(57)【要約】【課題】高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末及びそのバルク材並びにそれらの製造方法の提供。【解決手段】超微細なフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子をオーステナイト温度域まで昇温して得られた超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、焼き入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工処理などの調質処理を施して超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末を得る。 超微細なフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなる合金鋼粉末を、空気中又は酸化抑制雰囲気中あるいは真空中で、冷間プレス成形、放電プラズマ焼結等の固化成形処理をし、次いで同固化成形体に焼なまし、溶体化処理等の調質処理を施すことにより、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となす。【特許請求の範囲】
【請求項１】
超微細なフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体をオーステナイト温度域まで昇温して得られた超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、焼き入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工処理などの調質処理が施されて得られた超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項２】
超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末が、真空中にて同合金鋼の密度の４０〜６０％レベルの密度に達するまで固化成形（圧粉）されて得られた固化成形体（圧粉体）をオーステナイト温度域まで昇温して形成された超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、焼入れ、焼もどしなどの調質処理すなわちマルテンサイト化処理と圧壊による粉砕処理が施されて得られた超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項３】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体が窒素及び／又は炭素を含有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項４】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体が、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５％（質量）含有するものであることを特徴とする高硬度で強靱な請求項１〜３のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体の強化物質として、同集合体を構成するナノ結晶粒の粒内及び／又は粒界にナノメートルサイズ（１〜１０ｎｍ）の粒状ないし球状に近い（１）金属又は半金属の窒化物、（２）金属又は半金属の炭化物、（３）金属又は半金属の炭窒化物、又は、（４）金属又は半金属の酸化物から選ばれた１又は２以上の化合物を分散及び／又は析出させてなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項６】
請求項５に記載の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物を構成する金属又は半金属が、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、イットリウム、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素又はホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項７】
請求項５に記載の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物が、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼中に含有されるクロム、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、イットリウムのような高融点金属元素のいずれかが０．１〜１０質量％含有される場合に形成され、かつ前記高融点金属元素のような各元素の一部が単体で存在する状態及び／又は他の前記窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物と共存の状態で存在する場合に形成されるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項８】
前記マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなる合金鋼粉末が、分散物質、析出物質又は結晶粒成長抑制物質として、（１）クロム、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、イットリウム、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素又はホウ素から選ばれるいずれか１種又は２種以上、又は（２）前記（１）に記載の各元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物のいずれか１種又は２種以上、（３）あるいは前記（１）と（２）の双方を含有してなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項９】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子集合体よりなる粉末材料が、（１）一般構造用又は機械構造用強靱合金鋼、（２）鉄−クロム系ステンレス鋼、（３）鉄−クロム−ニッケル系又は鉄−クロム−マンガン系のマルテンサイトとオーステナイトを基本構成相とする２相ステンレス鋼、（４）析出硬化型ステンレス鋼、（５）マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼、又は、（６）高マンガン鋼、又は（７）焼入れ、焼もどしなどの調質処理を施す工具鋼、軸受鋼、高速度鋼等を含むすべての調質鋼であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項１０】
超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子が、塊状体、片状体、粒状体又は粉状体の合金鋼形成成分の物質を窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって得られたものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項１１】
超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子が、塊状体、片状体、粒状体又は粉状体の普通炭素鋼、合金鋼、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、合金鋳鉄、他の合金元素又は合金のいずれか１つ又は２つ以上の物質から選ばれたナノ結晶合金鋼の構成物質を、窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いたメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって得られたものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項１２】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末が窒素及び／又は炭素を含有し、その製造時のメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）によって得られる超微細なフェライト基ナノ結晶粒子及び／又はナノ結晶粒子集合体（粉体）間の固化成形過程での原子的結合（Ａｔｏｍｉｃ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）促進物質として、（１）チタン、ジルコニウム、アルミニウム、コバルト、ランタン、セリウム、ホウ素から選ばれる１種又は２種以上の金属元素を０．０１〜５．０質量％、又は（２）アルミカルシウム、アルミジルコニウム、アルミマグネシウム、カルシウムシリコン、フェロチタン、フェロボロン（Ｆｅ−Ｂ合金）から選ばれる１種又は２種以上の合金を０．０１〜５．０質量％あるいは（３）前記（１）と（２）の金属元素及び合金を総量で０．０１〜５．０質量％、ＭＡ又はＭＭ処理の前又は後あるいは同処理の途中の過程で原材料中に含有させてなるものであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項１３】
窒素及び／又は炭素を含有するマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末が、その固化成形体（バルク材）の遅れ破壊抑制・防止物質として、ＭＡ用又はＭＭ用粉末材料中に、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミジルコニウム、フェロチタン又はフェロマグネシウムから選ばれる１つ又は２つ以上を合わせて０．２〜５．０質量％を含有させてなるものであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項１４】
超微細なオーステナイト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、適当な温度からの焼き入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工などの調質処理が施されて得られた超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の多数個が固結されてなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体の粉末に固化成形と熱処理などの調質処理が施されて生成した、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の多数個が固結されてなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載のバルク材が、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載のバルク材が、その平均結晶粒径が１００〜６００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項１９】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、一般構造用又は機械構造用強靱合金鋼であり、同バルク材が窒素及び／又は炭素を含有している上、さらにクロム、ニッケル、ケイ素、マンガン、モリブデン、アルミニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、コバルト、ホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上の元素を含有するもの  であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項２０】
請求項１５〜１９のいずれか１項に記載のバルク材が、一般構造用又は機械構造用強靱合金鋼であり、同バルク材が窒素と炭素とを合せて０．０１〜２．５％（質量）含有する上、さらにクロム０．１〜７．０％（質量）、ニッケル２．０〜１０．０％（質量）、ケイ素０．１〜３．０％（質量）、マンガン０．１０〜５．０％（質量）、モリブデン０．１０〜３．０％（質量）、アルミニウム０．０３〜１．０％（質量）、ニオブあるいはバナジウム０〜１．０％（質量）、又はホウ素０〜０．５％（質量）含有するもの  であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項２１】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材が窒素と炭素とを合せて０．２０〜１．５％（質量）含有することを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項２２】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材が窒素と炭素とを合せて０．３５〜１．０％（質量）含有することを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項２３】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、鉄−クロム系マルテンサイトステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素及び／又は炭素と、クロムを含有している上、さらにモリブデン、マンガン、ケイ素、ニオブ、バナジウム、コバルト又はホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上の元素を含有するものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
【請求項２４】
請求項２３に記載のバルク材が、鉄−クロム系マルテンサイトステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合せて０．０１〜２．５％（質量）、クロム１２〜２０．０％（質量）を含有する上さらに、モリブデン０．２〜５．０％（質量）、ニッケル０．０５〜３．０％ （質量）、マンガン０．０１〜３．０％（質量）、ケイ素０．１〜２．０％（質量）、
ニオブ又はバナジウム０．５〜３．０％（質量）、コバルト０〜３．０％（質量）又はホウ素を０〜０．５％（質量）含有するもの  であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
【請求項２５】
マルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．２０〜１．５％（質量）含有することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
【請求項２６】
マルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．３５〜１．０％（質量）含有することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材 。
