KR20160102483A

KR20160102483A - 소결 구성요소를 생성하는 방법 및 소결 구성요소

Info

Publication number: KR20160102483A
Application number: KR1020167019647A
Authority: KR
Inventors: 스벤 올로쓰; 올라 버그만
Original assignee: 회가내스 아베 (피유비엘)
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-30
Also published as: EP3084029A1; US20160318103A1; CN105829560A; JP2017504717A; US11554416B2; US11179778B2; TWI655981B; CN105829560B; JP6549586B2; KR102350989B1; WO2015091366A1; DK3084029T3; US20210316363A1; TW201536452A; EP3084029B1

Abstract

본 발명은 철-기반 분말 조성물로부터 제조되는 소결 구성요소를 제조하는 방법 및 그 자체의 소결 구성요소에 관한 것이다. 상기 방법은 상승된 온도에서 마모될 구성요소를 생성하는데 특히 적합하며, 따라서, 구성요소는 크롬 카보-니트라이드를 포함하는 경질상을 갖는 내열 스테인리스 강으로 구성된다. 그러한 구성요소의 예는 내연 기관용 터보차저의 부품이다.

Description

소결 구성요소를 생성하는 방법 및 소결 구성요소{A METHOD FOR PRODUCING A SINTERED COMPONENT AND A SINTERED COMPONENT}

본 발명은 철-기반 분말 조성물로부터 제조되는 소결 구성요소를 제조하는 방법 및 그 자체의 소결 구성요소에 관한 것이다. 상기 방법은 상승된 온도에서 마모될 구성요소를 생성하는데 특히 적합하며, 따라서, 구성요소는 경질상을 갖는 내열 스테인리스 강으로 구성된다. 그러한 구성요소의 예는 내연 기관용 터보차저의 부품이다.

산업에서 금속 분말 조성물의 압축 및 소결에 의한 금속 제품 제작의 이용은 점점 더 확산되고 있다. 다양한 형태 및 두께의 다수의 상이한 제품이 생성되고 있고, 품질 요구도 계속하여 제기된다. 동시에 비용을 낮추는 것이 요망된다. 완성된 형태에 도달하기 위해 최소 가공을 요구하는 정형(net shape) 구성요소, 또는 준정형(near net shape) 구성요소는 높은 정도의 재료 사용량을 포함하는 철 분말 조성물의 프레싱 및 소결에 의해 수득되기 때문에, 이러한 기술은 금속 부품을 형성하기 위한, 주조, 성형 또는 바 스톡(bar stock) 또는 단조로부터의 기계가공과 같은 통상적인 기술에 비해 큰 장점을 갖는다.

그러나, 일부 적용의 경우 프레스- 및 소결 방법에 대한 단점은 소결 구성요소가 일정량의 기공을 포함하여, 구성요소의 강도를 감소시키는 것일 수 있다. 기본적으로, 구성요소 다공성에 의해 초래된 기계적 특성에 대한 부정적인 효과를 극복하기 위한 두 가지 방법이 있다:

1) 소결 구성요소의 강도는 탄소, 구리, 니켈 몰리브덴 등과 같은 합금 원소를 도입시킴에 의해 증가될 수 있다.

2) 소결 구성요소의 다공성은 분말 조성물의 압축성을 증가시키고/거나 더 높은 압분체 밀도(green density)를 위해 치밀화 압력을 증가시키거나, 소결 동안 구성요소의 수축을 증가시킴에 의해 감소될 수 있다.

실제로, 합금 원소의 첨가에 의해 구성요소를 보강하고 다공성을 최소화시키는 것이 함께 적용된다.

상승된 온도에서 마모되고 부식되는 철-기반 소결 구성요소의 경우 이러한 조건에 견디기 위한 전제 조건은 구성요소가 스테인리스 강으로 제조되고 또한 경질상을 함유하는 것이다. 높은 소결 밀도, 즉, 낮은 다공성이 또한 필요하다. 그러한 구성요소의 예는 유니슨(unison) 또는 노즐 고리 및 슬리이딩 노즐과 같은 터보차저의 구성요소이다. 이러한 경우에 밀폐 다공성이 요망되는데, 이는 약 7.3 g/cm³ 초과, 바람직하게는 7.4 g/cm³ 초과, 가장 바람직하게는 7.5 g/cm³ 초과의 소결 밀도를 의미한다. 분말 야금 생산 경로가 그러한 구성요소의 생성에 매우 적합한데 그 이유는 이들이 종종 대량으로 생성되고 구성요소가 적합한 크기를 갖기 때문이다.

