(57)【要約】【課題】高度な成形用途のための改善された特性プロファイルを有する、粉末冶金で製造された合金、又は、工具および金型において合金を使用することによって製造される製品の表面品質が改善される組成および微細組織を有する、粉末冶金で製造された合金を提供すること。【解決手段】本発明は、粉末冶金によって製造され、非アモルファスマトリックスを有する合金であって、合金が、重量％の単位で：Ｃ  ０〜２．５  Ｓｉ  ０〜２．５  Ｍｎ  ０〜１５  Ｃｒ  ０〜２５  Ｍｏ  ４〜３５  Ｂ  ０．２〜２．８  任意に選択される元素、残部  不純物を除けばＦｅおよび／またはＮｉからなり、合金が、３〜３５体積％の硬質相粒子を含み、硬質相粒子が、ホウ化物、窒化物、炭化物、及び／又はそれらの組合せの少なくとも１種類を含み、硬質相粒子の少なくとも９０％が５μｍ未満のサイズを有し、硬質相粒子の少なくとも５０％が０．３〜３μｍの範囲内のサイズを有する、合金に関する。【選択図】図１
2020143380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末冶金によって製造され、非アモルファスマトリックスを有する合金であって、前記合金が重量％（ｗｔ．％）の単位で：
Ｃ  ０〜２．５
Ｓｉ  ０〜２．５
Ｍｎ  ０〜１５
Ｍｏ  ４〜３５
Ｂ  ０．２〜２．８
Ｃｒ  ０〜２５
Ｖ  ≦１５
Ｎｂ  ≦１５
Ｔｉ  ≦５
Ｔａ  ≦５
Ｚｒ  ≦５
Ｈｆ  ≦５
Ｙ  ≦３
Ｃｏ  ≦２０
Ｃｕ  ≦５
Ｗ  ≦２２
Ｓ  ≦０．５
Ｎ  ≦０．５
Ａｌ  ≦７
ＲＥＭ  ≦０．５
残部  不純物を除けばＦｅおよび／またはＮｉ
からなり、
前記合金が３〜３５体積％の硬質相粒子を含み、
前記硬質相粒子がホウ化物、窒化物、炭化物、および／またはそれらの組合せの少なくとも１種類を含み、前記硬質相粒子の少なくとも９０％が５μｍ未満のサイズを有し、
前記硬質相粒子の少なくとも５０％が０．３〜３μｍの範囲内のサイズを有する、合金。
【請求項２】
前記合金が、以下の条件：
前記合金が５〜３０体積％の硬質相粒子を含む、
前記硬質相粒子の少なくとも９０％が≦３μｍのサイズを有する、
前記硬質相粒子の少なくとも８０％が０．３〜３μｍの範囲内のサイズを有する、
前記硬質相粒子の少なくとも６０％がＭｏ２ＦｅＢ２またはＭｏ２ＮｉＢ２からなる、
前記合金が≧９８％の理論密度（ＴＤ）を有する、
前記合金の前記マトリックスが４％を超えるＭｏを含有しない、
前記合金が５％を超える残留オーステナイトを含有しない、
の少なくとも１つを満たす、請求項１に記載の合金。
【請求項３】
前記合金が、残部がＦｅであり、以下の条件：
Ｃ  ０．０２〜１．５
Ｓｉ  ０．１〜１．５
Ｍｎ  ０．１〜１．５
Ｍｏ  ８〜３０
Ｎｉ  ≦２５
Ｂ  ０．５〜２．５
Ｃｒ  ３〜２０
Ｖ  ≦５
Ｎｂ  ０．０５〜１．５
Ｔｉ  ０．０５〜１．５
Ｔａ  ０．０５〜１
Ｚｒ  ０．０５〜１
Ｈｆ  ０．０５〜１
Ｙ  ０．０５〜１
Ｃｏ  ≦８
Ｃｕ  ≦０．５
Ｗ  ≦３
Ｓ  ≦０．０３
Ｎ  ≦０．１
Ａｌ  ０．０１〜４．５
前記硬質相粒子の少なくとも８０％がＭｏ２ＦｅＢ２からなる、および／または
前記合金の前記マトリックスが３．８％を超えるＭｏを含有しない、
の少なくとも１つを満たす、請求項１または２に記載の合金。
【請求項４】
Ｎｉの含有量が≦５であり、前記合金が以下の条件：
Ｃ  ０．３〜０．５
Ｓｉ  ０．２〜０．８
Ｍｎ  ０．２〜０．８
Ｍｏ  １２〜２５
Ｂ  １．８〜２．２
Ｃｒ  ３．０〜１６
Ｖ  ０．１〜２．０
Ａｌ  １．５〜３．５
Ｎｂ  ０．３〜１．５
Ａｌ  ２〜５
Ｃｏ  ≦２
前記硬質相粒子の少なくとも９０％がＭｏ２ＦｅＢ２からなる、
前記合金の前記マトリックスが３．５％を超えるＭｏを含有しない、
前記合金が２％を超える残留オーステナイトを含有しない、
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合金。
【請求項５】
前記合金が、残部がＦｅであり、以下の条件：
Ｃ  ０．０２〜０．１５
Ｓｉ  ０．２〜０．６
Ｍｎ  ０．２〜０．６
Ｍｏ  ４〜１５
Ｂ  ０．２〜２．０
Ｃｒ  １０〜２５
Ｖ  ≦０．７
Ｎｂ  ０．５〜１．５
Ｎｉ  ５〜２５
Ａｌ  １〜４
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合金。
【請求項６】
前記合金がオーステナイトマトリックスを有し、前記非金属硬質相粒子の少なくとも６０％がＭｏ２ＦｅＢ２またはＭｏ２ＮｉＢ２からなり、前記合金の表面がＡｌ２Ｏ３の層を含む、請求項５に記載の合金。
