(57)【要約】【課題】  耐熱性および耐腐食性に優れた新規な組成の金属部品を提供する。【解決手段】  粉末金属から部品を製造する方法であって、ａ）鉄、０〜０．６重量％の炭素、０．５〜５．０重量％のシリコン、０．５〜６．０重量％のニッケル、０．５〜１．５重量％のモリブデン、０〜０．７重量％のマンガン、および１２〜２０重量％のクロムを含む金属粉末（各重量％は金属粉末の総重量に基づいて計算）を提供する工程と、ｂ）３５〜６５ｔｓｉの圧力で金属粉末を圧縮して未焼結の圧粉体を得る工程と、ｃ）圧粉体の微細組織が、フェライトおよびオーステナイト相からなる２相の組織、またはフェライト相のみからなる単一相の組織を得るように、２１００〜２４００°Ｆの温度で２０〜９０分間、圧粉体を加熱する工程とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末金属から部品を製造する方法であって、
ａ）鉄、０〜０．６重量％の炭素、０．５〜５．０重量％のシリコン、０．５〜６．０重量％のニッケル、０．５〜１．５重量％のモリブデン、０〜０．７重量％のマンガン、および１２〜２０重量％のクロムを含む金属粉末（各重量％は金属粉末の総重量に基づいて計算）を提供する工程と、
ｂ）３５〜６５ｔｓｉの圧力で金属粉末を圧縮して未焼結の圧粉体を得る工程と、
ｃ）圧粉体の微細組織が、フェライトおよびオーステナイト相からなる２相の組織、またはフェライト相のみからなる単一相の組織を得るように、２１００〜２４００°Ｆの温度で２０〜９０分間、圧粉体を加熱する工程と、
を備えた部品の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
部品が、可変タービン構造のターボチャージャーに使用されるリングである、
ことを特徴とする部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
金属粉末を圧縮する工程が、６．０〜７．０ｇ/ｃｃの密度の圧粉体を生成している、
ことを特徴とする部品の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
圧粉体を加熱する雰囲気が、Ｈ２、Ｎ２/Ｈ２、および真空からなるグループから選択されている、
ことを特徴とする部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の分野に関する。より詳細には、本発明は、高温使用のための金属粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、高温に耐えることができかつ高温状態で長寿命を有するとともに腐食に耐えかつ高い引張強度を有する金属製品が絶えず求められている。このような特性を達成するのに用いられている組成の一例は、米国特許第 3,620,690号に開示されている。
【０００３】
上記米国特許は、１６〜２６重量％のクロムと、６〜２２重量％のニッケルと、０．０３〜０．２５重量％の炭素と、１．７５〜４．０重量％のモリブデンと、少量のチタン、タンタルおよびニオビウムとを含む粉末について記述している。
【０００４】
この粉末は、２〜１００ｔｓｉの圧力下で圧縮され、２１９２〜２５５２°Ｆで１０〜９０分間焼結される。焼結は、還元雰囲気（つまり水素および無水/分解アンモニア）中、真空中、またはアルゴンのような不活性ガス中で行われる。
【０００５】
他の例は、米国特許第 3,953,201号に開示されている。当該米国特許は、１０．５〜１９重量％のクロムと、０．０３重量％以下の炭素と、０．２重量％以下のマンガンと、０．２重量％以下のシリコンと、０．３重量％以下のニッケルと、０．１重量％以下のアルミニウムと、０．２重量％以下の銅と、４重量％のチタニウムおよび０．５〜２．５重量％のモリブデンのグループから選択された少なくとも一つの元素とを含む粉末について記述している。粉末は、耐腐食性を改良しかつ可鍛性を向上させるために種々の加熱法を用いて種々の温度で加熱されている。
【０００６】
米国特許第 4,220,689号は、１３〜１９重量％のクロム、１３〜１９重量％のニッケル、０．５〜４．０重量％のマンガン、３．５〜７．０重量％のシリコン、０．１５重量％以下の炭素、０．０４重量％以下のニッケル、０．０５重量％のリン、および０．０５重量％の硫黄からなる粉末について開示している。耐応力腐食性、耐高温酸化性、加工硬化速度および耐ゴーリング性における所望の特性のために、クロム、ニッケル、マンガンおよび窒素間の配分は重要である。