【請求項２７】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、鉄ークロムーマンガン系又は鉄ークロムーニッケル系２相ステンレス鋼であり、同バルク材が窒素及び／又は炭素、クロムを含有し、かつマンガン、ニッケル、モリブデン、ケイ素、バナジウム、ニオブあるいはタンタル、銅、コバルト又はホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上の元素を含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なオーステナイト相又はフェライト相を含むマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材。
【請求項２８】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、鉄ークロムーマンガン系又は鉄ークロムーニッケル系２相ステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜１．５％（質量）、クロム１２．０〜２０．０％（質量）含有し、かつマンガン３．０〜１５．００％（質量）、ニッケル０〜８．０％（質量）、モリブデン０〜４．０％（質量）、ケイ素０．２〜１．５％（質量）、バナジウム、あるいはニオブ０．１〜３．０％（質量）、銅０〜３．０％（質量）、コバルト  ０〜３．０％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なオーステナイト相又はフェライト相を含むマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材。
【請求項２９】
マルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．１０〜１．０％（質量）含有することを特徴とする請求項２７又は２８に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材 。
【請求項３０】
マルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．３０〜０．８％（質量）含有することを特徴とする請求項２７又は２８に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材 。
【請求項３１】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、析出硬化型の１７−４ＰＨ系ステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜１．０％（質量）、クロム１５〜１８％（質量）、ニッケル２．５〜５．５％（質量）、銅２．５〜５．５％（質量）含有し、かつ、マンガン０．４〜０．９％（質量）、ケイ素０．４〜０．９％（質量）、ニオブ＋タンタル０．１０〜０．５％（質量）、チタン０〜０．３０％（質量）、コバルト０〜３．０％（質量）又はホウ素  ０〜０．５０％（質量）含有してなるものであって、そのバルク材の平均結晶粒径が５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
【請求項３２】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、析出硬化型の１７−７ＰＨ系ステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜１．０％（質量）、クロム１５．５〜１８．５％（質量）、ニッケル６．０〜８．０％（質量）、アルミニウム０．７０〜２．０％（質量）含有し、かつ、マンガン０．４０〜０．９０％（質量）、ケイ素０．４０〜０．９０％（質量）、コバルト０〜３．０％（質量）又はホウ素０〜０．５０％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
【請求項３３】
マルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．１０〜０．５０％（質量）含有することを特徴とする請求項３１又は３２に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材 。
【請求項３４】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、マルエージ鋼（Ｍａｒａｇｉｎｇ  Ｓｔｅｅｌ）又はマルエージ・ステンレス鋼（Ｍａｒａｇｉｎｇ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ）バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜０．７％（質量）、ニッケル１０．０〜２６．０％（質量）、コバルト６．５〜１１．５％（質量）、モリブデン２．５〜６．５％（質量）、チタン０．１０〜２．０％（質量）、アルミニウム０．０３〜０．７５％（質量）含有し、かつ、クロム４．５〜１６％（質量）、ニオブ０．２５〜０．５５％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材。
【請求項３５】
マルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜０．４％（質量）含有することを特徴とする請求項３４に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材 。
【請求項３６】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、合金工具鋼、軸受鋼等の各種の調質鋼であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．２０〜２．５％（質量）、クロム０．１５〜１７％（質量）含有し、かつ、モリブデン０〜３．０％（質量）、ニッケル０〜３．０％（質量）、タングステン  ０〜１０％（質量）、バナジウム０．２〜２．５％（質量）、マンガン０．２〜１．５％（質量）、ケイ素０．１〜１．２％（質量）、コバルト０〜４．５％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【請求項３７】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、高速度鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．７０〜２．５％（質量）、モリブデン３〜７％（質量）、タングステン１．５〜１１％（質量）、クロム３．５〜５．０％（質量）、バナジウム１．０〜４．５％（質量）含有し、かつ、コバルト４〜１１％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶高速度鋼バルク材。
【請求項３８】
請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のバルク材が、高マンガン鋼（バルク材）であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．１０〜１．２％（質量）、マンガン２〜１５％（質量）含有し、かつクロム０．５〜５％（質量）、モリブデン０．１〜１．０％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであって、その平均結晶粒径が５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マンガン鋼バルク材。
【請求項３９】
超微細なフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体を、オーステナイト温度域まで昇温して超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体とした後、それに焼入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工処理を施して超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４０】
超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末を、同合金鋼の密度の４０〜６０％レベルの密度に達するまで固化成形（圧粉）して得た固化成形体（圧粉体）をオーステナイト温度域まで昇温して超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体とした後、これに焼入れ、焼もどしなどの調質処理すなわちマルテンサイト化処理を施してから、さらに圧壊による粉砕処理を施して超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４１】
フェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体の平均結晶粒径が１５〜６０ｎｍであり、オーステナイト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体の平均結晶粒径が８０〜１５０ｎｍであり、かつ、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体の平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍであることを特徴とする請求項３９又は４０に載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４２】
マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子が窒素及び／又は炭素を含有するものであることを特徴とする請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４３】
超微細フェライト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体が、同合金鋼の形成成分からなる物質の混合粉末のメカニカルアロイング（ＭＡ）又は同合金鋼粉末のメカニカルミリング（ＭＭ）処理により得られたものであることを特徴とする請求項３９〜４２のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４４】
フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末をボールミルを用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする請求項３９〜４３のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４５】
上記フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末を、窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする請求項３９〜４３のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４６】
フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末の普通炭素鋼、合金鋼、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、合金鋳鉄、他の合金元素又は合金のいずれか１つ又は２つ以上の物質から選ばれたナノ結晶合金鋼の構成物質を、ボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする請求項３９〜４５のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４７】
フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末の普通炭素鋼、合金鋼、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、合金鋳鉄、他の合金元素又は合金のいずれか１つ又は２つ以上の物質から選ばれたナノ結晶合金鋼の構成物質を、窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする請求項３９〜４６のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４８】
窒素と炭素とを合わせて０．２０〜１．５０質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする請求項３９〜４７のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項４９】
窒素源又は／及び炭素源となる物質が、窒化鉄、窒化クロム、窒化マンガンなどの金属化合物、シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）、黄血塩のようなシアン化合物、Ｎ2ガス、ＮＨ3ガス、メタンガス、ブタンガス、都市ガス等の炭素又は／及び窒素を含むガス又は前記ガスをプラズマ状態にしたものから選択される１種又は２種以上であることを特徴とする請求項３９〜４８のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項５０】
メカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）を施す雰囲気が、（１）アルゴンガスなどの不活性ガス、（２）Ｎ2ガス、（３）ＮＨ3ガス、（４）メタンガス、（５）ブタンガス、（６）Ｈ2ガス、又は（７）都市ガスから選ばれるいずれか１種又は（１）〜（７）から選ばれる２種以上の混合ガス雰囲気であることを特徴とする請求項３９〜４９のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【請求項５１】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のナノ結晶合金鋼粉末すなわち、その元となるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を、空気中又は酸化抑制雰囲気中あるいは真空中で、（１）冷間プレス成形、（２）冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）、（３）放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、（４）ホットプレス、（５）熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）、（６）押出成形、（７）鍛造、（８）圧延、（９）スエージング、（１０）超塑性成形の（１）〜（１０）から選択されるいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせによる固化成形又は爆発成形などの固化成形処理をし、次いで同固化成形体に［１］焼なまし、［２］溶体化処理、［３］焼入れ、［４］焼もどし、［５］時効処理、［６］強加工処理の［１］〜［６］から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【請求項５２】
