JP7602338B2 - Co-based alloy and its powder - Google Patents
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Description
本発明は、溶製法、粉末冶金法、粉体肉盛法、レーザー肉盛法、粉末押出法等に適したＣｏ基合金に関する。 The present invention relates to a Co-based alloy suitable for melting, powder metallurgy, powder cladding, laser cladding, powder extrusion, etc.
Ｃｏ基合金は、概して耐食性に優れる。このＣｏ基合金に関する種々の改良が、提案されている。 Co-based alloys generally have excellent corrosion resistance. Various improvements to these Co-based alloys have been proposed.
特開２００１－２８８５２１公報には、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＷを含むＣｏ基合金が開示されている。このＣｏ基合金の金属ミクロ組織では、マトリクスに共晶炭化物が分散している。この共晶炭化物は、粒状又は塊状を呈している。この共晶炭化物の粒径は、３０μｍ以下である。この金属組織は、塑性加工によって達成されている。このＣｏ基合金は、耐食性及び耐摩耗性に優れている。 JP 2001-288521 A discloses a Co-based alloy containing C, Si, Cr, W, Fe, Ni, Mo, and W. In the metal microstructure of this Co-based alloy, eutectic carbides are dispersed in the matrix. These eutectic carbides are granular or lumpy. The grain size of these eutectic carbides is 30 μm or less. This metal structure is achieved by plastic processing. This Co-based alloy has excellent corrosion resistance and wear resistance.
特開２０１６－７６３２公報には、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＭｏを含むＣｏ基合金が開示されている。これらの元素は、耐キャビテーション壊食性に寄与しうる。これらの元素はさらに、靱性に寄与しうる。 JP 2016-7632 A discloses a Co-based alloy containing Ni, Mn, Fe, C, Si, Cr, and Mo. These elements can contribute to cavitation erosion resistance. These elements can also contribute to toughness.
特開２０２０－６３４９５公報には、Ｃ、Ｃｒ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ及びＮｉを含むＣｏ基合金が開示されている。このＣｏ基合金は、耐食性に優れる。 JP 2020-63495 A discloses a Co-based alloy containing C, Cr, W, Si, Mn, Fe, and Ni. This Co-based alloy has excellent corrosion resistance.
特開２００１－２８８５２１公報に開示されたＣｏ基合金では、靱性が不十分である。特開２０１６－７６３２公報では、硬度が不十分である。特開２０２０－６３４９５公報に開示されたＣｏ基合金では、耐食性に改善の余地がある。 The Co-based alloy disclosed in JP 2001-288521 A has insufficient toughness. The Co-based alloy disclosed in JP 2016-7632 A has insufficient hardness. The Co-based alloy disclosed in JP 2020-63495 A has room for improvement in corrosion resistance.
本発明の目的は、耐食性、靱性及び硬度に優れた成形品が得られうるＣｏ基合金の提供にある。 The object of the present invention is to provide a Co-based alloy that can produce molded products with excellent corrosion resistance, toughness, and hardness.
本発明に係るＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。このマトリクスにおける、このマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
The Co-based alloy according to the present invention has the following properties:
C: 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less,
Cr: 25.0% by mass or more and 34.0% by mass or less,
W: 3.0% by mass or more and 15.0% by mass or less,
Si: 0.01% by mass or more and 2.00% by mass or less,
Mn: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less,
Cu: 0.50% by mass or more and 6.00% by mass or less,
Fe: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
Ni: 0% by mass or more and 15.00% by mass or less,
and Mo: 0 mass% or more and 15.00 mass% or less, with the balance being Co and unavoidable impurities. This Co-based alloy has a metal structure including a matrix in which Cu is dissolved. In this matrix, the proportion Pcu of Cu dissolved in the matrix is 1.0 mass% or more and 3.5 mass% or less.
金属組織が、ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相を含んでもよい。好ましくは、この金属組織の全体に対するε相の体積率Ｐεは、６０．０％以下である。 The metal structure may include an ε phase, which is a phase having an h.c.p. structure. Preferably, the volume fraction Pε of the ε phase relative to the entire metal structure is 60.0% or less.
この金属組織が、
（１）マトリクス
及び
（２）上記マトリクスに分散する炭化物
を有してもよい。このマトリクス（１）は、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含む。炭化物（２）は、
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
からなる群から選択された１又は２以上を含む。この金属組織の全体に対する炭化物の体積率Ｐｃは、１２．０％以上５０．０％以下である。
This metal structure is
The matrix may have (1) a matrix and (2) carbides dispersed in the matrix. The matrix (1) may include
(1-1) γ phase, which is a phase having an f.c.c. structure, and/or (1-2) ε phase, which is a phase having an h.c.p. structure. Carbide (2) is
The metal structure includes one or more selected from the group consisting of (2-1) M6C-based carbides, (2-2) M7C3-based carbides, and (2-3) M23C6-based carbides. The volume fraction Pc of the carbides relative to the entire metal structure is 12.0% or more and 50.0% or less.
