(57)【要約】  粉末冶金によって、鋼の部品（５）を製造するための方法であって、‐合金化前の紛体（７）が、Ｏ及びＮの含有量及び最大でも２００ｐｐｍのＯ及びＮの含有量とともに任意にＣを除いて、望ましい組成を有して準備され、前記紛体は、重量で０．４〜２％のＭｎ含有量と、３％以下のＣｒ含有量と、を有し、‐前記紛体（７）は容器（１）中に置かれ、この容器のために壁（２、３）は空間（４）を画定し、前記空間の形状は、製造される部品（５）の形状に対応し、ゲッター（６）が、少なくとも部分的に紛体（７）の周縁に配置され、前記ゲッター（６）は、ＣＯを吸収し還元する高温における能力、及び分解による窒素を吸収する能力を有し、真空が適用され、次いで前記容器（１）はシールされ；‐前記容器（１）及び前記紛体（７）は、前記紛体（７）の焼結及び前記紛体（７）の５％を超えない緻密化、前記紛体（７）からの窒素及びＣＯの発生、並びにそれらの前記ゲッター（６）による吸収を引き起こす温度にもたらされ；‐前記紛体（７）の緻密化は、前記部品（５）を得るために、熱間アイソスタティックコンパクションによって達成され；‐前記部品（５）は、前記容器（１）から、及び前記ゲッター（６）から分離され；‐前記部品（５）の剥離、熱処理、及び機械加工が行われる；ことを特徴とする方法が開示され、それによって鋼部品が生産される。
2016526099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末冶金によって、鋼の部品（５）を製造するための方法であって、
‐合金化前の紛体（７）が、Ｏ及びＮの含有量及び最大でも２００ｐｐｍのＯ及びＮの含有量とともに任意にＣを除いて、望ましい組成を有して準備され、前記紛体は、重量で０．４〜２％のＭｎ含有量と、３％以下のＣｒ含有量と、を有し；
‐前記紛体（７）は容器（１）中に置かれ、この容器のために壁（２、３）は空間（４）を画定し、前記空間の形状は、製造される部品（５）の形状に対応し、ゲッター（６）が、少なくとも部分的に紛体（７）の周縁に配置され、前記ゲッター（６）は、ＣＯを吸収し還元する高温における能力、及び分解による窒素を吸収する能力を有し、真空が適用され、次いで前記容器（１）はシールされ；
‐前記容器（１）及び前記容器が含む前記紛体（７）は、前記紛体（７）の焼結及び前記紛体（７）の５％を超えない緻密化、前記紛体（７）からの窒素及びＣＯの発生、並びにそれらの前記ゲッター（６）による吸収を引き起こす温度にもたらされ；
‐前記紛体（７）の緻密化は、前記部品（５）を得るために、前記容器（１）と前記紛体（７）とを加圧されたチャンバ中に配置することによって、熱間アイソスタティックコンパクションによって達成され；
‐前記部品（５）は、前記容器（１）から、及び前記ゲッター（６）から分離され；
‐前記部品（５）の剥離、熱処理、及び機械加工が、前記部品にその機械特性、表面状態、及び望ましい精密な寸法を与えるために行われる；
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記部品（５）は、緻密化の後に、重量％で以下の組成：  
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ＜０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０  ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０  ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされた不純物
の鋼製であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部品は、緻密化の後に、重量％で以下の組成：  
‐  Ｃ≦０．２２％；
‐  Ｍｎ＝１．１５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．００８％；
‐  Ｓ≦０．００８％；
‐  Ｓｉ＝０．１０〜０．３０％；
‐  Ｎｉ＝０．５０〜０．８０％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．５７％；
‐  Ｖ≦０．０３％、コーティングされる部品に対しては、この最大含有量は０．０１％まで減少させることができることに注意する；
‐  Ｃｕ≦０．２０％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされた不純物
の鋼製であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記部品は、緻密化の後に、重量％で以下の組成：  
