TWI279268B - Stainless steel powder - Google Patents

Description

I279268 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 :發明係關於一種新型不錄鋼粉末及包 =鋼粉末組合物。特定而言，本發明係 = 粉末冶金零件之不錄鋼粉末組合物。…、 粉末冶金學一主要目的是達成緻密燒 在若干改良密度之方法，彼等方法種：二：。存 甘la 丁種為溫壓實法， -良粉末之可壓縮性，從而得到具有較高生枉穷产之生 潤岣，生坯密度亦可得以增加。 、 .^ A 爱貝屋力與少量潤滑劑 之、、且3使用亦導致生坯密度提高。 不銹鋼粉末之軟化退火 (其中该材料經受張力減緩並重結 忐榼#触. 日日）亦改良可壓縮性。為達 成k、、、σ體，在壓實後使生坯體經 、、^立0 一 _ 又；儿結知作。燒結時之高 ，皿（思即咼於約118〇_；12〇〇。〇)導致捧 體* L々致^結過程中收縮增加且物 體山度牦尚。然而，高溫燒結要求 ..& θ ^ 女尺‘特別配備之燒結爐。 另外，能量消耗將會增加。 H存在使得鋼得以耐腐姓的絡，因此在製造高密度不 、秀鋼ΡΜ零件時會遇到特殊問題。 不銹鋼具有約大於10%之鉻。碳 腺道從π二、山 人碱通常地存在於鋼中且 將導致形成㉖化鉻。碳化絡之形成 ^ θ L 人啼低基質中之鉻含量， 於疋導致耐腐蝕性降低。為避免 ^ ^ m ^ 兄丞貝中之鉻含量降低，通 吊使用諸如鈮之形成碳化物之穩 儿於 ^ ^。如此可避免形成碳 化鉻’且替代地形成碳化銳，其結果是耐腐姓性可得以保 103116.doc 1279268 持而使用铌之問題是獲得高燒結密度需要高燒結溫 度，且能量消耗相當大。 現已U藉由使用根據本發明之新型粉末可降低用於生 產燒結不錄鋼m零件之能量成本。使用該新型粉末之另一 顯著優勢在於可獲得相對較高之燒結密度。 效能具有很高要求的汽車工業中受到特別關注。該新型粉 末亦可用於排氣系統中之燒結零件，且特別用於排氣系統 中之凸緣。 藉由使用該新型粉末所製造的燒結零件在對成本及零件

