JPS6136043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高合金水アトマイズ鋼粉、とくに
純鉄粉を代表例とする基地母材に対し適切な配合
量で、必要により分散媒、黒鉛粉さらには各種金
属または合金粉などとともに配合し、いわゆる混
粉法として粉末冶金焼結体の製造に有利に使用す
ることができるように配慮を加えた、合金成分の
高率含有になる水アトマイズ鋼粉の改良を提案す
るものである。 この発明の高合金水アトマイズ鋼粉は、水アト
マイズ工程を経ただけで、またその後に非酸化性
もしくは還元雰囲気中における脱酸、脱窒さらに
は脱炭などを伴う焼なましを加え、とくにその脱
炭によつて炭素含有量を0.4重量％（以下％表示
について同じ）以下に低減させる場合を含め、γ
相もしくはγ相とδ相との混相＜以下（γ＋δ）
相という＞、またはγ主体相もしくはγ主体相と
δ主体相との混相＜以下（γ＋δ）主体相であら
わす＞あるいはこれらに若干の炭化物を含むよう
な相状態である鋼粉として、上記の用途に適合す
る。 この発明は、水アトマイズ法により不規則粒子
形状を有し、それによる圧縮性改善の下で、α相
形成元素の拡散性を損わずに、γ相形成元素の拡
散により、この発明による高合金水アトマイズ鋼
粉を用いた粉末冶金製品の機械的性質、とくに耐
熱性、耐摩耗性の向上を図つたものである。 この発明による高合金水アトマイズ鋼粉は、基
地母材すなわち純鉄粉、低合金鋼粉またはステン
レス鋼粉に配合して粉末冶金に用いるがその配合
量は、通常10ないし50％とする。 この発明のアトマイズ粉を原料粉末とする焼結
体は、たとえば近年、高出力化の著しい内燃機関
において無鉛ガソリンや、LPGの使用により従来
よりははるかにか酷な条件にさらされて通常400
〜500℃をこえるような高温下の弁操作の度毎に
はげしい熱間衝撃を受けながら摺動して充分な耐
摩耗性が必要とされ、しかも弁との接触面で損傷
や損耗を与え、また受けないことがのぞまれる弁
座部材を典型例として、その他パワーステアリン
グのカムリングやローターあるいはギヤートラン
スミツシヨン部分ないしは高温度軸受材料部分な
どの用途における適合を目指すものである。 一般にこの種の高強度機械部品類の焼結体の製
造には、プレミツクス法、プレアロイ法、さらに
最近に至つては硬質粒子の配合について開発が進
められている。 プレミツクス法（単粉混合法）は、従来鉄粉に
Cu、Mn、Cr、Ni、Mo、Coなどの単体金属粉
や、製鋼精錬過程で脱酸剤や合金剤として用いら
れるフエロアロイの機械的破砕粉、またはそれら
のアトマイズ粉などを黒鉛粉や潤滑剤とともに、
最終製品に要求される特性や組成に応じ配合して
用いるが、焼結中に成分元素の拡散が不十分なた
め優れた特性は得られ難く、その故に高温長時間
の焼結処理が必要となつてそれに起因する変形や
品質のばらつきなどに問題がある。 プレアロイ法（予合金鋼粉法）は、圧縮性の観
点でＣを抜いた組成に合金鋼粉を調製するが、耐
熱性および強度上の要求特性を満たすために二成
分以上の複合組成においてそれらの合金量を高く
するので、成形性、圧縮性にやはり問題があり、
高密度高強度材の製造には困難が伴われる。 また分散硬化相に、ステライト組成の特殊合金
粉を用い基地母材中に一部拡散させる方法にあつ
ては、通常Ｃ：1.0〜3.0％、Cr：20〜40％、Ｗ：
10〜20％、およびCo：40〜60％からなり球状を
呈するアトマイズ特殊合金粉が用いられるとこ
ろ、その合金溶湯の水アトマイズの際にCOガス
の発生量が多く粒子内部に空孔や表面に通じた空
洞を生じ易く、また焼結時には、カーケンダル効
果によつて、拡散による粒子内空孔や境界に空隙
が発生し易い。そのために粒子形状をとくに球状
に整える必要があり、また合金化もしくは配合を
したCoによつて成分元素の拡散を抑制しなけれ
ば硬化相として十分機能しない欠点もある。 一方高炭素Cr合金粉、とくにFe−Cr系、Fe−
Ni−Cr系のσ相粉末を用いる方法では、サブシ
ーブ粉のような微細粉末としない限り効果がな
く、そして広範な粒度構成のσ相粉末の使用は、
はじめにのべたプレミツクス法と変らないし、ま
た高炭素Cr合金粉の配合では、通常Ｃ：6.0〜9.5
