(57)【要約】【課題】オーステナイト系ステンレス焼結体と同等以上の耐食性、耐硫酸性を持つステンレス鋼焼結体とその製造方法を提供する。【解決手段】Ｆｅをベースとして、質量％で、Ｃｒ：１３．０〜２２．０％、Ｎｉ：３．５〜６．５％、Ｍｏ：１．０〜２．５％、Ｃｕ：０．２〜１．８％、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．３％以下、と不可避不純物を含有し、体積％で、フェライト相が７０〜９０％、オーステナイト相が３０〜１０％からなる金属組織を有するものであり、オーステナイト系ステンレスに比べて耐食性を確保するために添加されるＮｉ量を３．５〜６．５％に大幅に低減し、Ｃｒ１３．０〜２２．０％、Ｍｏ１．０〜２．５％を含有してフェライト相が主相、オーステナイト相が第二相からなる焼結体に、Ｃｕを０．２〜１．８％の特定量添加することにより、オーステナイト系ステンレスと同等の耐硫酸性を示す焼結体が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅをベースとして、質量％で、
Ｃｒ：１３．０〜２２．０％、
Ｎｉ：３．５〜６．５％、
Ｍｏ：１．０〜２．５％、
Ｃｕ：０．２〜１．８％、
Ｃ：０．１％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．３％以下、
と不可避不純物を含有し、
体積％で、フェライト相が７０〜９０％、オーステナイト相が３０〜１０％からなる金属組織を有することを特徴とするステンレス鋼焼結体。
【請求項２】
オーステナイト系ステンレス合金粉，フェライト系ステンレス合金粉及びＣｕ粉を混合した原料粉末を成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結体を形成することを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼焼結体の製造方法。
【請求項３】
単一の合金粉末を成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結体を形成することを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記焼結体をサイジングすることを特徴とする請求項２又は３記載のステンレス鋼焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼焼結体とその製造方法に係わり、特に耐食性、耐硫酸性に優れたステンレス鋼焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＵＳ３０４Ｌ（Ｃｒ：１８質量％、Ｎｉ：８．０質量％、残りをＦｅと不可避不純物）に代表されるオーステナイト系ステンレスは、優れた耐食性を備え、特に良好な耐硫酸性を示す。
【０００３】
また、その焼結体は、粉末成形，焼結，サイジングの簡便な工程で製造することができ、機械加工や電気加工などの手間やコストを減らすことができるため、広く用いられている。
【０００４】
例えば、１３重量％Ｎｉを含有し、Ｃｕ粉末の添加量を全重量の２〜８重量％にした焼結時の寸法収縮率の小さいステンレス鋼焼結体の製造方法（例えば特許文献１）や、高強度を要求されるステンレス鋼焼結体の製造方法において、Ｎｉ：３．０〜５．０％，Ｃｕ：３．０〜５．０％としたフェライト相を主体とする粉末とオーステナイト相を主体とした粉末を混合し、これを成形及び焼結するステンレス鋼焼結体の製造方法（例えば特許文献２）が提案されている。
【特許文献１】特開平９−５９７４１号公報
【特許文献２】特開平７−１０９５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のステンレス鋼焼結体では、希少資源で高価なＮｉの削減が課題となっている。これに対して、Ｎｉを削減したステンレス鋼焼結体として、特許文献２のステンレス鋼焼結体やＳＵＳ４３０Ｌを代表とするフェライト系ステンレスなどは、耐食性、特に耐硫酸性はオーステナイト系ステンレスに比べ著しく劣り、その改善が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、Ｎｉの使用量を削減しながら、オーステナイト系ステンレス焼結体と同等以上の耐食性、耐硫酸性を持つステンレス鋼焼結体とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、
