(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ：８〜２８重量％、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉの少なくとも１種：１〜１０重量％、Ｓｉ：０．２〜５重量％、Ｃ：０．０５〜０．８重量％、Ｏ：０．３５重量％以下であって、残部がＦｅ及び不可避元素からなることを特徴とし、マトリックスがマルテンサイトであり、硬質粒子としてＣｒのフェロアロイ並びにＭｏ、Ｗ及びＴｉの少なくとも１種のフェロアロイが存在する過給機用焼結ステンレス鋼材料。
【請求項２】
Ｃｒ：８〜２８重量％、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉの少なくとも１種：１〜１０重量％、Ｃｕ：０．５〜５重量％、Ｓｉ：０．２〜５重量％、Ｃ：０．０５〜０．８重量％、Ｏ：０．３５重量％以下であって、残部がＦｅ及び不可避元素からなることを特徴とし、マトリックスがマルテンサイトであり、硬質粒子としてＣｒのフェロアロイ並びにＭｏ、Ｗ及びＴｉの少なくとも１種のフェロアロイが存在する過給機用焼結ステンレス鋼材料。
【請求項３】
Ｃｒ、並びにＭｏ、Ｗ及びＴｉの少なくとも１種の供給源を用い、各供給源の一部又は全部としてフェロアロイを用い、これらのフェロアロイを含む原料粉末を成形及び焼結することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機用焼結ステンレス鋼材料の製造方法。
【請求項４】
Ｃｒのフェロアロイとしてフェロクロムを用い、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉの少なくとも１種のフェロアロイとしてフェロモリブデン、フェロタングステン及びフェロチタンの少なくとも１種を用いる請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の材料を少なくとも一部に用いてなる過給機。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の材料を少なくとも一部に用いてなる自動車過給機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャジャー、スーパーチャジャー等の各種過給機に用いられる焼結ステンレス鋼材料及びその製造方法に関する。さらには、この材料を用いた過給機に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば、自動車エンジンに用いられる過給機においては、常に排ガス等の高温にさらされる上、場合によっては部材どうしの摩擦・摺動にも耐えなければならない。このため、これらの過給機用材料には少なくとも耐熱性・耐摩耗性が要求される。
【０００３】
一方、過給機の作製にあたって、これらの材料はいくつかの部品を互いに溶接することによってアッセンブリー化される場合も多い。殊に、複雑な形状を有する部位では、溶接により構成される部分の割合が高くなる。このため、溶接性も、これら部材に要求される一つの特性と言える。
【０００４】
ところで、少なくとも耐熱性が要求される過給機で使用される構造部材（材質）としては、一般にステンレン鋼材料からなるものが汎用されているが、ステンレン鋼材料（特に焼結材料）は溶接による接合が容易ではない。このため、溶接性に優れたステンレス鋼材料の開発が切望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、耐熱性・耐摩耗性と溶接性とを兼ね備えた材料は未だ開発されていない。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼材料は高温域での使用には有効であるものの、一般に機械的強度が低い。一方、マルテンサイト系ステンレス鋼材料は機械的強度に優れる反面、溶接性がきわめて低いため、前記のような複雑なアッセンブリーの組立てには不向きである。
【０００６】
このように、今までに開発されている材料では、過給機に要求される特性を十分に満足することができないというのが現状である。
【０００７】
従って、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、過給機用として優れた特性を発揮できる焼結ステンレス鋼材料を提供することを主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記従来技術の問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定の構成からなる焼結ステンレス鋼材料が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、下記の過給機用焼結ステンレス鋼材料及びその製造方法に係るものである。
【００１０】
１．Ｃｒ：８〜２８重量％、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種：１〜１０重量％、Ｓｉ：０．２〜５重量％、Ｃ：０．０５〜０．８重量％、Ｏ：０．３５重量％以下であって、残部がＦｅ及び不可避元素からなることを特徴とする過給機用焼結ステンレス鋼材料。（第一発明）
２．Ｃｒ：８〜２８重量％、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種：１〜１０重量％、Ｃｕ：０．５〜５重量％、Ｓｉ：０．２〜５重量％、Ｃ：０．０５〜０．８重量％、Ｏ：０．３５重量％以下であって、残部がＦｅ及び不可避元素からなることを特徴とする過給機用焼結ステンレス鋼材料。（第二発明）