％の高硬度粒子を基地母材に分散させ耐摩耗性を
得ようとするが、アトマイズ法によると空孔や空
洞を生じるところに問題がある。 一般に金属粉末は高温長時間焼結するほど焼結
は進行する。しかし鉄粉は高温焼結しても、さほ
ど焼結は進まず緻密な焼結体が得られないが、こ
れはB.C.C.構造のα・FeよりF.C.C.構造のγ・
Feの方がFeの拡散が遅いためであり、したがつ
て焼結時にα相を安定させる元素、例えばFeと
の２元状態図で示されるγループ形成元素である
Si，Cr，Mo，Ｗ，Ｖ，Alなどを添加し、添加元
素の固溶強化をともなう強靭な焼結体を得ること
ができる。プレミツクス法（単粉混合法）、プレ
アロイ法（予合金鋼粉法）など粉末冶金的手法に
よつて高強度焼結体を得る方法は、ほとんどこの
事実に基づいている。 この発明においてもこのような基本的考え方に
基いて、純鉄粉、低合金鋼粉、ステンレス鋼粉な
どの鉄鋼粉を基地母材とし、これに配合を施す母
合金法（マザーアロイ法）に従い粉末冶金的手法
によつて機械構造部品を製造するのに好適な原料
粉末としての高合金水アトマイズ鋼粉を提供する
もので、Ｃ；0.40％以下、Si；1.50％以下、Mn；
0.40％以下、Ｏ；1.00％以下、Cr；10.0〜40.0
％、Mo；3.0〜20.0％とＷ；3.0〜20.0％および／
またはＶ；3.0〜20.0％、またはさらにNi；3.0〜
40.0％および／またはCo；3.0〜40.0％を含有
し、水アトマイズ生鋼粉のままで、あるいはＣ；
0.40％を超える高Ｃ水アトマイズ鋼粉につき水焼
入れ硬化相を非酸化性雰囲気中または還元雰囲気
中で900℃好ましくは1000℃以上でＣ；0.40％以
下好ましくはＣ；0.20％以下になるまで脱炭焼鈍
し、同時に脱酸、脱窒、αまたはγ結晶粒の粗大
化、炭化物の粗大化、球状化析出をさせ、80メツ
シユ篩通過粉の見掛密度が2.00〜3.20ｇ／cm³、成
形圧力7t／cm²における圧粉密度が6.00ｇ／cm³以上
の不規則粒子形状と圧縮性を持たせ、基地鉄鋼粉
粒子と密着させ合金元素の拡散有効面積を増大さ
せることによつて、焼結時のα相形成元素の固溶
拡散を進行させまたさらにはそれを損わずに、γ
相形成元素の拡散を良好ならしめることの相乗効
果によつて、何れも基地母材を強靭化し耐熱耐摩
耗性のいつそう向上を図つたものである。 この場合、基地鉄鋼粉に配合したこの発明の鋼
粉は完全均一組成には固溶拡散せず、残留した末
拡散鋼粉部は生成する炭化物とともに分散硬化相
としての機能を果たす。 この発明の鋼粉の製造上、水アトマイズ法は工
業的規模での量産性経済性に優れるのみならず、
水焼入れのため合金組成によつて、α′主体相、
（α＋δ）主体相、γまたは（γ＋δ）主体相か
らなり、さらに適宜な温度と雰囲気を選んで還元
焼鈍することによつて、α主体相、γ主体相ある
いは上記各相の混合状態からなる合金鋼粉の製造
が可能であり、表面酸化物の還元と同時に脱炭焼
鈍、溶体化処理することで炭化物、窒化物、金属
間化合物などを析出、溶体化することによつて、
圧縮性の改善を図ることができる。また水アトマ
イズ法は噴射水の動圧摩擦と急冷効果によつて見
掛密度3.20ｇ／cm³以下の不規則状粒子製造条件範
囲が広く、粒度分布が広いことなどの粉体特性の
うえから冷間金型成形に適しており、不規則状粒
子形状なるがゆえにもたらされる粒子相互のから
み合いと密着性によつて焼結時の合金元素の拡散
性が良好な母合金鋼粉の好適な製造法といえる。 さてＣは溶解、成分調整、注入、水アトマイズ
の各工程において最つとも重要な元素の１つであ
り、それというは、まず溶銑プールを形成し可及
的速やかに溶銑温度を1600℃以上、好ましくは
1700℃以上に加熱保持することによつて、Ｃの優
先酸化による還元状態での他合金元素の溶解を行
ない、Si、Crの酸化を抑制するとともに、水ア
トマイズ時の粒子表面酸化を抑制するのに役立つ
からである。 水アトマイズ粉は注入溶湯のＣ含有量が増加す
るにつれて、空孔や空洞を持つ粒子が多くなつて
このような中空状粒子の形状は球状化し易く、そ
の表面は平滑となるため焼結性が悪く、しかも中
空であるため高強度材を得ることができない。こ