【請求項７】
前記合金が、残部がＦｅであり、以下の条件：
Ｃ  ０．３５〜０．４５
Ｓｉ  ０．２〜０．６
Ｍｎ  ０．２〜０．６
Ｃｒ  １０．０〜１５．０
Ｖ  ０．１〜０．５
Ｎ  ０．０１〜０．０７
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の合金。
【請求項８】
前記合金が以下の条件、
Ｖ  ０．２〜０．４
Ｐ  ＜０．０５
Ｓ  ＜０．００３
Ｏ  ＜０．００５
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜７のいずれか一項に記載の合金。
【請求項９】
前記合金が、残部がＦｅであり、前記金属マトリックスが、硬化され、以下：
Ｃ  ０．４〜０．５
Ｓｉ  ０．３〜０．５
Ｍｎ  ０．３〜０．５
Ｍｏ  １５〜２５
Ｃｒ  ４．０〜５．０
Ｖ  ０．３〜０．４
を満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１０】
前記合金が１５〜２５体積％の硬質相粒子を含み、前記硬質相粒子のサイズが≦４μｍである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１１】
前記合金が、
Ｃ  ０〜２．５
Ｓｉ  ０．１〜２．５
Ｍｎ  ０．１〜２．５
Ｍｏ  ４〜３５
Ｂ  ０．２〜３
を含む溶融物の噴霧によって得られるプレアロイ粉末の形態である、請求項１に記載の合金。
【請求項１２】
前記合金に対して、噴霧および高温静水圧圧縮が行われており、その結果、前記合金が等方性である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１３】
高温静水圧圧縮、粉末押出、および付加製造のいずれかを用いることによって固体物体を製造するための、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の合金の使用。
【請求項１４】
孔あけ、成形、打抜き加工、精密打抜き加工、押出成形、深絞り加工、粉末プレス成形の工具として、またはダイカストもしくはプラスチック成形に使用される部品または金型における、請求項１〜９および１１のいずれか一項に記載の合金の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、耐摩耗性のＦｅおよび／またはＮｉ系合金に関する。本発明の合金は、硬質相粒子を形成するためにホウ素と合金化される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
窒素およびバナジウム合金化粉末冶金（ＰＭ）工具鋼は、高い硬度、高い耐摩耗性、および優れた耐ゴーリング性の独特の組合せのために、大きな関心が持たれた。これらの鋼は、主要な破壊機構が凝着摩耗またはゴーリング（galling）である広範な用途を有する。用途の典型的な分野としては、打抜き加工および成形、精密打抜き加工、冷間押出加工、深絞り加工、ならびに粉末プレス成形が挙げられる。等方性の鋼を製造するために、基本の鋼組成物が噴霧され、窒化処理を施され、その後、得られた粉末がカプセル中に充填され、高温静水圧圧縮（ＨＩＰ）を施される。この方法で製造される高性能の鋼の１つが国際公開第００／７９０１５  Ａ１号パンフレットに記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
知られている鋼は非常に魅力的な特性プロファイルを有するが、特に、ゴーリングおよびアブレシブ摩耗に対する良好な耐性が同時に要求される過酷な作業条件下で、製造された製品の表面品質をさらに改善するために、かつ工具の寿命を延長するために、工具材料の改善のための努力が続けられている。多くの用途では、材料が耐食性であることも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の開示
本発明の目的は、高度な成形用途のための改善された特性プロファイルを有する、粉末冶金（ＰＭ）で製造された合金を提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、工具および金型において合金を使用することによって製造される製品の表面品質が改善される組成および微細組織を有する、粉末冶金（ＰＭ）で製造された合金を提供することである。
【０００６】
以上の目的、およびさらなる利点は、請求項に記載されるような組成および微細組織を有する合金を提供することによって顕著な程度まで実現される。
