JPS62146203A - 焼結用低合金鋼粉末及びその製造方法 - 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） 本発明は高強度焼結材料の製造に通した焼結用低合金鋼
粉末に関するものである。

（従来の技術） 焼結材料の使用方法として、近年では強度を必要とする
部位に用いる機械部品への採用が検討されており、既に
使用されているものもある。焼結材料に対する高強度の
要求は年々高まりつつあるが、この要求に適合する材料
は少ない。

高強度焼結材料を得るため、合金化、均質化及び高密度
化等の種々の強化方法が検討されている。この中で合金
化により強度を向上させるため、銅（Ｃｕ）、ニッケル
（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ク
ロム（Ｃｒ）等を鉄中に固溶させ強化させる予合金化法
あるいは混合法が知られている。

しかしながら、上記の方法により得られる焼結材料は強
度の点で必ずしも充分とはいえない。すなわち、予合金
化法においては、予合金化の段階で固溶硬化がおこり、
粉末の硬さが上昇するため、成形時の圧縮性が低下し材
料の高強度化に対しては不利となる。従って、再圧縮等
の方法により密度を更に上げることも必要となる。

一方、混合法においては、焼結の際に添加した合金元素
を鉄中に拡散させるのに高温で長時間加熱することが必
要となり、又、活性全屈であるＣｒやＭｎ等は焼結雰囲
気を厳密にコントロールしないと酸化をおこし拡散が妨
げられる。このため均質な材料が得られ難く、合金元素
添加の割には強度は向上しない。

上述のように、合金化による強度の向上方法は問題を含
んでいるものの他の強化方法に比べて最も有利な方法と
考えられているため、種々の検討が為されている。例え
ば、特公昭４５−９６４９号公報「低合金鋼末鉄の製法
」の明細書中には、合金元素、例えば還元しやすいＭｏ
、Ｎｉ、Ｃｕを特殊還元法により鉄粉の表面に付着させ
ることにより予合金化粉末を製造する方法が開示されて
いる。これは予合金化の際の酸化による圧縮性低下の改
良を図ったものであり、圧縮性は純鉄粉と同等となって
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の方法においては合金元素の拡散に
問題があり、充分に均質化されていないため強度の向上
が図れない、焼入性がＣｒ’ＰＭｎを含むものよりやや
劣る、または特殊な還元法であるため製造コストが高く
なる等の問題があった。

また一般的に、ＭＯｌＭｎ、Ｎｉ％　Ｃｒは強度を向上
させるために焼結材料用の低合金鋼粉末に添加される金
属として有効であるが、含有量によって、または合金化
の方法によって焼結時の圧縮率が低下する、製品の強度
が均質でなく添加の割には強度の向上が架めない、また
添加する金属元素の量を多くしなければならないとか特
殊な還元法を必要とするなどの理由により製造コストが
高くなる等の点で問題がある。従って本発明の第一の目
的は焼結時の圧縮性が純鉄粉と同等であり、添加された
金泥元素が均一に拡散した低合金鋼粉末を提供すること
であり、第二の目的は、上記の性質を存する低合金鋼粉
末を製造するために、予合金を製造する際に特殊な還元
条件を必要とせず、容易でコストの低い製造方法を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の焼結用低合金鋼
粉末は、総重量に対して０．２〜１．５重量％のモリブ
デン（Ｍｏ）　、０．０５〜０．２５重量％のマンガン
（Ｍｎ）、０　、１ｍ　ｆｆ１％以下の炭素（Ｃ）　、
０．３重量％以下の酸素（Ｏ）、０．５〜５重量％のニ
ッケル（Ｎｉ）、及び不可避不純物を含有し、残部が鉄
（Ｆｅ）よりなることを特徴とする。