本發明係關於不錄鋼粉末、不錢鋼粉末組合物以及所獲 得的其具有高密度·魏結㈣。特定μ本發明係關 於用於製造粉末冶金零件之不錄鋼粉末組合物。 【發明内容】 J已％驚地發現’藉由向不錢鋼粉末中添加鈒作為穩定 劑’可降低燒結溫度且因此降低能量消耗，同時與當前所 用之銳穩㈣相比燒結密度與其類似或甚至有所增加。另 二卜’已發現鈒應以4倍於碳與氮之組合量的量存在，藉此氮 里應低於0.07重量％且碳量應低於Gi重量％。鈒量應在 0-1]重量％之範圍内。 W〇 03/1G6G77公開案及美國專利5 856 625中揭示包括飢 :不銹鋼組合物。在彻03/106077中未揭示包括釩之粉末 何效應或任何實際實例。根據美國專利5 ⑵，談 欲=佳包含μ-2.5%之飢。此已知之不錄鋼粉末意 、八有南耐磨性之材料，且需要高碳含量以達成基質 l〇3ll6.d( 1279268 * 丨’ * , 中適當量的主要自諸如M〇、V及W之強烈形成碳化物之元 素形成的硬質碳化物。專利公開案JP 59_47358亦揭示一種 包含鉻、矽、碳及氮之鋼粉末。此粉末可進一步含有鎳及/ 或銅及釩。根據JP 59·4735 8之鋼粉末之目的在於製造（例如） 滑動表面。 【實施方式】 特定而言，根據本發明之不銹鋼粉末包含1〇-3〇%之鉻、 0.1-1%之釩、0.5-1.5%之矽、少於0.1%之碳及少於0 07%之 ® 氮。該不銹鋼粉末較佳包含10-20%之鉻、〇·ι5-0.8%之釩、 0.7-1.2%之矽、少於0.05%之碳及少於0 05%之氮。 由於不銹鋼之耐腐蝕性很受關注，所以應選擇釩含量以 致形成碳化釩及氮化釩而不是碳化鉻及氮化鉻。較佳將根 據燒結組份中之實際碳及氮含量來選擇釩含量，以便能夠 形成碳化飢及氮化鈒。咸信所形成之碳化釩及氮化釩為類 型VC及NC，且根據吾人之當前知識，釩含量應較佳最小4 _ 倍於粉末之碳及氮含量。由於去潤滑過程中之吸收，燒結 組伤中之貫際碳及氮含量將尚於粉末中該等元素之含量。 石夕量應介於0.5%與1.5%之間。因為石夕在不銹鋼溶體之霧 化過程中產生一黏著的薄氧化物層，所以其為一重要元 素’意即石夕含量應為0·5重量％或更高。該氧化物層阻止進 一步氧化。過高的矽含量將導致可壓縮性降低，因此矽含 量應為1.5重量％或更低。 因為氮可具有與碳相同之影響（意即經由形成氮化鉻或 碳氮化鉻使材料敏感），所以氮量應儘可能地低。氮亦具有 103116.doc 1279268 * > * 沉殿硬曰化效應，其會降低可I縮性。因此氮含量應不超過 0.07重量％，較佳不超過0 ()5重量％。實務上很難獲得低於 〇·〇〇1°/。之氮含量。 添加其它合金化元素以提高某些特性，例如強度、硬度 等。該等合金金屬係選自由翻、銅、盆及錄組成之群。 根據本發明，肥粒鐵不銹鋼是較佳的。肥粒鐵不銹鋼比 與鎳形成合金之奥斯田不銹鋼（austenhie如心"叫便 宜。與奥斯田基質相比，肥粒鐵基質真有較低的熱膨服係 數，其（例如）在不銹鋼排氣系統之凸緣中是有益的。因此根 據本發明之不銹鋼之一較佳實施例基本上不含鎳。特定而 言，該肥粒鐵不銹鋼可包含10-20重量％之鉻、〇_5重量^之 鉬、少於1重量❹/❶之鎳、少於〇.2重量％之錳。 其它可能的添加劑為流動劑、機械加工性改良劑，諸如 氟化鈣、硫化錳、氮化硼或其組合。 視粉末之凝固方法而定，該不銹鋼粉末可為氣體或霧化 水、具有大於約20 μιη之平均粒度的預合金化粉末。粒度通 常大於約5 0 μπι。 為提高粉末之可壓縮性及便於喷射生坯組份，最通常地 在壓實之前添加潤滑劑。潤滑劑之量通常介於0.1%與2%之 間，較佳介於0.3%與1.5%之間。該等潤滑劑係選自由下列 各物組成之群：金屬硬脂酸鹽，例如硬脂酸鋅或硬脂酸鋰； Kenolube®;醯胺聚合物或醯胺募聚物；乙烯雙硬脂醯胺； 月曰肪酸衍生物或其它具有潤滑效應之合適物質。亦可單獨 使用模壁潤滑或與内部潤清劑組合使用。 103116.doc 1279268 ; ( 在可遥退火後’將不銹鋼 劑混合。將# #a /、/门⑺“及其它可選添加 將4末混合物在4〇〇_12〇〇 Μρ& 1150-1350〇C ., 下£ 貫且在 焱侍至少7·2〇 g/cm3之密度。鈇而 為降低加工成本，根據本發明之粉末可 : 一樣進行。 ^步驟可如同冷«法或溫壓實法 在燒結過程中藉由增加收縮來獲得高燒結密度，且不受 缚於任何敎料，咸信此线為提高的體積 : 果、。在碳存在下所形成之碳化叙將在高溫下、特別是錢 結溫度下溶解，但是在較低溫度下（例如金屬粉末退火時） 亦會溶解。不錄鋼粉末之燒結溫度通常為約l15(M30(rC。 實例1 產生三種具有根據表〗之化學組成且含有鈮及釩作為形 成，化物之元素的溶體。根據表2及3製備若干用於冷或温 壓實法之混合物。基於冷壓實法及溫壓實法之目的，使用 潤滑劑。使用得自DeguSSa(g^ Aerosil A-200作為溫壓實法 中之流動劑。 表1·未退火粉末之化學分析 批次 Cr% Nb% V% Si% Μη% Ni% P% C% N% 0% S% A 11.85 … 0.29 0.68 0.23 0.053 0.008 0.024 0.014 〇 144 〇 0033 B 11.94 0.39 --- 0.68 0.23 0.051 0.010 0.025 0.011 0.152 0.0027 C 11.79 0.58 — 0.73 0.23 0.056 0.009 0.026 0.011 0.143 0.0030 表2·用於冷壓實法之混合物 混合物序號 組成 4氺 A+1%潤滑劑 5 B+1%潤滑劑 6 必 I— % — C+1%潤滑劑 * =根據本發明之組合物 103116.doc -10- 1279268 表3.用於溫壓實法之混合物 混合物序號 組成 10* A+1% 潤滑劑+0.1% A-200 11 B+1 % 潤滑劑+0 · 1 % A-2 00 12 C+1% 潤滑劑+0.1% A-200 * =根據本發明之組合物 壓實根據表2及3之粉末混合物且測定各種壓實壓力下之 生坯特性。表4中展現該等結果。在氳氣氛中於1250°C下燒 結該敏密體4 5分鐘，且測定燒結密度及機械特性。表5展示 該等結果。