【０００７】
本発明は、特許請求の範囲で特定される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】微細組織を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
本発明は、Ｆｅおよび／またはＮｉ系のマトリックス中のＦｅおよび／またはＮｉを含有する複数のホウ化物から主としてなる硬質相を含む合金に関する。好ましくは、このマトリックスは硬化可能である。複ホウ化物は、Ｍ２Ｍ’Ｂ２の種類のものであり、式中ＭおよびＭ’は複数のホウ化物の金属を表す。上記ホウ化物を形成する元素は、一般にＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、およびＣｏから選択される。本発明の場合、ＭはＭｏであり、Ｍ’はＦｅおよび／またはＮｉである。しかし、ホウ化物は、実質的な量の他のホウ化物形成元素の１種以上を含有してもよい。しかし、以下では、Ｆｅ系合金の場合、ホウ化物はＮｉおよび１種以上の前述のホウ化物形成元素も含有してもよいが、複ホウ化物はＭｏ２ＦｅＢ２を意味する。同様に、Ｎｉ系合金中では、複ホウ化物はＭｏ２Ｂ２を意味する。硬質相粒子のサイズは、顕微鏡画像解析によって求めることができる。こうして求められるサイズは、その粒子と同じ投影面積を有する円の直径に相当する直径である円相当径（ＥＣＤ）である。
【００１０】
特許請求される合金の個々の元素およびそれらの互いの相互作用、ならびに化学成分の制限の重要性を以下に簡潔に説明する。鋼の化学組成のすべてのパーセント値は、説明全体にわたって重量％（ｗｔ．％）の単位で示される。個別の元素の上限および下限は、請求項１に記載される制限内で自由に組み合わせてもよい。
【００１１】
炭素（０〜２．５％）
炭素は、Ｎｉ系合金中に存在する必要はない。しかし、多くのＦｅ系合金には、炭素が存在する必要がある。≦０．１５％、≦０．０５％、≦０．０３、またはさらには≦０．０１％などの低炭素含有量が、異なる種類のステンレス鋼中に使用される。したがって、下限は、０．００５％、０．０１％、０．０２％、または０．０３％に設定してもよい。特に、アルミナ形成オーステナイト系(Alumina Forming Austenitic)（ＡＦＡ）ステンレス鋼中に微細析出ＮｂＣを形成するために、炭素を０．０２〜０．９％、０．０５〜０．５％、０．０５〜０．２％、または０．０５〜０．２５％の量で含むことができる。他方、炭素の最小量は、多くの工具鋼では、０．１％または０．２％、０．３％、または０．３５％に設定してもよい。炭素の上限は２．５％である。炭素は、炭化物を形成するために、また、工具鋼中の硬化のために重要である。好ましくは、焼き入れ後に高強度マトリックスとなるオーステナイト化温度でマトリックス中に溶解した０．４〜０．６％のＣが得られるように、炭素含有量が調節される。オーステナイト化温度は好ましくは１０８０〜１１２０℃である。いずれの場合も、鋼中のＭ２３Ｃ６、Ｍ７Ｃ３、Ｍ６Ｃ、Ｍ２Ｃ、およびＭＣの種類の炭化物の量が制限されるように、炭素量を制御すべきである。したがって、上限は、２．１％、１．５％、１．３％、１．０％、０．８％、０．６％、０．５％、または０．４５％に設定してもよい。
【００１２】
クロム（０〜２５％）
クロムはＮｉ系およびＦｅ系の合金中に一般に存在する。下限は０％である。しかし、Ｆｅ系合金中、クロムは、多くの用途では、十分な硬化性を得るために、少なくとも０．５％、１％、１．５％、２％、３％、または３．５％の含有量で存在する。熱処理中に大きな断面で良好な硬化性を得るために、Ｃｒがより多いことが好ましい。クロム含有量が多すぎると、これによってＭ７Ｃ３などの望ましくない炭化物が形成され得る。さらに、これによって微細組織中の残留オーステナイトの傾向も増加し得る。良好な硬化性を実現するために、マトリックス中に溶解したＣｒを少なくとも２％、好ましくは２．５％、％、３％、３．５％、または４％有することが望ましい。ステンレス用途では、合金がマトリックス中に少なくとも１１％、１２％、または１３％のＣｒを含有することが好ましい。下限は、３．１％、３．２％、３．４％、３．６％、３．８％、４．０％、または４．２％に設定してもよい。上限は、７．０％、６．５％、６．０％、５．４％、または４．６％に設定してもよい。他方、１０％を超える、好ましくは１２％を超えるクロム含有量がステンレス用途に使用される。ステンレス合金の場合の上限は２５％であり、２０％、１９％、１８％、１７％、１６％、１５％、１４％、または１３％に設定してもよい。
【００１３】
モリブデン（４〜３５％）