請求項９〜１３いずれか１項に記載の一般構造用又は機械構造用マルテンサイト系合金鋼粉末、すなわち、その元となるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を、ステンレス鋼などから作られた金属カプセル又は黒鉛ダイスなどに真空封入して、これを（１）冷間プレス成形、（２）熱間鍛造、（３）熱間押出、（４）圧延、（５）熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）、（６）放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）の（１）〜（６）から選択される１つ又は２つ以上の組み合わせによる固化成形処理をし、次いで同固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ８００〜９５０℃、油冷／焼もどし１２０〜５５０℃、０．５〜３．０時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５％（質量）含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのマルテンサイト系ナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【請求項５３】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の鉄ークロム系マルテンサイトステンレス鋼粉末に、請求項５１又は５２に記載と同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(ただし、焼入れ９５０〜１１５０℃、油冷／焼もどし２００〜５５０℃、０．５〜３．０時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材の製造方法。
【請求項５４】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の鉄ークロムーマンガン系又は鉄ークロムーニッケル系２相ステンレス鋼粉末に、請求項５１又は５２に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ９００〜１０５０℃、油冷／焼もどし４００〜５００℃、１〜３時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材の製造方法。
【請求項５５】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の析出硬化型ステンレス鋼粉末に、請求項５１又は５２に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に(１)溶体化処理(９５０〜１１００℃、０．５〜１．０時間保持、水冷又は空冷)、(２)マルテンサイト化処理（Ｔ処理、Ｒ処理、又はＣ処理）、(３)時効処理(３５０〜６００℃、０．５〜３０時間保持、水冷)の中から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材の製造方法。
【請求項５６】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載のマルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼粉末に、請求項５１又は５２に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼なまし(８００〜８５０℃、０．５〜２．０時間保持、空冷)、時効処理(３５０〜５５０℃、１〜４．０時間保持)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材の製造方法。
【請求項５７】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の合金工具鋼、軸受鋼等の粉末に、請求項５１又は５２に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ７５０〜８５０℃、水冷／焼もどし１５０〜２１０℃、空冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金工具鋼、軸受鋼等バルク材の製造方法。
【請求項５８】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の高速度鋼材料の粉末に、請求項５１又は５２に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ１２００〜１２６０℃、油冷／焼もどし５００〜６００℃、１〜１．５時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶高速度鋼バルク材の製造方法。
【請求項５９】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載のナノ結晶合金鋼粉末を、微細結晶粒超塑性を示す０．５Ｔｍ（Ｔｍ：合金鋼粉末の融解温度、Ｋ）以上の温度域にて放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、ホットプレス、圧延、押出、鍛造、熱間等方加圧成形（ＨＩＰ）等の真空熱間固化成形（超塑性固化成形）処理し、次いで同固化成形体に（１）焼なまし、（２）溶体化処理、（３）焼入れ、（４）焼もどし、（５）時効処理、（６）強加工処理の（１）〜（６）から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、ナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【請求項６０】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載のナノ結晶合金鋼粉末を、６００〜１２５０℃の温度での放電プラズマ焼結、ホットプレス、押出、鍛造、熱間等方加圧成形（ＨＩＰ）、圧延等の真空熱間固化成形又は爆発成形などの固化成形処理してナノ結晶合金鋼バルク材となし、次いで同合金鋼バルク材を微細結晶粒超塑性を示す温度域にて所要の形状に成形加工した後、同成形体に（１）焼なまし、（２）溶体化処理、（３）焼入れ、（４）焼もどし、（５）時効処理、（６）強加工処理の（１）〜（６）から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、ナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【請求項６１】
請求項５１〜６０のいずれか１項に記載の固化成形のうち、常温以外で行う熱間の固化成形温度が６５０〜１３００℃であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【請求項６２】
請求項９〜１３のいずれか１項に記載の高マンガン鋼粉末に、請求項５１〜６０に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に熱処理(ＨＴ)［急冷処理(水靱)１０００℃、水冷］及び冷間加工等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．１０〜１．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１０００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶高マンガン鋼バルク材の製造方法。
【請求項６３】
超微細なオーステナイト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体を、空気中又は酸化抑制雰囲気中あるいは真空中で、（１）冷間プレス成形、（２）冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）、（３）放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、（４）ホットプレス、（５）熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）、（６）押出成形、（７）鍛造、（８）圧延、（９）スエージング、（１０）超塑性成形の（１）〜（１０）から選択されるいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせによる固化成形又は爆発成形などの固化成形処理をし、次いで同固化成形体に［１］焼なまし、［２］溶体化処理、［３］焼入れ、［４］焼もどし、［５］時効処理、［６］強加工処理の［１］〜［６］から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素及び／又は炭素を含有する高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末及びそのバルク材並びにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルテンサイト系合金鋼の強度、靱性などの力学的特性は、そのもと（母相）となるオーステナイト域でのオーステナイト結晶粒組織に大きく依存し、オーステナイト相の結晶粒を微細化するほど向上する。そのため、オーステナイト−フェライト変態温度（Ａ１点変態温度）以下の温度において、過冷オーステナイト相として比較的安定なすなわち準安定なオーステナイト域の広い（ＴＴＴ線図、Ｔｉｍｅ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉａｇｒａｍ）において、パーライトのＣ曲線とベイナイトのＣ曲線の間の入江（Ｂａｙ）の部分の広い）合金鋼については、まず オーステナイト組織のものに機械的加工処理を施して、オーステナイト結晶粒を微細化し、次いで、これをオーステナイト域の温度から急冷することによって微細なマルテンサイト組織とすること（オースフォーミング処理、Ａｕｓｆｏｒｍｉｎｇ）がなされている。
一方また、マルテンサイト系合金鋼の強さ・硬さは、窒素Ｎ，炭素Ｃなどの侵入型元素の固溶量に大きく左右され、その固溶量の増加とともに増大する上、とくに窒素はマルテンサイト相の靱性を高める効果も有することが認められている。
従って、より強靱なマルテンサイト系合金鋼を製造するには、前記のような オーステナイト相の安定性いかんにかかわらず、オーステナイト結晶粒自体を微細化し、さらに窒素と炭素の固溶量を適度に調整することが最も重要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
マルテンサイト系合金鋼も含め、金属材料の強さ、硬さは、ホール・ペッチの関係式が示すように、結晶粒径ｄが小さくなるほど増大し、このような強さの粒径依存性は、ナノサイズレベルの結晶粒径になっても、結晶粒径ｄが５０〜１００ｎｍ付近までは同様に成立するので、結晶粒径をナノサイズレベルまで超微細化することは、金属材料を強化する上で、極めて重要な手段といえる。
しかし、通常、溶解法によって製造されるマルテンサイト系合金鋼の平均結晶粒径ｄは、数μｍ 〜数１０μｍ程度であり、前記のオースフォーミング法のような後処理によっても平均結晶粒径ｄをナノサイズのオーダまで微細化することは極めて難しい。そのため、このような合金鋼の微細化については、関係各方面において精力的にその研究が進められているが、現在のところ、満足し得るナノサイズレベルでの超微細化した材料の提供はなされていない。
【０００４】
また、溶解・凝固法によって高窒素濃度のマルテンサイト系合金鋼を製造する場合は、通常、高温高圧（高圧窒素ガス）のもとでの作業が必要となり、この場合は高温高圧という作業上及び安全上の難点がある上、液体状態からの凝固の際、窒素の溶解度がほとんどゼロに近い初晶のδフェライトの生成に伴い、窒素ガスの放出によるブローホール（気泡）が発生し易く、また特に大型材を作る場合は材料中に内在されるマクロ偏析の発生も大きな問題となっている。
そのため、マルテンサイト系合金鋼の製造方法として上記のような溶解・凝固法によらない製造技術の開発が一つの重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであって、基本的には、元素状の金属粉末と、これに他の元素、化合物等を添加したマルテンサイト系原材料の混合粉末を、ボールミル、アトライターミル等を用いたメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）処理により、ナノ結晶フェライト合金鋼粉末となし、次いでこうして得られたナノ結晶フェライト鋼のオーステナイト相温度域への昇温処理により、マルテンサイト相の母相となるナノサイズレベルの超微細オーステナイト鋼の生成に導く従来の技術では達成できなかった、新規なマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼粉末とその製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明はまた、上記ナノ結晶合金鋼粉末のオーステナイト温度域での固化成形処理により、前記のＡ１変態温度以下の過冷状態でのオーステナイト相の安定・不安定性に関係なく、オーステナイト鋼固化成形体（バルク材）における結晶粒超微細化強化を効果的に発現させることに加え、窒素Ｎと炭素Ｃとの複合添加によって同オーステナイト相の自由電子密度を上げて、オーステナイト相内でのより強固な金属結合状態を醸成させ、（構成原子の短範囲規則化（Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｏｒｄｅｒｉｎｇ）を促進させ、）さらに同オーステナイト固化成形体に焼入れ・焼もどしなどの調質処理を施して、ＮとＣを合せて１％（質量）以上の高濃度の場合でも高い強度と靱性を兼ね備えたマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の新規な製造技術を提供するものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、下記構成の高硬度で強靱なナノ結晶合金鋼粉末及びそのバルク材並びにそれらの製造方法である。
【０００８】
[１]  超微細なフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体をオーステナイト温度域まで昇温して得られた超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、焼き入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工処理などの調質処理が施されて得られた超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[２]  超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末が、真空中にて同合金鋼の密度の４０〜６０％レベルの密度に達するまで固化成形（圧粉）されて得られた固化成形体（圧粉体）をオーステナイト温度域まで昇温して形成された超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、焼入れ、焼もどしなどの調質処理すなわちマルテンサイト化処理と圧壊による粉砕処理が施されて得られた超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【０００９】