また、本発明は、 ａ）モリブデン（ＭＯ）、マンガン（Ｍｎ＞、炭素（Ｃ
）、酸素（Ｏ）、及び不可避不純物を含有し、残部が鉄
（Ｆｅ）よりなる／８湯を水噴霧法により粉末化してＦ
ｅ−Ｍｏ　−Ｍｎ系予合金粉末を製造する工程、 ｂ）上記のＦ　ｅ　−Ｍ　ｏ　−Ｍ　ｎ系予合金粉末と
、該粉末の平均粒子径の１／１０以下の平均粉末粒子径
を有するニッケル粉またはニッケル酸化物粉とを混合す
る工程、 Ｃ）前記混合粉末を還元雰囲気下で熱処理することによ
り集合化する工程、及び ｄ）上記の集合化粉末を粉砕する工程より、総重量に対
して０．２〜１．５重量％のモリブデン（Ｍ　ｏ　）　
、０．０５〜０．２５市量％のマンガン（Ｍｎ）、０．
１重量％以下の炭素（Ｃ）、０．３重量％以下の酸素（
Ｏ）　、０．５〜５重量％のニッケル（Ｎｉ）、及び不
可避不純物を含有し、残部が鉄（Ｆ　ｅ）よりなる低合
金鋼粉末を製造することを特徴とする焼結用低合金鋼粉
末の製造方法に関する。

Ｍｏは焼結体組織をベイナイト化し、強度を向上させ、
且つ熱処理時の廃人性を向上させる効果があるが、重量
比で０．２％未満では効果が少なく、１．５％を越える
と圧縮性の低下を招き、添加量の割には強度の向上が得
られにくり、且つコスト高となるため、０．２％〜１．
５％の範囲が好ましい。

ＭｎはＭＯと類似の効果を有するが、重量比で０．０５
％未満では強度向上が不充分であり、０．２５％を超え
ると圧縮性を低下させるため、０．０５〜０．２５％が
好ましい。

Ｎｉは重量比で０．５％未満では強度向上が少なく、５
％を超えるとオーステナイト系の鉄の量が増加し、また
圧縮性も低下するため０．５〜５％が好ましい。また、
Ｎｉは予合金化すると圧縮性を低下させ、単に混合する
だけでは拡散が充分に行われないため、予合金化したＦ
ｅ−Ｍｏ−Ｍｎ粉と混合した後、加熱処理により集合化
する必要がある。Ｎｉはニッケル粉またはニッケル酸化
物粉（ＮｉまたはＮ１ｐ）として添加され得るが、その
平均粒子径が予合金粉末の平均粒子径の１７１０より大
きくなると、集合化粉末中でのＮｉの偏析が生じやすく
なるため強度のバラツキが大きくなり、また、予合金粉
末との集合化を阻害する可能性も生じてくるため、予合
金粉末の１／１０以下の平均粒子径のＮｉまたばＮｉＯ
粉を用いる必要がある。

Ｏ及びＣは、予合金粉末の硬さを上昇させ、圧縮性を著
しく低下させるため、０は重量比で０．３％以下、Ｃは
！比で０．１％以下にする必要がある。

Ｃｒは圧縮性を著しく低下させるため、本発明の低合金
鋼粉末には含有させない。

（実施例） 以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する
。

実施例１： 第１表に示した組成のうちニッケル以外の成分を含有す
る溶湯を溶解炉中で作り、この溶湯をタンディツシュよ
り流出させ、この溶湯流に噴霧媒として高圧の水を作用
させる所謂水噴霧法により平均粒子径８０μｍのＦｅ−
Ｍｏ−Ｍｎ系予合金粉末（乾燥粉）を製造し、次にこの
粉末と平均粒子径５μｍのニッケル粉　（カーボニルニ
ッケル粉）とを市販のＶ型混合機に挿入し、３０分間混
合した。この混合粉末を水素−窒素混合の還元雰囲気の
熱処理炉の中に入れ、９３０℃で３０分間の熱処理を施
して集合化した。その後、この集合化粉末をハンマーミ
ルにて粉砕した後ＪＩＳ標準ふるい８０ｍｅｓｈにより
分級を行い、３ｐｍｅｓｈ以下の粉末を得た。