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．００  ％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４５〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ≦０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０２５％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされた不純物
の鋼製であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ゲッター（６）は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及びこれらの合金、並びにステンレス鋼から選択された物質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
‐前記ゲッター（６）は、チタン又はチタン合金製である；
‐焼結中の前記紛体（７）の温度は、９５０℃〜１０６５℃、好ましくは１０００℃〜１０６５℃である；  
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記紛体（７）の熱間アイソスタティックコンパクションによる前記焼結及び前記緻密化は、前記紛体（７）のいずれの中間の冷却無しに、引き続いて達成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記紛体（７）を、前記容器の前記壁部によって画定された前記空間（４）中に配置した後に、前記紛体（７）が、最大温度３００℃で、１００〜３００バールの圧力の下で冷間アイソスタティックコンパクションにかけられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記冷間アイソスタティックコンパクションは、前記紛体の体積の１〜３％の削減を提供することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記紛体（７）に接触する前記容器（１）の前記壁部は、前記ゲッター（６）を作る物質で製造されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ゲッター（６）は、前記容器（１）の前記壁部のコーティングであることを特徴とする請求項１〜９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ゲッター（６）は、前記紛体（７）に接触する前記容器（１）の壁部の近傍に配置された別の部品であることを特徴とする請求項１〜９に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法によって得られ、かつその酸素含有量が≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ、その窒素含有量が≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍであり、その酸素＋窒素の合計の含有量が、≦８０ｐｐｍ、好ましくは≦５０ｐｐｍであることを特徴とする鋼部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属学に関し、特に粉末冶金による鋼部品の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンガン（そのマンガン含有量は０．４〜２％のオーダーである）を有するマイクロ合金化された鋼及びクロムを実質的に含まないほとんど合金化されていない鋼が、良好な靱性、特に弾性（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）を保証するためにそれらの微細構造の制御を必要とすることが当業者には知られている。プロベイニティックフェライト（ｐｒｏ−ｂａｉｎｉｔｉｃ  ｆｅｒｒｉｔｅ）からなるバルク領域を有する微細構造は、このプロベイニティックフェライトの発生を制限する細かいベイナイト微細構造が、焼鈍後の良好な靱性を保証するための必要条件（しかし十分条件ではない）である場合に本質的に脆い。微細構造を制御するパラメータは、化学分析、処理温度（オーステナイト化及び焼鈍）、及びオーステナイト化後の焼入れ速度である。
【０００３】
原子力発電所の原子炉の反応容器の構成要素は、１６ＭＮＤ５タイプのマンガン鋼からなることが多く、この鋼は上述した規定に合致し、この鋼のための標準的な組成（標準的なＡＦＮＯＲ  １６  ＭＮＤ  ５）は重量％（この明細書に与えられる含有量のすべてがそうであるように）で、
‐  Ｃ≦０．２２％；
‐  Ｍｎ＝１．１５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．００８％；
‐  Ｓ≦０．００８％；
‐  Ｓｉ＝０．１０〜０．３０％；