금속 사출 성형, MIM은 전형적으로 10 μm 미만의 X₅₀ 값을 갖는 매우 미세한 금속 분말을 이용하는 기법이다 (X₅₀; 50 중량%의 입자는 X₅₀ 미만의 직경을 갖고, 50 중량%는 X₅₀ 초과의 직경을 갖는다). 분말을 높은 양의 유기 결합제 및 윤활제와 혼합시켜 다이에서 사출되기 적합한 페이스트를 형성한다. 사출된 구성요소는 다이로부터 방출되고 후속하여 유기 물질을 제거하기 위한 탈-결합 공정 이후 소결 공정으로 처리된다. 낮은 다공성을 갖는 작은 복잡한 형상의 구성요소가 이러한 방법에 의해 생성될 수 있다. 특허 출원 DE10 2009 004 881 A1은 이러한 방법에 의한 터보차저 구성요소의 생산을 기재한다.

조성물에 미세한 입자 크기의 철-기반 분말을 이용하면 압분체 구성요소는 상기 분말이 더 높은 비표면, 더욱 활성인 표면을 지녀서, 더 높은 소결 밀도 및 보다 낮은 다공성을 제공하기 때문에 소결 동안 더욱 수축될 것이다.

단축 프레싱 기법에서, 더 굵은 철-기반 분말이 일반적으로 이용되며, 전형적으로 철-기반 분말의 입자 크기는 200 μm 미만이고 약 25% 미만은 45 μm 미만이다. 분말 조성물에 더 미세한 철-기반 분말을 이용함에 의해, 보다 높은 소결 밀도를 지닌 구성요소를 생성할 수 있다. 그러나, 그러한 조성물은 일반적으로 불충분한 유동성의 문제가 있고, 즉, 다이의 상이한 부분들을 분말로 그리고 균일한 겉보기 밀도, AD로 균일하게 채우는 능력에 문제가 있다. 다이의 상이한 부분을 AD 변동을 가능한 한 작게 하면서 분말로 균일하게 채우는 능력은 상이한 부분에서 소결 밀도의 변동이 작은 소결 구성요소를 수득하는데 필수적이다. 추가로, 균일하고 일관된 충전은 프레싱되고 소결된 구성요소의 중량 및 치수 변동을 최소화할 수 있도록 보장한다.

조성물은 또한 경제적인 생산 속도를 획득하기 위해 충전 단계 동안 충분히 빨리 흘러야 한다. 겉보기 밀도, 유동성 및 및 유동 속도는 일반적으로 분말 특성으로서 언급된다. 상기 언급된 문제를 극복하기 위해 충분한 분말 특성을 지니고 소결 동안 여전히 수축을 향상시키는, 미세 분말을 더 굵은 덩어리로 응집시키기 위한 다양한 방법이 제안되었다.

JP3527337B2는 미세 금속 분말 또는 예비 합금 분말로부터 응집된 분무 건조된 분말을 생성하는 방법을 기재한다.

유니슨 또는 노즐 고리 및 슬라이딩 고리와 같은 터보차저용 구성요소는 일반적으로 상승된 온도에서의 마모에 견디기 위해 경질상을 함유한다. 그러한 경질상은 카바이드 또는 니트라이드일 수 있다. 그러한 구성요소는 또한 700℃ 초과의 상승된 온도에서 충분한 강도를 제공하기 위해 다양한 합금 원소를 함유할 수 있다. 그러나 합금 원소와 함께 경질상의 존재는 일반적으로 철-기반 분말 조성물의 압축성 및 소결 구성요소의 기계가공성(machinability)에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 통합되는 분말 중 경질상의 존재는 또한 소결 동안 수축, 치밀화에 부정적인 영향을 지닌다. 본 발명은 특히 상기 언급된 문제에 대한 해법을 제공한다.