Ｍｏは、硬質ホウ化物を形成する主要元素である。本発明では、３〜３５体積％の量のホウ化物Ｍｏ２ＦｅＢ２の所望の析出物を得るために、多量のモリブデンが使用される。モリブデンは少なくとも４％の量で存在すべきである。下限は、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％１９％、または２０％であってよい。脆性に関する問題を回避するため、上限は３５％である。上限は、３４％、３３％、３２％、３１％、３０％、２９％、２８％、２７％、２６％、２５％、２４％、２３％、または２２％に設定してもよい。好ましい範囲としては、８〜３２％、１２〜３０％、および１５〜２５％が挙げられる。Ｍｏは、良好な二次硬化応答を維持するために重要な硬化性に対して、非常に好都合な効果を有することも知られている。このため、１１００℃からの焼き入れ後にマトリックス中に残留するＭｏの量が１．５〜２．５％となることが好ましい。しかし、硬化後にマトリックス中に溶解したＭｏが多すぎると、残留オーステナイトの量が多くなりすぎ、硬度が低下することがある。このため、マトリックスが４％または３．５％以下の溶存Ｍｏ、好ましくは３．２％以下のＭｏを含有するように、Ｍｏ含有量がＭｏ含有硬質ホウ化物相に対してバランスが取れることが望ましい。溶存Ｍｏの好ましい範囲の１つは、２．１〜３．１％に設定してもよい。このため、比Ｍｏ／Ｂは、好ましくは７〜１８、より好ましくは９〜１２の範囲に調節することができる。比Ｍｏ／Ｂのバランスを取ることの別の理由の１つは、六方晶相Ｍ２Ｃ（式中、Ｍは主としてＭｏおよび／またはＶである）の形成の原因となりうるモリブデンが過剰になりすぎることを回避することである。相Ｍ２Ｃの量は、≦１．５体積％、好ましくは≦１体積％、またはさらには≦０．５体積％に制限してもよい。
【００１４】
ホウ素（０．２〜２．８％）
主要な硬質相形成元素であるホウ素は、最小量である３％の硬質相Ｍｏ２ＦｅＢ２が得られるように、少なくとも０．２％となるべきである。合金が脆性にならないようするため、Ｂの量は２．８％に制限される。下限は、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％、１．１％、１．２％、１．３％、１．４％、１．５％、１．６％、１．７％、１．８％、１．９％、または２．０％に設定することができる。上限は、２．７％、２．６％、２．５％、２．４％、２．３％、または２．２％に設定してもよい。
【００１５】
タングステン（≦２２％）
高含有量のＷがＮｉ系合金、高速度鋼（ＨＳＳ）、およびＴ型工具鋼に使用されることが多いので、タングステンは最大２２％の量で存在することができる。タングステンの効果はＭｏの効果と類似している。しかし、同じ効果を実現するためには、重量％基準でＭｏの２倍量のＷを加える必要がある。タングステンは高価であり、またスクラップ金属の取り扱いが複雑になる。したがってＦｅ系合金中では、最大量は、３％、２．５％、２％、１．９％、１．８％、１．７％、１．６％、１．５％、１％、０．５％または０．３％に制限してもよい。
【００１６】
バナジウム（≦１５％）
バナジウムは、ＭＣ型の均一に分散した一次および二次析出炭化物を形成する。本発明の鋼では、Ｍは主としてバナジウムであるが、ＣｒおよびＭｏがある程度存在する場合がある。Ｖの最大添加量は１５％に制限され、好ましい最大量は５％である。しかし、本発明の場合、Ｖは主として、鋼マトリックスの所望の組成を得るために硬化前に加えられる。したがって、この添加は、２．０％、１．５％、１．０％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、または０．５％に制限され得る。下限は、０．０５％、０．１％、０．１２％、０．１４％、０．１６％、０．１５％、または０．２％に設定してもよい。好ましい範囲の１つは、０．１〜０．５％のＶである。
【００１７】
ニオブ（≦１５％）
ニオブは、ＭＣを形成するという点でバナジウムと類似している。しかし、同じ効果を実現するためには、重量％基準でＶの２倍量のＮｂを加える必要がある。Ｎｂによって、より角張った形状のＭＣも形成される。したがって、Ｎｂの最大添加量は１５％に制限され、好ましい最大量は５％である。上限は、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．３％、０．１％、または０．０５％に設定してもよい。アルミナ形成オーステナイト系（ＡＦＡ）ステンレス鋼中に微細析出ＮｂＣを形成するためにニオブを含んでもよい。この場合、好ましい含有量は０．１〜１．５％である。
【００１８】
