JPS6152303A - 粉末冶金用合金鋼混合粉末の製造法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は粉末冶金用合金鋼混合粉末の製造法に係り、よ
り詳細には、粉末冶金法により合金鋼焼結体を製造する
際に用いる原料混合粉末を特定の調整により製造する方
法に関する。

（従来技術） 従来より、粉末冶金法の特長を活かすべく、溶製による
構造用合金鋼鋼材に匹敵する機械的性質を具備し得る合
金鋼焼結体の研究、開発が試みられてきている。

例えば、鉄粉にＮｉ粉末などの合金元素粉末をＣ粉末と
共に混合して所望成分組成の合金鋼焼結体を得んとする
方法がある。しかし、この方法では、合金元素量の添加
量を多くすると圧粉特性が著しく悪化し、機械的性質の
向上は望めない欠点がある。

一方、別の方法として、狙いとする合金鋼と同一の成分
組成の粉末をアトマイズ法により製造し。

得られた合金鋼粉末（プレアロイ粉末）を用いて合金鋼
焼結体を製造する方法もあるが、Ｓｉ、Ｍｎ等々の合金
元素量の多量化に伴い酸素量が多くなり、機械的性質、
特に靭性の悪化を防ぎえない問題がある。また、最近、
この問題に対処するために、焼結鍛造材専用の合金鋼粉
末も研究されているが、それ程効果的な結果が得られて
いない。

（発明の目的） 本発明は、これらの従来法の有する欠点乃至問題点を解
決し１合金鋼焼結体の製造に供する原料混合粉末につき
、その取扱い易さ、特に圧粉体特性を大幅に向上する粉
末混合調整を可能とし、しかも、各種組成の合金鋼焼結
体であってもその機械的性質、特に靭性を、焼結体であ
れ焼結鍛造体で今れ、顕著に向上し得る粉末冶金用合金
鋼混合粉末の製造法を提供することを目的とするもので
ある。

（発明の青酸） 本出願人は、既に、特に高密度、高強度の焼結体を与え
得る粉末冶金用合金鋼粉末並びに焼結体の発明を提案し
たが（特開昭５９−２０４０１号）、本発明は、か＼る
技術をベースとして、合金鋼粉末の特性及び焼結体の機
械的性質を一層改善し得る原料混合粉末の製造法を完成
したものである。

すなわち、本発明者等は、従来法、特にプレアロイ粉末
を利用する場合の問題点である圧粉特性並びに靭性の低
下が、プレアロイ粉末中のＣ及びＣｒ含有量と含有酸素
量の形態に起因することを究明し、したがって、プレア
ロイ粉末中のこれらＣ量及びＣｒ含有量を特定量に規制
する態様の下で、プレアロイ粉末を原料混合粉末の一粉
末成分として利用し、加えてこの規制を補填する観点か
ら、このようなプレアロイ粉末に対して鉄粉を添加する
ことによってプレアロイ粉末の成分を希釈せしめること
、更に成分中、Ｃについては黒鉛粉末、無定形炭素など
の炭素質粉末の添加により調整し、必要に応じて他の合
金元素の金属粉の添加を図ることにより、合金鋼混合粉
末の圧粉特性を向上し得ると共に各種成分組成の焼結体
用に広く対処でき、しかも靭性の向上も期待し得ること
を見い出した。

以下に本発明の特徴について詳述する。

前述のとうり、本発明は、粉末冶金法により混合粉末を
焼結体となしぞ、必要に応じて熱処理を施し、或いはそ
の焼結体を鍛造後熱処理を施して製品を得る際に、前記
混合粉末の特定調整を図るものである。

