(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程を備えたことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法。
（ａ）Ｎｉ粉末及び／又はＮｉ合金粉末でＮｉを６重量％以上、残部をフェライト系ステンレス鋼の粉末として均一混合した素材に、更に潤滑材を加え、
（ｂ）前記潤滑材を加えた素材を圧縮成形し、
（ｃ）前記圧縮成形した素材を脱脂し、
（ｄ）前記脱脂した素材を焼結する。
【請求項２】
前記Ｎｉ粉末が平均粒径１０μｍ以下のカーボニルニッケルであり、前記フェライト系ステンレス鋼の粉末の平均粒度が１００メッシュ以下であることを特徴とする請求項１記載のオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記焼結を真空で行うことを特徴とする請求項１又は２記載のオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記真空下での焼結を１２００〜１３５０℃で行うことを特徴とする請求項３記載のオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法に係り、特に従来材と比較して高密度であり、強度及び緻密性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、オーステナイト系ステンレス鋼は耐食性及び表面性状が優れているために種々の用途に使用されている。かかる用途の内で比較的小さい機械部品は、機械工作に時間を要し、そのため焼結した製品が使用されている。例えば、鍵（ロック）、商品販売機のコイン投入口、水道の水栓部品等の機械部品等に使用されている。
【０００３】
しかしながら、かかる焼結したオーステナイト鋼は従来高密度の部品が製造されていなく、通常部品内に残留する空孔により孔食が生じやすく、溶製品と比較して耐食性が劣っており、また、強度と靱性が劣る。また、この空孔は通常連通しており、例えば、水道用部品に使用した場合には水が漏れ、あるいはガス用の栓として用いた場合にはガスが漏洩する等の問題がある。
【０００４】
従って、焼結体に残留する空孔が連通していない高密度焼結体が望まれている。そこで、特開平５−５１６８９号公報においては、オーステナイト合金粉末に２〜１４重量％のＮｉ粉末を添加し、圧縮成形後、これを焼結して高密度の焼結ステンレス材の製造法を提案している。
【０００５】
ここで、素材となる主成分であるオーステナイト鋼の粉末はＮｉ：６〜２２％、Ｃｒ：１１．５〜２６％を主成分としたオーステナイト系ステンレス鋼を用いている。しかしながら、このオーステナイト系ステンレス鋼の粉末を圧縮焼結したとしてもオーステナイト系ステンレス鋼自体の焼結における拡散速度が、例えばフェライト系ステンレス鋼の拡散速度に比較して小さく高密度焼結体の製造方法が極めて困難である。
【０００６】
フェライト系ステンレス鋼の粉末と比較し、オーステナイト系ステンレス鋼の粉末の焼結体速度が遅いことについては、例えば、「粉体および粉末冶金」第１７巻第５号第２８頁〜３６頁において、詳細に報告されている。オーステナイト系ステンレス鋼粉末の拡散速度が遅い理由として、この報告においてはオーステナイト系ステンレス鋼の焼結の活性化エネルギーが例えば９６ｋａｌ／ｍｏｌであることを報告している。
【０００７】
他方、フェライト系ステンレス鋼の焼結の活性化エネルギーは５３．５ｋａｌ／ｍｏｌであり、その活性化エネルギーは小さく、焼結速度が大きいことが報告されている。
【０００８】
また、金属学会誌、第５５巻第８号８８７頁〜８９２頁において２相系ステンレス鋼の焼結特性について報告があるが、この報告においてもγ層の多い２相系ステンレスにおいてはγ層の少ない２相系ステンレス鋼に比べて緻密化、即ち焼結特性が劣ると報告されている。更に「粉体及び粉末冶金」第３８巻第４号第５２９頁〜５３４頁においてオーステナイト系ステンレス鋼粉の焼結特性が劣るため、硼化物を添加し、その焼結速度を向上させる技術が開示されている。
【０００９】
以上これらの報告からも明らかな通り、オーステナイト鋼粉末の焼結速度はフェライト系ステンレス鋼粉末の焼結速度に対して著しく劣ることが開示されている。
【００１０】
これらの点を更に具体的に示す例を述べると以下の通りである。即ち、ＳＵＳ３１６Ｌステンレス鋼の粉末を混合し成形・焼結すると、例えば、その見かけ比重は７．１ｇ／ｃｍ３  であり、このような部品を例えば水道用の栓の部品とした場合において、その焼結体内に存在する空孔は連通しており水漏れが生ずる。また、空孔が連通しているために、その内部に孔食が生じ水道用部品として使用することが不可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼の高密度の焼結体を従来の製造工程及び市販されている粉末素材を用いて、より経済的に製造することを課題とする。
【００１２】
ここで、オーステナイト系ステンレス鋼とはＪＩＳ  Ｇ  ４３０４に規定されたオーステナイト鋼を含む他、更に一般的には図１に示す所謂シェフラーの状態図においてオーステナイト相が５０％以上であるオーステナイト鋼を言うものとする。