ケイ素（≦２．５％）
ケイ素は、脱酸のために使用することができる。Ｓｉは、炭素活性も増加させ、切削性に関して有益である。良好な脱酸のためには、Ｓｉ含有量を少なくとも０．１％に調節することが好ましい。したがって、Ｓｉは好ましくは０．１〜２．５％の量で存在する。下限は、０．１５％、０．２％、０．２５％、０．３％、０．３５％、または０．４％に設定してもよい。しかし、Ｓｉは、強いフェライト形成剤であり、２．５％に制限すべきである。上限は、１．５％、１％、０．８％、０．７％、または０．６％に設定してもよい。好ましい範囲の１つは０．２〜０．８％である。Ｓｉは、アルミニウム合金化ステンレス鋼の一部の種類などのある種の合金において、多量になることは望ましくない。したがって、上限は、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．２％、０．１％、または０．０５％に設定してもよい。
【００１９】
マンガン（０〜１５％）
Ｍｎは、オーステナイト形成剤であり、合金中の窒素の溶解性を高める。したがって、Ｍｎは、最大１５％の量で存在してもよい。マンガンは、鋼の硬化性の改善に寄与し、硫黄とともにマンガンは、硫化マンガンを形成することによって切削性の改善に寄与する。したがって、マンガンは、０．１％、好ましくは少なくとも０．２％の最小含有量で存在してもよい。より多い硫黄含有量では、マンガンによって鋼中の赤熱脆性が防止される。上限は、１０％、５％、２．５％、１．５％、１．２％、１．０％、０．８％、または０．６％に設定してもよい。しかし、好ましい範囲は、Ｆｅ系合金中で０．２〜０．８％および０．２〜０．６％である。
【００２０】
ニッケル
ニッケルは、主要硬質相としてＭｏ２ＮｉＢ２を有するＮｉ系製品を製造するための残部として使用することができる。しかし、Ｆｅ系合金中では、Ｎｉは任意に選択され、好ましくは２５％以下、２０％以下、または１５％以下の量で存在してもよい。これは、良好な硬化性および靱性を鋼に付与する。ニッケルはＡｌとともに金属間相を形成するために使用することができ、したがって、マルエージング鋼中の析出強化のために使用される。さらに、ＮｉはＡＦＡ合金において必須であり、多くの場合、１０〜３０％の範囲内の量で存在する。コストの理由で、多くの鋼ではニッケル含有量が制限される。したがって、Ｆｅ系合金中、上限(upper limited)は、５％、２％、１．０％、または０．３％に設定してもよい。
【００２１】
鉄
鉄は、主要硬質相としてＭｏ２ＦｅＢ２を有するＦｅ系製品を製造するための残部として使用することができる。しかし、Ｎｉ系合金中では、Ｆｅは任意に選択され、１５％以下の量で存在してもよい。上限は、８％、７％、６％、５％、４％、または３％であってよい。
【００２２】
銅（≦５．０％）
Ｃｕは任意に選択される元素であり、鋼の硬度および耐食性の増加に寄与することができる。上限は、４％、３％、２％、１％、０．９％、０．７％、０．５％、０．３％、または０．１％であってよい。しかし、銅を加えた後で鋼から銅を抽出することは不可能である。このため、スクラップの取り扱いがさらにより困難になる。このため、通常、銅は意図的には加えられない。
【００２３】
コバルト（≦２０％）
Ｃｏは任意に選択される元素であり、２０％％以下の量で存在してもよい。Ｃｏは鉄（フェライトおよびオーステナイト）中に溶解して鉄を強化し、同時に高温強度を付与する。ＣｏはＭｓ温度を上昇させる。Ｃｏは、主としてＭｏ２ＦｅＢ２ホウ化物中のＦｅと置換することができる。コバルトは高速度鋼中に使用されることが多い。しかし、Ｃｏは高価である。したがって、上限は、８％、７％、６％、５％、４％、または３％に設定してもよい。好ましい最大含有量の１つは２％である。しかし、スクラップの取り扱いがより困難となる。このため、Ｃｏは意図的に加える必要はない。
【００２４】
Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、およびＲＥＭ
これらの元素は、ホウ化物、窒化物酸化物、および／または炭化物を形成することができ、特許請求される範囲内の合金において、硬質相の組成の変更、耐酸化性の改善などの１つ以上の目的で存在することができる。ＲＥＭは希土類金属を意味し、原子番号が２１または５７〜７１の元素を含む。しかし多くの用途では、これらの元素はいずれも意図的に加えられることはない。
【００２５】
リン
Ｐは、不純物元素および固溶強化元素である。しかし、Ｐは、粒界に偏析する傾向があり、凝集を減少させ、それによって靱性を低下させる。したがって、Ｐは通常は≦０．０５％に制限される。
【００２６】
