JPS61227153A

JPS61227153A - 高窒素含有オ−ステナイト系焼結合金およびその製造方法

Info

Publication number: JPS61227153A
Application number: JP6630985A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Taruya; 芳男樽谷; Takeo Kudo; 赳夫工藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-09

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】（産業上の利用分野）本発明は、高窒素含有オーステナイト系焼結合金および
その製造方法に関する。

詳述すれば、本発明は粉末冶金法を利用して、Ｎ供給源
として窒化物微粉を利用した高窒素含有オーステナイト
系焼結合金およびその製造方法に関する。

（従来の技術）ＮはＣ，、Ｎ１％　Ｍｎｓ　Ｃｏとならんで代表的なオ
ーステナイト生成元素であり、耐食性、特に耐孔食性お
よび耐隙間腐食性を改善する元素としてならびに高温に
おける鋼の引張強度を高める元素として添加されてきた
。

しかしながら、従来の溶解材においては溶鋼中への溶解
度、凝固時の気泡発生、バブリングの問題より添加量に
限界があり市販鋼においては特殊な耐熱高強度鋼である
高Ｍｎ含有鋼に高々０６４５％程度含有されている例を
みる程度である。

例えば、高Ｎ含有鋼に関する公知文献としては以下のよ
うなものが挙げられる。

特公昭５０−８９６７号、特開昭５６−２０１５１号、
特公昭４１−１４８０５号、同５１−２９９６６号、同
５１−３１０８６、同５１−３１０８７号、同５１−３
１２０３号、同５０−４１７２号、同５０−５６５０号
、同５０−２４８８６号これらはいずれも溶解法による
ものであるが、従来にあっても高Ｎ化の利点は十分に認
識されており、そのために多くの努力がかさねられてき
たことが分かる。

その他、高圧力雰囲気下での溶解、鋳造といった方法で
の高Ｎ化も考えられるが、小規模実験的にはともかく、
工業的規模での実用化は甚だ困難であり、装置上の制約
も極めて大きい。

例えば、「日本金属学会誌Ｊ　Ｖｏｌ、３４、隘２．１
９７０、ｐｐ、　１８８〜１９４には高温高圧下でＮを
平衡させる実験結果が述べられており、それによればＦ
ｅ−Ｍｎ　（２７％Ｍｎ）鋼についてほぼ１．４％のＮ
２が吸収されたことが報告されている。

このように従来より高Ｎ化には多くの努力が払われてき
たのであったが、未だそれを工業的規模で実用化するこ
とは勿論、窒素の固溶限を超えて添加することは不可能
と考えられていたのが現状であった。

なお、粉末冶金法により鉄系粉末と金属窒化物粉末とか
ら焼結晶を製造することは切削工具および軸受などの耐
摩耗用として知られている（例：特開昭５６−７７３６
０号および特公昭５７−５４５３９号）。

とするものであり、固ｉＮ量を増大させそれによりオー
ステナイト組織化を図るということは行われていなかっ
た。またその場合の窒化物は炭化物と均等物と考えられ
るものである。

（発明が解決しようとする問題点）耐孔食性、耐隙間腐食性の改善、あるいは高強度化とい
った観点からは鋼中のＮ濃度は高い程望ましいがＮはガ
ス成分であるため溶鋼中への固溶度には限界があり、さ
らには凝固時の気泡発生防止の面から添加量は上限が決
まっている。従来においてはステンレス溶鋼中への固溶
量を増大させる目的より高Ｍｎ化等の成分調整あるいは
加圧下での熔解、鋳造といった方法が採用されていたが
、Ｎの添加量は高々０゜４５％程度であった（例：特公
昭５０−８９６７号）。

本発明の目的は従来の溶製法、造塊法、あるいは鋳造法
では製造が困難であった高窒素含有オーステナイト系合
金およびその製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は耐孔食性、耐隙間腐食性に著しく優
れた高窒素含有高耐食オーステナイト系合金およびその
製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は耐孔食性、耐隙間腐食性が著しく優
れ、かつ高強度の高窒素含有高耐食オーステナイト系合
金およびその製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は高温での耐酸化性に著しく優
れた高強度高窒素含有オーステナイト系合金およびその
製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）ここに、本発明の要旨とするところは、マルテンサイト
系、フェライト系、二相系、またはオーステナイト系合
金粉末に由来するマトリクス相と周囲を取り囲むように
存在するＮ拡散相を有する、金属窒化物微粉に由来する
分散相とから成り、理論密度の９５％以上の密度であっ
て平均Ｎ含有量が０．５％以上である、耐食性にすぐれ
た高窒素含有オーステナイト系焼結合金である。

さらに別の特徴によれば、本発明は、金属窒化物微粉と
合金粉との未焼結混合体を金属容器内に充填し、脱気、
密封した後、高密度化および焼結を行い、続いて得られ
た焼結体を９００℃以上、融点以下の温度に保持して金
属窒化物中のＮを合金側へ拡散させる工程を含む高窒素
含有オーステナイト系合金の製造方法である。　　。