【００１３】
また、ここで高密度焼結体とは空孔が連通せず閉気孔化し、その真比重に対して約９３％以上の密度を有する焼結体であって、例えば見かけ比重が７．３ｇ／ｃｍ３  以上である焼結体と言うものとする。
【００１４】
また、かかる焼結体を経済的に製造するために、原料としては通常市販されているフェライト系ステンレス鋼の粉末を使用し、また、その製造工程においては通常使用されている攪拌混合工程、あるいは焼結設備を使用する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、オーステナイト系ステンレス鋼の粉末を素材として用いた場合には、通常の工程では高密度化が得られないが、フェライト系ステンレス鋼の粉末を用いると、その焼結速度が速いことに着目した。そして、主原料として市販されているフェライト系ステンレス鋼の粉末を使用し、これにＮｉ元素を加えることができるＮｉ及び／又はＮｉ合金の粉末を混合攪拌して焼結することにより前述の高密度オーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体が得られるとの着想に基づき、下記の発明をするに到った。
【００１６】
第１の発明は、下記の工程を備えたオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法を提供する。
（ａ）Ｎｉ粉末及び／又はＮｉ合金粉末でＮｉを６重量％以上、残部をフェライト系ステンレス鋼の粉末として均一混合した素材に、更に潤滑材を加え、
（ｂ）前記潤滑材を加えた素材を圧縮成形し、
（ｃ）前記圧縮成形した素材を脱脂し、
（ｄ）前記脱脂した素材を焼結する。
【００１７】
Ｎｉ粉末及び／又はＮｉ合金粉末でＮｉを６重量％以上、残部をフェライト系ステンレス鋼の粉末として均一混合した素材を焼結すると、焼結過程においてフェライト系ステンレス鋼の速い拡散が行われ、また、Ｎｉ粉末及び／又はＮｉ合金粉末中のＮｉがステンレス鋼中に拡散し、最終的な金属組織はオーステナイト組織になる。また、上記拡散速度が速いために、金属組織が緻密となり金属組織内に存在する気孔が閉気孔化する。
【００１８】
第２の発明は、前記Ｎｉ粉末が平均粒径１０μｍ以下のカーボニルニッケルであり、前記フェライト系ステンレス鋼の粉末の平均粒度が１００メッシュ以下であることを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法を提供する。
【００１９】
Ｎｉ粉末が平均粒径１０μｍ以下のカーボニルニッケルと上記フェライト系ステンレス鋼の平均粒度が１００メッシュ以下の粉末も通常市販されており、容易に入手できるので、オーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造上便利である。
【００２０】
第３の発明は、前記焼結を真空で行うことを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法を提供する。
焼結方法には圧力焼結、ガス雰囲気焼結等があるが、真空焼結においては、焼結体中のに含まれているガスが容易に外部に排出されるので、高密度焼結体の製造が容易にできる。
【００２１】
第４の発明は、前記真空下での焼結を１２００〜１３５０℃で行うことを特徴とする請求項３記載のオーステナイト系ステンレス鋼の高密度焼結体の製造方法を提供する。
高密度焼結体を経済的に製造するためには、限られた焼結時間内で作業を行う必要があり、そのためには上記温度が適当である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明に係る製造工程の概要を説明する。
本発明においては、オーステナイト系ステンレス鋼の粉末の焼結速度が劣ることに鑑み、主原料としてフェライト系ステンレス鋼の粉末と、焼結後において組織がオーステナイト系ステンレス鋼となるようにＮｉ及び／又はＮｉ合金の粉末を混合し、通常用いられている潤滑材を加えて、これを圧縮成形し、例えば、７００℃×３０分の脱脂工程を行い、その後通常の真空焼結設備を使用し、約１３００℃において焼結する方法を採用する。
【００２３】
以下、本発明に係る工程について詳細に述べる。
ここで主原料であるフェライト系ステンレス鋼の粉末であるが、ここで言うフェライト系ステンレスとはＪＩＳ  Ｇ  ４３０４において規定するフェライト系ステンレス鋼を含む他、更に前述の所謂シェフラーの状態図においてフェライト相が５０％以上であるステンレス鋼でもよい。
【００２４】
フェライト相以外の相としてはオーステナイト相でもマルテンサイト相でもよい。更に、焼結温度においてフェライト相が５０％以上あるフェライト系ステンレス鋼も含む。この様なフェライト系ステンレス鋼であれば焼結の拡散速度はオーステナイト鋼の拡散速度よりも十分早いからである。
【００２５】
従って、一般的にはＮｉの含有量は６重量（ｗｔ）％未満であるフェライト系ステンレス鋼である。このフェライト系ステンレス鋼の粉末の粒度は市販材において通常１００メッシュ以下である。このような粒度であれば十分拡散速度が速く本発明の実施上何ら問題はない。
【００２６】