‐  Ｎｉ＝０．５０〜０．８０％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．５７％；
‐  Ｖ≦０．０３％，コーティングされている部品に対しては、この最大含有量は０．０１％まで減少させることができることに注意する；
‐  Ｃｕ≦０．２０％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされる不純物
である。
【０００４】
この使用に対して、Ａ５０８タイプ（標準的なＡＳＭＥ  ＳＡ−５０８／Ｓ／Ａ−５０８Ｍのグレード３）もまた使用される。
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．００％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４５〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ≦０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０２５％；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされる不純物
【０００５】
通常、これら１６ＭＮＤ５の反応容器の要素は、インゴット中への鋳造と、次いで鍛造と、によって作られる。それらの質量は、それらのいくつかに対しては、数十トン若しくは数百トンにさえ達する。
【０００６】
１０トンに達しそれを超える場合のあるこれら要素の少なくともいくつかを粉末冶金によって作ることができることが望ましく、それによって生産時間を減少させ、部品をより容易に検査することができ、一般的にそれらの生産に関連するコストを減少させることができる。
【０００７】
しかし試作は、粉末冶金によって作られた部品が、プロベイナイトのフェライト領域を有することなく比較的細かいベイナイトの微小構造にもかかわらず、これら部品が比較的小さくされた大きさである場合でさえ、十分な弾性のレベルを得る可能性を与えることができなかったことを示し、この理由については今までのところ明瞭にはなっていない。この問題は、大きなサイズの部品に対してより大きな重要性を持つ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、そのような部品、特に大きな寸法の部品を、粉末冶金を使用することによって、１６ＭＮＤ５鋼で、また、同等の問題が引き起こされる場合がある他の鋼及び鉄合金で作製するための方法を提案することであり、この方法は、満足のできる機械的特性、特に同じ組成の、鋳造され、鍛造された、本発明によって主に目的とされるタイプの部品に通常得られるのと同じようなベイナイトタイプの微細構造を有する部品で得られるのと少なくとも同じ弾性を前記部品に提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この趣旨のために、本発明の目的は、鋼の部品を粉末冶金によって製造するための方法であり、
‐合金化前の紛体が、Ｏ及びＮの含有量及び任意にＣの含有量を除いて、最大でも２００ｐｐｍのＯとＮとの含有量を有する望ましい組成を有して準備され、前記紛体は、重量で０．４〜２％のＭｎ含有量と、３％以下のＣｒ含有量を有し、
‐紛体は容器中に収容され、この容器の壁は所定の空間を画定し、この容器の形状は、製造される部品の形状に対応し、ゲッターは、少なくとも部分的に紛体の周縁に配置され、このゲッターは、ＣＯを吸収し減少させる高温における能力、及び分解による窒素を吸収する能力を有し、この容器は次いで真空引きされ、次いでシールされ、
‐容器及び容器が収容する紛体は、紛体の焼結及び前記紛体の５％を超えない緻密化、紛体からの窒素及びＣＯの発生、並びにそれらのゲッターによる吸収を引き起こす温度にもたらされ、
‐前記紛体の緻密化は、前記部品を得るための、前記容器と紛体とを加圧されたチャンバ中に配置することによる、熱間アイソスタティックコンパクション（ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）によって達成され、
‐前記部品は、容器から、及びゲッターから分離され、
‐前記部品の剥離、熱処理、及び機械加工が、部品にその機械特性、表面状態、及び望ましい精密な寸法を与えるために行われる。
【００１０】
前記部品は、緻密化の後には重量％で以下の組成の鋼とすることができる。
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ＜０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされる不純物である。
【００１１】
前記部品は、緻密化の後には重量％で以下の組成の鋼とすることができる。
‐  Ｃ≦０．２２％；
‐  Ｍｎ＝１．１５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．００８％；