他の観点によれば、本発明に係る粉末の材質は、Ｃｏ基合金である。このＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含む。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有する。このマトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
In another aspect, the powder material according to the present invention is a Co-based alloy.
C: 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less,
Cr: 25.0% by mass or more and 34.0% by mass or less,
W: 3.0% by mass or more and 15.0% by mass or less,
Si: 0.01% by mass or more and 2.00% by mass or less,
Mn: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less,
Cu: 0.50% by mass or more and 6.00% by mass or less,
Fe: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
Ni: 0% by mass or more and 15.00% by mass or less,
and Mo: 0 mass% or more and 15.00 mass% or less, with the balance being Co and unavoidable impurities. This Co-based alloy has a metal structure including a matrix in which Cu is dissolved. The ratio Pcu of Cu dissolved in this matrix is 1.0 mass% or more and 3.5 mass% or less.
本発明に係るＣｏ基合金から得られた成形体は、耐食性、靱性及び硬度に優れる。 The compacts obtained from the Co-based alloy of the present invention have excellent corrosion resistance, toughness, and hardness.
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。 The present invention will now be described in detail based on a preferred embodiment, with reference to the drawings as appropriate.
本発明に係るＣｏ基合金は、Ｃ、Ｃｒ、Ｗ、Ｓｉ、Ｍｎ及びＣｕを含んでいる。この合金はさらに、Ｆｅ、Ｎｉ又はＭｏを含みうる。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金の金属組織は、マトリクスと、このマトリクスに分散する炭化物とを含みうる。以下、この合金における各元素の役割が詳説される。 The Co-based alloy according to the present invention contains C, Cr, W, Si, Mn, and Cu. This alloy may further contain Fe, Ni, or Mo. The balance is Co and unavoidable impurities. The metal structure of this Co-based alloy may contain a matrix and carbides dispersed in the matrix. The role of each element in this alloy is explained in detail below.
［コバルト（Ｃｏ）］
Ｃｏは、マトリクスの主成分である。常温での、Ｃｏ単体の安定結晶構造は、六方最密充填構造（ｈ．ｃ．ｐ．）である。６９０Ｋ以上の温度での、Ｃｏ単体の安定結晶構造は、面心立方格子（ｆ．ｃ．ｃ．）である。本発明に係る合金では、マトリクスは、γ相及びε相を有しうる。γ相の結晶構造は、ｆ．ｃ．ｃ．である。ε相の結晶構造は、ｈ．ｃ．ｐ．である。
[Cobalt (Co)]
Co is the main component of the matrix. At room temperature, the stable crystal structure of Co alone is a hexagonal close packed structure (h.c.p.). At temperatures of 690K or higher, the stable crystal structure of Co alone is a face-centered cubic lattice (f.c.c.). In the alloy according to the present invention, the matrix may have a γ phase and an ε phase. The crystal structure of the γ phase is f.c.c. The crystal structure of the ε phase is h.c.p.
［炭素（Ｃ）］
Ｃは、Ｃｒ及びＷと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、合金の高硬度に寄与しうる。この観点から、Ｃの含有率は１．００質量％以上が好ましく、１．３０質量％以上がより好ましく、１．５０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣは、合金の靱性を阻害する。優れた靱性の観点から、Ｃの含有率は３．００質量％以下が好ましく、２．５０質量％以下がより好ましく、１．８０質量％以下が特に好ましい。
[Carbon (C)]
C combines with Cr and W to form carbides. These carbides can contribute to the high hardness of the alloy. From this viewpoint, the C content is preferably 1.00 mass% or more, more preferably 1.30 mass% or more, and particularly preferably 1.50 mass% or more. Excess C inhibits the toughness of the alloy. From the viewpoint of excellent toughness, the C content is preferably 3.00 mass% or less, more preferably 2.50 mass% or less, and particularly preferably 1.80 mass% or less.
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、合金の常温硬さ、高温硬さ、耐摩耗性及び耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Ｃｒの含有率は２５．０質量％以上が好ましく、２７．０質量％以上がより好ましく、２８．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは、靱性を阻害する。さらに、過剰のＣｒは、過剰なε相の生成を招来する。このε相は、成形品の耐食性を損なう。靱性及び耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は３４．０質量％以下が好ましく、３２．０質量％以下がより好ましく、３１．０質量％以下が特に好ましい。
[Chromium (Cr)]
Cr combines with C to form carbides. These carbides can contribute to the room temperature hardness, high temperature hardness, wear resistance, and corrosion resistance of the alloy. From these viewpoints, the Cr content is preferably 25.0 mass% or more, more preferably 27.0 mass% or more, and particularly preferably 28.0 mass% or more. Excess Cr inhibits toughness. Furthermore, excess Cr leads to the formation of excess ε phase. This ε phase impairs the corrosion resistance of the molded product. From the viewpoints of toughness and corrosion resistance, the Cr content is preferably 34.0 mass% or less, more preferably 32.0 mass% or less, and particularly preferably 31.0 mass% or less.