Ｆｅをベースとして、質量％で、
Ｃｒ：１３．０〜２２．０％、
Ｎｉ：３．５〜６．５％、
Ｍｏ：１．０〜２．５％、
Ｃｕ：０．２〜１．８％、
Ｃ：０．１％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．３％以下、
と不可避不純物を含有し、
体積％で、フェライト相が７０〜９０％、オーステナイト相が３０〜１０％からなる金属組織を有するものである。
【０００８】
尚、以下の説明では、％はいずれも質量％を示す。
【０００９】
また、請求項２の発明は、オーステナイト系ステンレス合金粉，フェライト系ステンレス合金粉及びＣｕ粉を混合した原料粉末を成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結体を形成する製造方法である。
【００１０】
また、請求項３の発明は、単一の合金粉末を成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結体を形成する製造方法である。
【００１１】
また、請求項４の発明は、前記焼結体をサイジングする製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成によれば、オーステナイト系ステンレスに比べて、耐食性を確保するために添加されるＮｉ量を３．５〜６．５％に大幅に低減し、Ｃｒ１３．０〜２２．０％、Ｍｏ１．０〜２．５％を含有してフェライト相が主相、オーステナイト相が第二相からなる焼結体に、Ｃｕを０．２〜１．８％の特定量添加することにより、オーステナイト系ステンレスと同等の耐硫酸性を示す焼結体が得られる。
【００１３】
また、Ｃｕ量：０．２〜１．８％を含有し、これがマトリックスに固溶して耐食性、特に耐硫酸性の向上に有効であり、０．２％未満では、その効果が得られず、１．８％を超えるとフリーのＣｕ相が析出し、却ってその効果が減少する。
【００１４】
また、上記製造方法によれば、オーステナイト系ステンレス焼結体と同等以上の耐食性、耐硫酸性を持つステンレス鋼焼結体を製造することができる。
【００１５】
また、製造方法において、所要組成からなる単一の合金粉末を用いても、得られる焼結体はフェライト相とオーステナイト相からなり、同様な特性を有する製品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規なステンレス鋼焼結体とその製造方法を採用することにより、従来にないステンレス鋼焼結体とその製造方法が得られ、ステンレス鋼焼結体とその製造方法を夫々記述する。
【００１７】
本発明では、オーステナイト系ステンレス合金粉，フェライト系ステンレス合金粉及びＣｕ粉を所定の配合量で混合した原料粉末を用い、この原料粉末を圧縮して所定形状の圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してステンレス鋼焼結体を形成し、この焼結体をサイジングしてステンレス鋼焼結体の製品を製造する。あるいは所要組成からなる単一の合金粉末を用い、この合金粉末を圧縮して所定形状の圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結してステンレス鋼焼結体を形成し、この焼結体をサイジングしてステンレス鋼焼結体の製品を製造する。
【００１８】
本発明のステンレス鋼焼結体は、
Ｆｅをベースとして、質量％で、
Ｃｒ：１３．０〜２２．０％、
Ｎｉ：３．５〜６．５％、
Ｍｏ：１．０〜２．５％、
Ｃｕ：０．２〜１．８％、
Ｃ：０．１％以下、
Ｓｉ：２．０％以下、
Ｍｎ：０．３％以下、
と不可避不純物を含有し、
体積％で、フェライト相が７０〜９０％、オーステナイト相が３０〜１０％からなる金属組織を有する。
【００１９】
Ｃｒは耐食性の向上に効果的であるが、１３．０％に満たないと効果が十分でなく、また、２２．０％を超えると成形時の圧縮性の低下を招くため１３．０％〜２２．０％とする。
【００２０】
Ｎｉは耐食性の向上に効果的であるが、３．５％に満たないと効果が十分でなく、また、６．５％を超えると焼結性の低下、及び高価にもなるため３．５％〜６．５％とする。