도면의 간단한 설명

도 1은 질소 대기 (p_N2=0.9 atm.)에서 다양한 온도에서의 20Cr13Ni0.5C 스테인리스 강 분말 중 질소의 용해성을 도시한다.

도 2는 질소 대기 (p_N2=0.9 atm.)에서 20Cr13Ni0.5C 스테인리스 강 물질 중 다양한 온도에서의 열역학적으로 안정한 카보-니트라이드를 도시한다.

도 3은 수소 대기 (p_H2=1 atm.)에서 20Cr13Ni0.5C 스테인리스 강 물질 중 다양한 온도에서의 열역학적으로 안정한 카바이드를 도시한다.

도 4는 시험 #1로부터의 빈 내부 소결된 견본을 도시한다.

도 5는 시험 #2로부터의 견본의 미세구조를 도시한다.

도 6은 시험 #3으로부터의 견본의 표면 영역에서의 미세구조를 도시한다.

도 7은 도 6에 도시된 물질의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 도시하고, M₂(C,N) 카보-니트라이드는 더 밝고 날카로운 입자처럼 보인다. 더 진한 입자는 MnS이다.

상세한 설명

본 발명은 매트릭스로부터 크롬 고갈 없이 내식성을 저하시키지 않는 유효량의 규정된 금속-카보-니트라이드를 함유하는, 고밀도 내열 소결된 스테인리스 강 구성요소를 생성하는 비용 효과적인 방법을 제공한다.

본 발명은 이용가능한 스테인리스 강 물질에서 질소의 용해성이 온도에 크게 의존하고 도 1에 따라 약 1180℃의 온도까지 빠르게 감소한다는 발견에 기반하다. 질소 함유 대기에서 스테인리스 강 구성요소를 가열시킬 때, 질소는 구조물에 용해될 것이다. 소결 온도에 도달하면 용해성은 훨씬 낮아져 질소 가스 형성을 발생시킬 것이고, 밀폐 다공성, 즉, 7.3g/cm³ 및 그 초과의 밀도가 수득되면, 질소 가스는 구성요소에 포집되어 균열 및 큰 기공을 초래할 것이다. 구성요소내 질소 가스의 존재는 또한 수축 및 치밀화에 대항할 수 있다.

본 발명자들은 놀랍게도 가열, 소결 및 냉각 단계를 포함하는 소결 공정 동안 소결 대기의 신중한 제어에 의해, 고밀도의 내열 및 내식성 스테인리스 강 구성요소가 비용-효과적으로 제작될 수 있음을 발견하였다. 더욱이, 본 발명의 공정은 덜 요망되는 M(C-N) 금속-카보-니트라이드 대신, 유효량의 요망되는 M₂(C-N) 금속-카보-니트라이드의 형성을 가능하게 한다. 과량의 M(C-N) 금속-카보-니트라이드의 형성은 강 매트릭스으로부터 크롬을 고갈시킬 수 있으므로 내식성에 불리한 효과를 갖는다.

미세 입자 크기, 즉 X₅₀ ≤ 30 μm, 바람직하게는 X₅₀ ≤ 20 μm, 더욱 바람직하게는 X₅₀ ≤10 μm인 물-분무된 예비-합금 분말을 이용하여 소결 동안 치밀화에 충분히 높은 소결 활성을 수득한다. (ISO 13320-1 1999(E)에 정의된 바와 같은 X₅₀). 예비-합금 분말의 화학적 조성은, 질소 함량이 더 낮은 것을 제외하고는 (최대 0.3중량%의 N), 소결된 물질의 규정된 조성 범위 내에 있다. 분말의 탄소 함량 역시 소결된 물질의 명시된 하한보다 낮을 수 있고 (0.001중량%의 C), 이 경우 그라파이트가 치밀화 전에 분말에 첨가된다. 미세한 입자 크기의 예비-합금 분말은 바람직하게는 덩어리로 과립화되어 치밀화 공정에 효율적인 분말 유동성을 획득한다. 과립화는 분무 건조 또는 동결 건조 공정에 의해 수행될 수 있다. 과립화 전에 분말은 적합한 결합제와 혼합된다 (예컨대, 0.5-1% 폴리비닐 알콜, PVOH). 응집된 분말의 평균 입자 크기는 50-500 μm의 범위이어야 한다.