［タングステン（Ｗ）］
Ｗは、Ｃと結合して炭化物を形成する。この炭化物は、高温硬さ及び耐摩耗性に寄与しうる。これらの観点から、Ｗの含有率は３．０質量％以上が好ましく、６．０質量％以上がより好ましく、８．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＷは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｗの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１２．０質量％以下がより好ましく、１０．０質量％以下が特に好ましい。
[Tungsten (W)]
W combines with C to form carbides. These carbides can contribute to high-temperature hardness and wear resistance. From these viewpoints, the W content is preferably 3.0 mass% or more, more preferably 6.0 mass% or more, and particularly preferably 8.0 mass% or more. Excess W inhibits the toughness of the alloy. From the viewpoint of toughness, the W content is preferably 15.0 mass% or less, more preferably 12.0 mass% or less, and particularly preferably 10.0 mass% or less.
［ケイ素（Ｓｉ）］
Ｓｉは、合金の耐食性及び切削性に寄与しうる。この観点から、Ｓｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．５０質量％以上がより好ましく、０．９０質量％以上が特に好ましい。過剰のＳｉは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｓｉの含有率は２．００質量％以下が好ましく、１．５０質量％以下がより好ましく、１．３０質量％以下が特に好ましい。
[Silicon (Si)]
Si can contribute to the corrosion resistance and machinability of the alloy. From this viewpoint, the Si content is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.50 mass% or more, and particularly preferably 0.90 mass% or more. Excessive Si inhibits the toughness of the alloy. From the viewpoint of toughness, the Si content is preferably 2.00 mass% or less, more preferably 1.50 mass% or less, and particularly preferably 1.30 mass% or less.
［マンガン（Ｍｎ）］
Ｍｎは、γ相を生成させる。このγ相は、合金の靱性に寄与しうる。この観点から、Ｍｎの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．１０質量％以上がより好ましく、０．２０質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｎは、合金の強度を阻害する。強度の観点から、Ｍｎの含有率は１．００質量％以下が好ましく、０．８０質量％以下がより好ましく、０．５０質量％以下が特に好ましい。
[Manganese (Mn)]
Mn generates a γ phase. This γ phase can contribute to the toughness of the alloy. From this viewpoint, the Mn content is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.10 mass% or more, and particularly preferably 0.20 mass% or more. Excess Mn inhibits the strength of the alloy. From the viewpoint of strength, the Mn content is preferably 1.00 mass% or less, more preferably 0.80 mass% or less, and particularly preferably 0.50 mass% or less.
［銅（Ｃｕ）］
Ｃｕは、本発明に係るＣｏ基合金において、極めて重要な元素である。Ｃｏ－Ｃｕの二元系状態図から明らかなように、室温においてＣｕは、Ｃｏマトリクスにほとんど固溶しない。一方、本発明者が得た知見によれば、本発明に係る合金においては、マトリクスに２％程度のＣｕが固溶しうる。従ってＣｕは、合金の耐食性に寄与しうる。この観点から、Ｃｕの含有率は０．５０質量％以上が好ましく、０．８０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。本発明者が得た知見によれば、Ｃｕが過剰である合金では、Ｃｕ相が析出する。このＣｕ相は、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、Ｃｕの含有率は６．００質量％以下が好ましく、４．００質量％以下がより好ましく、２．００質量％以下が特に好ましい。
[Copper (Cu)]
Cu is an extremely important element in the Co-based alloy according to the present invention. As is clear from the binary phase diagram of Co-Cu, Cu is hardly dissolved in the Co matrix at room temperature. On the other hand, according to the knowledge obtained by the present inventor, in the alloy according to the present invention, about 2% of Cu can be dissolved in the matrix. Therefore, Cu can contribute to the corrosion resistance of the alloy. From this viewpoint, the content of Cu is preferably 0.50 mass% or more, more preferably 0.80 mass% or more, and particularly preferably 1.00 mass% or more. According to the knowledge obtained by the present inventor, in an alloy with an excess of Cu, a Cu phase precipitates. This Cu phase inhibits the hardness of the alloy. From the viewpoint of hardness, the content of Cu is preferably 6.00 mass% or less, more preferably 4.00 mass% or less, and particularly preferably 2.00 mass% or less.
［鉄（Ｆｅ）］
Ｆｅは、成形品の加工性に寄与しうる。この観点から、Ｆｅの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。過剰のＦｅは、合金の耐食性を阻害する。耐食性の観点から、Ｆｅの含有率は１０．０質量％以下が好ましく、７．０質量％以下がより好ましく、５．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｆｅを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＦｅの含有率は、０質量％以上１０．０質量％以下である。
[Iron (Fe)]
Fe can contribute to the workability of the molded product. From this viewpoint, the content of Fe is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.03 mass% or more, and particularly preferably 0.05 mass% or more. Excess Fe inhibits the corrosion resistance of the alloy. From the viewpoint of corrosion resistance, the content of Fe is preferably 10.0 mass% or less, more preferably 7.0 mass% or less, and particularly preferably 5.0 mass% or less. The Co-based alloy may have a composition that does not substantially contain Fe. In other words, the preferred content of Fe is 0 mass% or more and 10.0 mass% or less.