の中空状粒子は合金組成により多少異なるが、Ｃ
量が0.40％を超えると認められるようになり、
Fe−C2元状態図での共析点すなわち0.80重量％
を超えると著しく増加する。 母合金鋼粉（マスターアロイ粉）または分散硬
化相としてこの発明の鋼粉を用いる場合、最終製
品に要求される特性とくに硬度に応じ、炭化物形
成合金元素量とのかねあいで合金Ｃ量を適宜変化
させ得る。この場合、鋼粉硬度が過剰に硬すぎる
と、かえつて相手材を損耗するなどの問題がある
ため水アトマイズ生鋼粉のままで使用するときに
は粒子断面のマイクロビツカース硬さを1000以下
にする必要がありこのためＣ含有量の上限を0.40
にしなければならない。また母合金鋼粉（マスタ
ーアロイ粉）または分散硬化相として使用する場
合には圧縮性、成形性に優れていることが重要で
あり、侵入型に固溶するＣはα相、γ相をともに
硬化し、水アトマイズ時にα′相あるいは微細炭
化物を生成して圧縮性を損う。 Ｃ；0.40％以下より好ましくは0.20％以下の溶
鋼を水アトマイズすることによつて、α′相をほ
とんど含まない相状態の生鋼粉を製造でき、成形
圧力7t／cm²における圧粉密度が6.00ｇ／cm³以上を
示すことが究明されさらに低Ｃにする程、生鋼粉
の圧縮性はいつそう改善され、また脱酸、脱炭、
脱窒焼鈍あるいは溶体化処理することによつて圧
縮性の向上が図れる。このような理由から下限値
の設定を必要としない。 Crを含む溶鋼は〔Ｃ〕もしくは〔Si〕または
その両方を多くして、〔Ｃ〕もしくは〔Si〕の優
先酸化領域に溶鋼温度を保持する。圧縮性、成形
性を重要視する場合、Ｃ量を0.10％好ましくは
0.05％以下とし、Siを0.50％以上として〔Si〕の
優先酸化領域の溶鋼を注入し、水アトマイズする
ことにより粒子表面に生成する保護被膜により鋼
粉Ｏ量は0.20％以下となる。しかし、Siを1.50％
を超えて合金すると鋼粉を硬化し圧縮性を阻害す
る。よつて1.50％を上限とする。 圧縮性、焼結性または寸法安定性などから鋼粉
粒子表面の酸化被膜は薄い方が望ましいが、母合
金鋼粉（マスターアロイ粉）または分散硬化相と
して使用する鋼粉のＯ量は１％まで実用上何ら支
障がないが1.00％を超えると酸化被膜の厚みが厚
くなり焼結時の合金元素の拡散を阻害する。 次にMnは粒子を球状化する傾向を持つ元素で
成形性を損い、Crを含む溶鋼においてMnの量が
多くなると〔Mn〕の優先酸化域が拡がり、Mnが
0.40％を超えると水アトマイズ時の粒子表面の酸
化が著しくなり、生成したMnOは焼結時に還元
され難く焼結を阻害する。従つてMnは0.40％以
下であることが必要である。 Cr，MoおよびＶはともにα相形成元素であ
り、焼結時にα相を形成して焼結を促進する。ま
たこれらの合金元素の一部は予め合金したＣまた
は配合した黒鉛粉と反応して炭化物を形成する。 Cr、Moは固溶強化、焼結促進、耐熱耐酸化
性、炭化物形成の観点から基本成分の１つであ
り、溶解作業性のほか圧縮性、焼結性および最終
製品に要求される特性などから合金組成がそして
混粉法で使用する際の配合量も決定される。 CrはFeとの２元系状態図において、約13％以
上で焼結時にα相を形成する。γ相生成域はCr
含有量に応じたＣ濃度範囲があるが、Or含有量
の増加とともにγ相生成域は減少しCr；19〜20
％で完全に消失する。したがつてCr含有量を増
加させＣ含有量を低くすることによつて水アトマ
イズで生鋼粉はα＋δ相となり生鋼粉の圧縮性は
向上してくる。しかしCrが40.0％を超えてくると
融点が1550℃を超えるようになり、溶鋼注入のた
めの溶鋼処理作業での温度降下を見込むと1700℃
以上必要となり、小口径溶湯ノズルを使用すると
きには1800℃を超えてスーパーヒートしなければ
ならず、炉壁損耗など溶解作業、溶鋼処理上の問
題を生じてくる。またCr含有量が40.0％を超えた
生鋼粉を焼鈍するとσ相に変態する量が増加しか
えつて圧縮性を損うことになる。よつてCrにつ
いては40.0％を上限とする。 この発明による鋼粉を母合金鋼粉として配合
し、基地母材への固溶拡散による基地強化を図
り、性熱耐摩耗性を付与するためにはCr含有量
は高い方が望ましいが、配合作業性を考慮して