과립화된 분말은 치밀화 전에 적합한 윤활제와 혼합될 수 있다 (예컨대, 0.1-1% 아미드 왁스). 그라파이트 및 기계가공성 첨가제 (예컨대, MnS)와 같은 다른 첨가제가 또한 과립화된 분말과 혼합될 수 있다.

치밀화는 5.0-6.5 g/cm³ 범위의 밀도에 도달하기 위해 400-800 MPa의 치밀화 압력을 지닌 통상적인 단축 프레싱에 의해 수행된다.

대안적으로, 분말은 금속 사출 성형 (MIM)과 같은 임의의 다른 공지된 통합 공정에 의해 압분체 구성요소에 통합될 수 있고, 이 경우 스테인리스 강 분말의 과립화는 요구되지 않는다. 이러한 경우에 금속 분말은 페이스트의 형태이다.

통합 후 압분체 구성요소는 가열, 소결 및 냉각 단계를 포함하는 소결 공정으로 처리된다.

가열은 건조 수소의 대기에서 또는 진공에서 수행된다. 대기는 또한 환원성 대기를 보장하기 위해 낮은 산소 분압을 지닐 것이다; 따라서 이슬점은 최대 -40℃일 것이다.

충분히 높은 온도, 즉 1100℃ 이상에 도달하면, 대기는 소결 대기로 바뀐다.

소결은 높은 온도, 1150-1350℃에서 15-120분 동안, 순수한 질소, 질소와 수소의 혼합물, 질소와 비활성 가스, 예컨대 아르곤의 혼합물, 또는 질소 및 수소 및 비활성 가스의 혼합물과 같은 질소 함유 대기에서 수행된다. 질소의 함량은 적어도 20 부피%일 것이다. 소결 대기는 또한 환원성 대기를 보장하기 위해 낮은 산소 분압을 지닐 것이다; 따라서 이슬점은 최대 -40℃일 것이다.

바람직한 소결 파라미터는 최대 10% 수소를 지닌 질소에서 15-45분 동안 1200-1300℃이다. 소결 대기 중 소량의 H₂는 표면 옥사이드가 분말 입자들 간의 효율적인 결합을 위해 소결 동안 충분히 감소될 것을 보장한다. 질소는 소결 동안 대기로부터 강으로 옮겨진다. 물질 중 미세하게 분산된 타입 M2(C,N) (여기서 M = Cr, Fe)의 카보니트라이드의 형성을 위한 시간을 허용하기 위해 소결 후 느린 냉각 (바람직하게는 <30℃/분)이 1100-1200℃의 온도 범위에 걸쳐 적용되어야 한다. 도 2는 그러한 카보-니트라이드가 이러한 온도 범위에서 N₂-함유 대기에서 오스테나이트 스테인리스 강에서 형성됨을 도시한다. 감작 효과로 인해 강의 내식성을 감소시킬, 다량의 M(C,N) 타입 카보-니트라이드의 형성을 방지하기 위해, >30℃/분의 급속 냉각이 저온, <1100℃에서 적용되어야 한다. 보다 낮은 온도에서 이러한 카보-니트라이드 타입 M(C,N)의 열역학적 안정성이 또한 도 2에서 입증된다.

소결 대기는 냉각 단계 동안 적어도 1100℃의 온도로 유지될 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 공정은 다음 단계를 함유할 것이다;

- 하기 조성을 갖는 스테인리스 강 분말을 제공하는 단계;

Cr 15-30%

Ni 5-25%

Si 0.5-3.5%

Mn 0-2%

S 0-0.6%

C 0.001-0.8%

N ≤0.3%

O ≤0.5%

임의로 3% 이하의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 이하의 불가피한 불순물,

Fe 나머지,

- 임의로 스테인리스 강 분말을 응집시키는 단계,

- 임의로 윤활제, 경질상 물질, 기계가공성 증진제 및 그라파이트와 혼합시키는 단계,

- 임의로 분말을 적합한 페이스트 또는 공급원료로 옮기는 단계,

- 수득된 페이스트, 공급원료 또는 과립화된 분말을 압분체 구성요소로 통합시키는 단계,

- 수득된 압분체 구성요소를 진공에서 또는 수소 가스의 대기에서 적어도 1100℃의 온도로 가열시키는 단계,

- 압분체 구성요소를 1150-1350℃의 온도에서 적어도 20% 질소 가스의 대기에서 소결시키는 단계,

- 소결 구성요소를 소결 온도로부터 ≥1100℃의 온도까지 최대 30℃/분의 냉각 속도로 적어도 20% 질소 가스의 대기에서 냉각시켜 충분한 양의 M2(C,N) 카보-니트라이드를 형성하는 단계,

