉末の製造方法。