10.0％を下限値とする。 MoはCrと共存させることにより、焼結時のα
相形成を促進し、固溶拡散の相乗効果により拡散
層の強靭化と耐熱耐摩耗性を改善することができ
る。Moはσ相変態促進元素であるが水アトマイ
ズ生鋼粉の焼鈍温度を好ましくは1000℃以上とす
ることによりσ相の生成を抑制して圧縮性を改善
することができる。MoはFeとの２元状態図にお
いてα相安定域は３〜35％であるが、工業炉によ
る焼結温度を考慮した実用的な合金量は3.0〜
20.0％である。 Ｗ，Ｖは炭化物形成元素であり、硬化相として
硬度の改善にとくに効果があり、これらの元素の
固溶拡散によつて基地強化と耐熱耐摩耗性の向上
が期待される。 Ｗは30％を超えて合金すると融点を高め溶解性
を悪くする。またFeとの２元系状態図におい
て、Moと同様の理由で実用的合金量範囲は3.0〜
20.0％である。ＶはＷと同様な効果のためＷと置
き換えることができ、また共存させてもよい。
Feとの２元系状態図において、α相安定領域は
1.6％以上であるが、母合金鋼粉（マスターアロ
イ粉）として配合作業性を考慮し、かつ基地母材
を固溶強化するには3.0％以上必要であり、水ア
トマイズ生鋼粉の焼鈍によるσ相の生成を避ける
ため20.0％を上限とする。 Ni，Coはともにγ相安定元素であるため水ア
トマイズ生鋼粉のままでγ相として、あるいは焼
鈍時のσ相の生成を抑制し、炭化物の球状化を促
進するため圧縮性、成形性の向上を図ることがで
き、焼結時、α相形成元素の拡散を損うことなく
基地母材に固溶拡散し、基地強化、耐熱性、耐酸
化性、耐腐食性を改善する。γ相を形成して圧縮
性を改善するにはNiもしくはCoまたは両方の元
素の含有量は3.0％以上必要である。この２元素
はともに融点を下げ、溶解を促進し、湯流れを改
善する。しかし40.0％を超えて合金するとγ相を
安定化して焼結性を損う。また経済性の点からも
これらの元素の合金量は低い方が好ましい。 この発明の鋼粉は残余成分としてFe；50.0％
以上を必要とする。 母合金鋼粉（マスターアロイ粉）として基地母
材鉄鋼粉に配合して焼結すると、カーケンダル効
果によつて母合金鋼粉粒内や合金元素拡散層内外
に空孔や空隙を生じ、材質劣化をもたらすことが
多々おこる。そこでFeを50.0％以上とすること
によつてこれを抑制するためである。 次にこの発明による水アトマイズ鋼粉の物性値
の限定理由を説明する。 見掛密度；2.00〜3.20ｇ／cm³について 通常、粉末冶金法における粗粒粉は焼結性が悪
く、焼結材の表面が粗くなり品質のバラツキの原
因となることから80メツシユ篩通過粉より好まし
くは100メツシユ篩通過粉が使用される。この発
明の鋼粉においても同様であるから、JIS Ｚ
2504により80メツシユ篩通過粉の見掛密度を測定
し、上記粒度で使用する。 この発明において見掛密度は、合金成分のうち
Ｃ，Si，Mn，Cr，Ｗ，Ｖ，Ni，Coの含有量と水
アトマイズ条件のうちとくに注入溶鋼温度（スー
パーヒート量）、水圧、スプレーフオームによつ
て変わつてくる。例えばスーパーヒート量を高く
し、Mn含有量を多くし、低水圧により注入溶鋼
をアトマイズ点（以下焦点という）からバラバラ
に飛散落下させると、溶滴が凝固するまでに噴射
水の動圧摩擦と冷却作用が緩慢になり、粒子は球
状化して見掛密度が高くなる。さらにＣ含有量の
増加にともない、COガスが多量に発生すると中
空状となり、その粒子表面は膨張により平滑化し
てくる。 見掛密度が3.20ｇ／cm³を超えて球状化高見掛密
度化すると、混粉切出し時の配合粉や黒鉛粉の偏
析が著しくなつてくる。また圧粉体強度が弱くな
つて圧粉体の搬送ができなくなり、焼結性が悪く
なつて焼結材の品質のバラツキなどの問題が起つ
てくる。よつてこの発明では鋼粉の見掛密度の上
限を3.20ｇ／cm³とする。 一方、スーパーヒート量を低くし、高水圧によ
り、注入溶鋼を焦点から収束させ水柱状で落下さ
せると、噴射水の動圧摩擦と冷却作用を十分受け
て溶滴は不規則粒子となつて凝固し、見掛密度が
低くなる。合金成分のうちSi，Cr，Ｗ，Ｖ，
Ni，Coは不規則形状化促進元素である。 その理由の１つに溶鋼の凝固点より非常に高い
凝固点の酸化物をその粒子表面に形成すると不規
