(57)【要約】  本発明は、化合物粉末の製造装置、それを利用した鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法、ホウ素合金混合粉末とその製造方法、粉末結合体とその製造方法、及び鋼管とその製造方法を提供する。本発明の一観点によれば、ホウ素合金鉄粉末及び対象粉末が混合された粉末を準備する段階と、所定の熱処理を通じて対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、を含むホウ素合金混合粉末の製造方法が提供される。
2014520209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部を備えた炉体で取り囲まれたレトルトを回転及び加熱しながら、前記レトルト内に装入された鉄粉末とホウ素供給物質とを互いに反応させる段階と、
前記炉体を前記レトルトの外周面から分離して除去する段階と、
前記レトルトを回転させながら冷却させる段階と、
を含む鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項２】
前記鉄粉末は、純鉄粉末を含む請求項１に記載の鉄−ホウ素化合物の製造方法。
【請求項３】
前記鉄粉末は、直径が１０ないし１０００μｍの範囲にある請求項１に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項４】
前記レトルトは、８５０℃ないし１０５０℃の温度範囲で加熱される請求項１に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項５】
前記ホウ素供給物質は、ホウ素粉末、ホウ素化合物粉末及びフェロボロン粉末を含む請求項１に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項６】
前記ホウ素化合物粉末は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末または酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）粉末を含む請求項５に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項７】
前記レトルト内に活性化剤粉末をさらに装入した後、前記鉄粉末とホウ素供給物質とを反応させる請求項５に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項８】
前記活性化剤粉末は、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうち何れか１つ以上を含む請求項７に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項９】
前記鉄粉末、ホウ素供給物質及び活性化剤粉末が混合された混合粉末のうち、前記ホウ素供給物質は、５ないし５０重量％の範囲にあり、前記活性化剤粉末は、０．５ないし１０重量％の範囲にある請求項７に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記ホウ素供給物質の平均直径が、前記鉄粉末の平均直径に比べてさらに小さな値を有する請求項５に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項１１】
前記ホウ素供給物質は、ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスである請求項１に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項１２】
前記ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスは、キャリアガスと混合されて、混合ガスとして供給される請求項１１に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項１３】
前記ホウ素化合物ガスは、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＩ３、ＢＢｒ３、（ＣＨ３）３Ｂ及び（Ｃ２Ｈ５）３Ｂのうち何れか１つを含む請求項１１に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項１４】
前記ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスは、混合ガス内で２ないし４０体積％の範囲にある請求項１２に記載の鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法。
【請求項１５】
回転可能なレトルトと、
前記レトルトを取り囲むフレーム及び前記フレーム内に前記レトルトを加熱させるように配される加熱部を含む炉体と、
を含む化合物粉末の製造装置。
【請求項１６】
前記炉体は、それぞれ分離されて移動する部分炉体を複数個含む請求項１５に記載の化合物粉末の製造装置。
【請求項１７】
前記部分炉体は、
レトルトの外周面の一部を取り囲むように配される第１サブフレームと前記第１サブフレームの内部に配される第１加熱部とを含む第１部分炉体と、
前記レトルトの外周面の残りの部分を取り囲むように配される第２サブフレームと前記第２サブフレームの内部に配される第２加熱部とを含む第２部分炉体と、
を含む請求項１６に記載の化合物粉末の製造装置。
【請求項１８】
ホウ素合金鉄粉末及び対象粉末が混合された粉末を準備する段階と、
所定の熱処理を通じて前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、
を含むホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項１９】
前記脱硼処理段階前、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１７原子％以上である請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２０】
前記脱硼処理段階後、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５ないし３５原子％の範囲である請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２１】
前記脱硼処理段階後、混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１０ないし２５原子％の範囲である請求項２０に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２２】
前記脱硼処理段階は、前記対象粉末の全体が浸硼されるまで行われるか、あるいはホウ素合金鉄粉末の全体が脱硼されるまで行われる請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２３】
前記対象粉末は、ホウ素が固溶されるか、あるいはホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素である請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２４】
前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上である請求項２３に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項２５】
前記対象粉末内で浸硼処理される領域の融点が、前記浸硼処理される前の前記対象粉末の融点に比べてさらに低くする請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２６】
前記混合された粉末は、前記ホウ素合金鉄粉末が５ないし９５重量％の範囲で混合されている請求項１８に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項２７】
前記混合された粉末は、活性剤が０．５ないし２０重量％の範囲にさらに混合されている請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２８】
前記活性剤は、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうちから選択される何れか１つ以上を含む請求項２７に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２９】
前記脱硼処理段階は、酸化防止雰囲気で行われる請求項１８に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項３０】
前記酸化防止雰囲気は、窒素、アルゴン、水素及び真空雰囲気のうちから選択される何れか１つ以上を使う請求項９に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項３１】
ホウ素合金鉄粉末と、
少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末と、を含み、
前記ホウ素合金鉄粉末は、少なくとも一部に脱硼によるホウ素の含量が低くなることによって融点が低くなった脱硼領域が形成されたホウ素合金混合粉末。
【請求項３２】
前記対象粉末は、全体に浸硼領域に形成されたものであるか、前記ホウ素合金鉄粉末は、全体に脱硼領域が形成されたものである請求項３１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３３】
前記脱硼領域は、前記ホウ素合金鉄粉末の表面に位置した請求項３１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３４】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含む請求項３１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３５】
前記浸硼領域は、金属のホウ素固溶体、または金属とホウ素とのホウ素化合物である請求項３１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３６】
前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上である請求項３５に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３７】
前記浸硼領域は、前記金属に比べて融点がさらに低い請求項３５に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３８】
前記浸硼領域は、前記対象粉末の表面に位置した請求項３１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項３９】
脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び浸硼処理された対象粉末が混合された混合粉末を所定の温度で加熱して、前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末とを結合させる段階を含む粉末結合体の製造方法。
【請求項４０】
前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末との製造方法は、
ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とが混合された混合粉末を準備する段階と、
前記混合粉末を熱処理することによって、前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、
を含む請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４１】
前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末以外に第３の粉末とをさらに添加して、前記第３の粉末を前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び前記浸硼処理された対象粉末のうち何れか１つ以上と結合させて製造する請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４２】
前記第３の粉末は、純金属粉末、合金粉末、またはセラミック粉末を含む請求項４１に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４３】
前記合金粉末は、自溶性合金粉末を含む請求項４２に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４４】
前記セラミック粉末は、金属の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物のうち何れか１つ以上を含む請求項４２に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４５】
前記混合粉末は、溶剤をさらに含む請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４６】
前記脱硼処理段階前、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１７原子％以上である請求項４０に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４７】
前記脱硼処理段階を経た前記混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５原子％ないし３５原子％である請求項４０に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４８】
前記脱硼処理段階後、前記混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１０原子％ないし２５原子％である請求項４７に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項４９】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含む請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５０】
前記対象粉末は、ホウ素が固溶されるか、あるいはホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素を含む請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５１】
前記対象粉末は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上を含む請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５２】
前記混合粉末のうち、前記ホウ素合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％である請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５３】
前記混合粉末は、活性剤が０．５重量％ないし２０重量％さらに混合されている請求項３９に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５４】