すなわち、本発明によれば、従来、材料の溶解そして窒
素の固溶という工程を採用していたために起こっていた
前述の如き問題に対し、粉末冶金法の技術を利用するこ
とによりその問題を一挙に解決しようとするものである
。窒素は最初から固体状態、つまり化合物の形態で添加
されるから固溶限、バブリングなどの問題はなく、しか
も拡散処理工程を経ることによって微粉の形態で添加さ
れた窒素化合物は分解してしまいそれに伴って窒素の拡
散も加速されるのである。このため、本発明にあっては
、金属窒化物は微粉形態で添加する。

好ましくは粒径８０μｍ以下の微粉であり、さらに望ま
しくは１０μｍ以下であるのがよい。このようにして生
成される窒素拡散相の存在は本発明にかかる焼結合金の
冶金学的組織を特徴づけるものである。

（作用）次に、本発明における製造工程について詳細に説明する
。

まず、本発明によれば、ステンレス鋼粉と金属窒化物粉
末とを均一に混合した後、鋼製カプセルに充填し、常温
または加熱しながら真空に引いて内部を脱気し、または
脱気後、ｍ製カプセル内にＮ２ガスを充填し密閉する。

ステンレス鋼粉はアトマイズ法、粉砕法、粒界腐食法な
どにより製造されるが、ｒ！！素含素置有量ないという
ことから、非酸化性噴霧媒、例えばＮ２ガス、静ガス、
Ｈｅガスによるアトマイズ法により製造されたものが好
ましい。そのようなアトマイズ鋼粉のうち、平均粒径２
００μｍ以下、好ましくは１００．１７−以下のアトマ
イズ鋼粉が望ましく、また、鋼粉中の酸素濃度は低いほ
ど良い、望ましくは０．０３％以下であるのが良い。

一方、金属窒化物としてはＮ濃度が高く、室温では安定
であるが、１０００℃以上の温度では分解し、　やすい
ものが好ましい。本発明に用いられるそのような金属窒
化物としては、ＣｒとＮを主たる成分とする主としてＣ
ｒ２Ｎおよび／またはＣｒＮよりなるＣｒ系窒化物、Ｆ
ｅとＮを主たる成分とする主としてＦｅ２Ｎおよび／ま
たはＰｅ４ＮよりなるＦｅ系窒化物、■系窒化物、Ｓｉ
系窒化物、ＡＱ系窒化物、Ｍｇ系窒化物などがあり、そ
の複合窒化物でも良い。複合窒化物の系としてＦ　ｅ　
−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｖ系、Ｆｅ−Ｍｎ系、ＦｅＣｒ−Ｖ系
、Ｆｅ−Ｃｒ　−Ｖ−Ｍｎ系等がある。

金属窒化物の系は目的とする合金系成分、ならびに製造
性、経済性により選択されれば良い。

なお、Ｃｒ２Ｎを用いた場合には、従来の高Ｎ１１で問
題となるＣｒ２Ｎ析出に伴う耐食性劣化の問題がないこ
とから、金属窒化物微粉としてはＣｒ２Ｎの微粉が好ま
しい。

金属窒化物微粉はすでに良く知られた市販のものであれ
ば充分であり、あるいは金属粉末を圧粉成形時にＮ２ガ
スとともに加熱することにより処理して窒化物を生成さ
せてもよい。本発明において使用される金属窒化物の平
均粒径は小さい方が望ましく一般には８０μｍ以下が好
ましく、さらに望ましくは平均粒径１０μｌ以下が良い
。金属窒化物はその製造工程において酸化されやすいが
、金属窒化物中の酸素濃度は低ければ低いほど良い。

望ましくは金属窒化物中の酸素濃度は０．２％以下が良
い。

鋼製カプセルは炭素鋼製、ステンレス鋼製いずれでも良
いが、鋼中の炭素濃度は低い方がより好ましい。加熱処
理時に容器からの浸炭を防止するためである。Ｃ含有量
は炭素鋼の場合、０．０３％以下、ステンレス鋼の場合
０．０２％以下がもっとも望ましい。真空引きの際の保
持温度は室温でも良いが、内部の水分を除去する目的よ
り加熱する方がより効果的である。金属窒化物が分解し
ない温度範囲内で、より高温において真空引きすること
が望ましい。脱気後Ｎ２ガスをカプセル内に充填すると
加熱時の熱伝達がより改善される効果がある。

次いで、これを熱間静水圧法（旧Ｐ）により高密度化と
焼結とを行う。冷間静水圧法により高密度を図った後、
高温加熱により焼結を図ることも可能である。９００℃
以上の温度に保持することより金属窒化物の分解、そし
てＮのステンレス鋼側への固溶、拡散が進行し、窒素拡
散相が形成される。