［ニッケル（Ｎｉ）］
Ｎｉは、マトリクスに固溶し、合金の耐食性を高める。この観点から、Ｎｉの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。過剰のＮｉは、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、Ｎｉの含有率は１５．０質量％以下が好ましく、１０．０質量％以下がより好ましく、５．０質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｎｉを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＮｉの含有率は、０質量％以上１５．０質量％以下である。
[Nickel (Ni)]
Ni dissolves in the matrix and enhances the corrosion resistance of the alloy. From this viewpoint, the Ni content is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.03 mass% or more, and particularly preferably 0.05 mass% or more. Excess Ni inhibits the hardness of the alloy. From the viewpoint of hardness, the Ni content is preferably 15.0 mass% or less, more preferably 10.0 mass% or less, and particularly preferably 5.0 mass% or less. The Co-based alloy may have a composition that does not substantially contain Ni. In other words, the preferred Ni content is 0 mass% or more and 15.0 mass% or less.
［モリブデン（Ｍｏ）］
Ｍｏは、Ｃと結合して炭化物を形成する。本発明者が得た知見によれば、炭化物は、硬度及び耐摩耗性に寄与する。本発明者が得た知見によれば、マトリクスに固溶したＭｏは、塩酸環境下及びフッ酸環境下におけるマトリクスの溶出を抑制する。換言すれば、Ｍｏは、耐食性にも寄与する。Ｍｏはさらに、マトリクスに固溶してこのマトリクスの耐食性に寄与しうる。硬度、耐摩耗性及び耐食性の観点から、Ｍｏの含有率は０．１０質量％以上が好ましく、０．５０質量％以上がより好ましく、１．００質量％以上が特に好ましい。過剰のＭｏは、合金の靱性を阻害する。靱性の観点から、Ｍｏの含有率は１５．００質量％以下が好ましく、１０．００質量％以下がより好ましく、６．００質量％以下が特に好ましい。Ｃｏ基合金が、Ｍｏを実質的に含有しない組成を有してもよい。換言すれば、好ましいＭｏの含有率は、０質量％以上１５．０質量％以下である。
[Molybdenum (Mo)]
Mo combines with C to form carbides. According to the findings of the present inventors, the carbides contribute to hardness and wear resistance. According to the findings of the present inventors, Mo dissolved in the matrix suppresses dissolution of the matrix in a hydrochloric acid environment and a hydrofluoric acid environment. In other words, Mo also contributes to corrosion resistance. Mo can further be dissolved in the matrix to contribute to the corrosion resistance of the matrix. From the viewpoints of hardness, wear resistance, and corrosion resistance, the content of Mo is preferably 0.10 mass% or more, more preferably 0.50 mass% or more, and particularly preferably 1.00 mass% or more. Excess Mo inhibits the toughness of the alloy. From the viewpoint of toughness, the content of Mo is preferably 15.00 mass% or less, more preferably 10.00 mass% or less, and particularly preferably 6.00 mass% or less. The Co-based alloy may have a composition that does not substantially contain Mo. In other words, the Mo content is preferably 0 mass % or more and 15.0 mass % or less.
［Ｍｏ／Ｃ］
Ｍｏの一部は炭化物形成に消費され、残余のＭｏはマトリクスに固溶する。Ｃの質量含有率に対するＭｏの質量含有率の比は、１．３以上が好ましい。この比が１．３以上であるＣｏ基合金では、十分な量のＭｏがマトリクスに固溶する。このＣｏ基合金は、耐食性に優れる。この観点から、この比は１．８以上がより好ましく、２．３以上が特に好ましい。この比は、１０．０以下が好ましい。
[Mo/C]
A part of Mo is consumed to form carbides, and the remaining Mo is dissolved in the matrix. The ratio of the mass content of Mo to the mass content of C is preferably 1.3 or more. In a Co-based alloy having this ratio of 1.3 or more, a sufficient amount of Mo is dissolved in the matrix. This Co-based alloy has excellent corrosion resistance. From this viewpoint, this ratio is more preferably 1.8 or more, and particularly preferably 2.3 or more. This ratio is preferably 10.0 or less.
［酸素（Ｏ）］
本発明に係るＣｏ基合金において、Ｏは不可避的不純物である。合金の耐食性の観点から、Ｏの質量含有率は２００ｐｐｍ以下が好ましく、１５０ｐｐｍ以下がより好ましく、１００ｐｐｍ以下が特に好ましい。
[Oxygen (O)]
In the Co-based alloy according to the present invention, O is an inevitable impurity. From the viewpoint of the corrosion resistance of the alloy, the mass content of O is preferably 200 ppm or less, more preferably 150 ppm or less, and particularly preferably 100 ppm or less.