- 소결 구성요소를 1100℃로부터 주위 온도까지 적어도 30℃/분의 냉각 속도로 그리고 M(C,N) 카보 니트라이드의 과도한 형성을 방지할 정도로 충분히 높게 냉각시켜 매트릭스에 적어도 12중량%의 Cr을 지닌 구성요소를 제공하는 단계.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 구체예에서, 스테인리스 강 분말은 하기 조성을 갖는다;

Cr 17-25%

Ni 5-20%

Si 0.5-2.5%

Mn 0-1.5%

S 0-0.6%

C 0.001-0.8%

N ≤0.3%

O ≤0.5%

임의로 3% 이하의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 이하의 불가피한 불순물

Fe 나머지.

본 발명의 대안적인 구체예에서, 스테인리스 강 분말은 하기 조성을 갖는다;

Cr 19-21%

Ni 12-14%

Si 1.5-2.5%

Mn 0.7-1.1%

S 0.2-0.4%

C 0.4-0.6%

N ≤0.3%

O ≤0.5%

Fe 나머지.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 구체예에서, 통합은 약 400-800MPa의 치밀화 압력에서 약 5.0-6.5 g/cm³의 압분체 밀도로의 단축 치밀화에 의해 수행된다.

또한 본 발명의 다른 구체예에서, 통합은 금속 사출 성형 (MIM)에 의해 수행된다.

본 발명에 따른 소결 물질은 적어도 7.3 g/cm³, 바람직하게는 적어도 7.4 g/cm³ 및 가장 바람직하게는 적어도 7.5 g/cm³의 소결 밀도를 지님에 의해 구별된다. 소결 물질의 화학 조성은 하기에 따른다;

Cr 15-30%

Ni 5-25%

Si 0.5-3.5%

Mn 0-2%

S 0-0.6%

C 0.1-0.8%

N 0.1-1.5%

O <0.3%

임의로 3% 미만의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 미만의 불가피한 불순물,

Fe 나머지.

본 발명에 따른 소결 물질의 또 다른 구체예에서 하기에 따른 화학 조성을 갖는다;

Cr 17-25%

Ni 5-20%

Si 0.5-2.5%

Mn 0-1.5%

S 0-0.6%

C 0.1-0.8%

N 0.1-1.0%

O <0.3%

Fe 나머지.

본 발명의 대안적인 구체예에서, 소결 물질은 하기에 따른 화학 조성을 갖는다;

Cr 19-21%

Ni 12-14%

Si 1.5-2.5%

Mn 0.7-1.1%

S 0.2-0.4%

C 0.4-0.6%

N 0.1-1.0%

O <0.3%

Fe 나머지.

소결 물질은 도 2에 예시된 대로, 1100℃ 바로 위의 온도에서 물질의 열역학적 평형상 조성물에 의해 도시된 대로, 표면으로부터, 표면에서 수직으로 약 20 μm 내지 약 500μm의 깊이까지의 영역인, 표면 영역에서 약 5-15 부피%의 미세하게 분산된 M₂(C,N) 타입 카보-니트라이드에 의해 보강된 오스테나이트 미세구조를 갖는다.

카보-니트라이드의 크기는 20μm 미만, 바람직하게는 10μm 미만 및 가장 바람직하게는 5μm 미만이다. 바람직한 카보-니트라이드의 크기는 1-3μm이다. 카보-니트라이드는 인접 침전물 사이에 1-5μm의 전형적인 간격을 지니며 오스테나이트 매트릭스의 전체에 걸쳐 균일하게 분포된다.

오스테나이트 매트릭스는 내식성에 필요한 적어도 12 중량%의 크롬을 함유하고, 오스테나이트 입자는 전형적으로 20μm 미만, 바람직하게는 10μm 미만으로 매우 미세하며, 물질의 기계적 강도 및 산화 내성을 위해서는 더 미세한 입자 크기가 유리하다.