プレアロイ粉末 従来のプレアロイ粉末は、それ自体によって合金鋼焼結
体の成分組成を得んとしていたため、必然的に低Ｃｒで
かつＳｉ、’Ｍｎ量が比較的多いた−め酸素含有量が多
くならざるを得なかった。またＣをあらかじめ合金化し
たプレアロイ粉末では圧粉特性が悪いという問題があっ
た。これに対して本発明では合金鋼焼結体の所望Ｃ量は
黒鉛粉末、無定形炭素などの炭素質粉末の添加に委ね、
プレアロイ粉末中のＣ量は専ら圧粉特性の改善のために
低く抑制すると同時にＣｒを多く含有せしめプレアロイ
粉末の酸化を抑制し、酸素含有量を低く抑える、すなわ
ち、そのＣ量が０．１０％を超える圧縮密度を悪化する
ので、上限を０．１０％とする。一方、プレアロイ粉末
中の他の合金元素は任意に合金化させることができるが
、但し、それらの合金元素中Ｃｒ成分のみについては以
下のように規制する必要がある。

すなわち、プレアロイ粉末中のＣｒは粉末の酸素含有量
と密接な関係があることを究明するに至り、Ｃｒが３．
０％未満であるとプレアロイ粉末の酸素量が多くなるの
で、９ｒ含有量を３．０％以上と積極的に多くを含有せ
しめ、これによりプレアロイ粉末の全酸素量が１．０％
以下の低レベルを確保するものである。全酸素量が１．
０％を超えるとプレアロイ粉末が脆くなり、焼結に先立
つ圧粉成形が困難となる。更には、Ｃｒ含有量の増大に
伴って、焼結中のＣＯ反応による還元が不可能なマンガ
ンシリケート等の酸化物を形成している酸素量を０．２
５％以下に抑えるものである。

特にこの酸素量を低減することが合金鋼焼結体の酸素量
を低くし、その靭性等の機械的性質の顕著な改善をもた
らし、したがって、必要な場合には、プレアロイ粉末を
他の粉末（鉄粉、黒鉛粉末）との混合に先だって水素還
元せしめて、０．１５％以下にすることができる。

疾豊 本発明では、プレアロイ粉末の前述の如き効果的利用を
達成せしめるために、適量の鉄粉をプレアロイ粉末に混
合するもので、これは、プレアロイ粉末中の成分、就中
それに含まれる酸素量を鉄粉添加により希釈するという
独創的知見に基づくものである。鉄粉の混合添加は、取
上の効果の他、原料混合粉末の圧粉特性の改善に寄与す
る効果も期待できる。

鉄粉の混合量は、これらの効果をもたらすべく適量で添
加することができ、鉄粉の成分は特に制限されない。

辰！１飢木 本発明では、得られる合金鋼焼結体のＣ含有量を黒鉛粉
末、無定形炭素などの炭素質粉末の混合添加により調整
する。すなわち、前述のように、プレアロイ粉末の効果
的利用を達成するべく含有Ｃ量を０．１０％以下に抑制
したことに鑑み、所望Ｃ含有量の合金鋼焼結体を得るよ
うに炭素質粉末を添加するが、この際、焼結中のＣＯ反
応に消費するＣ量を見込んで、必要量の炭素質粉末を添
加すべきことは云うまでもない。

合金−のり゛混合 本発明では、合金鋼焼結体に要する合金元素のうち、Ｃ
以外のものはプレアロイ粉末中に合金化せしめ、かつ、
鉄粉混合により希釈調整し、Ｃは炭素質粉末を混合する
が、場合によっては、目途−＼　　とする合金鋼焼結体
の鋼種に応じて、その成分調整の容易さ、圧粉密度の向
上、特定の効果（Ｎｉのバインダーとしての効果等）な
どを狙いとして。

Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｓｉ、Ｍｎ等々の鉄基中に合金
状態で拡散硬化する元素（Ｃ，Ｃｒを除く）の１種又は
２種以上をプレアロイ粉末とは別に混合せしめることが
できる。混合添加する場合には、目途とする鋼種の必要
量に応じて０．１〜２０％の範囲内の量を混合する。

（実施例１） 本実施例は５ＣＲ４３５、ＳＣＭ４４５．５ＮＣ６３１
、ＳＮＣＭ４３９．５ＫＴ４相当鋼の焼結鋼並びに焼結
鍛造鋼を目途としたものである。

まず、第１表に示す化学組成の合金鋼粉末を溶湯から水
噴霧法により製造し、次いで脱水・乾燥後、−１００メ
ツシユに分級した。

本発明に係る合金鋼粉末Ａ−Ｇ及び比較例の合金鋼粉末
Ｈ−Ｊは各々、第２表に示すように、鉄粉及び／又は黒
鉛粉末と混合して、後述の圧粉工程に供した。他方、比
較例の合金鋼粉末には前記分級後、１１５０℃Ｘ１０ｈ
ｒの水素還元し、破砕後−１００メツシユに分級して圧
粉工程に供した。