表4 混合物序號 壓實壓力 生坯強度(Mpa) 生坯密度(g/cm3) 4* 600 15.3 6.57 700 18.0 6.69 800 19.3 6.79 5 600 15.4 6.55 700 18.1 6.68 800 19.5 6.80 6 600 15.3 6.55 700 18.1 6.68 800 19.4 6.78 10* 600 31.3 6.73 700 37.5, 6.87 800 39.9 6.96 11 600 30.1 6.71 700 36.7 6.86 800 40.4 6.96 12 600 29.4 6.71 700 34.9 6.86 800 39.4 6.96 *=根據本發明之組合； 勿 103116.doc -11 - 1279268 表5 混合物 序號 壓實壓力 (MPa) 燒結密度 (g/cm3) 尺寸變化 (%) 屈服強度 (MPa) 拉伸強度 (MPa) 4* 600 7.36 -3.87 222 390 700 7.42 -3.29 216 409 800 7.45 -2.71 215 405 5 600 7.24 -3.48 204 366 700 7.31 -3.09 208 375 800 7.38 -2.82 228 384 6 600 7.10 -2.85 202 356 700 7.20 -2.55 208 366 800 7.26 -2.30 213 376 10* 600 7.42 -3.38 221 420 700 7.47 -2.67 230 434 800 7.49 -2.20 234 431 11 600 7.28 -2.93 206 371 700 7.36 -2.52 210 386 800 7.43 -2.20 216 400 12 600 7.16 -2.36 203 361 700 7.27 -2.05 212 377 800 7.33 -1.79 214 389 *=根據本發明之組合物