前記活性剤は、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうちから選択される何れか１つ以上を含む請求項５３に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５５】
前記脱硼処理段階は、酸化防止雰囲気で行われる請求項４０に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５６】
前記酸化防止雰囲気は、窒素、アルゴン、水素及び真空雰囲気のうちから選択される何れか１つ以上を使う請求項５５に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項５７】
少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末と、
少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と、を含み、
前記浸硼領域と前記脱硼領域とのうち何れか１つの少なくとも一部が溶融後、凝固されて互いに結合されるか、あるいは前記浸硼領域と前記脱硼領域とが焼結されて互いに結合された組職を有する粉末結合体。
【請求項５８】
前記脱硼領域は、前記ホウ素合金鉄粉末の表面に位置する請求項５７に記載の粉末結合体。
【請求項５９】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含む請求項５７に記載の粉末結合体。
【請求項６０】
前記浸硼領域に金属のホウ素固溶体、または金属とホウ素とのホウ素化合物が形成された請求項５７に記載の粉末結合体。
【請求項６１】
前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上を含む請求項６０に記載の粉末結合体。
【請求項６２】
少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とを混合した混合粉末を鋼管内に配置する段階と、
前記鋼管内に配された前記混合粉末を加熱溶融凝固して、前記鋼管の内部面に被覆層を形成する段階と、
を含む鋼管の製造方法。
【請求項６３】
前記混合粉末を加熱溶融凝固して、前記鋼管の内部面に被覆層を形成する段階は、前記混合粉末が配された前記鋼管を回転させながら加熱及び冷却することで具現される請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６４】
前記混合粉末を鋼管内に配置する段階は、
ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とを混合する段階と、
混合された前記ホウ素合金鉄粉末と前記対象粉末とを共に熱処理することによって、前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理して、前記浸硼領域を形成しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記脱硼領域を形成する段階と、
を含む請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６５】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ケイ素または炭素のうち少なくとも何れか１つをさらに含む請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６６】
前記対象粉末は、鉄、チタン、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、モリブデン、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素及びタングステンのうち少なくとも何れか１つを含む請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６７】
前記混合粉末のうち、前記ホウ素合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％である請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６８】
前記ホウ素合金鉄粉末と前記対象粉末との平均粒度は、ＡＳＴＭ標準体で２００メッシュないし２０メッシュである請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項６９】
前記鋼管内の前記混合粉末は、クロム合金鉄粉末及び溶剤（ｆｌｕｘ）のうち少なくとも何れか１つをさらに含む請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７０】
前記クロム合金鉄粉末は、炭素を２重量％以上及びクロムを５０重量％以上含む請求項６９に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７１】
前記混合粉末のうち、前記クロム合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％である請求項６９に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７２】
前記クロム合金鉄粉末は、鉄、クロム、ケイ素及び炭素のうち少なくとも何れか１つを含む請求項６９に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７３】
前記クロム合金鉄粉末の平均粒度は、ＡＳＴＭ標準体で２００メッシュ（ｍｅｓｈ）ないし４メッシュである請求項６９に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７４】
前記鋼管の回転速度は、５Ｇないし１２０Ｇであり、前記Ｇは、下記のような式で表現される請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
Ｇ＝遠心力／重力＝５．６Ｘ１０−７Ｘ鋼管内径（ｍｍ）Ｘ回転数（ｒｐｍ）２
【請求項７５】
前記加熱は、ガス燃焼加熱、電気抵抗加熱及び高周波誘導加熱のうち何れか１つを含む請求項６２に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７６】
前記加熱は、加熱温度が１０００℃ないし１５００℃である請求項７５に記載の鋼管の製造方法。
【請求項７７】
鋼管の内部面に被覆層を含み、
前記被覆層の組職は、基地金属または結合材として少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とが溶融された後、凝固された組職を有する鋼管。
【請求項７８】
前記被覆層の組職は、強化材としてクロム合金鉄をさらに含む請求項７７に記載の鋼管。
【請求項７９】
前記強化材は、鉄、１０重量％ないし８０重量％のクロム、２重量％ないし１０重量％の炭素及び２．５重量％以下のケイ素を含む請求項７８に記載の鋼管。
【請求項８０】
前記結合材は、鉄及びホウ素を含み、前記強化材は、鉄、クロム、シリコン及び炭素のうち少なくとも何れか１つを含む請求項７８に記載の鋼管。
【請求項８１】
前記結合材は、ホウ素の含量が５原子％ないし３５原子％である請求項７７に記載の鋼管。
【請求項８２】
前記被覆層は、鉄、クロム、ケイ素、炭素及びホウ素のうち少なくとも何れか１つを含む請求項７７に記載の鋼管。
【請求項８３】
前記ホウ素の含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項８２に記載の鋼管。
【請求項８４】
前記炭素の含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項８３に記載の鋼管。
【請求項８５】
前記クロムの含有量は、６０重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項８２に記載の鋼管。
【請求項８６】
前記ケイ素の含有量は、２．５重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項８３に記載の鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物粉末を製造することができる装置、それを用いて化合物粉末を製造する方法、さらに詳細には、鉄粉末をホウ化（ｂｏｒｏｎｉｚｉｎｇ）処理して、鉄−ホウ素化合物粉末を製造することができる装置及び方法に関する。
【０００２】
本発明は、異種粉末が互いに混合されて形成された混合粉末及びそれを製造する方法であって、さらに詳細には、ホウ素合金鉄（ｆｅｒｒｏ  ｂｏｒｏｎ）と浸硼処理された対象粉末とが混合された混合粉末及びその製造方法に関する。
【０００３】
また、本発明は、異種粉末が互いに混合されて形成された粉末結合体及びそれを製造する方法であって、さらに詳細には、ホウ素合金鉄粉末と浸硼処理された対象粉末とが混合された混合粉末を結合させて製造した粉末結合体及びその製造方法に関する。
【０００４】
また、本発明は、異種粉末が互いに混合されて形成された鋼管及びその製造方法であって、さらに詳細には、ホウ素合金鉄粉末と浸硼処理された対象粉末とが混合された混合粉末を結合させて製造した鋼管及びその製造方法に関する。
【０００５】
本発明は、異種粉末が互いに混合されて加熱され、溶融凝固されて鋼管の内部に被覆された鋼管（ｓｔｅｅｌ  ｐｉｐｅ）及びその製造方法であって、さらに詳細には、脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と浸硼処理された対象粉末とからなるホウ素合金粉末、またはそのホウ素合金粉末を結合剤とし、クロム合金鉄粉末を強化材とした混合粉末を加熱して、部分、または完全溶融凝固させて鋼管内面に耐摩耗はもとより、耐熱及び耐蝕特性に優れる被覆層を形成させた鋼管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００６】
一般的に、耐磨耗性複合体は、金属からなる基地に、高硬度及び高耐磨耗性を有したセラミック粉末を強化相として分布させることで製造することができる。このようなセラミック粉末として、従来から炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、ホウ化チタン（ＴｉＢ２）などの多様な高硬度粉末が使われた。しかし、このような粉末は、高価であり、重力または遠心鋳造を通じて複合体を形成する場合、基地金属との比重差が大きくて、均一に分散させにくいだけではなく、粘着力が低くて、基地金属との結合力が劣るという短所を有している。
【０００７】
一方、鋳造または焼結による耐摩耗特性または耐蝕特性を有する金属素材部品や、または、金属−高硬度セラミック複合素材部品を製造するために、粉末を互いに結合させた粉末結合体を製造することができる。この際、優れた特性の粉末結合体を製造するためには、互いに結合される粉末間の結合力に優れていなければならない。このような優れた結合力を得るために、粉末を互いに結合させる過程中に、粉末間に互いに接触する領域で溶融を通じて粉末間の溶融接合を誘導することができる。このために、高硬度セラミック複合素材部品の場合、高硬度を有するセラミック粉末に低融点を有する金属粉末を結合剤として使って、前記セラミック粉末を結合させる方法が利用されうる。
【０００８】
強化相として利用されるか、あるいは粉末結合体を製造するための高硬度セラミック粉末として、鉄−ホウ素二元系化合物が使われる。鉄−ホウ素二元系化合物は、ホウ素の含有量によってＦｅＢまたはＦｅ２Ｂを有し、具体的に、ホウ素の含有量が８．８３重量％である場合、１３８９℃の溶融温度を表わすＦｅ２Ｂ化合物を形成し、１６．２３重量％である場合、１６５０℃の高溶融点を表わすＦｅＢ化合物を形成する。一方、ホウ素の含有量が３．８重量％である場合、１１７７℃の低溶融温度を表わす。そのうち、Ｆｅ２Ｂは、７．３ｇ／ｃｍ３の比重とＨＫ１８００〜２０００の硬度値とを表わし、ＦｅＢは、７．０ｇ／ｃｍ３の比重とＨＫ１９００〜２１００を表わすなど、非常に高い硬度を表わすと同時に、自溶性（ｓｅｌｆ  ｆｌｕｘｉｎｇ）及び粘着力に優れている。さらに、鉄−ホウ素化合物の場合、比重が約７．５ｇ／ｃｍ３で鉄系金属と大差を見せないために、鉄系金属材料を基地とした重力または遠心鋳造法を利用した金属複合体の製造に非常に適している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、化合物粉末を製造することができる装置及びこのような装置を用いて硬度が高いながらも、自溶性及び粘着性に優れる鉄−ホウ素化合物粉末を製造する方法の提供を目的とする。
【００１０】
また、本発明は、従来のように、別途に高硬度ホウ化物粉末を製造した後、これを結合剤である低融点の金属粉末と混合する段階を経ずに、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とを混合して熱処理して、対象粉末を浸硼処理すると同時に、ホウ素合金鉄粉末を脱硼処理することによって、ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させた混合粉末及びその製造方法の提供を目的とする。
【００１１】
また、本発明は、従来のように、別途に高硬度ホウ化物粉末を製造した後、これを結合剤である低融点の金属粉末と混合する段階を経ずに、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とを混合して熱処理し、対象粉末を浸硼処理すると同時に、ホウ素合金鉄粉末を脱硼処理することによって、ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させて製造した粉末結合体及びその製造方法の提供を目的とする。
【００１２】
また、本発明は、前記粉末結合体を用いて内部に耐摩耗、耐酸化及び耐腐蝕特性に優れた被覆層を経済的な方法で製造することができる鋼管及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、加熱部を備えた炉体で取り囲まれたレトルトを回転及び加熱しながら、前記レトルト内に装入された鉄粉末とホウ素供給物質とを互いに反応させる段階と、前記炉体を前記レトルトの外周面から分離して除去する段階と、前記レトルトを回転させながら冷却させる段階と、を含む鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法が提供される。
【００１４】
前記鉄粉末は、純鉄粉末を含みうる。
【００１５】
前記鉄粉末は、直径が１０ないし１０００μｍの範囲にあり得る。
【００１６】
前記レトルトは、８５０℃ないし１０５０℃の温度範囲で加熱されうる。
【００１７】
前記ホウ素供給物質は、ホウ素粉末、ホウ素化合物粉末及びフェロボロン粉末を含みうる。
【００１８】
前記ホウ素化合物粉末は、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末または酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）粉末を含みうる。
【００１９】
一方、前記レトルト内に活性化剤粉末をさらに装入した後、前記鉄粉末とホウ素供給物質とを反応させ、前記活性化剤粉末は、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうち何れか１つ以上を含みうる。
【００２０】
この際、前記鉄粉末、ホウ素供給物質及び活性化剤粉末が混合された混合粉末のうち、前記ホウ素供給物質は、５ないし５０重量％の範囲にあり、前記活性化剤粉末は、０．５ないし１０重量％の範囲にあり得る。
【００２１】
一方、粉末形態のホウ素供給物質の平均直径は、前記鉄粉末の平均直径に比べてさらに小さな値を有しうる。
【００２２】
一方、前記ホウ素供給物質は、ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスであり得る。