‐  Ｓ≦０．００８％；
‐  Ｓｉ＝０．１０〜０．３０％；
‐  Ｎｉ＝０．５０〜０．８０％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．５７％；
‐  Ｖ≦０．０３％、コーティングされる部品に対しては、この最大含有量は０．０１％まで減少させることができることに注意する；
‐  Ｃｕ≦０．２０％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされる不純物である
【００１２】
前記部品は、緻密化の後には重量％で以下の組成の鋼とすることができる。
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．００％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４５〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ≦０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０２５％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  前記部品は、緻密化の後には重量％で以下の組成の鋼とすることができる。
【００１３】
前記ゲッターは、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及びそれらの合金、並びにステンレス鋼から選択された材料からなることができる。
【００１４】
ゲッターは、チタン又はチタン合金とすることができ、焼結中の紛体の温度は、９５０〜１０６５℃、好ましくは１０００〜１０６５℃とすることができる。
【００１５】
紛体の熱間アイソスタティックコンパクションによる紛体の焼結及び緻密化は、間に冷却を挟むことなく引き続いて行うことができる。
【００１６】
容器の壁によって画定された空間に紛体を置いた後、最高温度３００℃かつ１００〜３００バールの圧力の下で紛体に冷間アイソスタティックコンパクション（ｃｏｌｄ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）を施すことができる。
【００１７】
この冷間アイソスタティックコンパクションは、紛体の容積の１〜３％の減少を提供することができる。
【００１８】
紛体に接触している容器の壁は、ゲッターを作る材料で作ることができる。
【００１９】
ゲッターは、容器の壁のコーティングとすることができる。
【００２０】
ゲッターは、紛体と接触する容器の壁の近傍に配置された別の部品を形成することができる。
【００２１】
また、本発明の対象は鋼部品であり、前記方法によって得られたこと、及びその酸素含有量が≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍであり、その窒素含有量が≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ、酸素と窒素との合計が、≦８０ｐｐｍ、好ましくは≦５０ｐｐｍであることを特徴とする。
【００２２】
このことは理解されるように、本発明は、とりわけ発明者による、粉末冶金による１６ＭＮＤ５からなる部品の製造中に直面された弾性の問題が、当初の合金化前の紛体における多すぎる酸素及び窒素含有量に由来し、紛体の焼結中のＯとＮとの除去は、これら元素の少なくとも１つが過度の当初含有量で存在するならば、これら問題を解決する可能性を提供する、という事実の観察に基づいている。本発明の方法の適用が、１６ＭＮＤ５及び同じ群の他の合金、特にＡ５０８からなる部品の単なる製造を凌ぎ、粉末冶金によって形成されるすべての鉄合金に関連することができ、粉末冶金に対して当初の粉末中のＯ及び／又はＮの含有量が最終製品である部品の特性に関する問題を提起することが理解されるに違いない。０．４〜２％のＭｎ及びＭｎに加えて３％までのＣｒを含む鋼はそのような合金を形成する。
【００２３】
「合金化前の粉末」との用語が、通常は個々に取られた結晶粒それぞれが最終的な部品のための目標とする組成を有する紛体を意味する（紛体の処理中に生じる場合のある変更を除いて）ことが想起される。この合金化前の紛体は、様々な組成の粒子からなっていて一旦混合され焼結されると部品を提供する紛体とは反するものとして定義され、合金化前の紛体では、広範囲の組成は目標とする組成であるが、顕微鏡スケールでは、特に局所的組成の違いを示す場合がある。
【００２４】
発明者によって開発された解法は、特にこれらＯ及び／又はＮの含有量を、合金化前の紛体の最終的な緻密化の前に、ゲッターを使用することによって、すなわち、容器中に存在する紛体の近傍に配置された化合物が、処理される紛体よりも大きな元素Ｏ及びＮの両方に対するその相性の故に、（ＣＯの形態の）酸素、及び又は窒素を捕獲することによって、減少させることからなる。