[３]  マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体が窒素及び／又は炭素を含有するものであることを特徴とする前記[１]又は[２]に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[４]  マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体が、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５％（質量）含有するものであることを特徴とする高硬度で強靱な前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[５]  前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体の強化物質として、同集合体を構成するナノ結晶粒の粒内及び／又は粒界にナノメートルサイズ（１〜１０ｎｍ）の粒状ないし球状に近い（１）金属又は半金属の窒化物、（２）金属又は半金属の炭化物、（３）金属又は半金属の炭窒化物、又は、（４）金属又は半金属の酸化物から選ばれた１又は２以上の化合物を分散及び／又は析出させてなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【００１０】
[６]  前記［５］に記載の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物を構成する金属又は半金属が、鉄、クロム、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、イットリウム、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素又はホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[７]  前記［５］に記載の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物が、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼中に含有されるクロム、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、イットリウムのような高融点金属元素のいずれかが０．１〜１０質量％含有される場合に形成され、かつ前記高融点金属元素のような各元素の一部が単体で存在する状態及び／又は他の前記窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物と共存の状態で存在する場合に形成されるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[８]  前記マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなる合金鋼粉末が、分散物質、析出物質又は結晶粒成長抑制物質として、（１）クロム、バナジウム、チタン、ジルコニウム、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、イットリウム、ニッケル、コバルト、アルミニウム、ケイ素又はホウ素から選ばれるいずれか１種又は２種以上、又は（２）前記（１）に記載の各元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸化物のいずれか１種又は２種以上、（３）あるいは前記（１）と（２）の双方を含有してなることを特徴とする前記［１］〜［７］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【００１１】
[９]  マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子集合体よりなる粉末材料が、（１）一般構造用又は機械構造用強靱合金鋼、（２）鉄−クロム系ステンレス鋼、（３）鉄−クロム−ニッケル系又は鉄−クロム−マンガン系のマルテンサイトとオーステナイトを基本構成相とする２相ステンレス鋼、（４）析出硬化型ステンレス鋼、（５）マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼、又は、（６）高マンガン鋼、又は（７）焼入れ、焼もどしなどの調質処理を施す工具鋼、軸受鋼、高速度鋼等を含むすべての調質鋼であることを特徴とする前記［１］〜［８］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[１０]  超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子が、塊状体、片状体、粒状体又は粉状体の合金鋼形成成分の物質を窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって得られたものであることを特徴とする前記［１］〜［９］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【００１２】
[１１]  超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子が、塊状体、片状体、粒状体又は粉状体の普通炭素鋼、合金鋼、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、合金鋳鉄、他の合金元素又は合金のいずれか１つ又は２つ以上の物質から選ばれたナノ結晶合金鋼の構成物質を、窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いたメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって得られたものであることを特徴とする前記［１］〜［９］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[１２]  マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末が窒素及び／又は炭素を含有し、その製造時のメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）によって得られる超微細なフェライト基ナノ結晶粒子及び／又はナノ結晶粒子集合体（粉体）間の固化成形過程での原子的結合（Ａｔｏｍｉｃ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）促進物質として、（１）チタン、ジルコニウム、アルミニウム、コバルト、ランタン、セリウム、ホウ素から選ばれる１種又は２種以上の金属元素を０．０１〜５．０質量％、又は（２）アルミカルシウム、アルミジルコニウム、アルミマグネシウム、カルシウムシリコン、フェロチタン、フェロボロン（Ｆｅ−Ｂ合金）から選ばれる１種又は２種以上の合金を０．０１〜５．０質量％あるいは（３）前記（１）と（２）の金属元素及び合金を総量で０．０１〜５．０質量％、ＭＡ又はＭＭ処理の前又は後あるいは同処理の途中の過程で原材料中に含有させてなるものであることを特徴とする前記［１０］又は［１１］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[１３]  窒素及び／又は炭素を含有するマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末が、その固化成形体（バルク材）の遅れ破壊抑制・防止物質として、ＭＡ用又はＭＭ用粉末材料中に、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミジルコニウム、フェロチタン又はフェロマグネシウムから選ばれる１つ又は２つ以上を合わせて０．２〜５．０質量％を含有させてなるものであることを特徴とする前記［１０］又は［１１］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
【００１３】
[１４]  超微細なオーステナイト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体に、適当な温度からの焼き入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工などの調質処理が施されて得られた超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末。
[１５]  前記［１］〜［１４］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の多数個が固結されてなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[１６]  前記［１］〜［１３］のいずれか１項に記載のフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体の粉末に固化成形と熱処理などの調質処理が施されて生成した、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の多数個が固結されてなることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[１７]  前記［１５］又は［１６］に記載のバルク材が、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[１８]  前記［１５］又は［１６］に記載のバルク材が、その平均結晶粒径が１００〜６００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[１９]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、一般構造用又は機械構造用強靱合金鋼であり、同バルク材が窒素及び／又は炭素を含有している上、さらにクロム、ニッケル、ケイ素、マンガン、モリブデン、アルミニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、コバルト、ホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上の元素を含有するもの  であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[２０]  前記［１５］〜［１９］のいずれか１項に記載のバルク材が、一般構造用又は機械構造用強靱合金鋼であり、同バルク材が窒素と炭素とを合せて０．０１〜２．５％（質量）含有する上、さらにクロム０．１〜７．０％（質量）、ニッケル２．０〜１０．０％（質量）、ケイ素０．１〜３．０％（質量）、マンガン０．１０〜５．０％（質量）、モリブデン０．１０〜３．０％（質量）、アルミニウム０．０３〜１．０％（質量）、ニオブあるいはバナジウム０〜１．０％（質量）、又はホウ素０〜０．５％（質量）含有するもの  であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
【００１４】
[２１]  マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材が窒素と炭素とを合せて０．２０〜１．５％（質量）含有することを特徴とする前記［１５］〜［２０］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[２２]  マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材が窒素と炭素とを合せて０．３５〜１．０％（質量）含有することを特徴とする前記［１５］〜［２０］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[２３]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、鉄−クロム系マルテンサイトステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素及び／又は炭素と、クロムを含有している上、さらにモリブデン、マンガン、ケイ素、ニオブ、バナジウム、コバルト又はホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上の元素を含有するものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
[２４]  前記［２３］に記載のバルク材が、鉄−クロム系マルテンサイトステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合せて０．０１〜２．５％（質量）、クロム１２〜２０．０％（質量）を含有する上さらに、モリブデン０．２〜５．０％（質量）、ニッケル０．０５〜３．０％ （質量）、マンガン０．０１〜３．０％（質量）、ケイ素０．１〜２．０％（質量）、ニオブ又はバナジウム０．５〜３．０％（質量）、コバルト０〜３．０％（質量）又はホウ素を０〜０．５％（質量）含有するもの  であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
[２５]  マルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．２０〜１．５％（質量）含有することを特徴とする前記［２３］又は［２４］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
[２６]  マルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．３５〜１．０％（質量）含有することを特徴とする前記［２３］又は［２４］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材 。
【００１５】
[２７]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、鉄−クロム−マンガン系又は鉄−クロム−ニッケル系２相ステンレス鋼であり、同バルク材が窒素及び／又は炭素、クロムを含有し、かつマンガン、ニッケル、モリブデン、ケイ素、バナジウム、ニオブあるいはタンタル、銅、コバルト又はホウ素から選ばれるいずれか１つ又は２つ以上の元素を含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なオーステナイト相又はフェライト相を含むマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材。
[２８]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、鉄−クロム−マンガン系又は鉄−クロム−ニッケル系２相ステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜１．５％（質量）、クロム１２．０〜２０．０％（質量）含有し、かつマンガン３．０〜１５．００％（質量）、ニッケル０〜８．０％（質量）、モリブデン０〜４．０％（質量）、ケイ素０．２〜１．５％（質量）、バナジウム、あるいはニオブ０．１〜３．０％（質量）、銅０〜３．０％（質量）、コバルト  ０〜３．０％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なオーステナイト相又はフェライト相を含むマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材。
[２９]  マルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．１０〜１．０％（質量）含有することを特徴とする前記［２７］又は［２８］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材 。