自表4及表5可以明確地確定，自根據本發明之材料所生 產的樣品之燒結密度得以改良，同時根據本發明之材料之 生坯密度與對照材料相似。與已知材料相比，利用根據本 發明之材料亦改良燒結組份之機械特性。 實例2 為評估燒結溫度及燒結時間之影響，在600 MPa及周圍溫 度下，於單軸壓實移動中根據ISO 2740將粉末混合物4、5 及6壓實成拉伸測試樣品。將所得生坯樣品於1200°C、1250°C 及1300°C下在氫氣氛中分別燒結20分鐘及45分鐘。 燒結後，根據ISO 3369量測該等燒結樣品之燒結密度。 表6展示該等結果。自表6可以得出結論：若添加釩，則甚 103116.doc -12- 1279268 .’ 1 · , 至在低至1200°C之燒結溫度下，對於肥粒鐵不銹鋼粉末而 言仍可以獲得高於7.2 g/cm3之燒結密度。在1250°C之燒結 溫度下，20分鐘之燒結時間得到7 ·3 5 g/cm3之燒結密度，然 而視所添加的鈮量而定，經鈮穩定化之肥粒鐵不銹鋼粉末 之對應密度分別為7.15 g/cm3及7.03 g/cm3。 該實例揭示在生坯體之燒結過程中對收縮之令人吃驚之 重大影響，該生坯體係由根據本發明之肥粒鐵不銹鋼粉末 產生。 鲁表6 混合物 序號 燒結時間 (分鐘） 不同燒結溫度下之燒結密度(g/cm3) 1200°C 1250〇C 1300°C 4* 45 7.29 7.36 7.46 5 45 7.03 7.24 7.47 6 45 6.92 7.1 7.38 4* 20 - 7.35 - 5 20 - 7.16 6 20 - 7.03 - *=根據本發明之組合物 實例3 自一具有相同化學分析之批次產生樣本，且自一參照材 料產生樣本。將粉末組合物與1%之潤滑劑混合，且在不同 壓力下冷壓實。在氫氣氛中於1250 °c下將樣本燒結45分 鐘。表7展現除了氮含量以外的化學分析，表8展現若干樣 本經硝化後所測定之氮含量。表8展現該等測試之結果。 表7 批次 Cr% Nb% V% Si% Mn% Ni% P% C% S% D 12.14 0.01 0.29 0.83 0.13 0.05 0.001 0.017 0.012 103116.doc -13 - 1279268 表8 批次 壓實壓力 (MPa) %N 燒結密度(g/cm3) D1 600 0.056 7.18 D1 700 7.28 D1 800 7.36 D2 600 0.072 7.13 D2 700 7.24 D2 800 7.31 D(參照） 600 0.019 7.23 D(參照） 700 7.34 D(參照） 800 7.39 自實例3可以看出高於0.07%之氮含量將對燒結密度產生 φ 消極影響。

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Claims (1)

1. 1279%&122382號專利申請案 •中文申請專利範圍替換本(95年11月） 十、申請專利範圍： . i· 一種預合金化不銹鋼粉末，其包含至少10重量％之鉻、少 於〇·1重量％之碳及少於0.07重量％之氮，該粉末進一步包 3其里至少4倍於石反與氮之組合量的叙，其中該飢量為 〇_1-1重量 ％。 2·如請求項1之不銹鋼粉末，其中該不銹鋼粉末進一步包含 10-30%之鉻及〇_5-1·5%之石夕。 3_如請求項1或2之不銹鋼粉末，其中該不銹鋼粉末包含 10-20%之鉻、〇.15_().8%之飢、G 71篇之發、少於〇咖 之碳及少於0.05%之氮。 4.如請求項_之不錄鋼粉末，其中該不錄鋼粉末基本上 不含錄。 5· -種粉末冶金組合物，其包含如請求項…中任一項之 不錄鋼粉末及選自由下列各物組成之群的添加劑：潤滑 劑、流動劑、機械加工性改良劑及合金化元素。 6. 一種製備不銹鋼粉末之緻密零 # 贝令开 < 方法，其包含下列步 驟： 項之不銹鋼粉末與一 視情況使一如請求項丨至4中任一 潤滑劑混合， 在m〇-135(rc之溫度下燒結該 至至少7.20 g/cm3之 如請求項6之方法，其中將燒結進行 密度。 8. 一種由如請求項1至4中任一項之 零件，其具有至少7.20g/cm3之燒 不銹鋼粉末製成之燒結 結密度。 103116-951122.doc