硫黄（≦０．５％）
Ｓは鋼の切削性の改善に寄与する。より多い硫黄含有量では、赤熱脆性の危険性が存在する。さらに、多い硫黄含有量は、鋼の疲労特性に悪影響が生じる場合がある。したがって鋼は、≦０．５％、好ましくは≦０．０３％を含有すべきである。
【００２７】
窒素（≦０．５％）
窒素は任意に選択される成分である。Ｎは、固溶体中に存在してもよいが、ＢおよびＣとともに硬質相粒子中に見られる場合もある。上限は、０．４％、０．３％、０．２％、０．１５％、０．１％、０．０５％、および０．０３％であってよい。
【００２８】
アルミニウム（≦７％）
アルミニウムは任意に選択される成分である。Ａｌは、合金の脱酸のため、金属間化合物を形成するため、または耐酸化性を付与するために加えることができる。特に、アルミニウムは、ＦｅＣｒＡｌまたはＦｅＣｒＡｌＹの種類のフェライト合金、ならびにアルミナ形成オーステナイト系（ＡＦＡ）ステンレス鋼に使用することができる。後者の種類の合金では、最小含有量は、０．８％、１．０％、１、２％、１．４％、１．６％、または２％に設定してもよい。脱酸のための下限は、０．００５％、０．０１％、または０．０３％に設定してもよい。Ａｌがアルミナの保護表面層を形成するために使用される場合、その下限は、１％、１．５％、２％、２．５％、または３％に設定することができる。上限は７％であるが、６％、５％、４．５％、４％、または３．５％に設定することができる。
【００２９】
本発明の鋼は、特にレーザー溶融または電子ビーム溶融のための商業用装置を使用することによって、付加製造（ＡＭ）用の粉末形態で使用してもよい。したがって、これは基材上に耐摩耗性被覆を形成するために使用することができる。本発明の粉末は、フレーム溶射などに使用することもできる。
【００３０】
本発明の合金は、粉末冶金、好ましくはガス噴霧によって製造され、非アモルファスマトリックスを有し、この合金は、重量％（ｗｔ．％）の単位で：
Ｃ  ０〜２．５
Ｓｉ  ０〜２．５
Ｍｎ  ０〜１５
Ｍｏ  ４〜３５
Ｂ  ０．２〜２．８
Ｃｒ  ０〜２５
Ｖ  ≦１５
Ｎｂ  ≦１５
Ｔｉ  ≦５
Ｔａ  ≦５
Ｚｒ  ≦５
Ｈｆ  ≦５
Ｙ  ≦３
Ｃｏ  ≦２０
Ｃｕ  ≦５
Ｗ  ≦２２
Ｓ  ≦０．５
Ｎ  ≦０．５
Ａｌ  ≦７
ＲＥＭ  ≦０．５
残部  不純物を除けばＦｅおよび／またはＮｉからなり、この合金は、ホウ化物、窒化物、炭化物、および／またはそれらの組合せの少なくとも１種類の３〜３５体積％の硬質相粒子を含み、好ましくは、硬質相粒子の少なくとも６０％はＭｏ２ＦｅＢ２またはＭｏ２ＮｉＢ２からなる。硬質相粒子の少なくとも９０％は５μｍ未満のサイズを有し、硬質相粒子の少なくとも５０％は０．３〜３μｍの範囲内のサイズを有する。Ｍｏ／Ｂ比が７〜１８の範囲に調節されること、および合金のマトリックスが４％を超えるＭｏを含有しないことが好ましい。鋼の組成および熱処理は、鋼にフェライトマトリックス、マルテンサイトマトリックス、オーステナイトマトリックス、または二重オーステナイト／フェライトマトリックスが付与されるように選択することができる。マルテンサイトマトリックス中の残留オーステナイトの量は、１５体積％、１０体積％、５体積％、または２体積％に制限してもよい。
【実施例】
【００３１】
実施例１
以下に示す組成（単位は重量％）を有する１０ｋｇの合金を実験室用炉中で溶融させ、Ａｒガス噴霧を行った。
Ｃ  ０．３
Ｓｉ  ０．３
Ｍｎ  ０．３
Ｍｏ  １９
Ｂ  ２．１
Ｆｅ  残部。
【００３２】
得られた粉末を＜５００μｍにふるい分けし、直径６３ｍｍおよび高さ１５０ｍｍの鋼カプセル中に充填した。ＨＩＰを１１５０℃の温度で行い、その保持時間は２時間であり、圧力は１１０ＭＰａであった。冷却速度は＜１℃／秒であった。こうして得られた材料を１１３０℃で寸法２０×３０ｍｍに鍛造した。９００℃から７５０℃まで１０℃／時の冷却速度で軟化焼きなましを行い、その後空気中で放冷した。１１００℃で３０分間オーステナイト化することによって硬化を行い、次に水中で焼き入れし、次に焼き戻しを行った。焼き戻し後の硬度試験の結果を表１に示す。
【００３３】
硬質相の量は２４体積％であることが分かり、ホウ化物は小さなサイズを有することが分かった。異なるサイズ等級のホウ化物の面積分率を以下の表２に示す。
【００３４】
【表１】
2020143380.tif 000003
【００３５】
【表２】
2020143380.tif 000004
【００３６】
微細組織を図１に示す。Ｍｏ２ＦｅＢ２ホウ化物の高い面積分率および均一な分布によって、ＰＶＤ、ＣＶＤ、およびＴＤなどの表面処理を省略することが可能となるような優れた耐ゴーリング性を有する材料が得られる。