[３０]  マルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．３０〜０．８％（質量）含有することを特徴とする前記［２７］又は［２８］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材 。
【００１６】
[３１]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、析出硬化型の１７−４ＰＨ系ステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜１．０％（質量）、クロム１５〜１８％（質量）、ニッケル２．５〜５．５％（質量）、銅２．５〜５．５％（質量）含有し、かつ、マンガン０．４〜０．９％（質量）、ケイ素０．４〜０．９％（質量）、ニオブ＋タンタル０．１０〜０．５％（質量）、チタン０〜０．３０％（質量）、コバルト０〜３．０％（質量）又はホウ素  ０〜０．５０％（質量）含有してなるものであって、そのバルク材の平均結晶粒径が５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
[３２]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、析出硬化型の１７−７ＰＨ系ステンレス鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜１．０％（質量）、クロム１５．５〜１８．５％（質量）、ニッケル６．０〜８．０％（質量）、アルミニウム０．７０〜２．０％（質量）含有し、かつ、マンガン０．４０〜０．９０％（質量）、ケイ素０．４０〜０．９０％（質量）、コバルト０〜３．０％（質量）又はホウ素０〜０．５０％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材。
[３３]  マルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．１０〜０．５０％（質量）含有することを特徴とする前記［３１］又は［３２］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材 。
[３４]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、マルエージ鋼（Ｍａｒａｇｉｎｇ  Ｓｔｅｅｌ）又はマルエージ・ステンレス鋼（Ｍａｒａｇｉｎｇ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｓｔｅｅｌ）バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．０１〜０．７％（質量）、ニッケル１０．０〜２６．０％（質量）、コバルト６．５〜１１．５％（質量）、モリブデン２．５〜６．５％（質量）、チタン０．１０〜２．０％（質量）、アルミニウム０．０３〜０．７５％（質量）含有し、かつ、クロム４．５〜１６％（質量）、ニオブ０．２５〜０．５５％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材。
【００１７】
[３５]  マルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材が、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜０．４％（質量）含有することを特徴とする前記［３４］に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材 。
[３６]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、合金工具鋼、軸受鋼等の各種の調質鋼であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．２０〜２．５％（質量）、クロム０．１５〜１７％（質量）含有し、かつ、モリブデン０〜３．０％（質量）、ニッケル０〜３．０％（質量）、タングステン  ０〜１０％（質量）、バナジウム０．２〜２．５％（質量）、マンガン０．２〜１．５％（質量）、ケイ素０．１〜１．２％（質量）、コバルト０〜４．５％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材。
[３７]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、高速度鋼バルク材であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．７０〜２．５％（質量）、モリブデン３〜７％（質量）、タングステン１．５〜１１％（質量）、クロム３．５〜５．０％（質量）、バナジウム１．０〜４．５％（質量）含有し、かつ、コバルト４〜１１％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶高速度鋼バルク材。
[３８]  前記［１５］〜［１８］のいずれか１項に記載のバルク材が、高マンガン鋼（バルク材）であり、同バルク材が窒素と炭素とを合わせて０．１０〜１．２％（質量）、マンガン２〜１５％（質量）含有し、かつクロム０．５〜５％（質量）、モリブデン０．１〜１．０％（質量）又はホウ素０〜０．５％（質量）含有してなるものであって、その平均結晶粒径が５０〜１０００ｎｍであることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マンガン鋼バルク材。
【００１８】
[３９]  超微細なフェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体を、オーステナイト温度域まで昇温して超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体とした後、それに焼入れのような急冷または適当な速度での冷却操作あるいは強加工処理を施して超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４０]  超微細なフェライト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末を、同合金鋼の密度の４０〜６０％レベルの密度に達するまで固化成形（圧粉）して得た固化成形体（圧粉体）をオーステナイト温度域まで昇温して超微細なオーステナイト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体とした後、これに焼入れ、焼もどしなどの調質処理すなわちマルテンサイト化処理を施してから、さらに圧壊による粉砕処理を施して超微細なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体からなる粉末となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４１]  フェライト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体の平均結晶粒径が１５〜６０ｎｍであり、オーステナイト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体の平均結晶粒径が８０〜１５０ｎｍであり、かつ、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体の平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍであることを特徴とする前記［３９］又は［４０］に載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【００１９】
[４２]   マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子が窒素及び／又は炭素を含有するものであることを特徴とする前記［３９］〜［４１］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４３]  超微細フェライト基ナノ結晶合金鋼粒子の集合体が、同合金鋼の形成成分からなる物質の混合粉末のメカニカルアロイング（ＭＡ）又は同合金鋼粉末のメカニカルミリング（ＭＭ）処理により得られたものであることを特徴とする前記［３９］〜［４２］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４４]  フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末をボールミルを用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする前記［３９］〜［４３］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４５]  上記フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末を、窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）することによって窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする前記［３９］〜［４３］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【００２０】
[４６]  フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末の普通炭素鋼、合金鋼、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、合金鋳鉄、他の合金元素又は合金のいずれか１つ又は２つ以上の物質から選ばれたナノ結晶合金鋼の構成物質を、ボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする前記［３９］〜［４５］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４７]  フェライト基ナノ結晶合金鋼形成成分である塊状体、片状体、粒状体又は粉末の普通炭素鋼、合金鋼、白鋳鉄、ねずみ鋳鉄、まだら鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、合金鋳鉄、他の合金元素又は合金のいずれか１つ又は２つ以上の物質から選ばれたナノ結晶合金鋼の構成物質を、窒素源及び／又は炭素源となる物質とともにボールミル等を用いてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）することによって、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする前記［３９］〜［４６］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４８]  窒素と炭素とを合わせて０．２０〜１．５０質量％含有するナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼粉末を得ることを特徴とする前記［３９］〜［４７］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[４９]  窒素源又は／及び炭素源となる物質が、窒化鉄、窒化クロム、窒化マンガンなどの金属化合物、シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）、黄血塩のようなシアン化合物、Ｎ2ガス、ＮＨ3ガス、メタンガス、ブタンガス、都市ガス等の炭素又は／及び窒素を含むガス又は前記ガスをプラズマ状態にしたものから選択される１種又は２種以上であることを特徴とする前記［３９］〜［４８］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
【００２１】
[５０]  メカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）を施す雰囲気が、（１）アルゴンガスなどの不活性ガス、（２）Ｎ2ガス、（３）ＮＨ3ガス、（４）メタンガス、（５）ブタンガス、（６）Ｈ2ガス、又は（７）都市ガスから選ばれるいずれか１種又は（１）〜（７）から選ばれる２種以上の混合ガス雰囲気であることを特徴とする前記［３９］〜［４９］のいずれか１項に記載の高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粉末の製造方法。
[５１]   前記［１］〜［１３］のいずれか１項に記載のナノ結晶合金鋼粉末すなわち、その元となるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を、空気中又は酸化抑制雰囲気中あるいは真空中で、（１）冷間プレス成形、（２）冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）、（３）放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、（４）ホットプレス、（５）熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）、（６）押出成形、（７）鍛造、（８）圧延、（９）スエージング、（１０）超塑性成形の（１）〜（１０）から選択されるいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせによる固化成形又は爆発成形などの固化成形処理をし、次いで同固化成形体に［１］焼なまし、［２］溶体化処理、［３］焼入れ、［４］焼もどし、［５］時効処理、［６］強加工処理の［１］〜［６］から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
[５２]  前記［９］〜［１３］いずれか１項に記載の一般構造用又は機械構造用マルテンサイト系合金鋼粉末、すなわち、その元となるフェライト基ナノ結晶合金鋼粉末を、ステンレス鋼などから作られた金属カプセル又は黒鉛ダイスなどに真空封入して、これを（１）冷間プレス成形、（２）熱間鍛造、（３）熱間押出、（４）圧延、（５）熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）、（６）放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）の（１）〜（６）から選択される１つ又は２つ以上の組み合わせによる固化成形処理をし、次いで同固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ８００〜９５０℃、油冷／焼もどし１２０〜５５０℃、０．５〜３．０時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５％（質量）含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのマルテンサイト系ナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【００２２】
[５３]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載の鉄−クロム系マルテンサイトステンレス鋼粉末に、前記５１又は５２に記載と同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(ただし、焼入れ９５０〜１１５０℃、油冷／焼もどし２００〜５５０℃、０．５〜３．０時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材の製造方法。