［アルミニウム（Ａｌ）］
本発明における合金において、Ａｌは不可避的不純物である。Ａｌは、Ｔｉ又はＮｉと結合し、金属間化合物を形成しうる。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ａｌの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．４０質量％以下がより好ましく、０．３５質量％以下が特に好ましい。
[Aluminum (Al)]
In the alloy of the present invention, Al is an inevitable impurity. Al can combine with Ti or Ni to form an intermetallic compound. This intermetallic compound impairs the toughness of the alloy. From the viewpoint of toughness, the content of Al is preferably 0.50 mass% or less, more preferably 0.40 mass% or less, and particularly preferably 0.35 mass% or less.
［チタン（Ｔｉ）］
本発明における合金において、Ｔｉは不可避的不純物である。Ｔｉは、Ａｌ又はＮｉと結合し、金属間化合物を形成しうる。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Ｔｉの含有率は０．５０質量％以下が好ましく、０．４０質量％以下がより好ましく、０．３５質量％以下が特に好ましい。
[Titanium (Ti)]
In the alloy of the present invention, Ti is an inevitable impurity. Ti can combine with Al or Ni to form an intermetallic compound. This intermetallic compound impairs the toughness of the alloy. From the viewpoint of toughness, the Ti content is preferably 0.50 mass% or less, more preferably 0.40 mass% or less, and particularly preferably 0.35 mass% or less.
［金属組織］
Ｃｏ基合金の金属組織は、
（１）マトリクス
及び
（２）このマトリクスに分散する炭化物
を有している。
[Metal structure]
The metal structure of Co-based alloys is as follows:
It has (1) a matrix and (2) carbides dispersed in the matrix.
［マトリクス］
前述の通り、マトリクスには、Ｃｕが固溶している。Ｃｕが固溶しているマトリクスは、耐食性に優れる。耐食性の観点から、マトリクスの全量に対するこのマトリクスに固溶するＣｕの量の比率Ｐcuは、１．０質量％以上が好ましく、１．２質量％以上がより好ましく、１．５質量％以上が特に好ましい。比率Ｐcuが過剰であると、マトリクス中にＣｕ相が析出する。このＣｕ相は、合金の硬度を阻害する。硬度の観点から、比率Ｐcuは３．５質量％以下が好ましく、３．０質量％以下がより好ましく、２．５質量％以下が特に好ましい。
[Matrix]
As described above, Cu is dissolved in the matrix. The matrix in which Cu is dissolved has excellent corrosion resistance. From the viewpoint of corrosion resistance, the ratio Pcu of the amount of Cu dissolved in the matrix to the total amount of the matrix is preferably 1.0 mass% or more, more preferably 1.2 mass% or more, and particularly preferably 1.5 mass% or more. If the ratio Pcu is excessive, a Cu phase precipitates in the matrix. This Cu phase inhibits the hardness of the alloy. From the viewpoint of hardness, the ratio Pcu is preferably 3.5 mass% or less, more preferably 3.0 mass% or less, and particularly preferably 2.5 mass% or less.
マトリクス（１）は、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含んでいる。
Matrix (1) is
(1-1) contains a γ phase having an fcc structure and/or (1-2) contains an ε phase having an hcp structure.
［ε相］
ε相は、靱性に劣る。ε相の量が過大であると、成形品の耐久性及び切削性が阻害される。これらの観点から、ε相の体積率Ｐεは、金属組織全体の６０．０％以下が好ましく、４０．０％以下がより好ましく、２０．０％以下が特に好ましい。体積率Ｐε（％）は、下記の数式によって算出される。
Ｐε ＝ Ｘε ・ １００
この数式において、Ｘεは、ε相の体積比である。体積比Ｘεは、下記数式によって算出される。
[ε phase]
The ε phase is inferior in toughness. If the amount of the ε phase is too large, the durability and machinability of the molded product are impaired. From these viewpoints, the volume fraction Pε of the ε phase is preferably 60.0% or less of the entire metal structure, more preferably 40.0% or less, and particularly preferably 20.0% or less. The volume fraction Pε (%) is calculated by the following formula.
Pε = Xε 100
In this formula, Xε is the volume ratio of the ε phase. The volume ratio Xε is calculated by the following formula.
この数式においてＸｃは、後述されるＭ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化物及びＭ２３Ｃ６系炭化物の合計の、金属組織全体に対する比である。
In this formula, Xc is the ratio of the total of M6C-based carbides, M7C3-based carbides, and M23C6-based carbides, which will be described later, to the entire metal structure.
［炭化物］
Ｃｏ基合金の金属組織が含みうる炭化物（２）として、
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
が挙げられる。Ｍ６Ｃ系の炭化物として、Ｃｏ３Ｗ３Ｃが挙げられる。Ｍ７Ｃ３系の炭化物として、Ｃｒ７Ｃ３が挙げられる。Ｍ２３Ｃ６系の炭化物として、Ｃｒ２３Ｃ６が挙げられる。金属組織が、Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化物及びＭ２３Ｃ６系炭化物の全てを含んでよく、いずれか２種を含んでもよく、いずれか１種を含んでもよい。
[carbide]
The carbides (2) that may be contained in the metal structure of the Co-based alloy include:
(2-1) M6C carbide, (2-2) M7C3 carbide, and (2-3) M23C6 carbide are listed. An example of an M6C carbide is Co3W3C. An example of an M7C3 carbide is Cr7C3. An example of an M23C6 carbide is Cr23C6. The metal structure may include all of the M6C carbide, M7C3 carbide, and M23C6 carbide, or may include any two of them, or may include any one of them.
Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化及びＭ２３Ｃ６系炭化物は、塩酸に溶出しにくい。この炭化物を適量含有する合金は、耐食性に優れる。耐食性の観点から、金属組織全体に対する、Ｍ６Ｃ系炭化物、Ｍ７Ｃ３系炭化及びＭ２３Ｃ６系炭化物の合計の体積率Ｐｃは、１２．０％以上が好ましく、１５．０％以上がより好ましく、１７．０％以上が特に好ましい。過剰な炭化物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、体積率Ｐｃは５０．０％以下が好ましく、４０．０％以下がより好ましく、３５．０％以下が特に好ましい。体積率Ｐｃ（％）は、下記の数式によって算出される。
Ｐｃ ＝ Ｘｃ ・ １００
この数式において、Ｘｃは、炭化物の体積比である。体積比Ｘｃは、成形体（焼結体）の断面組織が反射電子像で撮影されることで、算出される。この算出には、画像解析ソフトが用いられる。
M6C carbide, M7C3 carbide and M23C6 carbide are not easily dissolved in hydrochloric acid. An alloy containing an appropriate amount of these carbides has excellent corrosion resistance. From the viewpoint of corrosion resistance, the total volume fraction Pc of M6C carbide, M7C3 carbide and M23C6 carbide with respect to the entire metal structure is preferably 12.0% or more, more preferably 15.0% or more, and particularly preferably 17.0% or more. Excessive carbide impairs the toughness of the alloy. From the viewpoint of toughness, the volume fraction Pc is preferably 50.0% or less, more preferably 40.0% or less, and particularly preferably 35.0% or less. The volume fraction Pc (%) is calculated by the following formula.
Pc = Xc ・100
In this formula, Xc is the volume ratio of the carbide. The volume ratio Xc is calculated by taking a backscattered electron image of the cross-sectional structure of the compact (sintered body). Image analysis software is used for this calculation.
［合金の製造］
本発明に係るＣｏ基合金は、溶解法、鋳造法、粉末冶金法、粉砕法等によって製造されうる。合金の靱性の観点から、粉末冶金法が好ましい。粉末冶金法に採用される粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られる。
[Production of alloys]
The Co-based alloy according to the present invention can be produced by a melting method, a casting method, a powder metallurgy method, a pulverization method, etc. From the viewpoint of toughness of the alloy, the powder metallurgy method is preferred. The powder used in the powder metallurgy method is preferably obtained by an atomization method.
［粉末］
本発明は、粉末にも向けられる。本発明に係る粉末の材質は、前述のＣｏ基合金である。このＣｏ基合金は、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１５．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１５．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでいる。残部は、Ｃｏ及び不可避的不純物である。このＣｏ基合金は、Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有している。このマトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuは、１．０質量％以上３．５質量％以下である。
[Powder]
The present invention is also directed to a powder. The material of the powder according to the present invention is the above-mentioned Co-based alloy. This Co-based alloy has the following properties:
C: 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less,
Cr: 25.0% by mass or more and 34.0% by mass or less,
W: 3.0% by mass or more and 15.0% by mass or less,
Si: 0.01% by mass or more and 2.00% by mass or less,
Mn: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less,
Cu: 0.50% by mass or more and 6.00% by mass or less,
Fe: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
Ni: 0% by mass or more and 15.00% by mass or less,
and Mo: 0 mass% or more and 15.00 mass% or less, with the balance being Co and unavoidable impurities. This Co-based alloy has a metal structure including a matrix in which Cu is dissolved. The ratio Pcu of Cu dissolved in this matrix is 1.0 mass% or more and 3.5 mass% or less.
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。 The effects of the present invention will be explained below by way of examples, but the present invention should not be interpreted in a restrictive manner based on the description of these examples.
［実施例１－１４及び比較例１９－３１］
所定の組成の金属を溶解し、溶湯を得た。この溶湯を、不活性ガス雰囲気中で溶解し、窒素ガスアトマイズに供し、粉末を得た。この粉末を分級に供し、粒子径を５００μｍ以下に調整した。この粉末を、カプセルに充填し、このカプセルを密封した。この粉末を１１７０℃の熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）に供し、実施例１－１４及び比較例１９－３１のバルクを得た。
[Examples 1 to 14 and Comparative Examples 19 to 31]
A metal of a predetermined composition was melted to obtain a molten metal. The molten metal was melted in an inert gas atmosphere and subjected to nitrogen gas atomization to obtain a powder. The powder was subjected to classification to adjust the particle size to 500 μm or less. The powder was filled into a capsule, and the capsule was sealed. The powder was subjected to hot isostatic pressing (HIP) at 1170° C. to obtain the bulks of Examples 1-14 and Comparative Examples 19-31.
