JP2013507528A - 窒素含有低ニッケル焼結ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
Description
マルテンサイトステンレス鋼:典型的な等級−410。低クロム含有量の、一般に高い強度及び硬度を有するFe−Cr合金。
・ 10.5〜30.0重量%のCr、0.5〜9.0重量%のNi、0.01〜2.0重量%のMn、0.01〜3.0重量%のSn、0.1〜3.0重量%のSi、0.01〜0.4重量%のN及び最大0.5重量%の炭素又は酸素などの不可避不純物を含み、残部が鉄である水噴霧ステンレス鋼粉末。本発明による水噴霧粉末は、Mo(最大7.0重量%)、Cu(最大7.0重量%)などの腐食特性又は焼結特性を改善する典型的な添加剤、又はNb(最大3.0重量%)又はV(最大6.0重量%)などの慣用のステンレス鋼安定剤元素を、製造される部材にこれらの添加剤が必要であるとみなされると、必要に応じて含有することができる。そのような粉末を使用して、オーステナイト相が少なくとも40%であり、比較的良好な耐食性及び機械的特性を有する、相対的に低ニッケル及び低マンガンのステンレス鋼部材を製造することができる。
・ 組成物の0.05〜2.0重量%の潤滑剤(ステンレス鋼に適した任意の市販の潤滑剤を使用することができる)を有するステンレス鋼粉末に基づいた組成物。Cu、Mo、Cr、Ni及び/又はCを含有する粉末、硬質相材料、並びに機械加工性向上剤などの追加的な合金化元素を、寸法の変化及び材料特性の変更のために、任意に組成物に添加することができる。そのような粉末組成物を使用して、オーステナイト相が少なくとも40%であり、比較的良好な耐食性及び機械的特性を有する、相対的に低ニッケル及び低マンガンのステンレス鋼部材を製造することができる。
・ 焼結部材を製造する方法であって、
a)上記の鉄系ステンレス鋼粉末組成物を調製する工程、
b)組成物を400から2000MPaの間の圧密に付す工程、
c)得られたグリーン部材を、窒素含有雰囲気下、好ましくは5〜100%のN2において、1000〜1400℃の間、好ましくは1100〜1350℃、より好ましくは1200〜1280℃の温度で焼結する工程、
d)任意で、焼結部材を急速冷却に付す工程、
e)任意で、焼結部材は1000℃を超える温度でアニーリングされた溶液になることができ、続いて急速冷却又はクエンチングする工程続いて急速冷却又はクエンチングすることができる工程
を含む方法。
そのような方法を使用して、部材製作過程での焼結工程のコストを低減しながら、オーステナイト相が少なくとも40%であり、比較的良好な耐食性及び機械的特性を有する、相対的に低ニッケル及び低マンガンのステンレス鋼部材を製造することができる。
・ 任意で、部材は、焼結工程c)の前に窒化工程に付され、窒化工程は、焼結温度よりも20〜300℃低い、好ましくは40〜150℃低い温度で実施される。窒化工程中の雰囲気は、5〜100%のN2の含有量を有する。
・ 10.5〜30.0重量%のCr、0.5〜9.0重量%のNi、0.01〜2.0重量%のMn、0.01〜3.0重量%のSn、0.1〜3.0重量%のSi、0.1〜1.0重量%のN、任意で最大3.0重量%のC、任意で最大7.0重量%のMo、任意で最大7.0重量%のCu、任意で最大3.0重量%のNb、任意で最大6.0重量%のV、残部の鉄及び最大0.5重量%の不可避不純物を含み、少なくとも40%のオーステナイト相を含む微細構造を有する焼結ステンレス鋼部材。
ステンレス鋼粉末は、鉄溶融体の水噴霧により製造される。噴霧粉末を、アニーリング工程に更に付すことができる。噴霧粉末合金の粒径は、プレス及び焼結又は粉末鋳造工程に適合する限り、任意のサイズであり得る。
クロム(Cr)は、10.5〜30重量%の範囲で存在する。10.5重量%未満のCrでは、鋼はステンレスにはならない。10.5重量%のCrを含有する合金に対する窒素の溶解度は、およそ0.1重量%であり、これは本発明における窒素の下限に相当する。
圧密の前に、水噴霧ステンレス鋼粉末を、ステンレス鋼製作に適した任意の市販の潤滑剤と任意で混合することができる。Cu、Mo、Cr、Ni、B及び/又はCを含有する粉末、硬質相材料、並びに機械加工性向上剤などの追加的な合金化元素を、寸法の変化及び材料特性の変更のために、任意で組成物に添加することができる。
ステンレス鋼粉末組成物を、金型に移し、約400〜2000MPaの圧密圧力で冷間又は温間圧密に付す。得られたグリーン部材は、5.6g/cm3以上、好ましくは6.2〜7.0g/cm3の間のグリーン密度を有するべきである。グリーン部材を、5〜100体積%のN2を含有する雰囲気下、約1000〜1400℃の温度での焼結に更に付す。より良好な耐食性を得るために、焼結温度は、Cr2N形成の温度を超えるべきである。