次にＮｉの原料であるが、純Ｎｉに関しては通常市販されている粒径１０μｍ以下のカーボニルニッケルが適当である。その他のＮｉ原料として、Ｎｉ合金等の粉末の粒度は、望ましい焼結速度を得るため２５０メッシュ（粒径６１μｍ）以下程度が望ましい。しかし、粉末の粒子全体があまり細かすぎると混合した素材の流動性が劣り、圧縮成形工程で支障がでる。
【００２７】
Ｎｉの原料としてはカーボニルニッケルに限定されることはない。例えば、Ｎｉ合金粉末でもよい。例えば、Ｎｉ約３６ｗｔ％のパーマロイ、ハステロイ合金、ナイモニック合金、インコネルＸ等を使用できる。更に、市販されたものとして、例えば４９．４ｗｔ％Ｃｒ−１．２ｗｔ％Ｓｉ−残部ニッケルＮｉであるＮｉ合金も使用できる。しかし、その粒度は前述の通り２５０メッシュ以下が焼結速度を大きくするために望ましい。
【００２８】
これらの配合に関しては、最終的にオーステナイト相が５０％以上であるオーステナイト鋼が得られればよい。そのためには、これらの混合素材中のＮｉが６ｗｔ％以上であることが必要である。
【００２９】
次に、この素材を焼結するためには、ＮｉもしくはＮｉ合金の粉末をフェライト系ステンレス鋼の粉末と混合し、更に通常使用されている潤滑材、例えばステアリン酸亜鉛を１％程度加え、攪拌混合して素材を作成する。次に、混合した粉末素材を圧縮成形する。圧縮のための圧縮強度は、例えば４〜８ｔｏｎ／ｃｍ２  であることが望ましい。この範囲外においては焼結体の密度が小さいか、またはより大きな設備が必要だからである。
【００３０】
更に、通常この成形体を脱脂する。脱脂の工程は通常の水素ガス、窒素ガス、又はこれらの混合ガス雰囲気の炉を用い７００℃で約３０分間加熱し、潤滑材を除去する。次に脱脂した成形体を焼結炉に装入し、例えば１２００〜１３５０℃において２〜５時間焼結を行う。この温度範囲より温度は低い場合には焼結時間が延びて実用的ではない。
【００３１】
他方、より高温度で焼結するためには特別に設計した高価な焼結設備が必要であり、実用的ではない。炉の雰囲気としては不活性ガスでもよいが望ましくは真空焼結がよい。真空焼結においては、圧縮成形体に内包されているガスを除去し、より密度の高い焼結体の製造が容易だからである。尚、窒素ガス雰囲気で焼結すると窒素が金属組織に吸収され、焼結温度におけるオーステナイト相の生成を活性化する。
【００３２】
【実施例】
以下本発明に方法により水道用の栓の部品を製造した。表１に比較例と共にその結果を示す。表１ではＮｏ１〜７において本発明の方法により製造した場合を示し、Ｎｏ８〜１６に比較例を示した。Ｎｏ８〜１０においてはフェライト相の多いステンレス鋼を焼結した場合であり、焼結部品の密度は高いがニッケルが少ないため、オーステナイト相の多い金属組織となっていない。
【００３３】
次にＮｏ１１及び１２はオーステナイト系ステンレス鋼の粉末のみを焼結した場合であり、密度は７．１前後である。また、Ｎｏ１３〜１６においてはオーステナイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼の粉末にカーボニルニッケルの粉末、または、ＳＵＳ３１６Ｌ（表中のＢ）の細かい粉末を添加して焼結した場合である。この場合金属組織はオーステナイト相であるが若干密度が小さい（Ｎｏ１３，１４，１６）。
【００３４】
上記例においては焼結温度は１３５０℃で５時間焼結した場合である。本発明の実施例においては焼結体の密度は何れも７．３以上であり、しかも焼結体の空孔は所謂閉気孔であり、気密性が得られた。
【００３５】
また、表２には焼結温度を１３００℃とし、５時間焼結した場合を示す。Ｎｏ１７〜１９はフェライト系ステンレス鋼の粉末にニッケル粉末を加えて焼結した場合である。焼結温度が低いために密度がやや低いが、７．３ｇ／ｃｍ３  は確保されている。尚、表１及び表２においてＡとはニッケル約４９．４ｗｔ％−クロム４９ｗｔ％−Ｓｉ１．２ｗｔ％の特殊なＮｉ合金粉末である。
【００３６】
Ｎｏ２０〜２３はオーステナイト系若しくはフェライト系ステンレス鋼にニッケルを加え若しくは単独で焼結した場合である。この場合何れも焼結密度は低い。但し、フェライト系ステンレス鋼の粉末のみを焼結した場合には焼結密度は約７．４であって焼結密度は高い。但し、金属組織はフェライト組織であり、その意味でオーステナイト系焼結体と比べて耐食性が劣っている。
【００３７】
以上実施例で述べた通り、本発明の方法によれば少くとも焼結密度は７．３以上であって緻密性が高くしかも耐食性に優れた焼結部品が得られた。
【００３８】
【表１】
0003611661.tif 000002
【００３９】
【表２】
0003611661.tif 000003
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた通り、フェライト系ステンレス鋼の粉末にニッケルもしくはニッケルを多く含む合金の粉末を添加し、従来の成形・焼結工程を経ることにより高密度であるオーステナイト系ステンレス鋼の焼結体が得られる。このオーステナイト系高密度焼結体は気密性及び水密性があり、従って気密性等が必要な特殊な機械部品として使用できる部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シェフラーの状態図である。
【図１】
0003611661.tif 000004