【００２３】
前記ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスは、キャリアガスと混合されて、混合ガスとして供給され、この際、前記ホウ素化合物ガスは、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＩ３、ＢＢｒ３、（ＣＨ３）３Ｂ及び（Ｃ２Ｈ５）３Ｂのうち何れか１つを含みうる。
【００２４】
前記ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスは、混合ガス内で２ないし４０体積％の範囲にあり得る。
【００２５】
本発明の他の観点によれば、回転可能なレトルトと、前記レトルトを取り囲むフレーム及び前記フレーム内に前記レトルトを加熱させるように配される加熱部を含む炉体と、を含む化合物粉末の製造装置が提供される。
【００２６】
前記炉体は、それぞれ分離されて移動する部分炉体を複数個含み、具体的に、前記部分炉体は、レトルトの外周面の一部を取り囲むように配される第１サブフレームと前記第１サブフレームの内部に配される第１加熱部とを含む第１部分炉体と、前記レトルトの外周面の残りの部分を取り囲むように配される第２サブフレームと前記第２サブフレームの内部に配される第２加熱部とを含む第２部分炉体と、を含みうる。
【００２７】
本発明のさらに他の観点によれば、ホウ素合金鉄粉末及び対象粉末が混合された粉末を準備する段階と、所定の熱処理を通じて前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、を含むホウ素合金混合粉末の製造方法が提供される。
【００２８】
前記脱硼処理段階前、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１７原子％であり得る。
【００２９】
また、前記脱硼処理段階後、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５ないし３０原子％の範囲であり、さらに１０ないし２０原子％の範囲であり得る。
【００３０】
前記脱硼処理段階は、前記対象粉末の全体が浸硼されるまで行われるか、あるいはホウ素合金鉄粉末の全体が脱硼されるまで行われる。
【００３１】
一方、前記対象粉末は、ホウ素が固溶されるか、あるいはホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素であり、前記金属は、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上であり得る。
【００３２】
また、前記対象粉末内で浸硼処理される領域の融点が、前記浸硼処理される前の前記対象粉末の融点に比べてさらに低くできる。
【００３３】
前記混合された粉末は、前記ホウ素合金鉄粉末が５ないし９５重量％の範囲で混合されている。
【００３４】
また、前記混合された粉末は、活性剤が０．５ないし２０重量％の範囲にさらに混合されており、前記活性剤は、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうちから選択される何れか１つ以上を含みうる。
【００３５】
一方、前記脱硼処理段階は、酸化防止雰囲気で行われ、前記酸化防止雰囲気は、窒素、アルゴン、水素及び真空雰囲気のうちから選択される何れか１つ以上を使うことができる。
【００３６】
本発明のさらに他の観点によれば、ホウ素合金鉄粉末と、少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末と、を含み、前記ホウ素合金鉄粉末は、少なくとも一部に脱硼によるホウ素の含量が低くなることによって、融点が低くなった脱硼領域が形成されたホウ素合金混合粉末が提供される。
【００３７】
この際、前記対象粉末は、全体に浸硼領域に形成されたものであるか、前記ホウ素合金鉄粉末は、全体に脱硼領域が形成されたものであり得る。
【００３８】
一方、前記脱硼領域は、前記ホウ素合金鉄粉末の表面に位置しうる。
【００３９】
また、前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含みうる。
【００４０】
一方、前記浸硼領域は、金属のホウ素固溶体、または金属とホウ素とのホウ素化合物であり、前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上であり得る。
【００４１】
この際、前記浸硼領域は、前記金属に比べて融点がさらに低いことがある。
【００４２】
また、前記浸硼領域は、前記対象粉末の表面に位置しうる。
【００４３】
本発明のさらに他の観点によれば、脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び浸硼処理された対象粉末が混合された混合粉末を所定の温度で加熱して、前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末とを結合させる段階を含む粉末結合体の製造方法が提供される。
【００４４】
前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末との製造方法は、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とが混合された混合粉末を準備する段階と、前記混合粉末を熱処理することによって、前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、を含みうる。
【００４５】
また、前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末以外に第３の粉末とをさらに添加して、前記第３の粉末も前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び前記浸硼処理された対象粉末のうち何れか１つ以上と結合させて製造することができる。
【００４６】
この際、前記第３の粉末は、純金属粉末、合金粉末、またはセラミック粉末を含みうる。そのうち、前記合金粉末は、自溶性合金（ｓｅｌｆ  ｆｌｕｘｉｎｇ  ａｌｌｏｙ）粉末を含みうる。また、前記セラミック粉末は、金属の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物のうち何れか１つ以上を含みうる。
【００４７】
一方、混合粉末は、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７１０Ｈ２Ｏ）のような溶剤をさらに含みうる。
【００４８】
一方、前記脱硼処理段階前、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１７原子％以上であり得る。
【００４９】
また、前記脱硼処理段階を経た前記混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５原子％ないし３５原子％であり、さらに１０原子％ないし２５原子％であり得る。
【００５０】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含みうる。
【００５１】
一方、前記対象粉末は、ホウ素が固溶されるか、あるいはホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素であり、前記金属は、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上であり得る。
【００５２】
前記混合粉末のうち、前記ホウ素合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％で混合されている。
【００５３】
前記混合粉末は、活性剤が０．５重量％ないし２０重量％さらに混合されている。
【００５４】
また、前記活性剤は、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうちから選択される何れか１つ以上を含みうる。
【００５５】
本発明のさらに他の観点によれば、一方、前記脱硼処理段階は、酸化防止雰囲気で行われ、前記酸化防止雰囲気は、窒素、アルゴン、水素及び真空雰囲気のうちから選択される何れか１つ以上を使うことができる。
【００５６】
本発明のさらに他の観点によれば、少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末と、少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と、を含み、前記浸硼領域と前記脱硼領域とのうち何れか１つの少なくとも一部が溶融後、凝固されて互いに結合されるか、あるいは前記浸硼領域と前記脱硼領域とが焼結されて互いに結合された組職を有する粉末結合体が提供される。
【００５７】
前記脱硼領域は、前記ホウ素合金鉄粉末の表面に位置しうる。
【００５８】
また、前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含みうる。
【００５９】
この際、前記浸硼領域に金属のホウ素固溶体、または金属とホウ素とのホウ素化合物が形成されうる。
【００６０】
一方、前記浸硼領域は、金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上を含みうる。
【００６１】
本発明のさらに他の観点によれば、少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とを混合した混合粉末を鋼管内に配置する段階と、前記鋼管内に配された前記混合粉末を加熱溶融凝固して、前記鋼管の内部面に被覆層を形成する段階と、を含む鋼管の製造方法が提供される。
【００６２】
この際、前記混合粉末を加熱溶融凝固して、前記鋼管の内部面に被覆層を形成する段階は、前記混合粉末が配された前記鋼管を回転させながら加熱及び冷却することで具現されうる。
【００６３】
また、前記混合粉末を鋼管内に配置する段階は、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とを混合する段階と、混合された前記ホウ素合金鉄粉末と前記対象粉末とを共に熱処理することによって、前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理して、前記浸硼領域を形成しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記脱硼領域を形成する段階と、を含みうる。
【００６４】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ケイ素または炭素のうち少なくとも何れか１つをさらに含みうる。
【００６５】
前記対象粉末は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうち少なくとも何れか１つを含みうる。
【００６６】
前記混合粉末のうち、前記ホウ素合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％であり得る。
【００６７】
前記ホウ素合金鉄粉末と前記対象粉末との平均粒度は、ＡＳＴＭ標準体で２００メッシュないし２０メッシュであり得る。
【００６８】
前記鋼管内の前記混合粉末は、クロム合金鉄粉末及び溶剤（ｆｌｕｘ）のうち少なくとも何れか１つをさらに含みうる。
【００６９】
前記クロム合金鉄粉末は、炭素を２重量％以上及びクロムを５０重量％以上含みうる。
【００７０】
前記混合粉末のうち、前記クロム合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％であり得る。
【００７１】
前記クロム合金鉄粉末は、鉄、クロム、ケイ素及び炭素のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
【００７２】
前記クロム合金鉄粉末の平均粒度は、ＡＳＴＭ標準体で２００メッシュ（ｍｅｓｈ）ないし４メッシュであり得る。
【００７３】
前記鋼管の回転速度は、５Ｇないし１２０Ｇであり、この際、前記Ｇは、下記のように表現される。
【００７４】
Ｇ＝遠心力／重力＝５．６Ｘ１０−７Ｘ鋼管内径（ｍｍ）Ｘ回転数（ｒｐｍ）２
【００７５】
前記加熱は、ガス燃焼加熱、電気抵抗加熱及び高周波誘導加熱のうち何れか１つを含みうる。
【００７６】
前記加熱は、加熱温度が１０００℃ないし１５００℃であり得る。
【００７７】
本発明のさらに他の観点によれば、鋼管の内部面に被覆層を含み、前記被覆層の組職は、基地金属または結合材として少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とが溶融された後、凝固された組職を有する鋼管が提供される。
【００７８】
前記被覆層の組職は、強化材としてクロム合金鉄をさらに含みうる。
【００７９】
この際、前記強化材は、鉄、１０重量％ないし８０重量％のクロム、２重量％ないし１０重量％の炭素及び２．５重量％以下のケイ素を含みうる。
【００８０】
前記結合材は、鉄及びホウ素を含み、前記強化材は、鉄、クロム、シリコン及び炭素のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
【００８１】
前記結合材は、ホウ素の含量が５原子％ないし３５原子％であり得る。
【００８２】
前記被覆層は、鉄、クロム、ケイ素、炭素及びホウ素のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
【００８３】
この際、前記ホウ素の含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有しうる。
【００８４】
また、前記炭素の含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有しうる。
【００８５】
また、前記クロムの含有量は、６０重量％以下（０超過）の範囲を有しうる。
【００８６】
また、前記ケイ素の含有量は、２．５重量％以下（０超過）の範囲を有しうる。
【発明の効果】
【００８７】
本発明の一実施形態による鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法及び製造装置によれば、硬度が高く、自溶性及び粘着性に優れる鉄−ホウ素化合物粉末を製造することができる。
【００８８】
本発明の他の一実施形態によって製造されたホウ素合金混合粉末は、脱硼処理によってホウ素含量が減少したホウ素合金鉄粉末を含み、このようなホウ素合金鉄粉末は、ホウ素含量の減少によって融点が低くなる効果が得られる。また、場合によっては、前記混合粉末内の対象粉末も浸硼処理によるホウ素含量の増加によって、硬度が増加しながらも、融点が減少する効果を有しうる。したがって、本発明の実施形態によるホウ素合金混合粉末は、脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と浸硼処理された対象粉末とを別途に分離する必要がなく、これをそのまま利用するか、あるいは第３の高硬度化合物粉末を添加した後、相対的に低い温度で加熱することによって、高硬度粉末結合体の製造に利用されうる。
【００８９】
本発明のさらに他の一実施形態によって製造された粉末結合体は、脱硼処理によってホウ素含量が減少したホウ素合金鉄粉末と浸硼処理によってホウ素含量が増加した対象粉末とを混合させた混合粉末を含み、ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素含量の減少によって融点が低くなる効果が得られ、浸硼処理による対象粉末もホウ素含量の増加によって、硬度が増加しながらも、融点が減少する効果を有しうる。したがって、本発明の実施形態によるホウ素合金混合粉末は、脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と浸硼処理された対象粉末とを別途に分離する必要がなく、これをそのまま利用するか、あるいは第３の高硬度化合物粉末を添加した後、相対的に低い温度で加熱することによって、高硬度粉末結合体の製造に利用されうる。