【００２５】
材料（紛体又は他の材料）を取り囲む大気の酸素含有量の削減が熱処理中において望ましい場合に、雰囲気中の酸素による材料の表面の汚染を避けるためのゲッターの使用が良く知られている。しかし、本発明の技術的範囲内では、ゲッターの機能はさらに改善されており、それは、所定の条件の下では、適用された紛体の量が合計数百キロ又はトンの量に至るまで付加された場合にあってさえ、大量の紛体に脱酸及び／又は脱窒を行うこともまた可能であることを本発明の発明者が確認したことによる。
【００２６】
このように、ゲッターは紛体の真の金属学的処理のための主な作用因子となり、この処理が、それによって処理された紛体の熱間アイソスタティックコンパクション（ＨＩＣ）の後に得られた部品の弾性及びコンパクションから結果的に得られた部品に行われる既存のタイプの熱処理における実質的に高い改善に貢献したことが驚くべきことに見出された。したがって、粉末冶金によって得られた部品の機械特性への１つの利益は、インゴットへの鋳造及び鍛造によって得られる部品の機械特性、特に弾性と少なくとも同等である。
【００２７】
ゲッターを作製する材料は、比較的適度なコスト、及び特に迅速に大量の酸素及び窒素（それぞれ数％）を吸収する顕著な能力の故に、チタンが好ましい。これら元素は紛体から、（当初からその中に存在する炭素による、紛体の酸化物の還元からの）ＣＯ及び窒素分子として放出される。しかし、何故、チタンが、１０８５℃以上の温度が紛体の処理のために意図される場合には好ましく使用されないのかが後にわかるだろう。
【００２８】
使用されるチタンの量に関して、考慮されるべき最も重要なパラメータは、チタンによるＣＯ及びＮ２の強い吸収能力の故に、チタンの表面積と、紛体の質量と、の間の比である。この比の大きさのオーダーは、紛体のキロ当たり４〜２０ｃｍ２であり、紛体に対しては通常１００ｐｐｍの酸素と１２０ｐｐｍの窒素とが含まれる。この比はまた、処理時間に依存して調整され、処理時間は主に部品の寸法に依存する。使用されるＴｉの質量は、厳密に言えば処理される紛体の質量と、その結晶粒の表面積と、に依存するが、実験は、紛体の塊の外部表面の周りに配置された厚さ０．５ｍｍを有するＴｉシートが、殆どの場合に対して望ましい量でＣＯ及び窒素を吸収するのに十分であることを示している。とにかく、日常的実験は、ゲッターの形成に使用されるチタン（又はいずれかの他の材料）の量が、所与の処理条件に対して最大量のＣＯ及び窒素の可能な限りの吸収を得るために十分であるかどうかをチェックする可能性を与えている。また、実験は、ＣＯ及び窒素のゲッターに向かう移動が十分に迅速かつ効率的に行われて、紛体の脱酸及び脱窒のために必要とされる処理時間が工業的生産の要求に適合することを示している。
【００２９】
チタン以外の材料を、ゲッターを形成するために考慮することができる。ジルコニウム及びハフニウムは同等の作用を有するが、それらの明確に高いコストは、経済的にそれらへの、特に大きな質量を有する部品を作製することに対する興味をなくさせる。また、処理される合金の組成がそのような温度を必要とするか又は有益である場合には、ステンレス鋼をチタンよりも高い処理温度を支持するという利点を有して使用することもできる。しかしその場合、酸素と窒素との吸収の速度はチタンより実質的に遅く、このことは、数トンの紛体を同時に処理しなければならない場合には重大な欠点となる。１６ＭＮＤ５で１０７０℃の処理温度を超える必要のない原子力発電プラントの格納容器のための部品を作るという少なくとも優先的ケースでは、チタンとその合金が実際には本発明を適用する最も興味のある材料である。
【００３０】
元素Ｏ及びＮのうちの１つだけで紛体の当初の含有量が過剰である場合には、ゲッターを形成するために、この過剰の元素だけを多く吸収し、他の一方を吸収しない材料を使用することが考えられる。
【００３１】
酸素が高い含有量、例えば０．００５〜０．０１％で当初の紛体に存在する場合には、ＣＯの形成と離脱によって生じる紛体の脱炭化物化が期待されるべきである。Ｃ含有量の減少は、Ｏ含有量の減少と実質的に同等の重量％である。任意に、このことは考慮に入れることができる、すなわち処理された部品の最終的なＣ含有量は、紛体のＣ含有量よりも通常少ない。したがって、開始時にわずかに高すぎるＣ含有量を有する紛体が、Ｃ含有量が精錬グレードの要求に準拠する部品をもたらすことが可能である。逆に、Ｃ含有量の減少が、処理中のＣＯの離脱が過剰であったために、そのグレードの要求から大きくずれてしまった場合には、紛体中の適正な当初Ｃ含有量が、紛体の特に高い当初のＯ含有量の故に、最終的な部品ではもはや適切ではない場合がある。したがって、紛体の組成を選択する際には、目標となる最終的な含有量に対するＣ含有量に所定の安全マージンを保証することが推奨される。このことは紛体の組成の、日常的実験及び紛体の提供者による良好なコントロールによって達成することができる。
【００３２】