３．マトリックスがマルテンサイトであり、硬質粒子としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種のフェロアロイが存在する上記第１項又は第２項に記載の過給機用焼結ステンレス鋼材料。
【００１１】
４．Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種の供給源の一部又は全部としてフェロアロイを用い、当該フェロアロイを含む原料粉末を成形及び焼結することを特徴とする上記第１項〜第３項のいずれかに記載の過給機用焼結ステンレス鋼材料の製造方法。
【００１２】
５．フェロアロイが、フェロモリブデン、フェロタングステン、フェロバナジウム、フェロチタン及びフェロクロムの少なくとも１種である上記第４項記載の製造方法。
【００１３】
６．上記第１項１〜第３項のいずれかに記載の材料を少なくとも一部に用いてなる過給機。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第一発明の過給機用焼結ステンレス鋼材料は、Ｃｒ：８〜２８重量％（好ましくは９〜２３重量％、より好ましくは１０〜２０重量％）、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種：１〜１０重量％（好ましくは２〜１０重量％、より好ましくは３〜８重量％）、Ｓｉ：０．２〜５重量％（好ましくは０．５〜４量％、より好ましくは０．５〜３重量％）、Ｃ：０．０５〜０．８重量％（好ましくは０．１〜０．７重量％、より好ましくは０．１〜０．６重量％）、Ｏ：０．３５重量％以下（好ましくは０．３２重量％以下、より好ましくは０．２５重量％以下）であって、残部がＦｅ及び不可避元素からなることを特徴とする。
【００１５】
また、第二発明の過給機用焼結ステンレス鋼材料は、Ｃｒ：８〜２８重量％（好ましくは９〜２３重量％、より好ましくは１０〜２０重量％）、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種：１〜１０重量％（好ましくは２〜１０重量％、より好ましくは３〜８重量％）、Ｃｕ：０．５〜５重量％（好ましくは０．５〜４重量％、より好ましくは０．５〜３重量％）、Ｓｉ：０．２〜５重量％（好ましくは０．５〜４重量％、より好ましくは０．５〜３重量％）、Ｃ：０．０５〜０．８重量％（好ましくは０．１〜０．７重量％、より好ましくは０．１〜０．６重量％）、Ｏ：０．３５重量％以下（好ましくは０．３２重量％以下、より好ましくは０．２５重量％以下）であって、残部がＦｅ及び不可避元素からなることを特徴とする。すなわち、第二発明は、上記第一発明にさらにＣｕを必須成分として含むものである。Ｃｕは寸法安定性等の向上に寄与することができる点で第二発明がより好ましい。
【００１６】
第一発明及び第二発明（以下、両者を「本発明」という）の焼結体の構造としては、特に、マトリックスがマルテンサイトであり、硬質粒子（分散材）としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種のフェロアロイが存在することが好ましい。フェロアロイとしては、Ｆｅを含むものであれば良く、例えばＦｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｗ系、Ｆｅ−Ｔｉ系、Ｆｅ−Ｖ系等の２元系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ系等の３元系等が挙げられる。この中でも、フェロモリブデン、フェロタングステン、フェロバナジウム、フェロチタン及びフェロクロムの少なくとも１種を用いるのが好ましい。
【００１７】
マトリックスは、マルテンサイトが実質的にマトリックスのすべてを占有していることが望ましいが、本発明の効果を妨げない範囲内で他の合金相が存在していても良い。マルテンサイトは、通常マトリックス中５０体積％以上存在していれば良い。マルテンサイトが本発明材料におけるマトリックスの主要構成成分として存在することにより特に優れた機械的強度を発揮することができる。
【００１８】
硬質粒子が存在する場合、その存在割合は、最終製品の用途、所望の合金特性等に応じて適宜設定できるが、通常は本発明材料中１〜２０重量％程度、好ましくは２〜１５重量％とすれば良い。かかる範囲内に設定することにより特に耐摩耗性等の向上を図ることができる。また、硬質粒子の平均粒径も硬質粒子の種類等によって適宜設定できるが、通常２０〜１５０μｍ程度とすれば良い。
【００１９】
本発明材料の製造方法は、例えば各合金成分の原料粉末を用いて公知の粉末冶金における焼結体の製造方法に従って実施することができる。例えば、原料粉末を混合し、成形した後、この成形体を焼結すれば良い。
【００２０】
原料粉末としては、各成分ごとの単体粉末を用いることもできるが、これらの２成分以上が合金化した合金粉末を用いることもできる。特に、本発明ではＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ及びＴｉの少なくとも１種の供給源の一部又は全部としてフェロアロイを用いることが好ましい。すなわち、前記のＦｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｗ系、Ｆｅ−Ｔｉ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系等の合金粉末を各成分の供給源の一部又は全部として用いることにより、これらの硬質粒子が分散材として存在する焼結体を効率良く製造することができる。なお、Ｃ（炭素）成分としては、特に黒鉛を用いることが好ましい。