【００３７】
実施例２
以下に示す組成を有する合金を実施例１に記載のように作製した。
Ｃ  ０．３２
Ｓｉ  ０．４４
Ｍｎ  ０．３
Ｍｏ  １９
Ｂ  ２
Ｃｒ  １１
Ｖ  ０．２６
Ｆｅ  残部。
【００３８】
硬質相Ｍｏ２ＦｅＢ２の量は２５．１体積％であることが分かり、ホウ化物は微細でありマトリックス中に均一に分布していることが分かった。鋼データベースを用いてTermo-Calcソフトウェアにより、硬化後のマトリックスの組成を計算した。マトリックスは１２．３％のＣｒおよび２．８％のＭｏを含有することが分かり、これは良好な耐食性を示している。
【００３９】
実施例３
以下に示す組成を有する合金を実施例１に記載のように作製したが、噴霧には窒素ガスを使用した。
Ｃ  ０．０８３
Ｓｉ  ０．４５
Ｍｎ  ０．６４
Ｍｏ  １１．１
Ｂ  １．０
Ｃｒ  １１．３
Ｎｂ  ０．７
Ｎｉ  １５．２
Ａｌ  ２．０
Ｆｅ  残部。
【００４０】
硬質相Ｍｏ２ＦｅＢ２の量は１２．６体積％であることが分かり、ホウ化物は微細でありマトリックス中に均一に分布していることが分かった。それに加えて、ＭＣの量が０．６％であることが分かり、ここでＭは主としてＮｂである。計算したマトリックス組成は、０．０２％のＣ、１２．０％のＣｒ、３％のＭｏ、１７．４％のＮｉ、２．３％のＡｌ、および０．２％のＮｂを含有することが分かった。したがって、この実施例の合金は、ホウ化物で強化されたアルミナ形成オーステナイト系（ＡＦＡ）ステンレス鋼に分類することができる。
【００４１】
実施例４
ホウ化物で強化され析出硬化されたステンレス鋼をガス噴霧によって作製した。この鋼合金は以下の組成（単位は重量％）を有した：
Ｃ  ０．０３
Ｓｉ  ０．３
Ｍｎ  ０．３
Ｍｏ  １１．０
Ｂ  １．１
Ｃｒ  １１．４
Ｎｉ  ７．５
Ａｌ  １．４
Ｆｅ  残部。
【００４２】
硬質相Ｍｏ２ＦｅＢ２の量は１３．９体積％であることが分かり、ホウ化物は微細でありマトリックス中に均一に分布していることが分かった。計算したマトリックス組成は、０．０３５％のＣ、１２．０５％のＣｒ、２．２％のＭｏ、８．６％のＮｉ、および１．６％のＡｌを含有することが分かった。この鋼は、５２５℃〜６００℃の温度における時効によって４０〜５２ＨＲＣの範囲内の所望のマトリックス硬度まで硬化可能なマルエージング鋼である。高合金化マトリックスの結果として、この鋼は非常に高い耐食性を有することが分かり、したがって、腐食性添加物を含有するプラスチックおよびゴムのプラスチック成形に非常に適した金型材料となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
産業上の利用可能性
本発明の合金は広範囲の用途に有用である。特に、本発明の鋼は、非常に高い耐ゴーリング性が要求される用途に有用である。
【図１】
2020143380.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月2日(2020.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末冶金によって製造され、非アモルファスマトリックスを有する合金であって、前記合金が重量％（ｗｔ．％）の単位で：
Ｃ  ０〜２．５
Ｓｉ  ０〜２．５
Ｍｎ  ０〜１５
Ｍｏ  ４〜３５
Ｂ  ０．２〜２．８
Ｃｒ  ０〜２５
Ｖ  ≦１５
Ｎｂ  ≦１５
Ｔｉ  ≦５
Ｔａ  ≦５
Ｚｒ  ≦５
Ｈｆ  ≦５
Ｙ  ≦３
Ｃｏ  ≦２０
Ｃｕ  ≦５
Ｗ  ≦２２
Ｓ  ≦０．５
Ｎ  ≦０．５
Ａｌ  ≦７
ＲＥＭ  ≦０．５
残部  不純物を除けばＦｅおよび／またはＮｉ
からなり、
前記合金が、残部がＦｅであるとき、Ｃｒの量が少なくとも３ｗｔ．％であり、
前記合金が、残部がＮｉであるとき、Ｓｉの量が少なくとも０．１ｗｔ．％であり、Ｍｏ／Ｂ比が７〜１８であり、
前記合金が３〜３５体積％の硬質相粒子を含み、
前記硬質相粒子がホウ化物、窒化物、炭化物、および／またはそれらの組合せの少なくとも１種類を含み、前記硬質相粒子の少なくとも９０％が５μｍ未満のサイズを有し、
前記硬質相粒子の少なくとも５０％が０．３〜３μｍの範囲内のサイズを有する、合金。
【請求項２】
前記合金が、以下の条件：
前記合金が５〜３０体積％の硬質相粒子を含む、
前記硬質相粒子の少なくとも９０％が≦３μｍのサイズを有する、
前記硬質相粒子の少なくとも８０％が０．３〜３μｍの範囲内のサイズを有する、
前記硬質相粒子の少なくとも６０％がＭｏ２ＦｅＢ２またはＭｏ２ＮｉＢ２からなる、