則状化すると考えられる。そしてこれらの不規則
形状促進合金元素を含み、かつＣ含有量が0.80％
を超えて高くなると中空状粒子を多数生ずるよう
になり見掛密度はますます低下して、ついには
2.00ｇ／cm³より低くなる。Ｃ含有量が0.80％以下
好ましくは0.40％以下の溶鋼であれば水アトマイ
ズによつて実質的に問題のない程度が完全に空
孔、空洞のない中実な不規則粒子を製造すること
ができる。なお、この発明に従う鋼粉の合金組成
では、実施例に示す水アトマイズ条件の範囲にお
いて、水アトマイズ生鋼粉の見掛密度は2.00ｇ／
cm³より低い鋼粉は得られなかつた。 成形圧力7t／cm²における圧粉密度；6.00ｇ／cm³
以上について：圧粉密度はJSPM標準１−64によ
り粉末中にあらかじめ潤滑剤としてステアリン酸
亜鉛を１％（外枠）混合して測定する方法によ
る。 この発明の鋼粉は純鉄粉、低合金鋼粉、ステン
レス鋼粉などの鉄鋼粉の基地母材に母合金鋼粉
（マザーアロイ粉）として混粉して使用するのに
好適な高合金鋼粉であり、その配合割合は前記の
ように10.0％以上50.0％以下の範囲で用いられ
る。この配合割合が10.0％より少ないと材質改善
効果があまり認められず、また50.0％を超えると
きはもはや基地母材として取扱うべきものとな
る。 さて一般に耐熱耐摩耗焼結材の密度は6.50ｇ／
cm³以上必要で、原料粉粒子は不規則である程、粒
子相互のからみ合いが増し接触面積が増して、焼
結時、合金元素の固溶拡散が促進して強靭化して
くる。また密度は高い程強靭化する。よつて基地
母材となる鉄鋼粉も母合金鋼粉も不規則状でかつ
高圧縮性が要望されることになる。この発明の鋼
粉は基地母材として純鉄粉が最つとも好適であ
り、したがつて純鉄粉にこの発明の鋼粉を最大
50.0％配合したとき、成形圧力7t／cm²における圧
粉密度6.50ｇ／cm³を満足すべきこの発明の鋼粉単
味の同一成形圧力における圧粉密度値として規制
される値が6.00ｇ／cm³以上である。すなわち混合
粉における圧粉密度は単味の圧粉密度の配合比例
混合則が成り立ち、一般に市販純鉄粉単味の成形
圧力7t／cm²における圧粉密度は7.00ｇ／cm³以上を
有するから、50.0％配合で圧粉密度6.50ｇ／cm³以
上を出すにはこの発明の鋼粉単味のそれは6.00
ｇ／cm³以上が不可欠である。ここで成形圧力7t／
cm²は通常金型寿命の点から採用し得る最大成形圧
力である。 次にこの発明による水アトマイズ鋼粉の製造方
法について述べる。 この発明の鋼粉の製造上の特徴は、その溶解法
にある。すなわち当業者らにおいて、原料事情の
違いによつて操業方法が異なつてくるため従来か
ら統一された方法はなく、治金反応に基づく経済
的観点に立脚したノウーハウ的色彩の濃いのが現
状であるが発明者らは、製銑製鋼一貫製鉄所の原
料入手事情を背景として、とくに経済的に、かつ
目標値の実現が難しいＣ，Siの的中率を改善した
迅速溶解法を確立した。 以下に通常法と比較して説明する。 Ｃを合金しない場合のこの発明の鋼粉製造法を
時期別に操業内容、目的、特徴について従来法と
対比し、次表に示した。

【表】

【表】 またＣを合金する場合この発明の鋼粉製造法に
おいては加炭剤による溶鋼の〔Ｃ〕脱酸が最後ま
で有効に作用する点で従来法も同様であるが、
Ｃ，Siの的中率は発明法が格段に優れる。 従来、合金鋼などの精錬で、溶落ちから還元精
錬に入り出鋼する無酸化溶解法あるいは転炉での
操業法の１つとしてCr還元法が知られている
が、これらの方法はできるだけ多量の原料を装入
して溶解し、溶鋼へFe−CrなどのCr合金剤を添
加する方法で、Crの酸化が避けられない。とこ
ろが加炭剤とCrを含む合金剤のみを炉床装入し
て加熱溶解し、可急速やかに溶銑温度を1600℃以
上、好ましくは1700℃以上に保持して、融点の高
い合金剤から順次溶解し、最初から最後まで高
温、還元溶精することによつてSi，Crをほとん
ど酸化せずに溶解することが可能である。よつて
この発明においては加炭剤、合金剤造滓剤および
鉄源を厳選することが必要であり、それは脱Ｓ、
脱Ｐをはじめとする酸化精錬による不純物の除去
をとくに行なわないからである。とくに炭加剤は