容器は紛体の山を、その処理の前に与えるために設けられ、形状及び寸法は、最終的な部品の形状及び寸法に実質的に対応する。その幾何学的形状及び寸法は、合金化前の紛体の熱間アイソタティックコンパクションによる最終寸法に近い部品を生産するための容器の計算に独特な当業の習慣に従って計算されるべきである。その焼結をもたらす紛体の高温処理の後に、紛体を含む容器は熱間アイソタティックコンパクションチャンバ中に配置され、そこで部品の完全な緻密化が生じる。この完全な緻密化の後に行われるべき残りの全ては、部品を容器から抜き出し、それに最終的な金属学的構造を与えるために熱的に処理し、その寸法取り及びその表面状態を完成させるためにそれを機械加工することである。
【００３３】
熱間アイソスタティックコンパクション（ＨＩＣ）のパラメータ、並びに特に温度及び圧力のプラトウ（ｐｌａｔｅａｕ）の継続期間が、完全な緻密化及び部品の全ての点における均一な温度を得るために、好ましくは、必要とされる時間に亘る十分な許容誤差を確保するために、このプラトウの終わりの１時間前に、当業の通常の習慣に従って設定される。１０００バールの下での典型的な温度の継続期間は、部品の質量に依存して２〜５時間である。
【００３４】
好ましくは、紛体を容器の中に置いた後、かつその焼結の前に、典型的には紛体の容積を１〜３％減少させる冷間アイソタティックコンパクションが行われるが、この減少は、１６ＭＮＤ５鋼の場合には１００〜３００バールの圧力に対応する。
【００３５】
本発明が以下に、添付の図面を参照しつつ、より詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による方法の例示的適用の様々なステップを示す図である。
【図２】１０００バールの下での１０５０℃における３時間のＨＩＣの前に、１０５０℃で８時間、焼結された、実質的に１２Ｋｇの紛体を含む、直径１１０ｍｍを有する容器のための様々な組成の１６ＭＮＤ５合金の同じ幾何学的形状を有する金属の小塊（ｓｌｕｇ）の製造中に、紛体の塊に加えられた、異なるＴｉ使用量に対する処理の終わりに測定された酸素含有量における変化を示す図である。
【図３】様々な組成の１６ＭＮＤ５合金の同じ幾何学的形状を有する金属の小塊（ｓｌｕｇ）の製造中に、紛体の塊に加えられた、異なるＴｉ使用量に対する処理の終わりに測定された窒素含有量における変化を示す図である。
【図４】それらの単にＯ含有量に依存して、同じ幾何学的形状の異なる金属の小塊に得られた弾性の結果を示す図である。
【図５】それらのＮ含有量に依存して、同じ幾何学的形状の異なる金属の小塊に得られた弾性の結果を示す図である。
【図６】それらのＯ＋Ｎの合計に依存して、同じ幾何学的形状の異なる金属の小塊に得られた弾性の結果を示す図である。
【図７】比較的大きな質量で金属の小塊を製造するための装置であって、工業的部品を製造するための作動条件の範囲の妥当性確認試験に使用される装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下の実施例において、マンガンを有する鋼１６ＭＮＤ５の部品又はブロックの製造が特に取り扱われており、本発明の方法が他の鉄合金、より特定的には、グレードＭＣ５、ＭＮＤ５、ＭＳＶ５、ＭＳＶ７、ＭＶ７、Ａ５０８、ＣＤＶ８、ＣＤＶ９及びマンガンに加えて任意に３％までのクロムを有する群のような、それほど合金化されていないマンガン鉱（すなわち０．４〜２％のＭｎを含む）に適用することができることに注意されたい。３％を超えるＣｒ含有量はＣｒ酸化物の形成をもたらし、Ｃｒ酸化物は本発明による方法によって影響を受けることはなく、したがって本発明による方法は望ましい効率を有しない。
【００３８】
一般的に、本発明は、１６ＭＮＤ５とＡ５０８との間の妥協から結果的に得られた以下の組成を有する鋼の場合において好ましい用途を見い出した。
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ＜０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的に生じた不純物
【００３９】
１６ＭＮＤ５と、Ａ５０８と、はよく似た組成を有しているので、１６ＭＮＤ５に対して記載した処理条件もまた、Ａ５０８に有益に適用することができる。
【００４０】
容器１がまず準備されるが、ここで容器１は例えば軟鋼で作られ、２つの分離可能な壁部２、３であって、これら壁部２、３が組み立てられた時にそれらの間に空間４を画定する壁部２、３を備え、この空間の形状は、準備しようとしている部品５の形状に対応する。
【００４１】
また、例えば１ｍｍの厚みを有するチタンＴ４０のシートが準備され、例えば紛体１キロ当たりＴｉ１０ｃｍ２の比でゲッターを形成し、ゲッターは、容器１の組み立て中に、空間４を画定する壁部２、３の一方に対して平坦化することができるように形作られている。
【００４２】