침전된 경질 금속- 카바이드- 니트라이드 상 외에 소결 물질은 또한 미세한 망간 설파이드 (MnS) 상을 함유할 수 있고, 그러한 상은 바람직하게는 충분한 기계가공성 특징을 얻기 위해 10μm 미만이다.

카보-니트라이드 및 MnS 상의 크기는 빛 광학 현미경을 통해 그 가장 긴 신장을 측정함에 의해 결정된다. 오스테나이트 임자의 크기는 ASTM E112-96에 따라 결정되고 있다.

이러한 미세구조의 특징은 내부식성, 산화 내성 및 내마모성과 같은 양호한 고온 특성을 소결 물질에 제공한다. 적합한 응용은 터보차저 및 1000-1100℃까지의 작업 온도를 위해 연소 기관에서 고온 가스로 처리되는 다른 구성요소이다.

실시예

미세한 입자 크기, 즉 SS-ISO13320-1에 따른 평균 입자 직경 X₅₀ < 10μm을 갖는 표 1에 따른 물-분무된 스테인리스 강 분말 A를 시험 물질로서 이용하였다. 분말을 결합제 용액과 혼합시키고 분무 건조 기법을 이용하여 평균 입자 크기가 약 180μm인 더 큰 입자로 과립화시켰다. 과립화된 분말을 윤활제 (0.5% 아미드 왁스)와 혼합시키고 600 MPa의 치밀화 압력에 의한 단축 치밀화에 의해 원통형 시험 견본 (Φ = 25mm, h = 15 mm)으로 프레싱하였다. 압축된 견본의 압분체 밀도는 5.90 g/cm³였다.

3회의 소결 시험을 수행하였고, 표 2에 따른 상이한 보호성 가스 대기를 각 시험에 이용하였다. 소결 동안의 압력이 하나의 대기였다. 3회 모두의 시험에서 소결 온도(T)까지의 가열 속도는 약 5℃/분이었고 소결 후의 냉각 속도는 T에서 1100℃까지는 10℃/분 그리고 1100℃에서 실온까지는 50℃/분이었다.

표 1. 분말 A의 화학 조성 (중량%)

표 2. 소결 시험 파라미터

*) 가열 단계 (T에 도달할 때까지)

**) 등온 + 냉각 단계

시험 #1로부터 소결된 견본의 조사는 빛 광학 현미경 (LOM)으로부터의 사진인 도 4에 예시된 대로, 소결 동안 견본 내부에 큰 공극 형성으로 인한 과도한 팽창과 균열 형성을 나타내었다. 이러한 공극 형성은 고온에서 N₂ 가스 형성에 의해 야기된다. 다른 두 소결 시험 (#2 및 #3)으로부터의 견본은 고밀도로 소결되었고 (7.50-7.52 g/cm³, >96%의 이론적 밀도에 상응함) 균열의 흔적은 없었다.

순수한 H2 (시험 #2)에서 소결된 물질의 미세구조 (LOM)는 견본을 통틀어 오스테나이트 매트릭스에서 작은 Cr-카바이드 침전물로 구성된다 (도 5 참조). 유사한 미세구조 (LOM)가 시험 #3으로부터의 견본의 중심에서 발견된다. 그러나, 소결 시험 #3 이후 견본 표면 영역에서 (표면에서 약 300 μm까지), 오스테나이트 매트릭스에 균일하게 분포된 많은 Cr-카보-니트라이드 침전물이 존재한다 (도 6 참조). 이러한 카보-니트라이드 침전물은 시험 #2 이후의 견본 표면 경도 (HV10 = 179)에 비해 시험 #3 이후 현저하게 높은 견본 표면 경도 (HV10 = 252)를 제공하였다. 표면 경도 HV10은 SS-EN-ISO 6507에 따라 측정되었다.