【００２１】
ＭｏはＮｉ，Ｃｕとの共存で耐食性の向上に効果的であるが、１．０％に満たないと効果が十分でなく、また、２．５％を超えると成形時の圧縮性を低下させるため１．０％〜２．５％とする。
【００２２】
ＣｕはＮｉ，Ｍｏとの共存で耐食性を向上させるが、０．２％に満たないと効果が十分でなく、また、１．８％を超えると粒界、粒内に析出し耐食性を低下させるため０．２％〜１．８％とする。
【００２３】
Ｃは０．１％を超えると成形時の圧縮性の低下を招く。また、焼結後の合金中に含まれると耐食性を阻害するので０．１％以下とする
Ｓｉは２．０％を超えると粉末の硬度が増し、成形性の低下を招くため２．０％以下とする。
【００２４】
Ｍｎは０．３％を超えると成形時の圧縮性の低下を招くため０．３％以下とする。
【００２５】
特に、Ｃｕが１．８質量％以内であると、マトリックスに固溶して耐食性，特に耐硫酸性を向上させ、一方、Ｃｕが１．８質量％を超えると、フリーのＣｕ相が析出し、その効果が減少するため、上記の範囲とした。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【００２７】
オーステナイト系合金粉末及びフェライト系合金粉末は下記の表１に示す成分のものを用いた。尚、表１に示す成分の残部はＦｅと不可避不純物である。
【００２８】
【表１】
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上記表１に示す成分のオーステナイト系合金粉末とフェライト系合金粉末と電解Ｃｕ粉末(-200mesh)を配合し、Ｖ型ブレンダーで３０min混合して下記の表２に示す原料粉末を得た。
【００２９】
【表２】
2010138455.tif 000004
前記原料粉末を成形圧力５８８ＭＰａにて、縦６０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ１０ｍｍの直方体形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を真空中で１２５０℃で１時間焼結を行い、実施例ａ〜ｄ、比較例ｅ〜ｎ及び実施例ｏ，ｐの試験片を得た。
【００３０】
次に、各試験片より縦８ｍｍ×横８ｍｍ×高さ４ｍｍの試料を機械加工により採取し、この試料の硫酸水溶液浸漬試験を行い、試験前後での腐食重量減少率を測定した。
【００３１】
硫酸水溶液浸漬試験は、硫酸溶液濃度５％、硫酸溶液温度２０℃、浸漬時間１０時間の条件で行い、この後の試料の重量減少率を測定し、下記の表３に示す結果が得られた。
【００３２】
【表３】
2010138455.tif 000005
比較例ｆ〜ｉは、フェライト系ＳＵＳ４３０ＬへのＣｕの添加量を変えたものである。比較例ｅはフェライト系ＳＵＳ４３０Ｌの単一合金である。Ｃｕ粉を０．５％添加した比較例ｆとＣｕ粉を１．０％添加した比較例ｇとに比べて、Ｃｕ粉を２．０％以上添加した比較例ｈ，ｉでは、腐食重量減少率が増加し、さらに、Ｃｕ粉を４．０％添加した比較例ｉでは、粒内にフリーのＣｕ相が析出した。
【００３３】
比較例ｊは、Ｃｒを２２％を超えて添加したため、Ｃｕ粉を１．０％添加した効果が得られず、腐食重量減少率が高くなった。
【００３４】
比較例ｋは、Ｎｉ成分を増加してＣｕを添加したが、Ｍｏを含有しないため、十分な耐食性が得られない。比較例ｌのように、ＮｉとＭｏを添加しても、Ｃｕを添加しないと、耐食性が向上しない。比較例ｍのように、ＭｏとＣｕを添加しても、Ｍｏの添加量が範囲外の場合、耐食性が向上しない。
【００３５】
比較例ｎはオーステナイト系ＳＵＳ３０４Ｌの単一合金である。
【００３６】
上記のように、Ｃｕ粉の添加により耐食性の向上効果が見られるが、後述するように、１．８%を超えるとフリーのＣｕ相が析出し、その効果は減少する。また、比較例に示したように、Ｃｕ，Ｍｏ量が範囲未満の場合、効果は減少する。
【００３７】
また、単一の合金粉末を用いた実施例ｏ，ｐにおいても、同様の効果が得られる。
【００３８】
図１は、Ｃｕの添加量の変化による腐食の影響を示すグラフであり、Ｃｕの質量％が０％，０．５％，１．０％，２．０％，４．０％の前記実験例ｅ〜ｉの硫酸水溶液浸漬試験の結果を示している。
【００３９】