この組立の後、空間４の形状及び寸法は、熱間アイソスタティックコンパクションによる緻密化中に生じる高温の収縮（どこかほかで計算された）を考慮に入れること（これはこの種の方法では標準的である）によって、粉末冶金によって望ましく製造される部品５の形状及び寸法に実質的に非常に対応する。
【００４３】
次に、空間４は合金化前の、部品５を作ることを意図された１６ＭＮＤ５の紛体７で充填される。
【００４４】
この紛体は典型的には以下の組成を有する。
‐  Ｃ≦０．２２％；
‐  Ｍｎ＝１．１５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．００８％；
‐  Ｓ≦０．００８％；
‐  Ｓｉ＝０．１０〜０．３０％；
‐  Ｎｉ＝０．５０〜０．８０％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．５７％；
‐  Ｖ≦０．０３％、コーティングされる部品に対しては、この最大含有量は０．０１％まで減少させることができることに注意されたい；
‐  Ｃｕ≦０．２０％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｃｏ≦０．１％；
‐  Ｔｉ≦０．０１％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｔａ≦０．０１％；
‐  残部は鉄及び製造から、特に紛体の製造条件に応じて様々な含有量の酸素及び窒素から結果的に生じる不純物である。
【００４５】
例として、この紛体は典型的には１２０ｐｐｍのＮ含有量と、１００ｐｐｍのＯ含有量を有する。
【００４６】
好ましくは、容器を密封するために容器をシールした後、空気及び湿気を取り除くために紛体を脱ガスする。この脱ガスは、紛体を詰めるための作業において標準的であり、当業の習慣に従って、例えば１５０℃のオーダーの温度で７０時間、真空に引くことによって行われる。
【００４７】
容器１は次いで、外気に対して気密にされ、容器１及び紛体７を十分な持続期間、好適な温度にもたらすことによって、紛体の脱酸及び脱窒の達成を可能にする熱処理が行われる。実験は、紛体から生じたガスの拡散が十分に速く、それによって困難性無くシート６に達することができることを示している。紛体の粒子サイズは、大きな重要性を有さず、合金化前の市販の紛体から少なくとも通常のミリメータの粒子サイズまでである。
【００４８】
処理温度は、以下の基準に従って選択されるべきである。
【００４９】
処理温度は、合金化前の紛体７からの酸素の離脱（ＣＯとして）及び窒素の離脱（分子の形態で）並びにゲッター６による捕獲をもたらす反応を引き起こし、これら反応の工業的な生産の要請に適合する動力学（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）を与えるのに十分でなければならない。また、処理温度は焼結を引き起こす。しかし、処理温度は、ＣＯ及びＮ２ガスが、紛体７と、チタンゲッター６と、の間を循環することを可能にするような、紛体７の高度に重大な緻密化を引き起こしてはならない。記載された例では、最低温度は９５０℃であり、より良くは１０００℃が推奨される。
【００５０】
他方で、ゲッター６と紛体７との間に、例えば元素の拡散又は化学反応を生じさせる相互作用が無いことが非常に好ましい。したがって、記載される例においては、１０８５℃のオーダーにあるＦｅ−Ｔｉ共晶温度を超えることを回避することが好ましい。そのような過剰な温度は、将来の部品５の表面を汚染し、したがって、望ましい深さより大きな深さに亘る機械加工を必要とするという欠点を有する。この共晶温度を超える温度の別の実質的な欠点は、チタンと紛体との間の共晶反応からなる生成物が、きわめて硬く、長くて、コストのかかるグライディングによってしか除去できないということである。
【００５１】
一般的に、もしもあるとして、ゲッター６と紛体７との主な成分の共晶より下にある最大処理温度の選択肢は、したがって、炉の温度の不確実性及び合金元素の共晶の正確な温度への影響を考慮に入れるように十分な安全マージンを有して好ましくは選択され、したがって、記載される例においては１０８５℃を下回る。したがって、この例に対しては、９５０〜１０６５℃の範囲、好ましくは１０００〜１０６５℃、を推奨することができる。
【００５２】
処理時間は本質的には、焼結状態における紛体の熱伝導率、除去されるべき酸素及び窒素の量、及び特に製造される部品の寸法、特にその厚さ、並びに紛体の塊７に加えられるゲッター６の表面積の関数である。目標とする処理温度並びに望ましい反応及び変態が特にこれらパラメータの全てに依存する速度を、紛体７全体において得られる。指標として、この処理時間は、典型的には、１２０ｍｍの直径を有する円柱に対する８時間から２５０ｍｍの厚さを有する平坦な物体（ｂｏｄｙ）に対する４８時間までとすることができる。
【００５３】