[５４]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載の鉄−クロム−マンガン系又は鉄−クロム−ニッケル系２相ステンレス鋼粉末に、前記［５１］又は［５２］に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ９００〜１０５０℃、油冷／焼もどし４００〜５００℃、１〜３時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶２相ステンレス鋼バルク材の製造方法。
【００２３】
[５５]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載の析出硬化型ステンレス鋼粉末に、前記［５１］又は［５２］に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に(１)溶体化処理(９５０〜１１００℃、０．５〜１．０時間保持、水冷又は空冷)、(２)マルテンサイト化処理（Ｔ処理、Ｒ処理、又はＣ処理）、(３)時効処理(３５０〜６００℃、０．５〜３０時間保持、水冷)の中から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼バルク材の製造方法。
[５６]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載のマルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼粉末に、前記［５１］又は［５２］に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼なまし(８００〜８５０℃、０．５〜２．０時間保持、空冷)、時効処理(３５０〜５５０℃、１〜４．０時間保持)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージ・ステンレス鋼バルク材の製造方法。
【００２４】
[５７]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載の合金工具鋼、軸受鋼等の粉末に、前記［５１］又は［５２］に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ７５０〜８５０℃、水冷／焼もどし１５０〜２１０℃、空冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金工具鋼、軸受鋼等バルク材の製造方法。
[５８]  前記［９］〜［１２］のいずれか１項に記載の高速度鋼材料の粉末に、前記［５１］又は［５２］に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に焼入れ、焼もどし(焼入れ１２００〜１２６０℃、油冷／焼もどし５００〜６００℃、１〜１．５時間保持、水冷)等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．０１〜２．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１４００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶高速度鋼バルク材の製造方法。
[５９]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載のナノ結晶合金鋼粉末を、微細結晶粒超塑性を示す０．５Ｔｍ（Ｔｍ：合金鋼粉末の融解温度、Ｋ）以上の温度域にて放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、ホットプレス、圧延、押出、鍛造、熱間等方加圧成形（ＨＩＰ）等の真空熱間固化成形（超塑性固化成形）処理し、次いで同固化成形体に（１）焼なまし、（２）溶体化処理、（３）焼入れ、（４）焼もどし、（５）時効処理、（６）強加工処理の（１）〜（６）から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、ナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
[６０]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載のナノ結晶合金鋼粉末を、６００〜１２５０℃の温度での放電プラズマ焼結、ホットプレス、押出、鍛造、熱間等方加圧成形（ＨＩＰ）、圧延等の真空熱間固化成形又は爆発成形などの固化成形処理してナノ結晶合金鋼バルク材となし、次いで同合金鋼バルク材を微細結晶粒超塑性を示す温度域にて所要の形状に成形加工した後、同成形体に（１）焼なまし、（２）溶体化処理、（３）焼入れ、（４）焼もどし、（５）時効処理、（６）強加工処理の（１）〜（６）から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、ナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【００２５】
[６１]  前記［５１］〜［６０］のいずれか１項に記載の固化成形のうち、常温以外で行う熱間の固化成形温度が６５０〜１３００℃であることを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
[６２]  前記［９］〜［１３］のいずれか１項に記載の高マンガン鋼粉末に、前記５１〜６０に記載したと同様の固化成形処理をして製造した固化成形体に熱処理(ＨＴ)［急冷処理(水靱)１０００℃、水冷］及び冷間加工等の調質処理を施すことにより、窒素と炭素とを合わせて０．１０〜１．５質量％含有し、その平均結晶粒径が５０〜１０００ｎｍのナノ結晶の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶高マンガン鋼バルク材の製造方法。
[６３]  超微細なオーステナイト基のナノ結晶合金鋼粒子の集合体を、空気中又は酸化抑制雰囲気中あるいは真空中で、（１）冷間プレス成形、（２）冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）、（３）放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、（４）ホットプレス、（５）熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）、（６）押出成形、（７）鍛造、（８）圧延、（９）スエージング、（１０）超塑性成形の（１）〜（１０）から選択されるいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせによる固化成形又は爆発成形などの固化成形処理をし、次いで同固化成形体に［１］焼なまし、［２］溶体化処理、［３］焼入れ、［４］焼もどし、［５］時効処理、［６］強加工処理の［１］〜［６］から選ばれる１つ又は２つ以上の組み合わせによる調質処理を施すことにより、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼粒子の集合体よりなるナノ結晶合金鋼バルク材となすことを特徴とする高硬度で強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼バルク材の製造方法。
【発明の効果】
【００２６】
マルテンサイト系の合金鋼は、通常、溶解過程を経て製造されており、このようなマルテンサイト系合金鋼を強化するには、その母相となるオーステナイト相組織を微細化し、かつ炭素のような侵入型元素を適度に固溶させる方法がとられている。
そのため、従来、例えばオースフォーミング法では、オーステナイト−フェライト変態温度（Ａ１点温度）以下に過冷されたオーステナイト結晶相からなる材料に直接、圧延などによる強加工を施すことにより、オーステナイト結晶粒自体をまず微細化し、次いでこれを急冷することによって微細な結晶粒組織をもつマルテンサイト鋼材料としているが、このような従来の方法によって微細化できる粒径の限度は２〜１０μｍ程度といわれている。
しかし、上記のような従来の技術が適用出来るのは、Ａ１点温度以下の過冷温度域でもオーステナイトとして比較的安定な、すなわち準安定なオーステナイト域の広い（ＴＴＴ線図において、パーライトのＣ曲線とべーナイトのＣ曲線の間の入江（Ｂａｙ）の領域の広い）合金鋼種に限られ、しかも、この従来技術では５００℃付近の比較的低い温度において、強力な圧延機などを用いて、少なくとも５０％以上の強加工を施す必要があるので、これを大型の合金鋼に適用することは、事実上ほとんど不可能である。
【００２７】
本発明によれば、鉄にクロムなどの他の元素状の金属粉末とこれに他の元素、化合物等を添加したマルテンサイト系粉末材料を常温付近の温度においてメカニカルアロイング（ＭＡ）又はメカニカルミリング（ＭＭ）処理すると、通常の溶解法では達成できないナノメートルサイズ結晶粒からなるフェライト鋼粉末となり、これにオーステナイト温度域にて、固化成形処理を施すと、ＭＡ又はＭＭ粉末の性質上（粉末の表面部にわずかに生成するごく薄い酸化物層の存在により）、Ａ１点以上の温度域でも結晶粒の大きな成長はみられないため、その固化成形体内にはマルテンサイト相の母相となるナノサイズレベルのオーステナイト相結晶組織が生成し、これに急冷処理を加えることにより、ナノサイズレベルのマルテンサイト系の合金鋼バルク材を容易に製造することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、オーステナイト結晶組織のものを直接、微細化するのではなく、上記のように常温付近の温度にて、一旦ナノサイズの結晶組織からなるフェライト鋼粉末となし、これをＡ１点温度以上の温度域においても大きな粒成長させることなく、ナノサイズレベルのオーステナイト結晶組織に保持させるため、マルテンサイト系の合金鋼（昇温過程でオーステナイト域の存在する合金鋼）では、Ａ１点以下の温度域での過冷オーステナイトの安定性に直接、関係なく、どのようなマルテンサイト系合金鋼にも適用できる上、オーステナイト領域での結晶粒超微細化と窒素と炭素の複合添加による効果を相乗的に発現させることに加え、続く同固化成形体に対する焼入れ・焼もどしなどの調質処理により、従来実現出来なかった高強度で強靱な特性を有するマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼を容易に製造することができ、とくに本発明は、Ａ１点の温度以下での過冷オーステナイトの安定性に直接かかわりなく、すべてのマルテンサイト系合金鋼に適用できることの実用的意義は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明では、鉄とクロム、ニッケル、ケイ素又は、モリブデンなどの元素状粉末と窒素源及び／又は炭素源となる物質とを目標組成となるように調合したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｓｉ系 等のマルテンサイト系の低合金強靱鋼材料の混合粉末にボールミル等を用いてアルゴンガスなどの雰囲気中にて室温でのメカニカルアロイング（ＭＡ）処理を施す。
すると、ＭＡ処理された原料粉末は、ボールミル等によって付加された機械的エネルギーにより、溶解過程を経ないで合金化し、ＭＡ処理された合金粉末は数ｎｍ〜数十ｎｍのレベルまで超微細化して、前記材料のナノ結晶合金鋼粉末となる。
次いで、このようなＭＡ処理粉末をステンレス鋼などの金属カプセルに真空封入して、冷間圧縮プレス成形処理し、又は同ＭＡ処理粉末を８００〜９００℃の温度で放電プラズマ焼結（Ｓｐａｒｋ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ＳＰＳ）処理してプリフォーム（仮成形体）を作り、このようなプリフォーム体を更に８００〜１１５０℃の温度にて鍛造機及び／又は圧延機を用いて熱間固化成形処理により、厚さ３〜１０ｍｍ程度の板材となした後、これに焼入れ・焼もどし（焼入れ８００〜９５０℃、油冷／焼もどし１２０〜５５０℃、０．５〜３時間保持、水冷）を施すと、極めて硬くて強靱なマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼を容易に製造することができる。
【００３０】
本発明ではメカニカルアロイング（ＭＡ）処理した前記のＦｅ−Ｃｒ−Ｍｏ系、 Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ系、等のマルテンサイト系の低合金強靱鋼粉末をステンレス鋼製カプセルに真空封入し、これを９００〜１０００℃の温度域にて熱間押出加工（押出比：７〜１５）してから前項に記載の鍛造及び圧延加工を加えて板材又は棒材となした後、これに焼入・焼もどし（焼入れ８００〜９５０℃、油冷／焼もどし１２０〜５５０℃、０．５〜３時間保持、水冷）を施すと、より優れた硬くて強靱なマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼を容易に製造することができる。
【００３１】
本発明では、鉄とクロム、モリブデン等の元素状粉末と窒素源及び／又は炭素源となる物質とを目標組成となるように調合したＦｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｏ系 などのマルテンサイト系のステンレス鋼材料の混合粉末に、ボールミル等を用いてアルゴンガス雰囲気中にて室温度でのメカニカルアロイング（ＭＡ）処理を施して製造したナノ結晶合金粉末から前記のプリフォーム加工の技術を適用して得たプリフォーム成形体に、鍛造機及び／又は圧延機を用いて９００〜１１５０℃の温度での熱間固化成形処理により、厚さ３〜５ｍｍ程度の板材となした後、これに焼入れ・焼もどし（焼入れ９５０〜１１５０℃、油冷／焼もどし２００〜５５０℃、０．５〜３時間保持、水冷）を施すと、極めて硬くて強靱なマルテンサイト系のナノ結晶ステンレス鋼を容易に製造することができる。
【００３２】
本発明では、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系 等の２相ステンレス鋼材料について、前項に記載のものと同様の方法により作られたナノ結晶メカニカルアロイング（ＭＡ）処理粉末のプリフォーム成形体に、鍛造機及び／又は圧延機を用いて９００〜１１００℃の温度域での熱間固化成形処理により、厚さ３〜５ｍｍ程度の板材となした後、これに焼入れ・焼もどし（焼入れ９００〜１０５０℃、油冷／焼もどし４００〜５００℃、１〜３時間保持、水冷）を施すと、硬くて強靱なマルテンサイト系のナノ結晶２相ステンレス鋼を容易に製造することができる。
【００３３】
本発明では、鉄とクロム、ニッケル、銅などの元素状粉末と窒素源及び／又は炭素源となる物質とを目標組成となるように調合した１７−４ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼材料の混合粉末に、ボールミルなどを用いてアルゴンガス雰囲気中にて室温でのメカニカルアロイング（ＭＡ）処理を施して製造したナノ結晶合金粉末に、前記のプリフォーム加工の技術を適用してプリフォーム体となし、これに鍛造機及び／又は圧延機を用いて９００〜１１５０℃の温度での熱間固化成形処理すると、厚さ３〜７ｍｍ程度の板材となる。
次いで、同板材を１０００〜１１５０℃での溶体化処理より、銅濃度の高い過飽和マルテンサイト組織となした後、４００〜６００℃にて時効処理を施すと、マルテンサイト系のナノ結晶ＰＨステンレス鋼を容易に製造することができる。