実施例２； 第１表に示した組成に基づいて水噴霧法により形成した
不可避不純物を含むＦｅ−Ｍ。

−Ｍｎ系予合金粉末（乾燥粉、平均粒子径８０μｍ）と
酸化ニッケル粉（平均粒子径１．６μｍ）とを市販の■
型混合殿により、３０分間混合した。続いて水素−窒素
混合の還元雰囲気中、９３０°Ｃで４０分間の熱処理を
施し、集合化粉末を得た。これを、ハンマーミルにて粉
砕した後、８０ｍｅｓｈの篩にて分級を行い、８０ｍｅ
ｓｈ以下の粉末を得た。

実施例３： 第１表に示した組成の低合金鋼粉末を実施例１の方法に
準じて製造した。

比較例１： 第１表に示した組成に基づいて、水噴霧法により、不可
避不純物を含むＦｅ−Ｎｉ　−Ｍｎ−Ｍｏ系予合金粉末
（乾燥粉、平均粒子径７３μｍ）を形成した。次いで水
素−窒素混合の還元雰囲気中９３０℃で３０分の熱処理
を施して集合化した。その後、これをハンマーミルで粉
砕した後、８０ｍｅｓｈ篩で分級し、８０ｍｅｓｈ以下
の粉末を得た。

比較例２： 市販の純鉄粉（８０ｍｅｓｈ以下）とフェロモリブデン
粉（ＪＩＳ　ＦＭｎＬＩ、２００ｍｅｓｈ以下）、フェ
ロマンガン粉（ＪＩＳ　ＦＭｎＬＩＫ、２００ｍｅｓｈ
以下）及びＮｉ粉（平均粒子径５μｍ）をＶ型混合機に
より３０分間混合した。

比較例３：・ 第１表に示した組成に基づいて、水噴霧法により不可避
不純物を含むＦｅ−Ｃｒ−Ｍ。

−Ｍｎ系予合金粉末を形成した。該粉末（平均粒子径７
９μｍ）とＮｉ粉（平均粒子径５μｍ）とを■型混合機
により３０分間混合した。次いで水素−窒素混合の還元
雰囲気中で９３０℃で３０分間の熱処理を施して集合化
した。その後、これをハンマーミルで粉砕した後分級を
行い、３Ｑｍｅｓｈ以下の粉末を得た。

比較例４： 第１表に示した組成に基づいて、水噴霧法により不可避
不純物を含むＦｅ−Ｍｏ系予合金粉末を形成した。核子
合金粉末（平均粒子径８５μｍ）とＮｉ粉（平均粒子径
５μｍ）とをＶ型混合機で３０分間混合した後、水素−
窒素混合の還元雰囲気中で、９３０℃で３０分間熱処理
を施して集合化した。これをハンマーミルで粉砕して解
離した後分級を行い、８０ｍｅｓｈ以下の粉末を得た。

注　各組成の残部は不可避不純物を含む鉄である。

試験例１：圧縮性試験 ＪＳＰＭ標準１−６４の金属粉の圧縮性試験法に準拠し
て成形体密度（ｇ／ｃａｔ）を測定することにより粉末
の圧縮性を調べた。

実施例１ないし３及び比較例１ないし４の各粉末を成形
圧力５　ｔ　／　ｃＴｄで、金型の壁面に潤滑剤を塗布
して成形し、それぞれの圧縮率を調べた。結果を図のグ
ラフに示す。実施例１ないし３で製造した低合金鋼粉末
の圧縮性は、比較例１のＦｅ−Ｍｏ−Ｍｎ−Ｎｉ系予合
金粉末より優れており、純鉄粉とＭｏ、Ｍｎ及びＮｉ粉
を混合してなる比較例２の粉末と同等である。従って実
施例１ないし３の低合金鋼粉末は純鉄粉を原料とした混
合粉末の圧縮性と同等の圧縮性が得られることがわかる
。

また実施例１ないし３の低合金鋼粉末の圧縮性は、Ｃｒ
を予合金化した以外は実施例１ないし３とほぼ同様の方
法により製造された比較例３の粉末よりも著しく優れて
いる。従ってＣｒの予合金化が圧縮性に対して悪影響を
及ぼすことが明らかである。