［実施例３１－３３］
アーク溶解法を用いた溶製法により、実施例１５－１８のバルクを得た。
[Examples 31 to 33]
The bulk of Examples 15-18 was obtained by a melting method using an arc melting method.
［比率Ｐcuの測定］
バルクから、試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１４ｍｍ）を得た。この試験片を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）での観察に供した。４０００倍の反射電子像にて、マトリクス領域に対してＥＤＳ分析を行って、マトリクスに固溶するＣｕの量の比率Ｐcuを得た。この結果が、下記の表１－３に示されている。
[Measurement of ratio Pcu]
A test piece (10 mm x 10 mm x 14 mm) was obtained from the bulk. This test piece was observed with a scanning electron microscope (SEM). EDS analysis was performed on the matrix region using a backscattered electron image at 4000 times magnification to obtain the ratio Pcu of the amount of Cu dissolved in the matrix. The results are shown in Tables 1-3 below.
［硬度］
バルクのロックウェル硬さ（ＨＲＣ）を測定した。この結果が、下記の表１－３に示されている。硬度が４５ＨＲＣ以上であることが、好ましい。
[hardness]
The bulk Rockwell hardness (HRC) was measured and the results are shown in Tables 1-3 below. A hardness of 45 HRC or greater is preferred.
［衝撃値］
バルクから、試験片（１０Ｒ２ｍｍＣノッチ）を得た。この試験片をシャルピー衝撃試験に供し、衝撃値を測定した。この結果が、下記の表１－３に示されている。衝撃値が５Ｊ／ｃｍ２以上である合金は、靱性に優れる。
[Impact value]
A test piece (10R2mm C notch) was obtained from the bulk. The test piece was subjected to a Charpy impact test to measure the impact value. The results are shown in Tables 1-3 below. An alloy with an impact value of 5 J/ cm2 or more has excellent toughness.
［耐食性］
バルクから、試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１４ｍｍ）を得た。この試験片を、耐食試験に供した。試験の条件は、以下の通りである。
溶液：１０％塩酸水溶液
温度：４０℃
時間：１０時間
腐食減量を試験前の試験片の表面積及び時間で除して、腐食度を算出した。この結果が、下記の表１－３に示されている。腐食度が５ｇ／ｍ２・ｈ以下であることが、好ましい。
[Corrosion resistance]
A test piece (10 mm x 10 mm x 14 mm) was obtained from the bulk. The test piece was subjected to a corrosion resistance test under the following test conditions.
Solution: 10% hydrochloric acid aqueous solution Temperature: 40°C
Time: 10 hours The corrosion loss was divided by the surface area of the test piece before the test and the time to calculate the corrosion rate. The results are shown in Tables 1-3 below. It is preferable that the corrosion rate is 5 g/ m2 ·h or less.
比較例１９に係る合金では、Ｃが過少なので、炭化物の体積率Ｐｃが小さい。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。 In the alloy of Comparative Example 19, the C content is too low, so the volume fraction Pc of carbides is small. Therefore, this alloy does not have sufficient hardness.
比較例２０に係る合金では、Ｃが過剰なので、炭化物の体積率Ｐｃが大きい。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。 In the alloy of Comparative Example 20, C is in excess, so the volume fraction Pc of carbides is large. Therefore, this alloy does not have sufficient toughness.
比較例２１に係る合金では、Ｃｒが過少である。従ってこの合金では、硬度及び耐食性が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 21 has too little Cr. Therefore, this alloy does not have sufficient hardness and corrosion resistance.
比較例２２に係る合金では、Ｃｒが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 22 contains an excess of Cr. Therefore, this alloy does not have sufficient toughness.
比較例２３に係る合金では、Ｗが過少である。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 23 contains too little W. Therefore, the hardness of this alloy is insufficient.
比較例２４に係る合金では、Ｗが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 24 contains an excess of W. Therefore, this alloy does not have sufficient toughness.
比較例２５に係る合金では、Ｓｉが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 25 contains an excess of Si. Therefore, this alloy does not have sufficient toughness.
比較例２６に係る合金では、Ｍｎが過剰である。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 26 contains an excess of Mn. Therefore, this alloy does not have sufficient toughness.
比較例２７に係る合金は、Ｃｕが過少なので、過剰のε相を含んでいる。従ってこの合金では、耐食性が十分ではない。 The alloy of Comparative Example 27 contains too little Cu and therefore too much ε phase. Therefore, this alloy does not have sufficient corrosion resistance.
比較例２８に係る合金では、Ｃｕが過剰である。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。 The alloy of Comparative Example 28 contains an excess of Cu. Therefore, the hardness of this alloy is insufficient.
比較例２９に係る合金では、Ｆｅが過剰である。従ってこの合金では、耐食性が十分ではない。 The alloy in Comparative Example 29 contains an excess of Fe. Therefore, this alloy does not have sufficient corrosion resistance.