急速冷却の代わりに、低Sn添加の焼結部材を、任意で、1000℃を超える温度で溶液焼鈍(solution annealing)に付し、続いて窒素含有雰囲気下で急速冷却又はクエンチングに付して、過剰Cr2Nを溶解することができる。
本発明は、良好な耐食性及び高レベルの機械的特性を有する新たな低コストの粉末冶金ステンレス鋼を提供する。焼結部材の得られる耐食性は、標準316Lと同じレベルである。
2つの粉末、粉末1及び2を、水噴霧技術により製作した。基準試料として、Hoganas ABにより製造された2つの市販の標準粉末を使用した。粉末の化学的及び技術的な特性を表1及び2に記述する。
しかし、粉末1に基づいた鋼1〜2は、鋭敏化レベルが、急速冷却を伴って焼結された鋼よりもはるかに低いにもかかわらず、鋭敏化及び不十分な耐食性を示した。
粉末を潤滑剤の1%Amide Wax PMと混合した。標準TSバーを調査用試料として使用した。試料を圧密して、6.4g/cm3の密度にした。開発した材料の圧密圧力を表7に記述する。
Claims (12)
- 10.5〜30.0重量%のCr、
0.5〜9.0重量%のNi、
0.01〜2.0重量%のMn、
0.01〜3.0重量%のSn
0.1〜3.0重量%のSi、
0.01〜0.4重量%のN、
任意で、最大7.0重量%のMo、
任意で、最大7.0重量%のCu、
任意で、最大3.0重量%のNb、
任意で、最大6.0重量%のV、
残部の鉄及び最大0.5重量%の不可避不純物
を含む、水噴霧ステンレス鋼粉末。 - Mn含有量が、0.01〜0.50重量%の間である、請求項1に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末。
- Sn含有量が、0.10〜2.0重量%である、請求項1又は2に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末。
- N含有量が、0.01〜0.10重量%である、請求項1から3までのいずれか一項に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末。
- Si含有量が、0.3〜0.9重量%である、請求項1から4までのいずれか一項に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末。
- Ni含有量が、1.0〜8.5重量%である、請求項1から5までのいずれか一項に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末。
- Mo含有量が、0.01〜1.5重量%である、請求項1から6までのいずれか一項に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末。
- 請求項1から7までのいずれか一項に記載の水噴霧ステンレス鋼粉末に基づいた粉末組成物であって、
0.05〜2.0重量%の潤滑剤、
任意で、最大3重量%のC、
任意で、最大7.0重量%のMo、
任意で、最大7.0重量%のCu、
任意で、最大3.0重量%のNb、
任意で、最大6.0重量%のV、
任意で、最大0.5重量%のB、
任意で、MnS、MoS2、CaF2などの硬質相材料及び機械加工性向上剤、並びに
最大0.5重量%の不可避不純物
を含む、前記粉末組成物。 - 焼結部材を製造する方法であって、
a)請求項8に記載のステンレス鋼粉末組成物を調製する工程、
b)前記組成物を400から2000MPaの間の圧密に付す工程、
c)得られた圧粉部材を、窒素含有雰囲気下、好ましくは5〜100%のN2において、1000〜1400℃の間、好ましくは1100〜1350℃、より好ましくは1200〜1280℃の温度で焼結する工程、
d)任意で、焼結部材を急速冷却に付す工程、
e)任意で、焼結部材は1000℃を超える温度でアニーリングされた溶液になることができ、続いて急速冷却又はクエンチングする工程
を含む、前記方法。 - 部材を焼結工程c)の前に窒化工程に付し、窒化工程を焼結温度よりも20〜300℃低い温度で実施し、窒化工程中の雰囲気が、5〜100%のN2の窒素含有量を有する、請求項9に記載の焼結部材を製造する方法。
- 10.5〜30.0重量%のCr、
0.5〜9.0重量%のNi、
0.01〜2.0重量%のMn、
0.01〜3.0重量%のSn
0.1〜3.0重量%のSi、
0.1〜1.0重量%のN、
任意で、最大3.0重量%のC、
任意で、最大7.0重量%のMo、
任意で、最大7.0重量%のCu、
任意で、最大3.0重量%のNb、
任意で、最大6.0重量%のV、
残部の鉄及び最大0.5重量%の不可避不純物
を含み、
少なくとも40%のオーステナイト相を含む微細構造を有する
焼結ステンレス鋼部材。 - 請求項9又は10に記載の方法を使用して製造される、請求項11に記載の焼結ステンレス鋼部材。
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