その配合量を最少限にとどめ、溶解初期からの低
温域でのSiの酸化を極力防止し、かつＰ，Ｓおよ
びその他の不純物の混入を避けるため、Ｃ；4.00
％以上、Si；1.50％以下、Ｐ，Ｓおよびその他の
不純物がおのおの0.100％以下であるのが望まし
い。 以上要するに、Ｃを合金しない場合はもちろん
のこと、Ｃを合金する場合においても、まずCr
を含む合金剤あるいは鉄銑（溶銑）を炭加剤とし
てCrを含む合金剤を溶解して、それらの溶鋼ま
たは溶銑プールを形成して、可急速やかに1600℃
以上、好ましくは1700℃以上に保持し、Siあるい
はＣによつて〔Ｏ〕を〔Cr〕との平衡値以下に
することで、その後工程を還元状態で遂行でき、
その他の合金剤および鉄源の溶解時間短縮、目標
合金組成の的中精度向上、SiまたはＣの燃焼損失
を時間のみの要因で制御できるのである。 次にこの発明の実施例について述べる。 この発明の鋼粉を水アトマイズするに先立つて
必要な原料溶鋼の調整に関し高周波誘導溶解炉に
よる大気雰囲気での溶解法について述べる。 Ｃを合金する場合； 製鋼銑（Ｃ；4.40％，Si；0.54％，Mn；0.83
％，Ｐ；0.096％，Ｓ；0.034％）を炉床装入し、
加熱溶解した後、全出力を負荷して可急速やかに
溶銑温度を1700℃以上に保持した。次にフエロク
ロムを装入して完全溶解し、目標組成に応じ、
Fe−Ｗ，Fe−Mo，Fe−Ｖまたはさらに金属
Co，Fe−Ni（または金属Ni）の順に溶解後、溶
鋼温度1700℃を確認して金属Siを投入してSiを調
整し、最後に低炭リムド鋼片を投入して溶製し
た。このとき溶解開始から出鋼までを一定時間で
行なうと、 〔Ｃ〕または〔Si〕％ −装入全炭素量または装入全Si量（％） −ＣまたはSi燃焼損失量（％）コンスタント で制御することができる。 Ｃを合金しない（Ｃ；0.10％以下）場合または
ＣおよびSiともに合金しない（Ｃ；0.10％以下、
Si；0.10％以下）の場合； 低炭素フエロクロム１号（FCrL1）を炉床装
入し溶解後、全出力を負荷して可急速やかに溶鋼
温度を1700℃以上に保持し、目標組成に応じた
Fe−Ｗ，Fe−Mo，Fe−Ｖ，金属Co，Fe−Ni
（金属Ni）の順に溶解後、溶鋼温度1700℃を確認
して金属Siを投入してSiを調整し（ただしSi；
0.10％以下の場合は投入しない）、最後に低炭リ
ムド鋼片を投入して溶製した。溶鋼温度が1700℃
と高く、Cr酸化物、Fe酸化物、Si酸化物が湯面
に生じないために、合金剤は速やかに溶け込み、
すべての合金剤の合金歩留りは95％以上であつ
た。 以上の溶解方法に対し、まず鉄源である低炭リ
ムド鋼を炉床装入して溶解した後、1600℃に昇温
した溶鋼に脱酸剤としてFe−SiをSi量で0.25％添
加し、次いでFe−Crを投入した場合には溶鋼を
脱酸状態に保持することができず、過酸化状態と
なり、Cr酸化物およびSi酸化物の鋼滓が多量に
発生し、投入したFe−Crが覆われて溶解不可能
となつた。 また脱酸剤としてFe−SiをSi量で0.25％添加
し、続いて加炭剤である製鋼銑を投入したが、そ
のほとんどのＣが燃焼して歩留らず突沸を起して
溶鋼を噴き上げ、溶解作業を進めることが困難で
あつた。 次にこの発明につき上記した溶解法によつて目
標合金組成とし、1700℃以上に保持した溶鋼を通
常の水アトマイズ法により粉砕して表１に示すこ
の発明の鋼粉を得た。 ここに通常の水アトマイズ法とは、目標合金組
成に溶解精錬した溶鋼をあらかじめ800〜1000℃
以上に十分加熱したタンデイツシユに受け、その
底部に埋設したジルコニア質、アルミナ質などの
耐火材製溶湯ノズルから６〜30mmφの柱状落下流
が得られるように注入し、そのまわりから30〜
180Kg／cm²Ｇの高圧水をこの柱状落下流に衝突さ
せて鉄鋼粉を得るものである。このときの溶鋼注
入および水アトマイズ雰囲気は適宜選択される
が、低Ｏ量の鋼粉を得るには不活性雰囲気とし、
そのO₂濃度は好ましくは0.5容量％以下にする。
また脱水、乾燥雰囲気も適宜選択され、脱水法と
して大気を強制的に脱水鉄鋼粉層に供給する真空
過法を採用しない限り、脱水中の酸化は無視し
得るし、乾燥条件として、200℃以下の温度で