比較例３０に係る合金では、Ｎｉが過剰である。従ってこの合金では、硬度が十分ではない。 The alloy of Comparative Example 30 contains an excess of Ni. Therefore, the hardness of this alloy is insufficient.
比較例３１に係る合金では、Ｍｏが過剰なので、炭化物の体積率Ｐｃが大きい。従ってこの合金では、靭性が十分ではない。 In the alloy of Comparative Example 31, Mo is in excess, so the volume fraction Pc of carbides is large. Therefore, this alloy does not have sufficient toughness.
実施例１－１８に係る合金は、諸性能に優れている。この結果から、本発明の優位性は明かである。 The alloys of Examples 1-18 have excellent performance. These results clearly demonstrate the superiority of the present invention.
以上説明されたＣｏ基合金は、耐食性が要求される種々の用途に適している。 The Co-based alloys described above are suitable for a variety of applications that require corrosion resistance.
Claims (4)
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１０．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでおり、
残部がＣｏ及び不可避的不純物であり、
Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有しており、
上記マトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuが、１．５質量％以上３．５質量％以下であるＣｏ基合金。 C: 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less,
Cr: 25.0% by mass or more and 34.0% by mass or less,
W: 3.0% by mass or more and 10.0% by mass or less,
Si: 0.01% by mass or more and 2.00% by mass or less,
Mn: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less,
Cu: 0.50% by mass or more and 6.00% by mass or less,
Fe: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
Ni: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
and Mo: 0 mass% or more and 15.00 mass% or less,
The balance is Co and unavoidable impurities,
The alloy has a metal structure including a matrix in which Cu forms a solid solution,
A Co-based alloy in which a ratio Pcu of Cu dissolved in the matrix is 1.5 mass % or more and 3.5 mass % or less.
上記金属組織の全体に対する上記ε相の体積率Ｐεが、６０．０％以下である請求項１に記載のＣｏ基合金。 The metal structure includes an ε phase having an h.c.p. structure,
2. The Co-based alloy according to claim 1, wherein a volume fraction Pε of the ε phase with respect to the entire metal structure is 60.0% or less.
（１）マトリクス
及び
（２）上記マトリクスに分散する炭化物
を有しており、
上記マトリクス（１）が、
（１－１）ｆ．ｃ．ｃ．構造を有する相であるγ相
及び／又は
（１－２）ｈ．ｃ．ｐ．構造を有する相であるε相
を含んでおり、
上記炭化物（２）が
（２－１）Ｍ６Ｃ系炭化物
（２－２）Ｍ７Ｃ３系炭化物
及び
（２－３）Ｍ２３Ｃ６系炭化物
からなる群から選択された１又は２以上を含んでおり、
上記金属組織の全体に対する上記炭化物の体積率Ｐｃが、１２．０％以上５０．０％以下である請求項１又は２に記載のＣｏ基合金。 The metal structure is
(1) a matrix; and (2) carbides dispersed in the matrix,
The matrix (1) is
(1-1) The γ phase is a phase having an f.c.c. structure, and/or (1-2) the ε phase is a phase having an h.c.p. structure,
The carbide (2) includes one or more selected from the group consisting of (2-1) M6C-based carbides, (2-2) M7C3-based carbides, and (2-3) M23C6-based carbides;
3. The Co-based alloy according to claim 1, wherein a volume fraction Pc of the carbides relative to the entire metal structure is 12.0% or more and 50.0% or less.
上記Ｃｏ基合金が、
Ｃ：１．００質量％以上３．００質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上３４．０質量％以下、
Ｗ：３．０質量％以上１０．０質量％以下、
Ｓｉ：０．０１質量％以上２．００質量％以下、
Ｍｎ：０．０１質量％以上１．００質量％以下、
Ｃｕ：０．５０質量％以上６．００質量％以下、
Ｆｅ：０質量％以上１０．００質量％以下、
Ｎｉ：０質量％以上１０．００質量％以下、
及び
Ｍｏ：０質量％以上１５．００質量％以下
を含んでおり、
残部がＣｏ及び不可避的不純物であり、
Ｃｕが固溶するマトリクスを含む金属組織を有しており、
上記マトリクスにおけるこのマトリクスに固溶するＣｕの比率Ｐcuが、１．５質量％以上３．５質量％以下である粉末。 The material is a Co-based alloy,
The Co-based alloy is
C: 1.00% by mass or more and 3.00% by mass or less,
Cr: 25.0% by mass or more and 34.0% by mass or less,
W: 3.0% by mass or more and 10.0% by mass or less,
Si: 0.01% by mass or more and 2.00% by mass or less,
Mn: 0.01% by mass or more and 1.00% by mass or less,
Cu: 0.50% by mass or more and 6.00% by mass or less,
Fe: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
Ni: 0% by mass or more and 10.00% by mass or less,
and Mo: 0 mass% or more and 15.00 mass% or less,
The balance is Co and unavoidable impurities,
The alloy has a metal structure including a matrix in which Cu forms a solid solution,
The powder has a ratio Pcu of Cu dissolved in the matrix of 1.5 mass % or more and 3.5 mass % or less.
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