【００９０】
本発明のさらに他の一実施形態によれば、低コストで耐摩耗、耐酸化及び耐腐蝕特性に優れる鋼管及びその製造方法を具現することができる。また、硬化能に優れて、別途の熱処理を行わなくても、非常に高い硬度及び強度が得られる。
【００９１】
前述した効果は、一部の実施形態に対して例示的に提示されたものであって、このような効果によって、本発明の範囲が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１〜３は、本発明の一実施形態による化合物粉末の製造装置を概略的に示した断面図である。
【図２】図１〜３は、本発明の一実施形態による化合物粉末の製造装置を概略的に示した断面図である。
【図３】図１〜３は、本発明の一実施形態による化合物粉末の製造装置を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による化合物粉末の製造方法によって製造された鉄−ホウ素化合物粉末粒子の断面図を示した図面である。
【図５】本発明の実験例によって製造された鉄−ホウ素化合物粉末の断面組職である。
【図６】本発明の実験例によって製造された鉄−ホウ素化合物粉末のＸ線回折分析結果を示した図面である。
【図７】図７及び図８は、混合粉末内でのホウ素合金鉄粉末の脱硼処理と対象粉末の浸硼処理とを段階的に示した図面である。
【図８】図７及び図８は、混合粉末内でのホウ素合金鉄粉末の脱硼処理と対象粉末の浸硼処理とを段階的に示した図面である。
【図９】対象粉末の浸硼処理によって生成される組職を例示的に示す図面である。
【図１０】鉄−ホウ素の状態図である。
【図１１】混合粉末の脱硼処理前のホウ素合金鉄粉末とＣｒ粉末とのＸＲＤ回折結果を示した図面である。
【図１２】混合粉末の脱硼処理後のホウ素合金鉄粉末とＣｒ粉末とのＸＲＤ回折結果を示した図面である。
【図１３】図１３及び図１４は、それぞれ混合粉末の脱硼処理後のホウ素合金鉄粉末とＣｒ粉末との断面組職及びＥＰＭＡ分析結果を示した図面である。
【図１４】図１３及び図１４は、それぞれ混合粉末の脱硼処理後のホウ素合金鉄粉末とＣｒ粉末との断面組職及びＥＰＭＡ分析結果を示した図面である。
【図１５】実験例によって製造された粉末結合体の微細組職を観察した結果である。
【図１６】本発明の実施形態による粉末結合体の微細組職を観察した結果である。
【図１７】図１７ないし図２０は、本発明の一実施形態による鋼管を概略的に示した断面図である。
【図１８】図１７ないし図２０は、本発明の一実施形態による鋼管を概略的に示した断面図である。
【図１９】図１７ないし図２０は、本発明の一実施形態による鋼管を概略的に示した断面図である。
【図２０】図１７ないし図２０は、本発明の一実施形態による鋼管を概略的に示した断面図である。
【図２１】本発明の一実施形態による鋼管の製造方法を概略的に示した断面図である。
【図２２】本発明の一実施形態による鋼管の一部の断面写真である。
【図２３】図２３〜２５は、それぞれ本発明の一実施形態によって製造された被覆層の断面硬度を示すグラフである。
【図２４】図２３〜２５は、それぞれ本発明の一実施形態によって製造された被覆層の断面硬度を示すグラフである。
【図２５】図２３〜２５は、それぞれ本発明の一実施形態によって製造された被覆層の断面硬度を示すグラフである。
【図２６】図２６ないし図２８は、それぞれ本発明の一実施形態によって製造された被覆層の微細組職を観察した結果である。
【図２７】図２６ないし図２８は、それぞれ本発明の一実施形態によって製造された被覆層の微細組職を観察した結果である。
【図２８】図２６ないし図２８は、それぞれ本発明の一実施形態によって製造された被覆層の微細組職を観察した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明すれば、次の通りである。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現可能なものであって、以下の実施形態は、本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。また、説明の便宜上、図面では、構成要素がその大きさが誇張または縮小されうる。
【００９４】
以下の実施形態で、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、直交座標系上の３つの軸に限定されず、それを含む広い意味として解釈されうる。例えば、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、互いに直交してもよく、互いに直交しない、互いに異なる方向を指称してもよい。
【００９５】
本発明で言及されるホウ素合金鉄は、約１０重量％以上のホウ素を含有し、約１４５０℃以上の溶融点を有した鉄とホウ素の化合物としてフェロボロン、鉄−ホウ素合金などと呼ばれる。
【００９６】
また、本発明で言及される対象粉末は、ホウ素合金鉄粉末から供給されるホウ素によって浸硼処理の対象となる粉末であって、ホウ素合金鉄粉末と混合されて混合粉末を成しうる。
【００９７】
本発明で、ホウ素合金鉄粉末は、対象粉末の浸硼処理のためにホウ素を供給するホウ素供給源でありながら、浸硼処理過程で脱硼されてホウ素含量が減少する。また、浸硼処理以後には、低融点を有した結合剤として利用されうる。ホウ素合金鉄粉末による対象粉末の浸硼処理及びホウ素合金鉄粉末の脱硼処理は、互いに混合した後に所定の熱処理を通じて行われる。以下、本発明を記述するに当って、前記所定の熱処理過程を、ホウ素合金鉄粉末の観点で、脱硼処理段階または脱硼処理過程と名付けることができる。
【００９８】
本発明で言及される少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末とは、脱硼領域が形成されていない時よりも、融点が低くなったホウ素合金鉄粉末を言う。図１０の鉄−ホウ素の状態図を参照して説明すれば、鉄は、溶融点が１５３８℃であり、ホウ素は、２０９２℃である。鉄にホウ素が６４原子％添加される場合には、１５００℃で包晶反応が起こり、ホウ素が１７原子％添加される場合には、相対的に低い温度である１１７４℃で工程反応が起こる。したがって、ホウ素合金鉄内でホウ素の含量が５０原子％から減少して、１７原子％に至るまでホウ素合金鉄の融点は、１６５０℃から１１７４℃まで減少する。
【００９９】
例えば、ホウ素合金鉄粉末内の最初のホウ素含量が、５０原子％であり、以後、脱硼処理過程で脱ホウ素化によって、ホウ素合金鉄粉末の表面にホウ素含量が、１７原子％である脱硼領域が形成されたならば、このような脱硼領域が形成されることによって、ホウ素合金鉄粉末の表面での融点は、最初１６５０℃から１１７４℃に約４８０℃程度の減少を表わす。したがって、少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末とは、ホウ素を含有している粉末が最初のホウ素含量よりも減って、融点が低くなったホウ素合金鉄粉末である。
【０１００】
また、ホウ素合金鉄粉末は、ケイ素（Ｓｉ）または炭素（Ｃ）のうち少なくとも何れか１つをさらに含み、この場合、脱ホウ素化によって、ホウ素合金鉄粉末の融点は、１１７４℃の下にさらに減少させうる。この際、ケイ素は、５重量％以下、そして、炭素の含量は、２重量％以下であり得る。
【０１０１】
同様に、対象粉末も少なくとも一部に浸硼領域が形成されたということは、浸硼される前に比べて融点が減少した部分を有することを言える。例えば、図１０を参照して説明すれば、対象粉末が純粋な鉄粉末である場合、ホウ素合金鉄粉末によって浸硼処理されて、ホウ素の含量が０から１７原子％まで増加することによって、融点が１５３８℃から工程温度である１１７４℃まで減少する。また、浸硼領域がホウ素化合物としてＦｅ２Ｂが形成されても、融点が１３８９℃であって、純鉄の１５３８℃に比べてさらに低い融点を表わす。
【０１０２】
このような対象粉末は、ホウ素と親和力を有した金属であって、ホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素であれば、制限もない。例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）及びタングステン（Ｗ）のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
【０１０３】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【０１０４】
図１には、本発明の一実施形態による化合物粉末製造装置１００のｘ方向に対して垂直な断面図が示されている。図１を参照すると、化合物粉末製造装置１００は、レトルト（ｒｅｔｏｒｔ）１０及びレトルト１０を加熱させるように取り囲む炉体２０を含む。
【０１０５】
レトルト１０は、ｙ方向に延びる中空円筒状のパイプ状を有しうる。このようなレトルト１０は、内部の空間に化合物粉末を製造するための２種以上の粉末が混合された混合粉末４０を収容し、該収容された混合粉末４０の酸化及び焼結を防止する。また、混合粉末４０内の混合された粉末を均一に混合させる機能を有する。このために、レトルト１０は、ｙ軸方向に延びる中心線を基準に図１の矢印のように回転することができる。レトルト１０の端部には、混合粉末４０を装入するためのドア３０が備えられる。
【０１０６】
炉体２０は、レトルト１０を取り囲むフレーム２１及びフレーム２１内にレトルト１０を加熱させるように配されている加熱部２２を含む。加熱部２２は、電気抵抗体、高周波誘導加熱体、ハロゲンランプなどレトルト１０の外周面に投入される熱を発生させる加熱源であれば、如何なる形態でも良い。
【０１０７】
炉体２０は、それぞれ分離されて移動する部分炉体を複数個有しうる。図２には、複数個の部分炉体を有する化合物粉末製造装置１００のレトルト１０の延長方向（すなわち、図１のｙ方向）に垂直な断面図が示されている。
【０１０８】
一例として、図２に示したように、炉体２０は、第１部分炉体２０ａ及び第２部分炉体２０ｂの２つの部分炉体で構成することができる。この際、第１部分炉体２０ａは、レトルト１０の外周面の一部を取り囲むように配される第１サブフレーム２１ａと第１サブフレーム２１ａの内部に配される第１加熱部２２ａとで構成され、第２部分炉体２０ｂは、レトルト１０の外周面の残りの部分を取り囲むように配される第２サブフレーム２１ｂと第２サブフレーム２１ｂの内部に配される第２加熱部２２ｂとで構成される。
【０１０９】
この際、図２に示したように、第１部分炉体２０ａは、レトルト１０の上部側に配され、第２部分炉体２０ｂは、レトルト１０の下部側に配されているが、本発明は、これに限定されず、第１部分炉体及び第２部分炉体が、それぞれレトルト１０の左側及び右側に配されるなど互いに多様な形態で配置される。
【０１１０】
このように、炉体２０を構成する部分炉体２０ａ、２０ｂのそれぞれは、いずれもレトルト１０の外周面上に結合されてレトルト１０を加熱し、逆に、レトルト１０を冷却させるために、それぞれ分離されてレトルト１０の外周面から除去されるように移動する。図３には、レトルト１０から炉体２０の除去された場合が示されている。
【０１１１】
一方、レトルト１０の内部には、回転時に混合粉末４０がレトルト１０の内面に沿って共に回転させるための部材５０をさらに備えることができる。
【０１１２】
このような化合物粉末製造装置１００による場合、レトルト１０内に装入される混合粉末４０を加熱することによって、混合粉末４０を構成する物質間の反応を誘導して、目的する化合物粉末を製造することができる。
【０１１３】
一例として、このような化合物粉末製造装置１００を用いて鉄−ホウ素化合物粉末を製造することができる。すなわち、混合粉末４０として、鉄粉末とホウ素供給物質とをレトルト１０内で互いに反応させて鉄粉末をホウ化処理することによって、鉄粉末を鉄−ホウ素化合物粉末に変化させることができる。この際、鉄−ホウ素化合物をＦｅＢ、Ｆｅ２Ｂまたはこれらの混合物であり得る。
【０１１４】
この際、ホウ素供給物質は、鉄粉末と反応するホウ素を供給することができる物質として粉末形態を有しうる。したがって、鉄粉末とホウ素供給物質粉末とを互いに混合した後、これを化合物粉末製造装置１００のレトルト１０内に装入する。もちろん、鉄粉末とホウ素供給物質粉末とをそれぞれ別途にレトルト１０に装着することも可能である。
【０１１５】
前記鉄粉末としては、炭素を含んだ他の合金元素の含有量が少なくて、当業界で通常純鉄（ｐｕｒｅ  ｉｒｏｎ）と指称される鉄粉末を利用できる。これは、鉄に他の合金元素が含有される場合、ホウ素の拡散速度が低くなって、鉄−ホウ素化合物の形成を抑制して、粉末粒子の表面から中心に至るまで全体に亘って均一な化合物の形成が難しくなるためである。このような鉄粉末は、炭素鋼で製造されて使われた後、廃棄されたショットボール（ｓｈｏｔ  ｂａｌｌ）を脱炭して使うことができる。
【０１１６】
一方、ホウ素供給物質は、例えば、ホウ素粉末、ホウ素化合物粉末及びフェロボロン粉末のうち何れか１つ以上を含みうる。この際、ホウ素化合物としては、例えば、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）または酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を含みうる。
【０１１７】
この際、前記ホウ素供給物質粉末の平均直径は、鉄粉末の平均直径に比べてさらに小さな値を有しうる。これは、ホウ化処理後、生成された鉄−ホウ素化合物粉末と残留するホウ素供給物質粉末などとの分離を容易にするためである。例えば、ホウ素供給物質粉末の直径は、５ないし９５０μｍの範囲であり、鉄粉末は、直径が１０ないし１０００μｍの範囲を有しうる。
【０１１８】
鉄粉末の場合、直径が１０００μｍを超過する場合、鉄粉末の表面から内部中心に亘って均一な化合物が形成されにくく、１０μｍ未満である場合には、残留するホウ素供給物質粉末との分離が容易ではないこともある。
【０１１９】
一方、レトルト１０内には、混合粉末４０として前述した鉄粉末及びホウ素供給物質以外にさらに活性化剤粉末をさらに装入した後、鉄粉末とホウ素供給物質とを反応させることができる。このような活性化剤は、鉄粉末とホウ素供給物質との反応温度を低めて、鉄−ホウ素間の反応をさらに活性化させることができる。このような活性化としては、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうち何れか１つ以上を含みうる。
【０１２０】
原料として鉄粉末と粉末形態のホウ素供給物質及び活性化とが互いに混合された場合、ホウ素供給物質は、５ないし５０重量％の範囲にあり、活性化剤は、０．５ないし１０重量％の範囲にあり得る。
【０１２１】
次に、レトルト１０を回転させながら、炉体２０の加熱部２２を用いてレトルト１０を加熱する。この際、レトルト１０の外周面に炉体２０が結合されていない状態である場合には、まず炉体２０をレトルト１０の外周面に移動させて互いに結合させた後、炉体２０の加熱部を作動してレトルト１０を加熱する。
【０１２２】
炉体２０が、図２のように、上部側の第１部分炉体２０ａ及び下部側の第２部分炉体２０ｂで構成される場合には、それぞれの部分炉体２０ａ、２０ｂを移動させてレトルト１０の外周面に結合させることができる。
【０１２３】
一方、加熱中にレトルト１０を図１のように回転させることによって、混合粉末４０内の粉末が互いに均一に混合される効果と加熱部２２を通じて伝達される熱が混合粉末４０内に均一に伝達される効果とが得られる。
【０１２４】
このように、レトルト１０が加熱されることによって、レトルト１０内に装入された混合粉末４０内で鉄粉末とホウ素供給物質粉末との間の反応が起こりながら、鉄粉末はホウ化処理される。この際、ホウ素供給物質から供給されるホウ素は、拡散第２法則によって鉄粉末の表面から内部に広がる。