【００３４】
本発明では、鉄とクロム、ニッケル、アルミニウなどから構成される１７−７ＰＨマルテンサイト系ステンレス鋼材料に、前項に記載と同様のプロセス、すなわち、ナノ結晶ＭＡ合金粉末製造、プリフォーム加工、熱間固化成形加工の各プロセスを適用すると、厚さ３〜７ｍｍ程度の板材（板状バルク材）が得られる。
次いで、同板材を１０００〜１１５０℃の温度での溶体化処理より、オーステナイト組織となし、これに更にマルテンサイト化処理（Ｔ処理、Ｒ処理、Ｃ処理）を施した後、４００〜５５０℃の温度での時効処理すると、マルテンサイト系のナノ結晶ＰＨステンレス鋼バルク材を容易に製造することができる。
【００３５】
本発明では、鉄とニッケル、コバルト、クロム、チタン、アルミニウムなどから構成されるマルテンサイト系のマルエージ鋼又はマルエージステンレス鋼材料に、前項に記載と同様の各製造・加工プロセスを適用すると、厚さ３〜７ｍｍ程度のナノ結晶合金鋼板材が得られる。
次いで、同板材を約８００℃にて１時間程度加熱して空冷（焼なまし）した後、これを４００〜５５０℃の温度にて時効処理すると、マルテンサイト系のナノ結晶マルエージ鋼又はマルエージステンレス鋼バルク材を容易に製造することができる。
【００３６】
本発明では、鉄とクロム、モリブデンなどから構成される工具鋼、軸受鋼材料に、前項に記載と同様の各製造・加工処理を加えて、板材又は角形となした後、焼入れ・焼もどし（焼入れ７５０〜８５０℃／水冷、焼もどし１５０〜２１０℃、空冷）を施すと、超硬質のマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼を容易に製造することができる。
【００３７】
本発明では、メカニカルアロイング（ＭＡ）処理した鉄とクロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、コバルト、炭素、窒素から構成される高速度鋼系のＭＡ処理合金粉末を、金属カプセルに真空封入して、これを冷間圧縮プレス成形処理によりプリフォームを作り、次に同プリフォーム体に９００〜１０００℃の温度において微細結晶粒超塑性を利用した成形加工（超塑性ホットプレス）を行って、目標の形状のバルク材となした後、これに焼入れ・焼もどし（焼入れ１２００〜１２６０℃／油冷、焼もどし５００〜６００℃、１〜１．５時間保持、水冷）処理を施すと、マルテンサイト系のナノ結晶高速度鋼バルク材を容易に製造することができる。
【実施例】
【００３８】
実施例１：
試料番号  Ｅ１−ａ
普通炭素鋼材料のＦｅ−０．２３Ｃ−０．３２Ｍｎ−０．１６Ｓｉ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた平均結晶粒径４５ｎｍのフェライト基合金微粉末材料〈１〉を８５０℃で放電プラズマ焼結(ＳＰＳ)した後、それをステンレス鋼カプセルに真空封入して９５０℃にて鍛造(ＦＲＧ)加工を施した。
次いで、前記鍛造加工して得られたバルク材を、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ９１５℃、水冷／焼もどし２００℃、水冷］した。
前記熱処理を施したバルク材〈２〉の、引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの測定結果は表１のとおりであった。
ここで、比較材〈３〉として、組成が前記と同じ普通炭素鋼材料（ただし、ＭＡ処理及びＳＰＳ焼結並びにＦＲＧを施していない）に対して、前記と同様の熱処理を施したものを用意した。
試料番号  Ｅ１−ｂ
低マンガン合金鋼材料のＦｅ−０．３２Ｃ−１．３６Ｍｎ−０．１６Ｓｉ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られたフェライト基合金微粉末材料〈４〉を８５０℃での放電プラズマ焼結(ＳＰＳ)した後、ステンレス鋼カプセルに真空封入して９５０℃にて鍛造(ＦＲＧ)加工を施した。
次いで、前記鍛造加工して得られたバルク材を、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ９１５℃、水冷／焼もどし２００℃、水冷］した。
前記熱処理を施したバルク材〈５〉の、引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄｄの試験結果は表１のとおりであった。
ここで、比較材〈６〉として、組成が前記と同じ低マンガン合金鋼材料（ただし、ＭＡ処理及びＳＰＳ焼結並びにＦＲＧを施していない）に対して、前記と同様の熱処理を施したものを用意した。
【００３９】
【表１】
2008208401.tif 000002
【００４０】
表１からみて、本発明によれば、比較材(溶製材)の熱処理後のマルテンサイトの平均結晶粒径ｄはミクロンサイズレベルであるのに対し、常温でのメカニカルアロイング（ＭＡ）処理による合金粉末中には試料（Ｅ１−ａ）、（Ｅ１−ｂ）とも平均結晶粒径ｄが３０〜５０ｎｍレベルの超微細なフェライト結晶が生成されるため、続く熱間での固化成形過程においてもマルテンサイト相の母相となる超微細なナノ結晶オーステナイト相が生成されることから、固化成形・熱処理後のバルク材においても、その平均結晶粒径ｄが１５０ｎｍ程度のレベルのナノ結晶マルテンサイト組織が保持されることが解る。
【００４１】
実施例２：
試料番号  Ｅ２−ａ
低合金強靱鋼材料のＦｅ−５Ｃｒ−１．５Ｍｏ−１Ｓｉ−０．４Ｎｂ−０．３５Ｃ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末〈１〉を真空中にて１０００℃での放電プラズマ焼結(ＳＰＳ)、鍛造(ＦＲＧ)、熱間等方圧焼結（ＨＩＰ）又は押出（ＥＸＴ）のような熱間固化成形処理した後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ９３０℃、油冷／焼もどし５００℃、１ｈ保持、水冷］を施した。
前記熱処理を施したバルク材〈２〉の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの試験結果は表２のとおりであった。
試料番号  Ｅ２−ｂ
低合金強靱鋼材料のＦｅ−５Ｃｒ−１．５Ｍｏ−１Ｓｉ−０．４Ｎｂ−０．３５Ｃ−０．１０Ｖ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末〈３〉を真空中にて１０００℃での放電プラズマ焼結(ＳＰＳ)、鍛造(ＦＲＧ)、熱間等方圧焼結（ＨＩＰ）又は押出（ＥＸＴ）のような熱間固化成形処理した後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ９３０℃、油冷／焼もどし５００℃、１ｈ保持、水冷］を施した。
前記熱処理を施したバルク材〈４〉、〈５〉、〈６〉の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの測定結果は表２のとおりであった。
【００４２】
【表２】
2008208401.tif 000003
【００４３】
表２からみて、本発明によれば、試料（Ｅ２−ａ）、（Ｅ２−ｂ）とも、熱間の固化成形・熱処理後のバルク材におけるマルテンサイト相の平均結晶粒径ｄは、１００〜２００ｎｍレベルに保持されており、窒素を含有するバルク材の強度特性の方が、バルク材のそれより総じて優れていることが解った。
又、試料（Ｅ２−ｂ）のバルク材〈４〉、〈５〉、〈６〉の試験結果から見て、ＨＩＰおよび押出による固化成形の方が、ＳＰＳ・鍛造によるものよりやや良好な強度特性を示すことが解った。
【００４４】
実施例３：
試料番号  Ｅ３−ａ
低合金強靱鋼材料のＦｅ−１．５Ｃｒ−４．３Ｎｉ−１．７Ｓｉ−０．４０Ｃ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末〈１〉をステンレス鋼製のカプセルに真空封入して冷間圧縮プレス成形（Ｃｏｌｄ  Ｐｒｅｓｓ、ＣＰ）してから、鍛造(ＦＲＧ)、又は圧延（Ｒｏｌｌ）のような熱間固化成形処理した後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ８７０℃、油冷／焼もどし２００℃、１ｈ保持、水冷］を施した。
前記熱処理を施したバルク材〈２〉の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの試験結果は表３のとおりであった。
試料番号  Ｅ３−ｂ
低合金強靱鋼材料のＦｅ−１．５Ｃｒ−４．３Ｎｉ−１．７Ｓｉ−０．４０Ｃ−０．１０Ｎ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末〈３〉をステンレス鋼製のカプセルに真空封入して冷間圧縮プレス成形（Ｃｏｌｄ  Ｐｒｅｓｓ、ＣＰ）してから、鍛造(ＦＲＧ)、又は圧延（Ｒｏｌｌ）のような熱間固化成形処理した後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ８７０℃、油冷／焼もどし２００℃、１ｈ保持、水冷］を施した。
前記熱処理を施したバルク材〈４〉、〈５〉の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの試験結果は表３のとおりであった。
試料番号  Ｅ３−ｃ
低合金強靱鋼材料のＦｅ−１．４Ｃｒ−５．７Ｎｉ−０．３Ｍｏ−０．２Ｓｉ−０．５０Ｃ−０．１５Ｎ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末〈６〉をステンレス鋼製のカプセルに真空封入して冷間圧縮プレス成形（Ｃｏｌｄ  Ｐｒｅｓｓ、ＣＰ）してから、鍛造(ＦＲＧ)のような熱間固化成形処理した後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ８７０℃、油冷／焼もどし２００℃、１ｈ保持、水冷］を施した。
前記熱処理を施したバルク材〈７〉の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの測定結果は表３のとおりであった。
【００４５】
【表３】
2008208401.tif 000004
【００４６】
表３からみて、本発明によれば、試料（Ｅ３−ａ）、（Ｅ３−ｂ）、（Ｅ３−ｃ）のバルク材のいずれにおいても、固化成形・熱処理過程でのマルテンサイト結晶相にはかなりの粒成長がみられるものの、１５０〜２００ｎｍレベルのナノ結晶組織は保持され、とくに試料（Ｅ３−ａ）、（Ｅ３−ｂ）を比較すると、試料（Ｅ３−ｂ）（〈４〉）では引張強さσBが著しく増大し、窒素Ｎの含有による効果は際だっていること、さらに又バルク材〈５〉では、固化成形過程で圧延の操作を付加すると、その伸びが著しく増大することが解った。
また、試料（Ｅ３−ｃ）のバルク材〈７〉の結果から、本合金系では、高ニッケル、高Ｃ（炭素）＋ Ｎ（窒素）組成にすると、その強度が大きく向上することが解った。
【００４７】
実施例４：
試料番号  Ｅ４−ａ
クロム系ステンレス鋼材料のＦｅ−１３．５Ｃｒ−０．８Ｍｎ−０．８Ｓｉ−０．３０Ｃ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末を８５０℃での放電プラズマ焼結(ＳＰＳ)により固化成形してからこれをステンレス鋼カプセルに真空封入して９５０℃にて鍛造(ＦＲＧ)加工をした後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ９８０℃、油冷／焼もどし４５０℃、水冷］した。
前記熱処理を施したバルク材（Ｅ４−ａ）の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの試験結果は表４のとおりであった。
試料番号  Ｅ４−ｂ
クロム系ステンレス鋼材料Ｆｅ−１３．５Ｃｒ−０．８Ｍｎ−０．８Ｓｉ−０．１５Ｃ−０．１５Ｎ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた粉末を８５０℃での放電プラズマ焼結(ＳＰＳ)により固化成形してからこれをステンレス鋼カプセルに真空封入して９５０℃にて鍛造(ＦＲＧ)加工をした後、熱処理(ＨＴ)［焼き入れ９８０℃、油冷／焼もどし４５０℃、水冷］した。
前記熱処理を施したバルク材（Ｅ４−ｂ）の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ、及び平均結晶粒径ｄの測定結果は表４のとおりであった。
【００４８】
【表４】
2008208401.tif 000005
【００４９】
表４からみて、本発明によれば、本クロム系ナノ結晶ステンレス鋼材料においては、侵入型合金元素として炭素Ｃ単独ではなく、炭素Ｃと窒素Ｎとの複合添加により、強度ばかりでなく、その伸びも著しく向上することが解った。
【００５０】
実施例５：
クロム系ステンレス鋼材料（Ｅ５−ａ）Ｆｅ−１５Ｃｒ−１Ｍｏ−０．５５Ｃ（質量％）、（Ｅ５−ｂ）Ｆｅ−１５Ｃｒ−１Ｍｏ−０．５５Ｎ（質量％）及び（Ｅ５−ｃ）Ｆｅ−１５Ｃｒ−１Ｍｏ−０．２０Ｃ−０．３５Ｎ（質量％）を、メカニカルアロイング（ＭＡ）処理した粉末材料と同粉末を、８５０℃での放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）により固化成形してから、これをステンレス鋼製カプセルに真空封入して９５０℃にて鍛造（ＦＲＧ）加工を施した後、熱処理（ＨＴ）［焼入れ１０７５℃、油冷／焼もどし４５０℃、２ｈ保持、水冷］した。
前記熱処理を施したバルク材（〔１〕、〔３〕、〔５〕）の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄは表５のとおりである。
【００５１】
【表５】
2008208401.tif 000006
【００５２】
表５からみて、本発明によれば、試料（Ｅ５−ａ）、（Ｅ５−ｂ）、（Ｅ５−ｃ）のいずれのバルク材においても、マルテンサイト相の平均結晶粒径ｄが１５０〜３００ｎｍレベルのナノ結晶組織を有するものが得られ、そのσBは、侵入型合金元素の含有する状態が炭素Ｃ単独のもの、窒素Ｎ単独のもの、ＣとＮが共存のものの順に上昇して、Ｃ、Ｎ共存のものでは、クロム系ステンレス鋼として２４００ＭＰａという注目すべき値を示すことが解った。
【００５３】
実施例６：
２相ステンレス鋼材料（Ｅ６−ａ）Ｆｅ−１８．５Ｃｒ−７Ｎｉ−４Ｍｎ−０．１０Ｃ−０．２７Ｎ（質量％）及び（Ｅ６−ｂ）Ｆｅ−１８Ｃｒ−１０Ｍｎ−２Ｍｏ−２Ｃｕ−０．３３Ｎ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理した粉末材料を、８５０℃での放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）により固化成形してから、これをステンレス鋼製カプセルに真空封入して１０５０℃にて鍛造（ＦＲＧ）加工を施した後、熱処理（ＨＴ）［焼入れ１０００℃、油冷／焼もどし４５０℃、１ｈ保持、水冷］した。
前記熱処理を施したバルク材の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖは表６のとおりである。
【００５４】
【表６】
2008208401.tif 000007
【００５５】
表６からみて、本発明によれば、２相ステンレス鋼（Ｅ６−ａ）、（Ｅ６−ｂ）両バルク材では、その窒素濃度が比較的低い上、結晶相に一部オーステナイト相が含まれ、伸びδは若干増大するが、引張強さσB及びビッカース硬さＨｖは、他のマルテンサイト系ナノ結晶ステンレス鋼材料に比較して低い値を示すことが解った。
【００５６】
実施例７：