100torrより高真空あるいはO₂濃度が３容量％以
下の不活性雰囲気で乾燥する限り乾燥中の酸化増
量は無視し得る。

【表】

【表】

【表】 表１に示すこの発明の実施例は、特許第892659
号明細書（特公昭52−19540号公報）記載の水ノ
ズルにより高圧水を噴射して水アトマイズした鋼
粉である。なお注入溶鋼の合金組成はＯ量を除い
て水アトマイズのままの鋼粉とほぼ同値であつ
た。このうち供試番号７，８，９および10はMo
を含有しない高見掛密度高合金鋼粉、同11はＣ；
2.41％の低見掛密度高合金鋼粉で、ともにこの発
明の鋼粉に対する比較例である。 比較例７，８，９および10は燃焼性が悪いため
目的とする焼結材の強度を満足できないし、比較
例11はＣ含有量が0.80％をはるかに超えているた
めに大多数が中空状粒子となつた。第１図の写真
にこの発明の鋼粉を実施例５につき粒子断面写真
で示し、第２図ａ，ｂに比較例11の粒子断面写真
と走査電子顕微鏡による粒子形状写真と比較し
た。 この発明の鋼粉はおもに粉末冶金的手法により
他の鉄鋼粉と配合した混粉（プレミツクス粉また
はマスターアロイ粉）で冷間金型成形して使用さ
れ従つて圧縮性および成形性は最つとも重要な特
性の１つである。表２はＣ量が0.2％以下のα主
体相からなる水アトマイズ生鋼粉（実施例２）、
Ｃ量が0.7％のα′主体相からなる水アトマイズ生
鋼粉（実施例３）をこれにつき脱炭焼鈍を行つて
Ｃ量を0.4％以下に下げた圧縮性を改善した鋼粉
（実施例3A，3B，3C）さらにＣ量が0.40％以下の
γ相またはγ主体相から成り成形圧力7t／cm²にお
ける圧粉密度が6.00ｇ／cm³以上の水アトマイズ生
鋼粉（実施例５，６）と実施例５の焼鈍粉5A，
5Bの化学分析（Ｏ，Ｃ，Ｎ）と圧粉密度とラト
ラー値を示す。なおラトラー値はJSPM標準４−
69で測定した値である。

【表】

【表】 このように焼鈍することにより水アトマイズの
水焼入れ状態を回復し、α相あるいはγ相結晶粒
を粗大化し、脱炭とともに炭化物を粗大化、球状
化析出させ、表面酸化被膜の還元、脱窒を行なう
と圧縮性、成形性はさらに向上する。第２におい
て記号3A，3B，3Cは、融点−40℃の純水素中、
昇温10deg／minでそれぞれ900℃×3hr、1000℃
×3hrおよび1000℃×6hrまた記号５−Ａは露点−
40℃の純水素中、昇温；10℃／min、1150℃×90
分の条件で焼鈍し、降温；炉冷した焼鈍粉の成績
で、そのうち５−Ａにつき粒子断面写真を第３図
に示す。また記号５−Ｂは露点０℃のH₂；75容
量％、N₂；25容量％の混合ガス中1000℃×2hrの
条件で昇温および降温は同一とした焼鈍粉の成績
であり、このように窒素を含む雰囲気で焼鈍する
と、窒化され鋼粉が硬化してやや圧縮性が低下す
るので窒化源を含まない雰囲気で焼鈍あるいは溶
体化処理する方が好ましい。 第４図は市販水アトマイズ鉄粉（−80#）に、
実施例５に掲げたこの発明の鋼粉を配合した場合
の成形圧力7t／cm²における圧粉密度とラトラー値
を実線で示す。なお市販ステンレス鋼粉；
SUS316L（−100#）を配合した圧粉密度を鎖線
で比較として示す。第４図に見られるように混合
粉の配合割合に対する圧粉密度には比例混合則が
成り立つことが判る。 表３は市販水アトマイズ鉄粉（−80#）に、実
施例２ならびに５とその焼鈍粉５−Ａ，５−Ｂ，
同６，そして比較例９，10（−80#）さらに市販
ステンレス鋼粉；SUS316L（−100#）を、母合
金鋼粉（マスターアロイ粉）として配合した混粉
法（プレミツクス法）により製造した焼結体の特
性を示す。なおこの焼結体の目標組成は重量％で
0.75C−3Cr−2Ni−4Mo−1Wであり、これに揃
うように、黒鉛粉末（ACP500）、フエロモリブ
デン粉末（搗砕粉、−100#）、フエロタングステ
ン粉末（搗砕粉、−100#）の必要量を潤滑剤とし
てステアリン酸亜鉛を１％（外枠）とともに配合
し、Ｖ型混合機で混合した。 焼結体はJSPM標準２−64、JIS Z2505に基づ
いて引張試験および焼結密度を測定した。焼結条
件は昇温；10℃／min、脱ろう；600℃、30分、
均熱温度、時間；1150℃、30分、降温；炉冷、雰