【０１２５】
このように鉄粉末内に広がるホウ素の濃度が低い場合には、ホウ素が鉄に固溶される拡散層を形成するが、ホウ素の濃度が増加するにつれて、鉄−ホウ素間の反応によって、鉄−ホウ素化合物としてＦｅＢまたはＦｅ２Ｂを形成しうる。
【０１２６】
したがって、鉄粉末は、図４のように、ホウ化処理過程中にその表面から内部に入りながら、ホウ素の濃度によって、ＦｅＢ（４１）、Ｆｅ２Ｂ（４２）及びホウ素固溶層４３の３つの領域に変化されるか（図４の（ａ））、またはＦｅ２Ｂ（４２）、ホウ素固溶層４３の２つの領域に変化されるか（図４の（ｂ））、あるいはいずれもＦｅＢまたはＦｅ２Ｂである化合物層４４のみからなるように変化されうる（図４の（ｃ））。
【０１２７】
このような化合物層の厚さｘは、次の拡散第２法則（式１）によって処理温度及び時間に依存する。ここで、ｘは、化合物層の厚さ、ｔは、処理時間、Ｄは、拡散係数である。
【０１２８】
ｘ＝（Ｄｔ）１／２（式１）
【０１２９】
前述したように、鉄粉末に他の合金元素が含有される場合、ホウ素の拡散速度が低くなって、ＦｅＢまたはＦｅ２Ｂの形成を抑制して、粉末の表面から中心に至るまで均一な化合物を有しにくく、鉄粉末の直径が過度に大きな値を有する場合にも、やはり鉄粉末全体を均一な化合物に変化させるのに難しいことがある。したがって、このような点で、鉄粉末は、直径の最大値が１０００μｍを超えない純鉄粉末を利用することが望ましい。
【０１３０】
処理温度は、鉄のホウ化のために最小８５０℃以上を保持し、ホウ化処理過程のうち、液状の鉄−ホウ素化合物層が形成されることを防止するために、鉄−ホウ素合金の最も低い溶融温度である１１７７℃未満の温度、例えば、１０５０℃以下に保持することができる。
【０１３１】
処理時間は、３０ないし６００分の範囲内で行われる。３０分より未満である場合には、鉄粉末の十分なホウ化処理が行われず、６００分を超過する処理は、既にホウ化処理が飽和段階に至って不要な過程であり得る。
【０１３２】
次に、レトルト１０内で鉄粉末のホウ素化が完了したと判断される時点に、炉体２０をレトルト１０の外周面から分離して除去する。このような炉体２０の除去によって、レトルト１０の加熱に利用される加熱部２２が除去され、したがって、レトルト１０は、自然に冷却段階に進入することができる。この際、レトルト１０を回転させ続けることによって、レトルト１０内の粉末を均一に冷却させうる。
【０１３３】
レトルト１０を十分に冷却させた後、レトルト１０から鉄−ホウ素化合物粉末を含む混合粉末を取り出す。
【０１３４】
このような混合粉末は、原料であった鉄粉末とホウ素供給物質粉末とが互いに反応して形成した鉄−ホウ素化合物粉末とその他の残留する原料粉末、活性化剤粉末などがいずれも混合されている。したがって、取り出された混合粉末を鉄−ホウ素化合物粉末とその外の粉末とに分離する段階をさらに行うことができる。分離する方法は、例えば、篩を用いて混合粉末から鉄−ホウ素化合物粉末とその外の粉末を分離することができる。
【０１３５】
鉄−ホウ素化合物粉末を製造するためのさらに他の実施形態として、固相の粉末形態の代わりに、ホウ素供給ガスをホウ素供給物質として利用する方法が行われる。ホウ素供給ガスは、鉄粉末との反応するホウ素を供給するガスであって、ホウ素ガスまたはホウ素化合物ガスを含みうる。この際、ホウ素化合物ガスは、Ｂ２Ｈ６、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＩ３、ＢＢｒ３、（ＣＨ３）３Ｂ及び（Ｃ２Ｈ５）３Ｂのうち何れか１つを含みうる。
【０１３６】
本実施形態による時に、レトルト１０内に原料４０として鉄粉末を装入する。次に、レトルト１０を炉体２０を通じて加熱して、所定の温度範囲、例えば、８５０℃ないし１０５０℃を保持しながら、ホウ素供給ガスをレトルト１０の内部に供給する。この際、鉄粉末とホウ素供給ガスとの均一な反応のためにレトルト１０を回転することができる。
【０１３７】
ホウ素供給ガスは、ガス貯蔵器（図示せず）からレトルト１０の内部に連結されるガスパイプ（図示せず）を通じてレトルト１０の内部に供給することができる。この際、ホウ素供給ガスは、キャリアガスと混合されて、混合ガスとして供給され、前記ホウ素供給ガスは、混合ガス内で２ないし４０体積％の範囲を有しうる。
【０１３８】
レトルト１０内での鉄粉末とホウ素供給ガスとの反応が完了したと判断される時点に、ホウ素ガス供給を中断した後、炉体２０をレトルト１０から分離させてレトルト１０を冷却させる。やはり均一な冷却のために、レトルト１０を回転させながら冷却させることができる。
【０１３９】
冷却が完了した後、レトルト１０から鉄粉末が反応して生成された鉄−ホウ素化合物粉末を取り出す。この際、本実施形態よる場合には、ホウ素供給物質がガス形態で供給されたので、前述した実施形態とは異なって、鉄−ホウ素化合物粉末と他の残留粉末とを分離するための段階をさらに行わないこともある。
【０１４０】
以下、本発明の理解を助けるために、実験例を提供する。但し、下記の実験例は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明が、下記の実験例によって限定されるものではない。
【０１４１】
［実験例１］
平均粒度が８０〜１００＃の鉄粉末に、ホウ素供給物質として平均粒度が１２０＃以下である炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）粉末と活性化としてＮａ３ＡｌＦ６粉末とを混合して混合粉末を準備した。この際、混合粉末内で炭化ホウ素粉末は、１０重量％を占め、Ｎａ３ＡｌＦ６粉末は、１重量％を占めた。
【０１４２】
このように準備された混合粉末を、図１のように、化合物粉末製造装置１００のレトルト１０に装入した後、レトルト１０を９５０℃で３時間加熱して鉄粉末をホウ化処理した。加熱中、レトルト１０は、５０ｒｐｍで回転させた。
【０１４３】
ホウ化処理が完了した後、炉体２０をレトルト１０の外周面から分離させた後、図３のように、レトルト１０を回転させながら冷却させた。冷却が完了した後、レトルト１０から混合粉末を取り出した後、篩でかけてホウ化処理された鉄−ホウ素化合物粉末と残留する炭化ホウ素粉末とを分離した。
【０１４４】
図５には、本実験例によって製造された鉄−ホウ素化合物粉末の断面組職を観察した結果が表われている。図５を参照すると、粉末は、いずれも鉄−ホウ素化合物で構成されていることを確認することができる。図６には、前記粉末のＸ線回折分析結果が表われているので、これを参照すると、鉄−ホウ素化合物として、Ｆｅ２Ｂが形成されたことが分かる。
【０１４５】
前記粉末の硬度をビッカース硬度計（荷重２０ｇ）で測定した結果、ＨＶ１６５０の高硬度値を表わした。
【０１４６】
以下、図７及び図８を参照して、本発明の他の実施形態による脱硼処理段階を説明する。
【０１４７】
図７には、脱硼処理段階前、混合粉末内でホウ素合金鉄粉末４００と対象粉末４１０とが互いに接触している状態の概念図が示されている。
【０１４８】
対象粉末４１０は、ホウ素と親和力を有した金属元素であって、ホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素であれば、制限もない。このような金属元素は、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上であり得る。
【０１４９】
図７のように、混合粉末内にホウ素合金鉄粉末４００と対象粉末４１０とが互いに接触された状態で前記混合粉末を所定の温度で加熱する場合、ホウ素合金鉄粉末４００からホウ素が対象粉末４１０側に化学反応によって移送拡散されながら、対象粉末４１０の浸硼処理が進行する。したがって、ホウ素合金鉄粉末４００は、脱ホウ素化が進行してホウ素含量が減少する代わりに、ホウ素の供給によって対象粉末４１０内のホウ素含量は増加する。
【０１５０】
このようなホウ素合金鉄粉末４００の脱ホウ素化は、ホウ素合金鉄粉末４００の表面から進行し、対象粉末４１０のホウ素含量の増加も対象粉末４１０の表面から進行しうる。図８には、脱硼処理過程のうち、ホウ素合金鉄粉末４００と対象粉末４１０のそれぞれの表面に形成された脱硼領域４２０と浸硼領域４３０とが例示されている。脱硼領域４２０は、脱ホウ素化によってホウ素含量が減少した領域であり、逆に、浸硼領域４３０は、ホウ素の供給でホウ素含量が増加した領域である。
【０１５１】
脱硼処理過程で、脱ホウ素化によってホウ素合金鉄粉末４００の表面に形成された脱硼領域４２０は、ホウ素が減少する以前に比べて融点がさらに低い領域になりうる。これを図１０の鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）の状態図を参照して説明する。
【０１５２】
図１０の鉄−ホウ素の状態図を参照すると、鉄は、溶融点が１５３８℃であり、ホウ素は、２０９２℃を表わす。鉄にホウ素が６４原子％添加される場合には、１５００℃で包晶反応が起こり、ホウ素が１７原子％添加される場合には、相対的に低い温度である１１７４℃で工程反応が起こる。したがって、ホウ素合金鉄内でホウ素の含量が５０原子％から減少して、１７原子％に至るまでホウ素合金鉄の融点は、１６５０℃から１１７４℃まで減少する。
【０１５３】
したがって、例えば、ホウ素合金鉄粉末４００内の最初のホウ素含量が５０原子％であり、以後、脱硼処理過程で脱ホウ素化によってホウ素合金鉄粉末４００の表面にホウ素含量が１７原子％である脱硼領域４２０が形成されたならば、このような脱硼領域４２０が形成されることによって、ホウ素合金鉄粉末４００の表面での融点は、最初１６５０℃から１１７４℃に約４８０℃程度の減少を表わす。
【０１５４】
このように、ホウ素合金鉄粉末４００は、対象粉末４１０を浸硼処理するためのホウ素供給源でありながら、自身はホウ素供給による脱ホウ素化で融点が顕著に低くなる。
【０１５５】
このような脱硼処理段階前、混合粉末内のホウ素合金鉄粉末のホウ素含量は、１７原子％以上を有し、さらに１７原子％ないし８０原子％の範囲を有しうる。また、前記脱硼処理段階後、混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５ないし３５原子％の範囲であり、さらに１０ないし２５原子％の範囲であり得る。
【０１５６】
また、ホウ素合金鉄粉末４００は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含み、この場合、脱ホウ素化によってホウ素合金鉄粉末の融点は、１１７４℃の下にさらに減少させうる。この際、Ｓｉは、５重量％以下、そして、Ｃの含量は、２重量％以下であり得る。
【０１５７】
一方、対象粉末４１０の表面に形成された浸硼領域４３０は、対象粉末４１０を成す金属にホウ素が固溶された領域であるか、あるいはホウ素と対象粉末４１０を成す金属とが互いに反応して生成されたホウ素化合物層であり得る。例えば、脱硼処理段階前、混合粉末内に混合された対象粉末４１０が、前記で列挙したＦｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷである場合、そのホウ素化合物は、それぞれＦｅＢ、ＴｉＢ２、ＣｒＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＶＢ２、ＡｌＢ１２、ＳｉＢ６、ＮｉＢ、ＣｏＢ、ＴａＢ２、Ｍｏ２Ｂ５、Ｗ２Ｂ５などを形成しうる。このようなホウ素化合物は、硬度値がＨＫ２０００以上の高硬度値を表すことができる。
【０１５８】
例えば、対象粉末が鉄（Ｆｅ）粉末である場合、鉄粉末内に広がるホウ素の濃度が低い場合には、浸硼領域４３０にホウ素が鉄に固溶される拡散層を形成するが、ホウ素の濃度が増加するにつれて、鉄−ホウ素間の反応によって、鉄−ホウ素化合物として、ＦｅＢまたはＦｅ２Ｂを形成しうる。
【０１５９】
例えば、鉄粉末は、図９のように、浸硼処理過程中にその表面から内部に入りながら、ホウ素の濃度によって、ＦｅＢ−Ｆｅ２Ｂ−ホウ素固溶層４３０ｃ、４３０ｂ、４３０ａの３つの領域に変化されるか（図９の（ａ））、またはＦｅ２Ｂ−ホウ素固溶層４３０ｂ、４３０ａの２つの領域に変化されるか（図９の（ｂ））、あるいはいずれも化合物層４３０ｄのみからなるように変化されうる（図９の（ｃ））。
【０１６０】
このような化合物層の厚さｘは、次の拡散第２法則（式１）によって処理温度及び時間に依存する。ここで、ｘは、化合物層の厚さ、ｔは、処理時間、Ｄは、拡散係数である。
【０１６１】
ｘ＝（Ｄｔ）１／２（式１）
【０１６２】
例えば、対象粉末が鉄粉末である場合、前記鉄粉末に他の合金元素が含有される場合、ホウ素の拡散速度が低くなって、ＦｅＢまたはＦｅ２Ｂの形成を抑制して、粉末の表面から中心に至るまで均一な化合物を有しにくく、鉄粉末の直径が過度に大きな値を有する場合にも、やはり鉄粉末全体を均一な化合物に変化させるのに難しいことがある。したがって、このような点で、鉄粉末は、直径の最大値が１０００μｍを超えていない純鉄粉末を利用することが望ましい。鉄粉末以外に、前記で列挙した他の対象粉末も、同じ理由で可能な粉末の直径が１０００μｍを超えないものであって、純粋なものを使うことが望ましい。しかし、本発明が、これに制限されるものではなく、目的やコスト、その他の多様な効果を勘案して、他の元素が添加された合金粉末を対象粉末として利用することも可能である。
【０１６３】
一方、対象粉末４１０の浸硼領域４３０は、浸硼される前に比べて融点が減少することができる。例えば、図１０を参照すると、対象粉末が純粋な鉄粉末である場合、ホウ素合金鉄粉末によって浸硼処理されて、ホウ素の含量が０から１７原子％まで増加することによって、融点が１５３８℃から工程温度である１１７４℃まで減少する。また、浸硼領域４３０がホウ素化合物としてＦｅ２Ｂが形成されても、融点が１３８９℃として純鉄の１５３８℃に比べてさらに低い融点を表わす。
【０１６４】
したがって、このような場合には、脱硼処理段階前、混合粉末内にホウ素の供給源として含まれたホウ素合金鉄と浸硼処理の対象物として含まれた対象粉末とが脱硼処理段階後には、いずれも融点が低くなる効果が表われる。
【０１６５】
このように脱硼処理段階を経た混合粉末内には、少なくとも一部に脱硼処理によってホウ素の含量が相対的に低くなった領域である脱硼領域を含むホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域を含む対象粉末とが形成されうる。したがって、このように脱硼処理段階を経た混合粉末をホウ素合金混合粉末と名付けることができる。
【０１６６】
この際、前記脱硼領域は、ホウ素の含量が相対的に小さな領域であって、脱ホウ素化にならなくて、ホウ素の含量が相対的に高い領域に比べてさらに低い融点を有する領域になる。
【０１６７】
ホウ素合金鉄粉末の脱硼程度や、あるいは対象粉末の脱硼程度は、脱硼処理段階の条件やホウ素合金鉄粉末と対象粉末との大きさに依存することができる。すなわち、脱硼処理段階が高温で十分な時間を置いて進行するか、あるいは粉末の大きさが小さな場合には、ホウ素合金鉄粉末の全領域で脱硼が起こるか、あるいは対象粉末の全領域で浸硼が起こりうる。
【０１６８】
例えば、ＦｅＢであるホウ素合金鉄粉末とＣｒ粉末とを混合した後、脱硼処理段階を行う場合、ホウ素合金鉄粉末の一部が脱硼によってＦｅ２Ｂが形成されるか、あるいはいずれもがＦｅ２Ｂに脱硼されうる。同様に、Ｃｒ粉末も一部が浸硼によってＣｒＢに浸硼されるか、あるいはいずれもがＣｒＢに浸硼されうる。
【０１６９】
このような脱硼処理段階を経た混合粉末内でホウ素合金鉄粉末は、そのまま浸硼処理された対象粉末４１０を結合させる結合剤として作用する。すなわち、前記混合粉末内には、浸硼処理された対象粉末と脱硼処理によって融点が低くなったホウ素合金鉄粉末とが互いに混合されているので、浸硼処理された対象粉末を別途に分離されて選別する過程を経ずに、前記混合粉末をそのまま用いて粉末結合体を製造することができる。
【０１７０】