この結果、Ｃｕの添加量が０．５％と１．０％では、極めて高い耐食性が得られ、Ｃｕが２．０％を超えると、耐食性が低下し、略１．８％（図示せず）まで高い耐食性が得られ、一方、Ｃｕが０％では、耐食性が低下し、略０．２％（図示せず）まで高い耐食性が得られることが分かった。
【００４０】
図２は、比較例ｈ，ｉの金属組織の拡大写真であり、金属顕微鏡を用いて４００倍に拡大している。図２（Ａ）がＣｕを２．０質量％含有する比較例ｈを示し、図２（Ｂ）がＣｕを４．０質量％含有する比較例ｉを示す。
【００４１】
図２（Ａ）では、粒界にＣｕが析出し、図２（Ｂ）では、粒界だけでなく粒内にもＣｕが析出し、Ｃｕを２．０質量％以上含有すると、耐食性が低下することが分かる。
【００４２】
次に、製品の寸法精度に係る測定を行った。前記実施例ａ〜ｄ及びｏ，ｐの原料粉末を成形圧力５８８ＭＰａにて、直径１１．３ｍｍ×高さ１０ｍｍの円筒形状の圧粉体を成形し、この圧粉体を真空中で１２５０℃で１時間焼結を行い焼結体を得た。この焼結体の真円度測定を真円度測定機にて行った。また、同焼結体を４９０ＭＰａの圧力にてサイジングを行い、同様に真円度を測定し、標準偏差を求め、下記の表４に示す結果が得られた。
【００４３】
【表４】
2010138455.tif 000006
尚、上記表４において、「焼結」はサイジング前の焼結体の測定結果であり、「サイジング」は、サイジング後の焼結体の測定結果である。
【００４４】
上記の表４に示すように、本実施例では、焼結体をサイジングすることにより、寸法精度を高め、ばらつきの少ない製品を製造することができる。
【００４５】
このように本実施例では、Ｆｅをベースとして、Ｃｒ：１３．０〜２２．０％、Ｎｉ：３．５〜６．５％、Ｍｏ：１．０〜２．５％、Ｃｕ：０．２〜１．８％、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：０．３％以下、とその他の不可避不純物を含有し、体積％で、フェライト相が７０〜９０％、オーステナイト相が３０〜１０％からなる金属組織を有するものであり、オーステナイト系ステンレスに比べて耐食性を確保するために添加されるＮｉ量を３．５〜６．５％に大幅に低減し、Ｃｒを１３．０〜２２．０％、Ｍｏを１．０〜２．５％含有してフェライト相が主相、オーステナイト相が第二相からなる焼結体に、Ｃｕを０．２〜１．８％（好ましくは０．５〜１．０％）の特定量添加することにより、オーステナイト系ステンレスと同等の耐硫酸性を示す焼結体が得られる。
【００４６】
また、好ましくは、Ｎｉの添加量を３．５〜５．０％とすることにより、一層耐食性を向上することできる。
【００４７】
また、Ｃｕ量：０．２〜１．８％を含有し、これがマトリックスに固溶して耐食性、特に耐硫酸性の向上に有効であり、０．２％未満では、その効果が得られず、１．８％を超えるとフリーのＣｕ相が析出し、却ってその効果が減少する。
【００４８】
また、このように本実施例では、オーステナイト系ステンレス合金粉，フェライト系ステンレス合金粉及びＣｕ粉を混合した原料粉末を成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結体を形成してなるものであり、オーステナイト系ステンレス焼結体と同等以上の耐食性、耐硫酸性を持つステンレス鋼焼結体を製造することができる。
【００４９】
また、このように本実施例では、単一の合金粉末を成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結体を形成する製造方法であり、所要組成からなる単一の合金粉末を用いても、得られる焼結体は同様な特性を有する製品が得られる。
【００５０】
また、このように本実施例では、焼結体をサイジングする製造方法であり、寸法精度の高い製品が得られる。
【００５１】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る腐食試験の結果を示すグラフ図である。
【図２】同上、金属組織の拡大写真である。
【図１】
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【図２】
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