ＰＨ型マルテンサイト系ステンレス鋼材料（Ｅ７−ａ）Ｆｅ−１７．２Ｃｒ−４．３Ｎｉ−４．０Ｃｕ−０．３Ｎｂ−０．０４Ｃ（質量％）、（Ｅ７−ｂ）Ｆｅ−１７．２Ｃｒ−４．３Ｎｉ−４．０Ｃｕ−０．３Ｎｂ−０．０４Ｃ−０．０８Ｎ（質量％）及び（Ｅ７−ｃ）Ｆｅ−１７．４Ｃｒ−７．０Ｎｉ−１．２Ａｌ−０．０５Ｍｎ−０．０５Ｃ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理した粉末材料を、８５０℃での放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）により固化成形してから、これをステンレス鋼製カプセルに真空封入して１１５０℃にて鍛造（ＦＲＧ）加工した後、下記の熱処理（ＨＴ）を施した。
前記熱処理を施したバルク材の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄは表７のとおりである。
なお、ここでバルク材（Ｅ７−ａ）、（Ｅ７−ｂ）及び（Ｅ７−ｃ）に対して次のように熱処理（ＨＴ）が施された。
Ｅ７−ａ、Ｅ７−ｂ：溶体化処理、１０３０℃、油冷／時効処理４５０℃、１ｈ保持、水冷
Ｅ７−ｃ：溶体化処理、１０５０℃、水冷／マルテンサイト化処理７７５℃、３ｈｒ保持、水冷／時効処理４５０℃、１ｈ保持、水冷
【００５７】
【表７】
2008208401.tif 000008
【００５８】
表７からみて、本発明によれば、ＰＨ型のマルテンサイト系ステンレス鋼バルク材（Ｅ７−ａ）、（Ｅ７−ｂ）及び（Ｅ７−ｃ）のいずれにおいても、マルテンサイト相は、その平均結晶粒径ｄが２００ｎｍレベルまで超微細化され、引張強さσB は１５００ＭＰａ以上の高い値を示し、特に又、バルク材（Ｅ７−ｂ）では僅かな窒素Ｎの添加により、σBの値は大きく増加することが解った。
【００５９】
実施例８：
マルエージ鋼材料（Ｅ８−ａ）Ｆｅ−１８Ｎｉ−８．０Ｃｏ−５．０Ｍｏ−０．４０Ｔｉ−０．１５Ａｌ（質量％）及びマルエージ・ステンレス鋼材料、（Ｅ８−ｂ）Ｆｅ−６Ｎｉ−１３Ｃｒ−７Ｃｏ−３．０Ｍｏ−０．４０Ｎｉ−０．１０Ａｌ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理した粉末を、ステンレス鋼製カプセルに真空封入して冷間圧縮プレス形（ＣＰ）してから、これを９５０℃にて鍛造（ＦＲＧ）加工した後、熱処理（ＨＴ）［焼なまし８２０℃、１ｈ保持、空冷／時効処理４５０℃、３ｈ保持］を施した。
前記熱処理を施したバルク材の引張強さσB、破断伸びδ、ビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄは表８のとおりである。
【００６０】
【表８】
2008208401.tif 000009
【００６１】
表８からみて、マルエージ鋼及びマルエージ・ステンレス鋼バルク材（Ｅ８−ａ）、（Ｅ８−ｂ）いずれにおいても、そのマルチンサイト相は平均結晶粒径ｄが１００〜２００ｎｍレベルまで超微細化され、結晶相における微細化硬化が効果的に発現されることから、特にマルエージ鋼バルク材（Ｅ８−ｂ）の引張強さσBは、２２００Ｍｐａレベルに増大することが解る。
【００６２】
実施例９：
合金工具鋼・軸受鋼系材料（Ｅ９−ａ）Ｆｅ−１．４Ｃｒ−１．３ｃ−０．３５ｓｉ−０．３Ｍｎ−０．０５Ｍ０（質量％）及び（Ｅ９−ｂ）Ｆｅ−１．４Ｃｒ−１．３ｃ−０．３５ｓｉ−０．３Ｍｎ−０．０５Ｍ０−０．１３Ｎ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理した合金粉末を、８５０℃での放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）により固化成形してから、これをステンレス製カプセルに真空封入して９５０℃にて鍛造し（ＦＲＧ）加工した後、熱処理（ＨＴ）〔焼入８２０℃、水冷／焼きもどし２００℃、空冷〕した。
前記熱処理を施したバルク材（Ｅ９−ａ、Ｅ９−ｂ）のビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒ｄは表９のとおりである。
【００６３】
【表９】
2008208401.tif 000010
【００６４】
表９からみて、本発明によれば、合金工具鋼・軸受鋼系材料のバルク材（Ｅ９−ａ）、（Ｅ９−ｂ）のいずれにおいても、マルテンサイト結晶相は、平均結晶粒径ｄが１５０ｎｍレベルまで超微細化されることから、結晶粒微細化硬化が顕著に現れ、両バルク材ともビッカース硬さＨｖは、８００以上の値を示し、特にバルク材（Ｅ９−ｂ）では窒素Ｎの添加により、そのビッカース硬さＨｖは更に大きく増加することが解った。
【００６５】
実施例１０：
高速度鋼材料（Ｅ１０−ａ）Ｆｅ−５．３Ｍｏ−４．２Ｃｒ−６．０Ｗ−１．７０Ｖ−４．５０Ｃｏ−０．８５Ｃ（質量％）及び（Ｅ１０−ｂ）Ｆｅ−５．３Ｍｏ−４．２Ｃｒ−６．０Ｗ−１．７０Ｖ−４．５０Ｃｏ−０．８５Ｃ−０．１５Ｎ（質量％）のメカニカルアロイング（ＭＡ）処理合金粉末を、ステンレス鋼製カプセルに真空封入してから、冷間圧縮プレス成形処理により、プリフォーム（仮固化成形体）を作り、次に同プリフォーム体に９５０℃の温度において、ひずみ速度１０-3〜１０-2／秒にて、微細結晶粒超塑性を利用した超塑性ホットプレス（ＳＰＨＰ）加工を行った後、これに熱処理（ＨＴ）〔焼入１２３０℃、油冷／焼きもどし５５０℃、１ｈ保持、水冷〕を施した。
前記熱処理を施した各バルク材のビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄは、表１０のとおりである。
【００６６】
【表１０】
2008208401.tif 000011
【００６７】
表１０からみて、本発明によれば、高速度鋼材料（Ｅ１０−ａ）、（Ｅ１０−ｂ）のバルク材いずれにおいても、そのマルチンサイト結晶相は、平均結晶粒径ｄが１００ｎｍレベルまで超微細化されることから、結晶粒微細化硬化が極めて効果的に現れ、ビッカース硬さＨｖは８００以上にもおよぶ驚異的な値を示すことが解った。
また、本発明によれば、窒素Ｎを含むバルク材（Ｅ１０−ｂ）では、上記の結晶粒超微細化効果と、マルチンサイト相へのＮの固溶による効果が相乗的に発現され、その硬さの増大はさらに際だったものになることが解った。
【００６８】
実施例１１：
高マンガン鋼材料（Ｅ１１−ａ）Ｆｅ−４．０Ｍｎ−０．６０Ｃ−０．５Ｃｒ−０．２０Ｍｏ質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた合金粉末を、８５０℃での放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）した後、これをステンレス鋼製カプセルに真空封入して、９５０℃にて鍛造(ＦＲＧ)加工を施した。
次いで、前記熱処理（ＨＴ）〔急冷処理(水靱)１０００℃、水冷〕及び冷間加工（Ｃｏｌｄ  Ｗｏｒｋ、ＣＷ）した(圧延度５０％)。
前記熱処理及び冷間加工を施したバルク材（Ｅ１１−ａ）のビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄの測定結果は、表１１のとおりであった。
高マンガン鋼材料（Ｅ１１−ｂ）Ｆｅ−４．０Ｍｎ−０．６０Ｃ−０．５０Ｃｒ−０．２０Ｍｏ−０．１０Ｎ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた合金粉末を、８５０℃での放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）した後、これをステンレス鋼製カプセルに真空封入して、９５０℃にて鍛造(ＦＲＧ)加工を施した。
次いで、前記熱処理（ＨＴ）〔急冷処理(水靱)１０００℃、水冷〕及び冷間加工（ＣＷ）した(圧延度  )。
前記熱処理及び冷間加工を施したバルク材（Ｅ１１−ｂ）のビッカース硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄの測定結果は、表１１のとおりであった。
【００６９】
【表１１】
2008208401.tif 000012
【００７０】
表１１からみて、本発明によれば、高マンガン鋼材料Ｅ１１−ａ、Ｅ１１−ｂのいずれにおいても、マルチンサイト相の平均結晶粒径ｄが２００ｎｍレベルまで超微細化されることから、結晶粒微細化硬化が効果的に現れていることが解った。
また、窒素Ｎを含むバルク材Ｅ１１−ｂでは、マルチンサイト相へのＮの固溶による効果と前記結晶粒超微細化効果などが、その硬さの増大に導いていることが明らかである。
【００７１】
実施例１２：
普通炭素鋼材料（Ｅ１２−ａ）のＦｅ−０．２３Ｃ−０．３２Ｍｎ−０．１６Ｓｉ（質量％）をメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた合金粉末をステンレス鋼製カプセルに真空封入して同炭素鋼の密度（約７．８６ｇ／ｃｍ3）の５５％の密度に到達するまで圧粉処理してその圧粉体を得た。
次いで、前記圧粉体に熱処理（ＨＴ）［焼入れ９１５℃、水冷／焼もどし２００℃、水冷］及び粉砕（ＰＵＬ）処理を施した。
前記熱処理及び粉砕処理を施した粉末の硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄの測定結果は表１２のとおりであった。
高速度鋼材料（Ｅ１２−ｂ）Ｆｅ−５．３Ｍｏ−４．２Ｃｒ−６．０Ｗ−１．７０Ｖ−４．５０Ｃｏ−０．８５Ｃ−０．１５Ｎ（質量％）のメカニカルアロイング（ＭＡ）処理して得られた合金粉末を、ステンレス鋼製カプセルに真空封入して、同合金鋼の密度の５５％の密度に到達するまで圧粉処理してその圧粉体を得た。
次いで、前記圧粉体に熱処理（ＨＴ）［焼入れ１２３０℃、油冷／焼もどし５５０℃、１ｈ保持、水冷］及び粉砕（ＰＵＬ）処理を施した。
前記熱処理及び粉砕処理を施した粉末の硬さＨｖ及び平均結晶粒径ｄの測定結果は表１２のとおりであった。
【００７２】
【表１２】
2008208401.tif 000013
【００７３】
表１２からみて、本発明によれば、試料Ｅ１２−ａ及びＥ１２−ｂにおいてマルチンサイト相の平均結晶粒径ｄが１００〜１６０ｎｍレベルまで超微細化されることから、結晶粒微細化硬化が顕著に現れ、そのビッカース硬さＨｖは、特に試料Ｅ１２−ｂにおいては、９００を超えることが解った。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
次に前記本発明で得られる各種合金鋼バルク材の用途例について紹介する。
メカニカルアロイング（ＭＡ）技術により、常温において、初期の段階で得られる超微細なフェライト基のナノ結晶相は、昇温過程で、従来の技術では実現できなかった超微細なオーステナイト基のナノ結晶相の生成に導く上、このようなオーステナイト相に窒素Ｎと炭素Ｃを高濃度に固溶させると、オーステナイト相において結晶粒微細化硬化(強化)とＮとＣの固溶による固溶化硬化(強化) が相乗的に発現され、これに急冷操作を付加することにより、従来材にはみられない極度に強化されかつ靱性及び延性を有するマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材を容易に製造することができる。
また、本発明によれば、マルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材は、クロムが５％（質量）以上含有するもの（表２）では耐食鋼材料として、またクロムが１２〜１３％（質量）以上含有するもの（表４〜７）ではステンレス鋼材料としての特性を有しているので、この種のマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材は、超高強度で優れた耐食性を有する新規な材料として提供することができる。
従って、本発明によるマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材は、以上のようなその特性から、例えば次のような機械類の部品や各種の超硬工具類などの材料として、さらに又航空機、ロケット、自動車、船舶等の飛行物体ないし移送装置用部材向け材料として好適に広く用いることができる。
【００７５】
(１) ベアリング(軸受)類
本発明によるマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材を例えば、軸受の回転部に用いると、前記の強度特性から、所要レベルの強度を保証するのにその使用量を大幅に減らすことができるので、これにより使用材料の節減になるばかりでなく、軸受転動体部の遠心力の大きな低下を通じて、軸受運転時の使用電力を大きく低減することができる。
(２) 歯車類
歯車の材料に多く用いられている金属材料では、その表面部（歯面部）には耐摩性をもたせ、そして内部には高い靱性をもたせるという相矛盾する特性を一つの部品に与える必要があるため、この場合は、歯面部への浸炭などと焼入・焼もどしとを組み合わせたかなり高度な技術と熟練を要する表面硬化処理が必要となるが、本発明による、例えば押出し加工で製造した超硬質で強靱な特性を有するマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材をこれに用いる場合は、そのような表面硬化などの処理は不要である。
（３）熱間加工用工具、金型類
例えば、本発明による窒素を含有するモリブデン系の高速度鋼ナノ結晶マルテンサイト材料の焼入・焼もどしバルク材は、硬さが従来材の５０％以上も高い上、５５０〜６００℃の温度付近までは熱的にも安定であるので、各種熱間加工用工具、金型類の部材として用いると、その優れた特性を発揮できる。
（４）防弾板、防弾チョッキ等の耐弾材、飛行・移送物体部材類
例えば、現在、軍用等に用いられている防弾チョッキ類の重量は、有事の時に着用されるものは、１人分で４０〜５０ｋｇにも及ぶと言われている。しかもその強度特性としては、引張り強さが２４００〜２５００ＭＰａ、伸び５〜１０％という極めて高性能のものが求められているが、現在これに対応できる材料は未だ開発されるまでに至っていない。
本発明によるマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材は、そのような強度的に高いレベルの性能に十分応えられるだけでなく、本発明のナノ結晶合金鋼バルク材を前記の防弾チョッキのような軍用部材に用いると、非常に大きな軽量化をはかることができる。
また、本発明によるマルテンサイト系のナノ結晶合金鋼バルク材は、そのもつ優れた特性を勘案すると、現在ますます高強度・軽量化が求められている航空機・船舶・自動車などの動く構造物の構成部材として、その需要は今後、計り知れないものとなることが予想される。
（５）医療器具類その他
クロムーニッケル系のＳＵＳ３０４鋼のようなオーステナイト基ステンレス鋼は、使用時にごく微量に溶出されるニッケルイオンが人体に皮膚炎をひき起こすなどの問題があるため、欧米では人体にかかわるものにはその使用が禁止される方向にある。こうした背景から、ニッケルを含まないステンレス鋼として注目されているのが、高窒素のクロムーマンガンステンレス鋼である。
高窒素マルテンサイト系のナノ結晶クロムーマンガンステンレス鋼の超硬質かつ強靱で優れた耐食性を示すその特性からみて、本発明によるマルテンサイト系高窒素ナノ結晶クロムーマンガンステンレス鋼は、非磁性であることを必要としない例えば医療用器具類、装飾品類、その他一般用のナイフ、ハサミ等の利器、ドリル等の工具類の材料としても有望といえる。
（６）軟磁性材料及び研磨材等
メカニカルアロイング（ＭＡ）処理されたマルテンサイト系ナノ結晶合金鋼材料は、平均結晶粒径ｄが２００ｎｍ付近から、ｄが小になるほどその軟磁性特性が大きく向上する（例えば透磁率が大きく向上する）ことから、今後、軟磁性材料としても大きく期待される材料である。
また、マルテンサイト系ナノ結晶合金鋼材料の中でも、ビッカース硬さＨｖが９００を超えるようなものは、今後、一層Ｈｖ値が高いものを開発していくことにより、研磨材などの材料として有望といえる。