例えば、脱硼処理段階を経た混合粉末をホウ素含量の減少によって低くなったホウ素合金鉄粉末の融点よりも高い温度で加熱する場合、ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部が溶融されながら生成された液状が、浸硼処理された対象粉末を取り囲みながら互いに結合させる。この場合、ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部が溶融されながら生成された液状が、浸硼処理された対象粉末を取り囲みながら互いに結合させる。
【０１７１】
前述したように、脱硼処理過程でホウ素合金鉄粉末のホウ素含量の減少で融点は最低１１７４℃まで低くなるので、加熱される温度は脱硼処理されていないホウ素合金鉄粉末よりも顕著にさらに低い温度で加熱することができる。溶融されたホウ素合金鉄粉末の液状が、対象粉末と接触して取り囲んだ後、これを凝固させる場合、ホウ素合金鉄粉末によって、前記対象粉末が互いに結合された粉末結合体が形成される。
【０１７２】
この際、対象粉末の浸硼領域も低くなった融点によって共に溶融され、この場合、ホウ素合金鉄粉末の脱硼領域と対象粉末の浸硼領域とがいずれも溶融されて互いに融着されて、粉末間の結合力が高くなる効果が得られる。
【０１７３】
場合によっては、前記ホウ素合金鉄粉末の脱硼領域と前記対象粉末の浸硼領域とが互いに接触した状態で焼結が起こりながら、互いに結合されうる。
【０１７４】
したがって、このように製造された粉末結合体は、少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部が浸硼領域からなる対象粉末とのうち何れか１つ以上で少なくとも一部が溶融後、凝固されながら結合されるか、あるいは脱硼領域と浸硼領域とが互いに焼結されて結合された組職を有しうる。
【０１７５】
この際、粉末結合体を成すホウ素合金鉄粉末の脱硼領域は、ホウ素合金鉄粉末の表面に位置しうる。ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含みうるが、この場合、粉末結合体を形成するに当たって、融点をさらに減少させることができる。
【０１７６】
一方、粉末結合体を形成する対象粉末４１０の表面に形成された浸硼領域４３０は、対象粉末４１０を成す金属にホウ素が固溶された領域であるホウ素固溶体あるいはホウ素と対象粉末４１０を成す金属が互いに反応して生成されたホウ素化合物層が形成されうる。例えば、脱硼処理段階前、混合粉末内に混合された対象粉末４１０は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上であり、そのホウ素化合物は、それぞれＦｅＢ、ＴｉＢ２、ＣｒＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＶＢ２、ＡｌＢ１２、ＳｉＢ６、ＮｉＢ、ＣｏＢ、ＴａＢ２、Ｍｏ２Ｂ５、Ｗ２Ｂ５などを形成しうる。このようなホウ素化合物は、硬度値がＨＫ２０００以上の高硬度値を表すことができる。
【０１７７】
他の例として、脱硼処理段階を経た混合粉末に第３の粉末をさらに添加して、前記第３の粉末を前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び前記浸硼処理された対象粉末のうち何れか１つ以上と結合させて粉末結合体を製造することができる。
【０１７８】
この際、前記第３の粉末は、純金属粉末、合金粉末、またはセラミック粉末を含みうる。例えば、純金属粉末は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上であり得る。
【０１７９】
前記合金粉末は、自溶性合金粉末を含みうる。自溶性合金は、溶融時に自発的に脱酸（ｓｅｌｆ−ｄｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ）されるか、スラグを形成する（ｓｅｌｆ−ｓｌａｇｆｏｒｍａｔｉｏｎ）合金であって、代表的に、ホウ素またはシリコンが含有されたニッケル系、コバルト系及び鉄系合金が挙げられる。自溶性合金粉末が添加される場合、耐摩耗、耐酸化、耐蝕性などが向上する効果が得られる。
【０１８０】
また、前記セラミック粉末は、金属の酸化物、炭化物、窒化物及びホウ化物のうち何れか１つ以上を含みうる。例えば、前記セラミック粉末としては、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷなどの窒化物、または炭化物、またはホウ化物、または酸化物などが挙げられる。このような高硬度セラミック粉末を添加して粉末結合体を製造する場合、粉末結合体の硬度や強度のような機械的特性をさらに向上させうる。
【０１８１】
この際、前記混合粉末内の対象粉末は、高硬度ホウ化物粉末として作用するか、あるいは前述したように、ホウ素合金鉄粉末と共に溶融されて、第３の粉末を結合させる結合剤として作用する。したがって、前記第３の粉末も、前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び前記浸硼処理された対象粉末のうち何れか１つ以上と結合されうる。
【０１８２】
場合によっては、前記混合粉末には、溶剤をさらに添加して粉末結合体を製造することができる。このような溶剤としては、例えば、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７１０Ｈ２Ｏ）が使われる。
【０１８３】
前述した混合粉末の脱硼処理段階は、前記で図１ないし図３を参照して説明した通りである。
【０１８４】
以下、図１ないし図３を再び参照して、混合粉末の脱硼処理段階を説明する。
【０１８５】
図１ないし図３を参照すると、前述した反応器または粉末製造装置１００による場合、レトルト１０内に装入される混合粉末４０を加熱することによって、混合粉末４０内のホウ素合金鉄粉末の脱硼処理及び対象粉末の浸硼処理を行うことができる。レトルト１０内には、混合粉末４０として、前述したホウ素合金鉄粉末及び対象粉末以外にさらに活性化剤粉末を装入することができる。このような活性化剤は、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末との反応温度を低めて熱化学析出反応をさらに促進させることができる。このような活性化剤としては、粉末形態としてＮａ３ＡｌＦ６、ＫＢＦ４、ＡｌＦ３、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＣａＦ２及びＮＨ４Ｃｌのうち何れか１つ以上を含みうる。このような活性剤は、混合粉末４０内で０．５ないし２０重量％の範囲にさらに含まれうる。
【０１８６】
一方、前記活性化剤は、ガス形態として供給し、ＨＣｌまたはＣＣｌ４ガスのうち何れか１つを含みうる。このような活性化剤ガスは、活性化剤ガス貯蔵器（図示せず）からレトルト１０の内部に連結されるガスパイプ（図示せず）を通じてレトルト１０の内部に供給することができる。
【０１８７】
図１を参照すると、まず、レトルト１０内にホウ素合金鉄粉末と対象粉末とが混合された混合粉末４０を装入する。この際、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とをそれぞれ装入して混合するか、あるいはホウ素合金鉄粉末と対象粉末とをあらかじめ混合して装入することができる。この際、混合粉末４０において、ホウ素合金鉄粉末は、５ないし９５重量％の範囲を有し、さらに１０ないし９０重量％の範囲を有しうる。また、前述したように、活性剤粉末を前記第１混合粉末４０内に添加できるということはいうまでもない。
【０１８８】
次に、レトルト１０を回転させながら、炉体２０の加熱部２２を用いてレトルト１０を加熱する。この際、レトルト１０の外周面に炉体２０が結合されていない状態である場合には、まず、炉体２０をレトルト１０の外周面に移動させて互いに結合させた後、炉体２０の加熱部を作動してレトルト１０を加熱する。
【０１８９】
炉体２０が、図３のように、上部側の第１部分炉体２０ａ及び下部側の第２部分炉体２０ｂで構成される場合には、それぞれの部分炉体２０ａ、２０ｂを移動させてレトルト１０の外周面に結合させることができる。
【０１９０】
加熱中にレトルト１０を図１のように回転させることによって、混合粉末４０内の粉末が互いに均一に混合される効果と加熱部２２を通じて伝達される熱が混合粉末４０内に均一に伝達される効果とが得られる。レトルト１０が加熱されることによって、レトルト１０内のホウ素合金鉄粉末によって対象粉末の浸硼処理が進行する。
【０１９１】
この際、脱硼処理段階は、酸化防止雰囲気で行われる。このために、レトルト１０の内部に窒素、アルゴンのような不活性ガスを導入するか、水素のような還元性ガスを導入して、酸化防止雰囲気を形成しうる。あるいは真空ポンプを用いてレトルト１０の内部を真空雰囲気で作って酸化防止雰囲気を形成しうる。
【０１９２】
脱硼処理段階のうち、液状が形成されないように脱硼処理温度は、ホウ素合金鉄粉末または対象粉末の融点よりも低い温度で保持することができる。例えば、対象粉末が鉄粉末である場合、脱硼処理のうち、脱ホウ素化によってホウ素合金鉄粉末の融点が減少する点を勘案して、鉄−ホウ素合金の最も低い溶融温度である１１７７℃未満の温度、例えば、１０５０℃以下に保持することができる。
【０１９３】
処理時間は、３０ないし６００分の範囲内で行われる。３０分未満である場合には、対象粉末の十分なホウ化処理が行われず、６００分を超過する処理は、既にホウ化処理が飽和段階に至って不要な過程であり得る。
【０１９４】
次に、炉体２０をレトルト１０の外周面から分離して除去する。このような炉体２０の除去によって、レトルト１０の加熱に利用される加熱部２２が除去され、したがって、レトルト１０は、自然に冷却段階に進入することができる。
【０１９５】
この際、レトルト１０を回転させ続けることによって、レトルト１０内の混合粉末４０を均一に冷却させうる。均一な冷却のために、レトルト１０は、冷却させる間に回転することができる。レトルト１０を十分に冷却させた後、レトルト１０から脱硼処理段階が完了した混合粉末４０を取り出す。このように脱硼処理段階が完了した混合粉末４０は、前述したように、脱硼領域を含むホウ素合金鉄と浸硼領域を含む対象粉末とが混合されたホウ素合金混合粉末になる。
【０１９６】
このようなホウ素合金混合粉末は、そのまま粉末結合体を製造するための原料として利用される。すなわち、前記混合粉末は、硬度が非常に高く、高温酸化及び腐蝕抵抗特性に優れ、これら特性を要求する各種機械部品の被覆層の形成に利用されうる。また、脱硼処理及び浸硼処理によって相対的に融点が減少した低融点特性を見せることによって、粉末結合体を製造するために加熱する温度が低くなるか、粉末間の融着特性の向上でさらに優れた結合力を有した粉末結合体を製造することができる。
【０１９７】
例えば、ホウ素合金混合粉末を焼結するか、溶融凝固させる鋳造方法を通じて機械部品として利用される粉末結合体を製造することができる。この際、所定の温度で加熱する前に混合粉末を所定の形状の金型に装入し、加熱して粉末結合体を製造することができる。場合によっては、所定の金型に装入された混合粉末をプレスなどで加圧して成形体を製造する段階をさらに経ることができる。この成形体を加熱することによって、所定の形状を有する粉末結合体を製造する。
【０１９８】
以下、本発明の理解を助けるために、実験例を提供する。但し、下記の実験例は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明が、下記の実験例によって限定されるものではない。
【０１９９】
［実験例２］
レトルト内に３０〜１００ｍｅｓｈ大きさのホウ素合金鉄粉末を７８重量％、１０ｍｅｓｈ大きさのＣｒ粉末を２０重量％、そして、活性化剤としてＫＢＦ４及びＡｌＦ３をそれぞれ１重量％に装入した後、回転加熱させて９５０℃で３時間保持して、ホウ素合金鉄粉末の脱硼及びＣｒ粉末の浸硼がなされるようにして炉冷させた。
【０２００】
図１１及び図１２には、これら混合粉末の脱硼及び浸硼前後のＸ線回折結果が示されている。図１１及び図１２を参照すると、処理前には、混合粉末がＦｅＢ及びＣｒ状態で存在するが、処理後には、ＦｅＢ粉末は脱硼され、Ｃｒ粉末は脱硼されて、溶融点が低いＦｅ２Ｂ及びＣｒＢで存在することが分かる。
【０２０１】
図１３の上部及び下部には、脱硼されたホウ素合金鉄粉末の断面組職を観察した結果及び組成をＥＰＭＡで分析した結果が表われている。図１３を参照すると、ホウ素合金鉄粉末の表面に脱硼処理によってホウ素含量が減少した脱硼領域（図１３の脱ボロナイジング層）が形成されたことが分かる。
【０２０２】
また、図１４の上部及び下部には、浸硼されたＣｒ粉末の断面組職及びＥＰＭＡ結果が表われており、これを参照すると、Ｃｒ粉末の表面に浸硼処理によってホウ素含量が増加した浸硼領域（図１４のボロナイジング層）が形成されたことを確認することができる。
【０２０３】
［実験例３］
炭素鋼素材の廃ショットボール９０ｗｔ％と１０ｗｔ％のホウ素合金鉄粉末とを混合した後、熱処理を通じてホウ素合金鉄を脱硼させ、廃ショットボールを浸硼させた混合粉末を得た。前記混合粉末を９０ｗｔ％、そして、溶剤として１０ｗｔ％ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７１０Ｈ２Ｏ）を添加して、炭素素材で製造した金型に装入して、１２５０℃で１０分間加熱して粉末結合体を製造した。図１５には、前記粉末結合体の微細組職を観察した結果が表われている。図１５を参照すると、鉄−ホウ素化合物（図１５の白色領域）と工程凝固組職（図１５の黒色領域）とを含む微細組職を表わすことが分かる。前記粉末結合体をロックウェル硬度計で硬度を測定した結果、ＨＲＡ７８硬度値を表わした。
【０２０４】
［実験例４］
鉄粉末９０ｗｔ％に１０ｗｔ％のホウ素合金鉄粉末を添加した後、熱処理して浸硼された鉄粉末及び脱硼されたホウ素合金鉄粉末が混合されている混合粉末を得た。前記混合粉末４５ｗｔ％、自溶性合金粉末（ｐｏｌｅｍａ社Ｂ２６）４５ｗｔ％、そして、溶剤として１０ｗｔ％ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７１０Ｈ２Ｏ）を添加して混合した後、炭素素材で製造した金型に装入して、１２５０℃で１０分間加熱して粉末結合体を製造した。図１６には、前記粉末結合体の微細組職を観察した結果が表われている。図１６を参照すると、鉄−ホウ素化合物（図１６の白色領域）とマルテンサイト組職（図１６の黒色領域）とを含む微細組職を表わすことが分かる。前記粉末結合体をロックウェル硬度計で硬度を測定した結果、ＨＲＡ８２硬度値を表わした。
【０２０５】
このように、本発明による場合、低価の低合金元素で硬度値が非常に高い結合体を製造し、これを通じて適用部品を長寿命化できることはもとより、高価の資源節約を期することができるなど多様な効果を期待することができる。
【０２０６】
さらに他の例として、このような混合粉末を所定のパイプ（あるいは鋼管）の内部に装入し、前記パイプを加熱及び回転させながら、パイプ内面に粉末結合体からなる高硬度被覆層を形成しうる。
【０２０７】
図１７ないし図２０は、本発明の一実施形態による鋼管を概略的に示した断面図であり、具体的に、図１７には、本発明の一実施形態による鋼管のｘ方向に対して垂直な断面図が示されており、図１８ないし図２０には、ｙ方向に対して垂直な断面図が示されている。
【０２０８】
以下、図１７ないし図２０を参照して、本発明の一実施形態による鋼管の製造方法を説明する。
【０２０９】
図１７には、本発明の一実施形態による被覆層が形成された鋼管を製造するための鋼管５００が概略的に示されている。鋼管５００は、混合粉末が配される前、先に回転させながら加熱部（図示せず）によって加熱されうる。もちろん、鋼管５００内に混合粉末６００を先に配置し、混合粉末６００は、少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とを含む。
【０２１０】