前記合金が≧９８％の理論密度（ＴＤ）を有する、
前記合金の前記マトリックスが４％を超えるＭｏを含有しない、
前記合金が５％を超える残留オーステナイトを含有しない、
の少なくとも１つを満たす、請求項１に記載の合金。
【請求項３】
前記合金が、残部がＦｅであり、以下の条件：
Ｃ  ０．０２〜１．５
Ｓｉ  ０．１〜１．５
Ｍｎ  ０．１〜１．５
Ｍｏ  ８〜３０
Ｎｉ  ≦２５
Ｂ  ０．５〜２．５
Ｃｒ  ３〜２０
Ｖ  ≦５
Ｎｂ  ０．０５〜１．５
Ｔｉ  ０．０５〜１．５
Ｔａ  ０．０５〜１
Ｚｒ  ０．０５〜１
Ｈｆ  ０．０５〜１
Ｙ  ０．０５〜１
Ｃｏ  ≦８
Ｃｕ  ≦０．５
Ｗ  ≦３
Ｓ  ≦０．０３
Ｎ  ≦０．１
Ａｌ  ０．０１〜４．５
前記硬質相粒子の少なくとも８０％がＭｏ２ＦｅＢ２からなる、および／または
前記合金の前記マトリックスが３．８％を超えるＭｏを含有しない、
の少なくとも１つを満たす、請求項１または２に記載の合金。
【請求項４】
Ｎｉの含有量が≦５であり、前記合金が以下の条件：
Ｃ  ０．３〜０．５
Ｓｉ  ０．２〜０．８
Ｍｎ  ０．２〜０．８
Ｍｏ  １２〜２５
Ｂ  １．８〜２．２
Ｃｒ  ３．０〜１６
Ｖ  ０．１〜２．０
Ａｌ  １．５〜３．５
Ｎｂ  ０．３〜１．５
Ａｌ  ２〜５
Ｃｏ  ≦２
前記硬質相粒子の少なくとも９０％がＭｏ２ＦｅＢ２からなる、
前記合金の前記マトリックスが３．５％を超えるＭｏを含有しない、
前記合金が２％を超える残留オーステナイトを含有しない、
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合金。
【請求項５】
前記合金が、残部がＦｅであり、以下の条件：
Ｃ  ０．０２〜０．１５
Ｓｉ  ０．２〜０．６
Ｍｎ  ０．２〜０．６
Ｍｏ  ４〜１５
Ｂ  ０．２〜２．０
Ｃｒ  １０〜２５
Ｖ  ≦０．７
Ｎｂ  ０．５〜１．５
Ｎｉ  ５〜２５
Ａｌ  １〜４
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の合金。
【請求項６】
前記合金がオーステナイトマトリックスを有し、前記非金属硬質相粒子の少なくとも６０％がＭｏ２ＦｅＢ２またはＭｏ２ＮｉＢ２からなり、前記合金の表面がＡｌ２Ｏ３の層を含む、請求項５に記載の合金。
【請求項７】
前記合金が、残部がＦｅであり、以下の条件：
Ｃ  ０．３５〜０．４５
Ｓｉ  ０．２〜０．６
Ｍｎ  ０．２〜０．６
Ｃｒ  １０．０〜１５．０
Ｖ  ０．１〜０．５
Ｎ  ０．０１〜０．０７
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の合金。
【請求項８】
前記合金が以下の条件、
Ｖ  ０．２〜０．４
Ｐ  ＜０．０５
Ｓ  ＜０．００３
Ｏ  ＜０．００５
の少なくとも１つを満たす、請求項１〜７のいずれか一項に記載の合金。
【請求項９】
前記合金が、残部がＦｅであり、前記金属マトリックスが、硬化され、以下：
Ｃ  ０．４〜０．５
Ｓｉ  ０．３〜０．５
Ｍｎ  ０．３〜０．５
Ｍｏ  １５〜２５
Ｃｒ  ４．０〜５．０
Ｖ  ０．３〜０．４
を満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１０】
前記合金が１５〜２５体積％の硬質相粒子を含み、前記硬質相粒子のサイズが≦４μｍである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１１】
前記合金が、
Ｃ  ０〜２．５
Ｓｉ  ０．１〜２．５
Ｍｎ  ０．１〜２．５
Ｍｏ  ４〜３５
Ｂ  ０．２〜３
を含む溶融物の噴霧によって得られるプレアロイ粉末の形態である、請求項１に記載の合金。
【請求項１２】
前記合金に対して、噴霧および高温静水圧圧縮が行われており、その結果、前記合金が等方性である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の合金。
【請求項１３】
高温静水圧圧縮、粉末押出、および付加製造のいずれかを用いることによって固体物体を製造するための、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の合金の使用。
【請求項１４】
孔あけ、成形、打抜き加工、精密打抜き加工、押出成形、深絞り加工、粉末プレス成形の工具として、またはダイカストもしくはプラスチック成形に使用される部品または金型における、請求項１〜９および１１のいずれか一項に記載の合金の使用。
【外国語明細書】
2020143380000001.pdf