Claims

- 하기 조성을 갖는 스테인리스 강 분말을 제공하는 단계;
Cr 15-30%
Ni 5-25%
Si 0.5-3.5%
Mn 0-2%
S 0-0.6%
C 0.001-0.8%
N ≤0.3%
O ≤0.5%
임의로 3% 이하의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 이하의 불가피한 불순물,
Fe 나머지,
- 임의로 스테인리스 강 분말을 응집시키는 단계,
- 임의로 윤활제, 경질상 물질, 기계가공성 증진제 및 그라파이트와 혼합시키는 단계,
- 임의로 분말을 적합한 페이스트 또는 공급원료로 옮기는 단계,
- 수득된 페이스트, 공급원료 또는 과립화된 분말을 압분체(green) 구성요소로 통합시키는 단계,
- 수득된 압분체 구성요소를 진공에서 또는 수소 가스의 대기에서 적어도 1100℃의 온도로 가열시키는 단계,
- 압분체 구성요소를 1150-1350℃의 온도에서 적어도 20% 질소 가스의 대기에서 소결시키는 단계,
- 소결 구성요소를 소결 온도로부터 ≥1100℃의 온도까지 최대 30℃/분의 냉각 속도로 적어도 20% 질소 가스의 대기에서 냉각시켜 충분한 양의 M2(C, N) 카보-니트라이드를 형성하는 단계,
- 소결 구성요소를 1100℃로부터 주위 온도까지 적어도 30℃/분의 냉각 속도로 그리고 M(C,N) 카보 니트라이드의 과도한 형성을 방지할 정도로 충분히 높게 냉각시켜 매트릭스에 적어도 12 중량%의 Cr을 지닌 구성요소를 제공하는 단계를 포함하는, 스테인리스 강 구성요소를 생산하는 방법.
제 1항에 있어서, 스테인리스 강 분말이 중량을 기준으로 하기 화학 조성을 갖는 방법;
Cr 17-25%
Ni 5-20%
Si 0.5-2.5%
Mn 0-1.5%
S 0-0.6%
C 0.001-0.8%
N ≤0.3%
O ≤0.5%
임의로 3% 이하의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 이하의 불가피한 불순물,
Fe 나머지.
제 1항에 있어서, 스테인리스 강 분말이 중량을 기준으로 하기 화학 조성을 갖는 방법;
Cr 19-21%
Ni 12-14%
Si 1.5-2.5%
Mn 0.7-1.1%
S 0.2-0.4%
C 0.4-0.6%
N ≤0.3%
O ≤0.5%
임의로 3% 이하의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 이하의 불가피한 불순물,
Fe 나머지.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 소결 동안의 대기가 순수한 질소, 질소와 수소의 혼합물, 질소와 비활성 가스, 예컨대 아르곤의 혼합물, 또는 질소 및 수소 및 비활성 가스의 혼합물 중 하나인 방법.
제 1항, 제 2항 또는 제 3항의 방법에 따라 생산된 소결 구성요소.
Cr 15-30%
Ni 5-25%
Si 0.5-3.5%
Mn 0-2%
S 0-0.6%
C 0.1-0.8%
N 0.1-1.5%
O <0.3%
임의로 3% 이하의 각각의 원소 Mo, Cu, Nb, V, Ti 및 1% 이하의 불가피한 불순물,
Fe 나머지, 및
표면으로부터, 표면에서 수직으로 20 μm 내지 500μm의 깊이까지의 영역인 표면 영역에서, 약 5-15 부피%의 미세하게 분산된 M₂(C,N) 타입 카보-니트라이드에 의해 보강된 오스테나이트 미세구조를 함유하는 소결 구성요소.
제 6항에 있어서, 카보-니트라이드의 크기가 20μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만 및 가장 바람직하게는 5μm 미만이고 오스테나이트 매트릭스의 전체에 걸쳐 균일하게 분포된 소결 구성요소.
제 6항에 있어서, 카보-니트라이드의 크기가 1-3μm이며, 인접 카보-니트라이드 사이의 전형적인 간격이 1-5μm인 소결 구성요소.
제 5항 또는 제 6항에 있어서, 오스테나이트 입자가 20μm 미만, 바람직하게는 10 μm 미만의 입자 크기를 갖는 미세 입자인 소결 구성요소.
제 5항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 7.3 g/cm³, 바람직하게는 적어도 7.4 g/cm³ 및 가장 바람직하게는 적어도 7.5 g/cm³의 소결 밀도를 갖는 소결 구성요소.