各合金鋼混合粉末の圧粉は、ステアリン酸亜鉛１％の添
加の下に５ｔｉｃｉの加圧力で成形し、圧粉体とした。

なお、各圧粉体については圧粉特性として圧粉密度並び
にラトラー値を調らべた。その結果を第２表に併記する
。

次いで、各圧粉体ともに真空中で１２００℃Ｘ１ｈｒの
焼結を施して焼結体とした後、８５０℃Ｘｌｈ　ｒ加熱
後空冷の焼ならし、及び８５０℃×３０′加熱後油冷、
６００’ＣＸ１ｈｒ加熱後空冷の焼入・焼もどしの熱処
理をして合金鋼焼結鋼を得た。一方、各圧粉体の一部に
ついては前記焼結の後、焼結体をＡｒガス雰囲気中で９
５０℃×３０′加熱後、メカニカルプレスにて約１５ｔ
／ａ＃で鍛造し、次いで前記と同様の焼ならし、焼入・
焼もどしの熱処理を施して焼結鍛造鋼を得た。各焼結体
の化学成分並びに焼結鋼と焼結鍛造鋼の機械的性質（靭
性）を第３表に示す。

（以下余白） 以上の結果より、本発明によれば、混合粉末の圧粉特性
が優れ、しかも得られる各種の焼結鋼乃至焼結鍛造鋼が
いずれも低酸素含有量で、かつ、靭性が優れていること
が確認された。

すなわち、５ＣＲ４３５相当鋼を目途として、合金鋼粉
末Ａ−Ｃ（本発明）及びＨ−Ｋ（比較例）を製造し、鉄
粉及び／又は黒鉛粉末を混合して焼結材、焼結鍛造材を
製造したところ、本発明の場合には、合金鋼粉末のＣ量
が低いために、圧粉体特性が良好であった。また合金鋼
粉末のＣｒ量を３．０％以上にコントロールした本発明
の場合には、Ｃｒ量の増加につれて含有酸素量（特にＣ
Ｏ反応による還元不能量）が低減し、加えて鉄粉添加に
より更に希釈されて混合粉末中の酸素量が著減し、した
がって、焼結体の酸素量も極めて低くすることができ、
靭性の顕著な向上をもたらした。

これに対し、比較例の場合には酸素量が多く、したがっ
て、焼結体の酸素含有量を少なくすることができず、靭
性が劣っており、たとえ鉄粉混合により希釈して（比較
例２２）或いは水素還元により（比較例２４）酸素含有
量を少なくしても、圧粉体特性が悪いため、靭性向上を
期待することができない。なお、本発明の場合、混合粉
末の製造価格が比較的低いメリットもある。

本発明を他の鋼種の焼結鋼乃至焼結鍛造鋼の製造に適用
した場合でも（供試鋼Ｎα４はＳ　ＣＭ４４５、Ｎ（１
５は５ＮＣ６３１、Ｎｏ、　６はＳＮＣＭ４３９、Ｎα
７は５ＫＴ４に相当する）、圧粉体特性並びに靭性が優
れ、同様の効果を奏することは明らかである。

（実施例２） 本実施例は、実施例１における合金鋼粉末Ａ〜Ｃ（本発
明）及びＨ，Ｉ（比較例）を用い、実施例１と同様の条
件の下で実験したものである。但し、各合金鋼粉末は、
他の粉末（鉄粉、黒鉛粉末）と混合する前に水素還元（
１１５０℃ｘ１０ｈｒ）し、破砕後、−１００メツシユ
に分級した後に、混合せしめた点が異なる。水素還元後
の合金鋼粉末の酸素量を第４表に、混合粉末内訳並びに
圧粉体特性を第５表に、焼結体の化学成分並びに衝撃値
を第６表に各々示す。