ここに、「窒素拡散相」とは金属窒化物周囲に形成され
た窒素濃度勾配を有する領域である。

本発明にかかるオーステナイト系焼結合金の場合そのＣ
含有量は、合金粉末に由来する量程度は許容され、特に
制限されないが、耐食目的であって炭化物の生成を可及
的に制限して所要の耐食性を確保するためには、０．０
２％以下に制限することが好ましい。

かくして、本発明方法により、任意の鋼中Ｎ濃度を有す
る高窒素含有オーステナイト系合金鋼を容易に製造する
ことが可能である。一般には、そのようにして得られる
オーステナイト系焼結合金の密度は理論密度の９５％以
上、望ましくは９８％以上であって、そのＮ含有量は平
均濃度で０．５％以上である。しかも、本発明にかかる
焼結合金鋼は、Ｎ含有量が高く、耐孔食性、耐隙間腐食
性が著しく改善されるとともに、高強度化を図ることが
できる。また、従来、難加工材の１つと考えられていた
高窒素含有オーステナイト系ステンレス鋼の製造が、本
発明によれば、鋼粉が金属製容器内に充填されているこ
ともあって容易となる。

次に、本発明を実施例によってさらに詳述する。

実施例それぞれ第１表および第２表に示した組成、粒径を有す
る各ステンレス鋼粉とＣｒ系窒化物微粉末とを混合した
後、鋼中Ｃ濃度が０．０１８％である炭素ｗｉ製カプセ
ルに充填し加熱しながら真空に引いて内部を脱気し密閉
した。真空引きの条件は１×１０−３ｍｍ１ｇであり、
その際の加熱温度は５５０℃×Ｉｈｒであった。

次いで、これを熱間静水圧法により２０００気圧の圧力
をかけながら１３５０℃で１時間焼結を実施した。

得られた焼結体は１１５０℃で１時間保持した後、水冷
して試験に供した。

また一部の焼結体は１２５０℃に加熱してから１時間保
持後、厚さ３０ｍＩＩｌ×幅８０ＩＩＩ１１×長さしの
仕上げ寸法にまで熱間鍛造した。次いで、この鍛造材を
大気中で１２５０度に再度加熱した後、厚さ７ＩＩＩＩ
Ｉ×幅８０ＩＩＩＩにまで熱間圧延し、１１５０℃Ｘ３
０分保持後水冷した。

このようにして得た各高Ｎ含有オーステナイト系ステン
レス鋼の旧Ｐ材、および板材から試験片を切り出して常
温および６００℃での引張試験、シャルピー衝撃試験、
人工海水中での孔食電位測定、耐酸化試験をそれぞれ実
施した。各試験結果をまとめて第３表および第４表に示
す、第３表は焼結後、鍛造を行ったものの例を示す、焼
結体を熱処理したものについては第４表に示す。第４表
には孔食電位および酸化減量のみを示す。

引張試験は平行部が直径５ｍｍ　、、長さ３０ｍｍの丸
棒引張試験片で行った。シャルピー衝撃試験は２１Ｖノ
ツチ付ＪＩＳ　４号ハーフサイズ（厚さ５ｍｍ　）を用
い一２０℃で実施した。孔食電位測定は静脱気した人工
海水８０℃中で行い電流密度が１００μＡ　／ｃｄとな
る電位ＶＣにより評価した。耐酸化試験は大気中１３０
０℃、６時間加熱空冷の条件で６回加熱を繰り返した後
、試料表面の酸化物を除去した後の酸化減量にて評価し
た。なお、得られた焼結体の密度はいずれの場合も実質
上理論密度のほぼ１００％であった。

（発明の効果）以上の説明からも明らかなように、本発明により得られ
るオーステナイト系焼結合金は耐食性はもちろん耐酸化
性にもすぐれた高強度のものであって、したがって、耐
食目的ばかりでなく耐酸化性目的さらには高強度目的に
も有利に使用することができる。

第４表

Claims

【特許請求の範囲】

（１）合金粉末に由来するマトリクス相と周囲を取り囲
むように存在するＮ拡散相を有する、金属窒化物微粉に
由来する分散相とから成り、理論密度の９５％以上の密
度であって平均Ｎ含有量が０．５％以上である、耐食性
にすぐれた高窒素含有オーステナイト系焼結合金。
（２）金属窒化物微粉と合金粉との未焼結混合体を金属
容器内に充填し、脱気、密封した後、高密度化および焼
結を行い、続いて得られた焼結体を９００℃以上、融点
以下の温度に保持して金属窒化物中のＮを合金側へ拡散
させる工程を含む高窒素含有オーステナイト系焼結合金
の製造方法。
（３）前記金属窒化物微粉の平均粒径が８０μｍ以下で
ある、特許請求の範囲第（２）項記載の方法。