【０００７】
米国特許第 5,302,214号は、０．０３重量％以下の炭素、０．１〜０．８重量％のシリコン、０．６〜２．０重量％のマンガン、０〜０．００６重量％の硫黄、４．０重量％以下のニッケル、１７〜２５重量％のクロム、０．２〜０．８重量％のニオビウム、１〜４．５重量％のモリブデン、０．１〜２．５重量％の銅、０．０３重量％以下の窒素およびその他の元素を含む組成の粉末について開示している。
【０００８】
さらに、マンガンおよび硫黄の重量％の比は、少なくとも２００である。ニオビウム（Ｎｂ）は、Ｎｂ％−８％（Ｃ％＋Ｎ％）が少なくとも０．２であり、かつＮｉ％＋Ｃｕ％がせいぜい４であるということによって、定義されている。この粉末は、向上した低温靭性と、高温での高い溶接クラック抵抗とを有している。
【０００９】
米国特許第 6,342,087号は、低酸素で実質的に炭素のないステンレス鋼粉末を製造する方法について開示している。この粉末は、１０〜３０重量％のクロム、０〜５重量％のモリブデン、０〜１５重量％のニッケル、０〜１．５重量％のシリコン、０〜１．５重量％のマンガン、０〜２重量％のニオビウム、０〜２重量％のチタン、および０〜２重量％のバナジウムを含む溶融鋼を準備することによって製造されている。この粉末は、還元雰囲気中で少なくとも１１２０℃まで加熱される。
【００１０】
米国特許第 6,365,095号は、１０〜３０重量％のクロム、０〜５重量％のモリブデン、０〜１５重量％のニッケル、０〜０．５重量％のシリコン、０〜１．５重量％のマンガン、０〜２重量％のニオビウム、０〜２重量％のチタニウム、０〜２重量％のバナジウム、０〜５重量％のリン化鉄、０〜０．４重量％の黒鉛、せいぜい０．３重量％の不可避的な不純物、もっとも好ましくは１０〜２０重量％のクロム、０〜３重量％のモリブデン、０．１〜０．３重量％のシリコン、０．１〜０．４重量％のマンガン、０〜０．５重量％のニオビウム、０〜０．５重量％のチタン、０〜０．５重量％のバナジウム、０〜０．２重量％の黒鉛、実質的に０％あるいは７〜１０重量％のニッケル、残余成分の鉄および不可避的な不純物を含む粉末について開示している。
【００１１】
この粉末は、潤滑油および結合剤と組み合わされて、８０〜１５０℃まで、好ましくは１００〜１２０℃まで加熱される。次に、型内で圧縮されて、８０〜１３０℃、好ましくは１００〜１２０℃まで加熱される。次に、標準的な非酸化雰囲気中で１１００〜１３００℃の温度で１５〜９０分間、好ましくは２０〜６０分間焼結される。
【特許文献１】米国特許第3,620,690号明細書
【特許文献２】米国特許第3,953,201号明細書
【特許文献３】米国特許第4,220,689号明細書
【特許文献４】米国特許第5,302,214号明細書
【特許文献５】米国特許第6,342,087号明細書
【特許文献６】米国特許第6,365,095号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、耐熱性および耐腐食性に優れた新規な金属部品を提供しようとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、粉末金属から部品を製造する方法であって、以下の工程を備えている。
ａ）鉄、０〜０．６重量％の炭素、０．５〜５．０重量％のシリコン、０．５〜６．０重量％のニッケル、０．５〜１．５重量％のモリブデン、０〜０．７重量％のマンガン、および１２〜２０重量％のクロムを含む金属粉末（各重量％は金属粉末の総重量に基づいて計算）を提供する工程。
ｂ）３５〜６５ｔｓｉの圧力で金属粉末を圧縮して未焼結の圧粉体を得る工程。
ｃ）圧粉体の微細組織が、フェライトおよびオーステナイト相からなる２相の組織、またはフェライト相のみからなる単一相の組織を得るように、２１００〜２４００°Ｆの温度で２０〜９０分間、圧粉体を加熱する工程。
【００１４】
請求項２の発明では、部品が、可変タービン構造のターボチャージャーに使用されるリングである。
【００１５】
請求項３の発明では、金属粉末を圧縮する工程が、６．０〜７．０ｇ/ｃｃの密度の圧粉体を生成している。
【００１６】
請求項４の発明では、圧粉体を加熱する雰囲気が、Ｈ２、Ｎ２/Ｈ２、および真空からなるグループから選択されている。
【００１７】
本発明に係る粉末金属から部品を製造するための方法は、鉄、０〜０．６重量％の炭素、０．５〜５．０重量％のシリコン、０．５〜６．０重量％のニッケル、０．５〜１．５重量％のモリブデン、０〜０．７重量％のマンガン、および１２〜２０重量％のクロムを含む金属粉末を提供する工程を備えている。各重量％は、粉末の総重量に基づいて計算されている。