試験例２：引張強さ試験 実施例１ないし３及び比較例工ないし４による低合金鋼
粉末を原料として製造した焼結材料について、ＪＳＰＭ
標：＊ｚ−６４の金属焼結体の引張試験法に基づいて強
度を測定し、高強度焼結材料用の原料粉末としての適否
を検討した。焼結体は、各原料粉末に対して０．５５重
量％の黒鉛粉と０．８重量％の潤滑用ステアリン酸亜鉛
扮を添加し、混合した後、圧縮粉体密度７．０ｇ／ｃｆ
ｆｌに成形し、これを分解アンモンニアガス中、１１７
０℃で５０分間焼結を行い、続いて熱処理を行なうこと
により装造した。熱処理は真空焼入とし、８７０℃で３
０分間加熱保持した後、油中冷却し、続いて１９０℃で
６０分間焼戻しすることにより行った。引張強さ試験の
結果を図に示す。図のグラフより、実施例１ないし３の
低合金鋼粉末の引張強さが比較例のいずれのものと比べ
ても著しく良好であることが明らかである。

（発明の効果） 上記のように、本発明による焼結材料用低合金鋼粉末は
、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎ　ｉ、Ｃ１０の各成分元素を鉄中に所
定比率で含み、しかもＮｉを他の元素と共に予合金化せ
ずにＦｅ−Ｍ　ｏ　−Ｍ　ｎ系予合金化粉末と熱処理す
ることにより集合化しているため、予合金化の際に各成
分元素が固溶硬化して圧縮性を低下させることもなく、
高密度の製品を得ることができ、その結果として製品の
強度が著しく向上する。また、Ｎｉは単に混合している
だけでなく、Ｆ　ｅ　−Ｍ　ｏ　−Ｍ　ｎ系予合金化粉
末と集合化させているため良好に拡散することができ、
強度が均一な製品を得ることができる。

さらに、本発明の製造方法は予合金化及び焼結の際に特
殊且つ高価な還元条件を必要としないため、簡便な装置
及び操作方法により、しかもコストの低い方法で高品質
の低合金鋼粉末を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例及び比較例の各粉末の圧縮性試験及
び引張強さ試験の結果を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）総重量に対して０．２〜１．５重量％のモリブデ
   ン（Ｍｏ）、０．０５〜０．２５重量％のマンガン（Ｍ
   ｎ）、０．１重量％以下の炭素（Ｃ）、０．３重量％以
   下の酸素（Ｏ）、０．５〜５重量％のニッケル（Ｎｉ）
   、及び不可避不純物を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）よりな
   る焼結用低合金鋼粉末。
2. （２）ａ）モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、炭
   素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、及び不可避不純物を含有し、残
   部が鉄（Ｆｅ）よりなる溶湯を水噴霧法により粉末化し
   てＦｅ−Ｍｏ−Ｍｎ系予合金粉末を製造する工程、 ｂ）上記のＦｅ−Ｍｏ−Ｍｎ系予合金粉末と、該粉末の
   平均粒子径の１／１０以下の平均粉末粒子径を有するニ
   ッケル粉またはニッケル酸化物粉とを混合する工程、 ｃ）前記混合粉末を還元雰囲気下で熱処理することによ
   り集合化する工程、及び ｄ）上記の集合化粉末を粉砕する工程より、総重量に対
   して０．２〜１．５重量％のモリブデン（Ｍｏ）、０．
   ０５〜０．２５重量％のマンガン（Ｍｎ）、０．１重量
   ％以下の炭素（Ｃ）、０．３重量％以下の酸素（Ｏ）、
   ０．５〜５重量％のニッケル（Ｎｉ）、及び不可避不純
   物を含有し、残部が鉄（Ｆｅ）よりなる低合金鋼粉末を
   製造することを特徴とする焼結用低合金鋼粉末の製造方
   法。