一方、ホウ素合金鉄粉末は、脱硼領域が形成されていない粉末であり、対象粉末は、浸硼領域が形成されていない粉末であり得る。そして、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とのうち何れか１つのみ脱硼領域または浸硼領域が形成されていないこともある。このような場合、鋼管内でホウ素合金鉄粉末の脱硼処理及び／または対象粉末の浸硼処理ができる。
【０２１１】
例えば、対象粉末に浸硼領域が形成されていない場合、対象粉末をホウ素合金鉄粉末と接触させて加熱すれば、ホウ素合金鉄粉末からホウ素（Ｂ）が対象粉末側に化学反応によって移送拡散されて、対象粉末に浸硼領域を形成させ、対象粉末が浸硼処理され、浸硼領域が形成される間に、ホウ素合金鉄粉末は、脱硼されて脱硼領域を形成し、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末との融点を減少させうる。このような脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と浸硼領域が形成された対象粉末とが混合された混合粉末６００は、浸硼処理された対象粉末を別途に分離して選別する過程を経ずに、そのまま利用できる。
【０２１２】
鋼管５００は、中空円筒状のパイプ状を有し、回転させながら加熱部（図示せず）によって加熱された混合粉末６００が少なくとも一部または完全溶融されて液状の溶融層６０３が形成され、この溶融層６０３は、図１９のように回転している遠心力によって鋼管５００の内面に張り付けられ、冷却しながら凝固されて鋼管５００内に被覆層６０５を形成しうる。混合粉末６００において、ホウ素合金鉄粉末は、５ないし９５重量％であり、さらに１０ないし９０重量％であり得る。この際、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末との平均粒度は、ＡＳＴＭ標準体で２００メッシュないし２０メッシュであり得る。
【０２１３】
鋼管５００内の混合粉末は、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とが混合され、ここにクロム合金鉄粉末及び／または溶剤をさらに混合することができる。溶剤は、混合粉末が溶融されて大気に露出される時、酸化されることを防止し、流動度を向上させうる。このような溶剤としては、例えば、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、ＮａＳｉＯ３、ＮａＨＣＯ３、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＣａＳｉ、ＣａＯ、３ＮａＦ及びＡｌＦ３などがあり、少なくとも何れか１つを含みうる。クロム合金鉄粉末は、炭素を２重量％以上及びクロムを５０重量％以上含みうる。クロム合金鉄粉末は、クロムを主成分とし、鉄及び炭素が含まれており、安価であり、低融点ホウ素合金鉄粉末と比重が類似して焼結及び遠心鋳造などの鋳造をする時、均一に分散されうる。
【０２１４】
一方、低融点ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素合金鉄粉末を脱硼して製造し、低融点対象粉末は、安価の鉄粉末を含みうる。さらに、低融点対象粉末は、使用後に廃棄されたショットボール及び切削チップなどを原材料として、これらを浸硼させて製造した構造物に代替されうる。このように製造された被膜または被覆層の場合、高濃度クロムによって不動態被膜を形成し、ＨＶ１２００に達する非常に高い硬度が得られ、耐磨耗性、耐蝕性及び高温酸化特性に優れる鋼管が得られる。また、廃棄物を原材料として利用するので、資源節減及び環境汚染を防止することができる。
【０２１５】
クロム合金鉄粉末を混合した混合粉末において、クロム合金鉄粉末は、５ないし９５重量％含まれ、鉄、クロム、ケイ素及び炭素のうち少なくとも何れか１つを含みうる。このようなクロム合金鉄粉末の平均粒度は、ＡＳＴＭ標準体で２００メッシュないし４メッシュであり得る。
【０２１６】
混合粉末６００を鋼管５００内に配置してからは、鋼管５００の両端部を蓋（図示せず）で塞いだ後、回転させながら鋼管５００を加熱する。この際、鋼管５００の回転数は、次の式１によって決定することができる。
【０２１７】
回転数＝［ＧＸ１０７／５．６Ｘ鋼管内径（ｍｍ）］１／２（式１）
【０２１８】
ここで、Ｇは、式２で表すことができる。
【０２１９】
Ｇ＝遠心力／重力＝５．６Ｘ１０−７Ｘ鋼管内径（ｍｍ）Ｘ回転数（ｒｐｍ）２（式２）
【０２２０】
本発明の一実施形態による被覆層を形成する時、加えられる回転速度は、混合粉末の組成比によって５Ｇないし１２０Ｇで行うことができる。遠心力は、重力加速度の５倍よりも小さければ、適切な遠心鋳造がなされるほどの遠心力が加えられず、重力加速度の１２０倍よりも大きければ、あまりにも過度な力が加えられるために不要であり得る。
【０２２１】
次に、鋼管５００内に装入された混合粉末６００を融点よりも高い温度で加熱して、高硬度の被覆層６０５を形成しうる。被覆層６０５を形成するためには、混合粉末６００は先に溶融凝固されなければならない。先に混合粉末６００を溶融させるために、例えば、ガス燃焼加熱、電気抵抗加熱及び高周波誘導加熱などの加熱手段を利用でき、鋼管５００の外周面に投入される熱を発生させる加熱源であれば、如何なる形態でも良い。この際、加熱温度は、鋼管５００の溶融温度よりも低い１０００℃ないし１５００℃の範囲で加熱することができる。
【０２２２】
加熱中に鋼管５００を回転させれば、混合粉末６００内の粉末が互いに均一に混合される効果と加熱手段を通じて伝達される熱が混合粉末６００に均一に伝達される効果とも得られる。混合粉末６００を融点よりも高い温度で加熱すれば、混合粉末６００は、部分、または完全溶融になり、鋼管５００の内面に溶融層６０３を形成する。この際、ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部が溶融されながら生成された液状が、浸硼処理された対象粉末を取り囲みながら互いに結合することができる。もちろん、対象粉末の少なくとも一部が溶融されて、ホウ素合金鉄粉末との結合力を強化させることができる。
【０２２３】
図２１は、本発明の一実施形態による鋼管の製造方法を概略的に示した断面図である。
【０２２４】
図２１を参照して説明すれば、鋼管５００内の被覆層６０５を形成するための加熱手段として、高周波誘導加熱を使うことができる。高周波誘導加熱器７００は、コイルで取り囲まれており、少なくとも１つ以上が鋼管の外周面の少なくとも一部を取り囲んで配置される。
【０２２５】
例えば、鋼管５００の一側である＋ｚ方向に高周波誘導加熱器７００が１つ配され、残りの他の１つがこれと反対される他側、−ｚ方向に互いに対向配置される。他の例として、高周波誘導加熱器７００は、鋼管５００の円周方向の外周面をいずれも取り囲むように一体として配置されることもある。さらに他の例として、高周波誘導加熱器７００は、複数個として互いに離隔して鋼管５００の円周方向の外周面に沿って配置されることもある。高周波誘導加熱器７００は、局部加熱が可能であり、移動部（図示せず）に連結されて鋼管５００の長手方向である±ｙ方向に移動することができる。
【０２２６】
このような高周波誘導加熱器７００を加熱部として使って、鋼管５００内の被覆層６０５を形成する方法としては、先に、ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とが混合され、クロム合金鉄粉末及び／または溶剤を含む混合粉末６００を鋼管に装入する。この際、混合粉末６００は、鋼管５００の±ｙ方向に亘って均一に装入されうる。
【０２２７】
鋼管５００は、回転し、混合粉末６００が装入される前から回転し、装入してから回転することもできる。鋼管５００が回転し、混合粉末６００が均一に混合される間に、鋼管５００の一側＋ｙ方向から他側（−ｙ方向）まで高周波誘導加熱器７００を移動し、局部加熱ができる。この際、高周波誘導加熱器７００は、３００Ｈｚないし５ｋＨｚの周波数を有し、コイルに電力を加えて混合粉末６００の溶融温度である１０００℃ないし１５００℃の温度で加熱することができる。
【０２２８】
図２１のＩ−Ｉ線に沿って取った断面は、図１８に示された断面に対応し、図２１のＩＩ−ＩＩ線に沿って取った断面は、図１９に示された断面に対応することができる。
【０２２９】
図面に示されたように、混合粉末６００は、鋼管５００が回転することによって鋼管５００内で均一に混じられ、底に敷かれている。この際、高周波誘導加熱を進行すれば、加熱部が位置する部分と近くの部分とにある鋼管５００内の少なくとも一部の混合粉末６００は、局部加熱されて溶融され、鋼管５００内に少なくとも一部液状の溶融層６０３が形成されうる。溶融層６０３は、鋼管５００が回転することによって鋼管５００の内面に張り付けられ、高周波誘導加熱器７００の過ぎ去った部位は凝固されて、被覆層６０５を形成させうる。
【０２３０】
前述した局部加熱を通じる被覆層６０５の形成方法とは異なって、鋼管５００の全体を均一に加熱して混合粉末６００を溶融させた後、粉末が部分または完全溶融されて互いに結合が完了したと判断される時点に、鋼管５００の加熱を中断または加熱手段を除去すれば、鋼管５００は、自然に冷却段階に進入することもできる。この際、鋼管５００を回転させ続けながら冷却すれば、鋼管５００と当接する部分から凝固され始めて、内面の部分が最後に凝固し、高硬度の被覆層６０５を形成させうる。この際、別途の冷却装置（図示せず）を備えて急速に凝固させることも可能である。
【０２３１】
一方、摩耗、潤滑及び酸化などの特性を改善するために、被覆層６０５を形成するに当たって、混合粉末６００をあらかじめ少なくとも一部または完全溶融して溶融金属を鋼管５００内に装入し、加熱溶融させた後、回転させながら冷却することもできる。
【０２３２】
このように製造された鉄−ホウ素合金からなる被覆層６０５は、溶融点が低いながら湿潤性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）に優れる性質を有しうる。また、このような特性を満足させるために添加する各種元素、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）などを入れなくても良いために、追加的なコスト負担が発生せず、同時に硬化能に優れて、別途の熱処理を行わなくても、非常に高い硬度及び強度が得られる。また、脱硼処理及び浸硼処理によって相対的に融点が減少した低融点特性を有しているために、被覆層６０５を形成するために加熱する温度が低く、粉末間の融着特性の向上でさらに優れた結合力を有した粉末結合体を製造することができる。
【０２３３】
図２０には、本発明の一実施形態による鋼管のｙ方向に対して垂直な断面図が示されている。図２０を参照して、本発明の一実施形態による鋼管を説明すれば、次の通りである。
【０２３４】
鋼管５００は、前述したように、少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とが溶融され、凝固されて被覆層６０５を形成する。この際、被覆層６０５の組職は、基地金属または結合材として少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とが加熱されて溶融され、再び冷却されて凝固された組職を有しうる。そして、ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部が溶融されて対象粉末を接触して、取り囲んでいる組職を形成することもできる。
【０２３５】
鋼管の内部面の被覆層６０５の組職は、強化材として粒状のクロム合金鉄をさらに含みうる。クロム合金鉄をさらに含むことによって、高硬度が得られ、優れる耐磨耗性と高濃度クロムによる不動態被膜も形成しうる。クロムは、ホウ素合金鉄粉末と比重が類似しているので、組職内に均一に分散され、優れる耐蝕性と高温酸化特性とが得られて、例えば、鋼管内で高圧で移送されるコンクリートスラリーの砂利及び砂などによって生じる摩耗などを効果的に防止することができる。
【０２３６】
この際、強化材は、１０重量％ないし８０重量％のクロム、２重量％ないし１０重量％の炭素、２．５重量％以下のケイ素と鉄とを含み、結合材は、５原子％ないし３５原子％のホウ素を含有することができる。結合材は、鉄及びホウ素を含み、強化材は、鉄、クロム、ケイ素及び炭素のうち少なくとも何れか１つを含みうる。
【０２３７】
前記のように、耐磨耗性を有する鋼管内面の被覆層を形成する物質には、鉄、クロム、ケイ素、炭素及びホウ素のうち少なくとも何れか１つを含みうる。例えば、被覆層は、１０重量％以下のホウ素、６０重量％以下のクロム、１０重量％以下の炭素、２．５％以下のケイ素を含みうる。
【０２３８】
一方、被覆層のホウ素含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有しうる。ホウ素が含有されることによって、結合材の溶融温度を低め、硬度を高める効果を有しうるが、その含量が１０重量％を超過する場合、溶融凝固時に被覆層に気泡を発生させ、ホウ素化合物を形成して被覆層の脆性を増加させることができる。
【０２３９】
被覆層内にクロムが含有されることによって、高硬度、耐磨耗性、耐蝕性及び優れる高温酸化特性が表われうるが、６０重量％超過する場合、結合材の添加量が少なくなって、むしろ溶融結合力を落としうる。また、多量の添加は、脆性をもたらし、同時に硬度増加効果も落ちるので、６０重量％以下のクロムを含ませる。
【０２４０】
被覆層の溶融温度を低め、クロム炭化物を形成して、高硬度、すなわち、優れる耐磨耗性を得るために炭素を添加することができる。炭素の添加量が１０重量％を超過すれば、その効果が微々たるので、１０重量％以下（０超過）で添加されうる。同様に、被覆層のケイ素添加量は、２．５重量％以下（０超過）に添加することができるが、このようになれば、機械的性質を低下させずとも、溶融温度を低めて、脱酸効果が得られるためである。
【０２４１】
以下、本発明の理解を助けるために、実験例を提供する。但し、下記の実験例は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明が、下記の実験例によって限定されるものではない。
【０２４２】
［実験例５］
表１には、本発明による実施形態として、鋼管を製造するために使った粉末混合比による被覆層の化学成分及び硬度が表われている。
【０２４３】
【表１】
2014520209.tif 000003
【０２４４】
試片１ないし４のホウ素（Ｂ）表面合金ショットボールは、１０重量％のホウ素合金鉄粉末と９０重量％のショットボールとを混合して、９５０℃で３時間浸硼及び脱硼処理して製造したものであり、試片５ないし８のホウ素（Ｂ）表面合金純鉄粉末は、１０重量％のホウ素合金鉄粉末と９０重量％の純鉄粉末とを混合して、９５０℃で３時間浸硼及び脱硼処理して製造したものである。
【０２４５】
試片１は、このように製造されたホウ素（Ｂ）表面合金ショットボールを用いて被覆層を形成したものであり、試片２ないし４は、このように製造されたホウ素（Ｂ）表面合金ショットボールとクロム合金鉄粉末との混合比率を表１のような３：１、１：１、１：３の比率で変化させながら被覆層を形成したものである。一方、試片５は、ホウ素（Ｂ）表面合金純鉄粉末を用いて被覆層を製造したものであり、同様に、試片６ないし８は、このように製造されたホウ素（Ｂ）表面合金純鉄粉末とクロム合金鉄粉末との混合比率を表１のような３：１、１：１、１：３の比率で変化させながら被覆層を形成したものである。試片１ないし４及び試片５ないし８いずれも３０Ｇで回転させながら、誘導加熱装置によって１２５０℃で加熱溶融凝固させて製造した。
【０２４６】
図２２は、被覆層が形成された鋼管の一部の断面を示す写真であって、図２５のように、鋼管（銀色）内に被覆層（暗い灰色部分）が形成された。
【０２４７】
表１を参照すると、試片１ないし８いずれも硬度がＨＶ８００ないしＨＶ１２００の範囲であって、非常に高く、クロム合金鉄粉末の添加によって硬度がさらに増加したことを確認することができた。
【０２４８】