【００１８】
次に、粉末は、３５〜６５ｔｓｉの圧力で圧縮されて、未焼結の圧縮体が得られる。次に、圧縮体は、結果として生じる微細組織が単一相のフェライト系組織または２相のフェライト系およびオーステナイト系のいずれかとなるように、２１００〜２４００°Ｆの温度で２０〜９０分間加熱される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐熱性および耐腐食性に優れた新規な組成の金属部品が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
本発明は、高温下および腐食雰囲気中で使用される金属部品を製造するための方法を提供する。図１は、金属部品を製造するための方法を示すブロック図である。
【００２１】
第１の工程であるステップＳ１において、鉄、０〜０．６重量％の炭素、１２〜２０重量％のクロム、０．５〜６．０重量％のニッケル、０．５〜１．５重量％のモリブデン、０〜０．７重量％のマンガン、および０．５〜５．０重量％のシリコンからなる金属粉末の混合物が、準備される（表１参照）。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
第２のステップＳ２においては、金属粉末の混合物が３５〜６５ｔｓｉの圧力で圧縮されて、密度６．０〜７．０ｇ/ｃｃの未焼結の圧粉体になる。次に、第3のステップＳ３において、未焼結の圧粉体は、２１００〜２４００°Ｆの温度で２０〜９０分間、Ｈ２、Ｎ２/Ｈ２、または真空雰囲気中で焼結される。
【００２４】
最後に、ステップＳ４において、要求された機械的特性に応じて、第２の加熱またはその他の運転が圧粉体に対して実行される。結果として生じる微細組織は、２相のフェライトおよびオーステナイト組織（つまり二相系のステンレス鋼組織）、または単一相のフェライト組織（つまりフェライト系のステンレス鋼組織）のいずれかである。２相の微細組織は、結晶粒子境界における不純物濃度レベルが低いため、高い耐腐食性を圧粉体に与える。
【００２５】
圧粉体はまた、結晶粒子の径が小さく、結晶粒子境界を通じて転位運動が非常に起こりにくくなっているため、熱間において高い引張強度を有している。たとえば、１２００°Ｆにおける圧粉体の引張強度は２８ｋｓｉまであり、同じ圧粉体の室温における引張強度は１１５ｋｓｉまである。
【００２６】
実験例１
本願発明のアプリケーションにおいては、ベーンリングに形成されて可変タービン構造（ＶＴＧ）ターボチャージャーに使用される仕上げ材料が要求された。ベーンリングの構成については、多数の設計思想が考慮された。
【００２７】
ベーンリングは、１０００〜１６００°Ｆの範囲の加熱温度下で作動するとともに、昇温下において、硬度、耐摩耗性、最大引張強度、および伸びの減少を実現しなければならなかった。
【００２８】
ベーンリングは、ハウジングに取り付けられて、ターボチャージャー内でのベーンおよびベーンレバーの運動に対してベアリング面として作用するので、ベーンリングは、ベーンの自由な運動を許容しなければならない。その一方で、ベーンリングは、依然として、ターボチャージャーの寿命にわたってベーンの位置を正確に制御している。最後に、ベーンリングの設計は、溶接を防止するために、ベーンおよびベーンレバーと異なっていなければならなかった。
【００２９】
ベーンリングを製作するためのステンレス鋼粉末の組成は、鉄、１４重量％のクロム、４重量％のニッケル、３重量％のシリコン、および０．５重量％のモリブデンを含んでいた。この混合物は、５０ｔｓｉの圧力で圧縮され、２３５０°Ｆの水素ガス雰囲気中で４０分間焼結された。
【００３０】
本明細書中で記述された本発明の実施例は、本発明の原理を適用する単なる例示にすぎないということが理解されるべきである。図示された実施例の詳細に本明細書中で言及したことは、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定する意図ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】粉末から金属部品を製造するための本発明による工程を示すブロック図である。
【図１】
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