これらの結果より、いずれの合金鋼粉末も酸素量が減少
するものの、比較例の場合には、圧粉体特性の改善並び
に靭性の向上に殆ど好結果をもたらさないのに対し、本
発明の場合には、圧粉体特性の改善がみられ、かつ、靭
性を一層向上することができることがわかる。

（以下余白） （実施例３） 本実施例は、実施例１で目途とした鋼種にＣｕ及び／又
はＮｉを含有せしめた他の鋼種を目途としたもので、こ
れらのＣｕ、Ｎｉは合金鋼粉末とは別に金属粉として混
合する例である。

実験は、実施例］と同様の条件で行った。但し、合金鋼
粉末は実施例１のＡ（本発明）及びＪ（比較例）を用い
、合金鋼粉末を他の粉末（鉄粉、黒鉛粉末）と混合する
工程でＣｕ粉、Ｎｉ粉を混合した点が異なる。混合粉末
の内訳、圧粉体特性並びに焼結鋼の衝撃値を第７表にま
とめて示す。

これらの結果でも力かるように、合金元素を合金鋼粉末
とは別途金属粉として混合すると、圧粉体特性がより向
上し並びに衝撃値の改善を図ることができ、各種合金鋼
の調整を容易に行うことができる。これに対し、比較例
ではこのような合金元素の添加態様に何らのメリットも
みられない。

（発明の効果） 以上詳述したところかられかるように、本発明によれば
、特定組成の合金鋼粉末に鉄粉、炭素質粉末、更には必
要に応じて合金光素粉を混合して合金鋼混合粉末を調整
するので、圧粉体特性を大幅に改善でき、しかも得られ
る合金鋼の焼結体乃至焼結鍛造体のいずれの機械的性質
（特に靭性）を向上させることができ、製造法も廉価で
ある等々、その効果は非常に大きい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　粉末冶金法により原料混合粉末から合金鋼焼結体を
   製造するに当たり、前記原料混合粉末として、Ｃ以外の
   必要な合金元素を予め合金化したプレアロイ粉末であっ
   て、該合金元素のうち、少なくともＣが０．１０％（重
   量％、以下同じ）以下及びＣｒが３．０％以上を含有し
   、更にプレアロイ粉末の全酸素量が１．０％以下である
   プレアロイ粉末を、合金鋼焼結体の合金元素量が所望量
   となるように鉄粉と混合し、更に合金鋼焼結体の所望Ｃ
   量にＣＯ反応によるＣ消費量を見込んだ量の炭素質粉末
   を混合して、前記原料混合粉末を調整することによって
   、焼結中の前記ＣＯ反応により合金鋼焼結体の酸素量が
   ０．２０％以下になるようにしたことを特徴とする粉末
   冶金用合金鋼混合粉末の製造法。 ２　前記プレアロイ粉末を、前記鉄粉並びに炭素質粉末
   と混合する前に、水素還元することにより、プレアロイ
   粉末中において焼結中のＣＯ反応による還元が不可能な
   酸化物を形成している酸素量を０．２０％以下にした特
   許請求の範囲第１項記載の製造法。 ３　粉末冶金法により原料混合粉末から合金鋼焼結体を
   製造するに当たり、前記原料混合粉末として、Ｃ以外の
   必要な合金元素を予め合金化したプレアロイ粉末であっ
   て、該合金元素のうち、少なくともＣが０．１０％以下
   であるプレアロイ粉末を、合金鋼焼結体の合金元素量が
   所望量となるように鉄粉と混合し、更に合金鋼焼結体の
   所望Ｃ量にＣＯ反応によるＣ消費量を見込んだ量の炭素
   質粉末を混合すると共に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ・・・等々
   鉄基中に合金化状態で拡散硬化する元素の１種又は２種
   以上の０．１〜２０％を混合して、前記原料混合粉末を
   調整することによって、焼結中の前記ＣＯ反応により合
   金鋼焼結体の酸素量が０．２０％以下になるようにした
   ことを特徴とする粉末冶金用合金鋼混合粉末の製造法。