図２３ないし図２５は、クロム合金鉄粉末添加量による鋼管内の被覆層の断面硬度を示すグラフであって、図２３は、試片２のグラフであり、図２４は、試片３のグラフ、図２５は、試片４のグラフである。表１及び図２３ないし図２５でも分かるように、クロム合金鉄粉末を２５重量％添加すれば、ＨＶ１０００でクロム合金鉄を添加していない場合に比べて、約５０程度さらに高い硬度が得られた。クロム合金鉄粉末を５０重量％添加した場合には、ＨＶ１２００に達する非常に高い硬度が得られ、７５重量％を添加した場合にも、同じ硬度を確認することができた。
【０２４９】
図２６ないし図２８は、クロム合金鉄粉末添加量による鋼管内の被覆層の微細組職であって、図２６は、試片２の微細組職を示すものであり、図２７は、試片３の微細組職を観察した結果であって、微細なクロム合金鉄粒子（薄い灰色部分）が基地に生成されたものが見られる。また、図２８は、試片４の微細組職を観察した結果であって、クロム合金鉄粉末を７５重量％添加した時、溶融されていない大きな粒状のクロム合金鉄粉末を確認することができた。すなわち、クロム合金鉄粉末が添加されることによって、組職が微細になり、高硬度の溶融クロム合金鉄粒子が存在して硬度が増加すると見られる。
【０２５０】
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０２５１】
本発明は、化合物粉末の製造装置、それを利用した鉄−ホウ素化合物粉末の製造方法、ホウ素合金混合粉末とその製造方法、粉末結合体とその製造方法、及び鋼管とその製造方法関連の技術分野に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2014520209.tif 000029
【図２７】
2014520209.tif 000030
【図２８】
2014520209.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月9日(2014.1.9)
【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】
ホウ素合金鉄粉末及び対象粉末が混合された粉末を準備する段階と、
所定の熱処理を通じて前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、
を含むホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項２】
前記脱硼処理段階前、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１７原子％以上である請求項１に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項３】
前記脱硼処理段階後、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５ないし３５原子％の範囲である請求項１に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項４】
前記脱硼処理段階後、混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１０ないし２５原子％の範囲である請求項３に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項５】
前記対象粉末は、ホウ素が固溶されるか、あるいはホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素である請求項１に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項６】
前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上である請求項５に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項７】
前記対象粉末内で浸硼処理される領域の融点が、前記浸硼処理される前の前記対象粉末の融点に比べてさらに低くする請求項１に記載のホウ素合金混合粉末の製造方法。
【請求項８】
前記混合された粉末は、前記ホウ素合金鉄粉末が５ないし９５重量％の範囲で混合されている請求項１に記載の混合粉末の製造方法。
【請求項９】
ホウ素合金鉄粉末と、
少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末と、を含み、
前記ホウ素合金鉄粉末は、少なくとも一部に脱硼によるホウ素の含量が低くなることによって融点が低くなった脱硼領域が形成されたホウ素合金混合粉末。
【請求項１０】
前記ホウ素合金鉄粉末は、ＳｉまたはＣのうち何れか１つ以上をさらに含む請求項９に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項１１】
前記浸硼領域は、金属のホウ素固溶体、または金属とホウ素とのホウ素化合物である請求項９に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項１２】
前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上である請求項１１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項１３】
前記浸硼領域は、前記金属に比べて融点がさらに低い請求項１１に記載のホウ素合金混合粉末。
【請求項１４】
脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び浸硼処理された対象粉末が混合された混合粉末を所定の温度で加熱して、前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末とを結合させる段階を含む粉末結合体の製造方法。
【請求項１５】
前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末との製造方法は、
ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とが混合された混合粉末を準備する段階と、
前記混合粉末を熱処理することによって、前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記ホウ素合金鉄粉末の融点を減少させる脱硼処理段階と、
を含む請求項１４に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項１６】
前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末と前記浸硼処理された対象粉末以外に第３の粉末とをさらに添加して、前記第３の粉末を前記脱硼処理されたホウ素合金鉄粉末及び前記浸硼処理された対象粉末のうち何れか１つ以上と結合させて製造する請求項１４に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項１７】
前記脱硼処理段階前、前記ホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１７原子％以上である請求項１５に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項１８】
前記脱硼処理段階を経た前記混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が５原子％ないし３５原子％である請求項１５に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項１９】
前記脱硼処理段階後、前記混合粉末内のホウ素合金鉄粉末は、ホウ素の含量が１０原子％ないし２５原子％である請求項１８に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項２０】
前記対象粉末は、ホウ素が固溶されるか、あるいはホウ素と結合してホウ素化合物を形成しうる金属元素を含む請求項１４に記載の粉末結合体の製造方法。
【請求項２１】
少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末と、
少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と、を含み、
前記浸硼領域と前記脱硼領域とのうち何れか１つの少なくとも一部が溶融後、凝固されて互いに結合されるか、あるいは前記浸硼領域と前記脱硼領域とが焼結されて互いに結合された組職を有する粉末結合体。
【請求項２２】
前記浸硼領域に金属のホウ素固溶体、または金属とホウ素とのホウ素化合物が形成された請求項２１に記載の粉末結合体。
【請求項２３】
前記金属は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｉ及びＷのうちから選択される何れか１つ以上を含む請求項２２に記載の粉末結合体。
【請求項２４】
少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とを混合した混合粉末を鋼管内に配置する段階と、
前記鋼管内に配された前記混合粉末を加熱溶融凝固して、前記鋼管の内部面に被覆層を形成する段階と、
を含む鋼管の製造方法。
【請求項２５】
前記混合粉末を加熱溶融凝固して、前記鋼管の内部面に被覆層を形成する段階は、前記混合粉末が配された前記鋼管を回転させながら加熱及び冷却することで具現される請求項２４に記載の鋼管の製造方法。
【請求項２６】
前記混合粉末を鋼管内に配置する段階は、
ホウ素合金鉄粉末と対象粉末とを混合する段階と、
混合された前記ホウ素合金鉄粉末と前記対象粉末とを共に熱処理することによって、前記対象粉末の少なくとも一部を浸硼処理して、前記浸硼領域を形成しながら、前記ホウ素合金鉄粉末の少なくとも一部を脱硼処理して、前記脱硼領域を形成する段階と、
を含む請求項２４に記載の鋼管の製造方法。
【請求項２７】
前記対象粉末は、鉄、チタン、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、モリブデン、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素及びタングステンのうち少なくとも何れか１つを含む請求項２４に記載の鋼管の製造方法。
【請求項２８】
前記鋼管内の前記混合粉末は、クロム合金鉄粉末及び溶剤（ｆｌｕｘ）のうち少なくとも何れか１つをさらに含む請求項２４に記載の鋼管の製造方法。
【請求項２９】
前記クロム合金鉄粉末は、炭素を２重量％以上及びクロムを５０重量％以上含む請求項２８に記載の鋼管の製造方法。
【請求項３０】
前記混合粉末のうち、前記クロム合金鉄粉末の含量は、５重量％ないし９５重量％である請求項２８に記載の鋼管の製造方法。
【請求項３１】
鋼管の内部面に被覆層を含み、
前記被覆層の組職は、基地金属または結合材として少なくとも一部に脱硼領域が形成されたホウ素合金鉄粉末と少なくとも一部に浸硼領域が形成された対象粉末とが溶融された後、凝固された組職を有する鋼管。
【請求項３２】
前記被覆層の組職は、強化材としてクロム合金鉄をさらに含む請求項３１に記載の鋼管。
【請求項３３】
前記強化材は、鉄、１０重量％ないし８０重量％のクロム、２重量％ないし１０重量％の炭素及び２．５重量％以下のケイ素を含む請求項３２に記載の鋼管。
【請求項３４】
前記被覆層は、鉄、クロム、ケイ素、炭素及びホウ素のうち少なくとも何れか１つを含む請求項３１に記載の鋼管。
【請求項３５】
前記ホウ素の含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項３４に記載の鋼管。
【請求項３６】
前記炭素の含有量は、１０重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項３５に記載の鋼管。
【請求項３７】
前記クロムの含有量は、６０重量％以下（０超過）の範囲を有する請求項３４に記載の鋼管。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
一方、混合粉末は、ホウ砂のような溶剤をさらに含みうる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８２】
場合によっては、前記混合粉末には、溶剤をさらに添加して粉末結合体を製造することができる。このような溶剤としては、例えば、ホウ砂が使われる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０３】
［実験例３］
炭素鋼素材の廃ショットボール９０ｗｔ％と１０ｗｔ％のホウ素合金鉄粉末とを混合した後、熱処理を通じてホウ素合金鉄を脱硼させ、廃ショットボールを浸硼させた混合粉末を得た。前記混合粉末を９０ｗｔ％、そして、溶剤として１０ｗｔ％ホウ砂を添加して、炭素素材で製造した金型に装入して、１２５０℃で１０分間加熱して粉末結合体を製造した。図１５には、前記粉末結合体の微細組職を観察した結果が表われている。図１５を参照すると、鉄−ホウ素化合物（図１５の白色領域）と工程凝固組職（図１５の黒色領域）とを含む微細組職を表わすことが分かる。前記粉末結合体をロックウェル硬度計で硬度を測定した結果、ＨＲＡ７８硬度値を表わした。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０４】
［実験例４］
鉄粉末９０ｗｔ％に１０ｗｔ％のホウ素合金鉄粉末を添加した後、熱処理して浸硼された鉄粉末及び脱硼されたホウ素合金鉄粉末が混合されている混合粉末を得た。前記混合粉末４５ｗｔ％、自溶性合金粉末（ｐｏｌｅｍａ社Ｂ２６）４５ｗｔ％、そして、溶剤として１０ｗｔ％ホウ砂を添加して混合した後、炭素素材で製造した金型に装入して、１２５０℃で１０分間加熱して粉末結合体を製造した。図１６には、前記粉末結合体の微細組職を観察した結果が表われている。図１６を参照すると、鉄−ホウ素化合物（図１６の白色領域）とマルテンサイト組職（図１６の黒色領域）とを含む微細組職を表わすことが分かる。前記粉末結合体をロックウェル硬度計で硬度を測定した結果、ＨＲＡ８２硬度値を表わした。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１６】
混合粉末６００を鋼管５００内に配置してからは、鋼管５００の両端部を蓋（図示せず）で塞いだ後、回転させながら鋼管５００を加熱する。この際、鋼管５００の回転数は、次の式２によって決定することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１７】
回転数＝［ＧＸ１０７／５．６Ｘ鋼管内径（ｍｍ）］１／２（式２）
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１８】
ここで、Ｇは、式３で表すことができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１９】
Ｇ＝遠心力／重力＝５．６Ｘ１０−７Ｘ鋼管内径（ｍｍ）Ｘ回転数（ｒｐｍ）２（式３）
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2014520209.tif 000032
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２３】
2014520209.tif 000033
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
2014520209.tif 000034
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2014520209.tif 000035
【国際調査報告】
2014520209.tif 000036
2014520209.tif 000037
2014520209.tif 000038
2014520209.tif 000039