囲気；H₂75容量％＋N₂25容量％である。

【表】 この結果からMoを含有しない高見掛密度高合
金鋼粉を用いた場合、焼結性が悪いため焼結体強
度が劣ることが伴る。またこの発明の鋼粉は市販
ステンレス鋼粉；SUS316Lよりも焼結密度が低
いにもかかわらず焼結体強度が一層優れている。 またこの発明の鋼粉または基地母材鉄鋼粉のい
ずれか一方または両方の粒度を適宜選択すること
により焼結体強度を調節することができる。表４
は母合金鋼粉（マスターアロイ粉）に実施例５
（−80#）を用い基地母材である水アトマイズ鉄
粉（市販品）の粒度別の焼結体特性である。なお
焼結体目標組成、焼結条件ともに表３と同一であ
る。

【表】 以上のようにしてCrを含む溶鋼、溶銑プール
のみを可急速やかに〔Ｃ〕、〔Si〕のいずれか一方
または両方の元素の優先酸化領域の高温に加熱保
持することによつて、Crの酸化を防止する高Cr
合金鋼の溶製法のもとで、Cr酸化物が多量に発
生するために生ずるへい害、例えば高融点Cr酸
化物鋼滓の流動性の低下、鋼滓被覆による合金剤
の未溶解などを生ぜず、有利に迅速溶解ができ、
生産性の向上およびＣ，Siをはじめとする各合金
量の的中精度の向上が図れこうして溶製した高合
金鋼を水アトマイズすることにより、容易にこの
発明粉をつくることができる。 この発明による鋼粉は焼結時にα相を形成する
Cr、Moをともに含んでいるために焼結性が優
れ、Moによるいつそうの基地強化が図れ、また
Ｗ、Ｖを含むが、焼結時にα相形成元素であるた
め焼結性を損わずに炭化物を形成して、とくに耐
熱耐摩耗性の改善を実現しさらにはNi，Coによ
りγ相とすることによつて圧縮性、成形性を向上
し、基地の耐熱耐酸化耐腐食性の改善にも役立
ち、とくに耐熱耐摩耗材製造用母合金鋼粉（マザ
ーアロイ粉）として好適である。 この発明の鋼粉は耐熱耐摩耗機械部品ばかりで
なく、高強度機械部品や焼結フイルターに利用で
きさらには切削工具鋼材および特殊ステンレス鋼
用原料粉としてその用途の拡大が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の鋼粉を実施例５について示
した粒子断面顕微鏡写真（３％ナイタールエツ
チ、第２図ａはＣが2.41重量％であるためにその
大多数の粒子が中空状となつた比較例11の粒子断
面顕微鏡写真（硝酸酢混合液エツチ）、第２図ｂ
は第２図ａの粒子につき粒子外観を示す走査電子
顕微鏡写真、第３図は実施例５の鋼粉を焼鈍した
場合の粒子断面顕微鏡写真（３％ナイタールエツ
チ）であり、第４図は水アトマイズ鉄粉とこの発
明の鋼粉とを配合した場合の配合割合と圧粉密度
とラトラー値の１例を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量で0.40％以下の炭素、1.50％以下のけい
   素、0.40％以下のマンガン、1.00％以下の酸素な
   らびに10.0％から40.0％までのクロム、3.0％から
   20.0％までのモリブデンを含み、さらに3.0％な
   いし20.0％の範囲でタングステンおよび／または
   バナジウムを、残余50％以上を占める実質的に鉄
   とともに含有する組成に成り、80メツシユ篩を通
   過する粒度にて見掛密度は2.00ないし3.20ｇ／
   cm³、そして単位面積当り荷重で７トン／cm²の成形
   圧力下の圧粉密度が6.00ｇ／cm³以上である高合金
   水アトマイズ鋼粉。 ２ 重量で0.40％以下の炭素、1.50％以下のけい
   素、0.40％以下のマンガン、1.00％以下の酸素な
   らびに10.0％から40.0％までのクロム、3.0％から
   20.0％までのモリブデンを含み、さらに3.0％な
   いし20.0％の範囲でタングステンおよび／または
   バナジウムと、3.0％ないし40.0％の範囲でニツ
   ケルおよび／またはコバルトとを、残余50％以上
   を占める実質的に鉄とともに含有する組成に成
   り、80メツシユ篩を通過する粒度にて見掛密度は
   2.00ないし3.2ｇ／cm³、そして単位面積当り荷重
   で７トン／cm²の成形圧力下の圧粉密度が6.00ｇ／
   cm³以上である高合金水アトマイズ鋼粉。