【００２１】
これらの原料粉末は、１種又は２種以上使用できる。また、これらは公知の製法により得られるもの又は市販品を用いることができる。原料粉末の平均粒径は、特に制限されないが、通常２０〜１５０μｍ程度とすれば良い。
【００２２】
原料粉末の成形は、公知の成形方法及び条件を採用できる。例えば、プレス成形、ＨＩＰ法、ＣＩＰ法、ホットプレス法等が挙げられる。成形に際し、必要に応じてバインダー、焼結助剤等の添加剤を配合することもできる。成形工程では、成形体の密度は、合金組成等によって適宜変更できるが、通常は焼結体密度が６〜７ｇ／ｃｍ3程度となるように調節すれば良い。
【００２３】
焼結工程では、成形体の焼結を行う。焼結温度は、合金組成等に応じて適宜設定できるが、通常は１１００〜１３００℃程度とすれば良い。焼結時間は、焼結温度等に応じて適宜調整することができる。焼結雰囲気は、通常は還元性雰囲気（アンモニアガス等）とすれば良いが、必要に応じて真空中、不活性ガス雰囲気等としても良い。焼結雰囲気の調整によって特に焼結体の含有酸素量の制御を行うこともできる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の過給機用焼結ステンレス鋼材料は、特定の合金組成から構成されていることから、耐熱性・耐摩耗性に加えて、溶接性にも優れており、過給機の構造材料として好適に用いることができる。
【００２５】
本発明の過給機用材料は、過給機のいずれの部位にも使用できる。また、本発明材料が適用できる過給機の種類としては特に限定されず、スーパーチャジャー、ターボチャジャー等のいずれのタイプであっても良い。また、自動車過給機のほか、航空機、船舶等の過給機にも適用することができる。特に、本発明では、自動車過給機に適している。
【００２６】
本発明材料を少なくとも一部に用いてなる過給機は、溶接性に優れていることから各部位との接合が強固であり、しかも耐熱性・耐摩耗性に優れているので従来品よりも優れた耐久性を発揮できる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明の特徴とするところを明確にする。
【００２８】
実施例１〜６及び比較例１〜６
表１に示す原料粉末を用い、それぞれが表２に示す配合割合となるように秤量し、均一に混合することによって各混合原料を調製した。最終的な合金組成を表３に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
次いで、各混合粉末を金型プレスによって成形圧６ton／ｃｍ2で成形し、成形体を作製した。この成形体を分解アンモニア雰囲気中１２００℃で１時間焼結を行った。
【００３３】
試験例１
実施例及び比較例で得られた焼結体について常温及び高温（５００℃）での引張試験、シャルピー衝撃試験、摩耗試験及び溶接性試験を実施した。その結果を表４に示す。なお、各試験における測定方法は下記の通りである。
（１）引張試験
ＪＩＳ  Ｚ  ２５５０（１９８９）「機械構造部品用焼結材料」に規定された引張試験方法に基づいて実施した。
（２）シャルピー衝撃試験
ＪＩＳ  Ｚ  ２５５０（１９８９）「機械構造部品用焼結材料」に規定された衝撃試験方法に基づいて実施した。
（３）摩耗試験
大越式迅速摩耗試験機を用い、荷重：６１．７Ｎ、速度：１０．４ｍ／秒、摩擦距離：１００ｍ、相手材：ＳＵＳ３０３の測定条件で行った。
（４）溶接性
相手材としてＳＵＳ３０３（溶製材）を用い、この相手材との溶接を電子ビームで行い、溶接部のクラックの発生の有無を肉眼で判定した。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
表４の結果より、実施例の焼結体は、いずれも、常温での引張強さ：５８０ＭＰａ以上、常温での伸び：１％以上、５００℃での引張強さ：４６０ＭＰａ以上、５００℃での伸び：０．７％以上、シャルピー衝撃値：１０Ｊ／ｃｍ2以上、摩耗幅：１．３ｍｍ以下であり、かつ、溶接性も良好であることから、溶接性に優れた過給機用焼結ステンレス鋼材料（溶接用焼結ステンレス鋼材料）として有用であることがわかる。
【００３６】
試験例２
実施例１の焼結体について硬質粒子の存在を調べた。その結果を図１に示す。図１では、走査型電子顕微鏡による二次電子像（図１中「ＳＥＩ」）（大きな２つの薄い色の部分）、組成像（図１中「ＢＥＩ」）（大きな２つの白っぽい部分）、ＦｅＫα線によるイメージ像（図１中「ＦｅＫα」）（大きな２つの濃い色の部分）及びＭｏＫα線によるイメージ像（図１中「ＭｏＫα」）（大きな２つの白っぽい部分）を示す。これらの結果からも明らかなように硬質粒子の存在が確認できる。特に、ＢＥＩの結果からも明らかなように、白っぽい部分がマトリックスを構成する金属元素よりも重い金属元素であることからＦｅＭｏ粒子があることがわかる。また、この粒子はＸ線回折分析により、ＦｅＭｏであることを同定した。同様に、マトリックスがマルテンサイトであることも確認した。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で得られた焼結体の構造を示すイメージ図である。
【図１】
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