紛体の低い伝導率の故に、ボイドが紛体と容器との間に現れる。このメカニズム（ボイドの生成）によって生成される可能性のある問題を回避するために、２つの解法を、紛体の連続的供給を通じて、又はそれが前提条件であるならば冷間アイソスタティックコンパクションを通じて、考えることができる。
【００５４】
焼結の前に、３００℃以下の温度及び１００〜３００バールの圧力で冷間アイソスタティックコンパクションを行うことは、通常、紛体の容積の１〜３％の減少をもたらし、これら焼結時間を２分の１又は３分の１にする可能性を提供する。
【００５５】
その後、この方法は、容器１を熱間アイソスタティックコンパクションチャンバ８中に配置することによって継続され、このチャンバ８では、この方法が従来通りに焼結の見込まれる完了で再開され、特に容器１の外側の圧力の効果の下での紛体７の緻密化がすすめられ、それによって目標とされる部品５を得る。処理温度は、そこでもまた、好ましくはコンパクション中のゲッター６と部品５との間の重大な反応を回避するために、また、後続の熱処理に適合できる部品５に対する金属学的構造を得るために選択される。圧力及び処理の持続期間は、好適な時間内に紛体７の満足のいく緻密化を得るように選択される。１０００バールの下での１０５０℃におけるプラトウの持続期間は通常、２５０ｍｍの厚さを有する平坦な部品に対して３時間である。
【００５６】
また、焼結及び熱間アイスタティックコンパクションを、熱間アイソスタティックコンパクション中にチャンバを加圧だけすることによって、引き続いて加熱手段及び加圧手段を設けられた同じチャンバで行うこともまた、考えられる。この解法は、処理された金属が、温度が同様である両方の処理中に実質的に冷却されないので、エネルギーの観点からは経済的である。また、容器１の取り扱い作業はしたがって可能な限り制限される。この同じチャンバを、任意の冷間アイソスタティックコンパクション中に使用することもでき、冷間アイソスタティックコンパクションは焼結を進め、次いで加圧されるが、加熱手段は起動させられないか、又は次いで３００℃の温度を超えないように弱々しく起動される。
【００５７】
最後に、部品５は容器１から外へ取り出され、ゲッター６から分離される。部品５は、引き続く熱処理の後に、ゲッター６の残りを除去するために剥離および機械加工を受ける。
【００５８】
温度は焼結中には維持され、緻密化は、部品５に対する望ましい最終的な金属学的構造を得るほどには十分でないので、熱処理が容器１の外側で行われ、したがって、ゲッター６が無い場合には部品５とゲッター６の残部との間の分離の後のいつでも行われる。好ましくは、熱処理は、最終機械加工があるのであればその前に達成され、それによって最終機械加工は、熱処理中の部品５が受けた可能性のある変形を考慮することができる。
【００５９】
ゲッター６を形成するための好ましい材料であるＴ４０チタンの窒化及び酸化‐炭化物化の熱重量研究が、２０時間以上に亘って行われた。それは、以下を究明する可能性を与えた。
‐チタンによる窒素吸収動力学は、９５０℃より上でのみ顕著となる。
‐チタンによるＣＯ（及びしたがって酸素）の吸収動力学は、８００〜９００℃になるとすぐに顕著になる。
【００６０】
代替的に、わずかな冷間アイソスタティックコンパクション（ＣＩＣ）を、空間４の充填後であって、したがって脱窒及び脱酸処理の前に、１００〜３００バールの最適間隔における、例えば２００バールのオーダーの圧力の下で紛体７の３００℃未満の温度で行うことができる。このコンパクションは、紛体の容積の１％〜３％のオーダーの減少をもたらす場合があり、紛体７の熱伝導率を大幅に改善する可能性を与える。紛体の脱酸及び脱窒をもたらす引き続く熱処理のための目標とする温度の均一性がしたがって、より迅速に得られる。
【００６１】
上述の方法を使用することによって、１０ｍｍの直径を有する重さ１２Ｋｇ及び高さ１８０ｍｍ（コンパクション及び剥離の後の最終寸法）の１６ＭＮＤ５合金の円柱状の金属の小塊が、非常に似通った、表１に特定された組成を有する紛体のバッチから作られた。
【００６２】
【表１】
2016526099.tif 000003
【００６３】
さらに、これらバッチの全てが０．０１２％のＣｕ含有量、０．０１０％のＶ含有量、＜０．００３％のＡｌ含有量、＜０．００３％のＴｉ含有量、＜０．００３％のＡｓ含有量、＜０．００３％のＳｎ含有量、及び＜０．０００５％のＣａ含有量を有した。
【００６４】
これら紛体から、１１の金属の小塊（ｓｌｕｇｓ）が以下の操作手順に従って作られた。
【００６５】
その原理において図１の容器１に似通った容器が準備され、その容器は円柱状の形状を有する空間４を画定して、金属の小塊に対する目標とする寸法を実質的に紛体７に与える。本発明に従って行われた試作中、空間の外面を画定する容器の壁に対して、１ｍｍの厚さのＴ４０チタンの管状のゲッターが配置された。容器は略１２０ｍｍの直径と、２００ｍｍの高さとを有し、１２ｋｇより少し多い紛体を含んでいた。ゲッター管の高さは、チタンの質量と、試験されることを望まれる紛体の質量と、の間の比によって、試作それぞれに対して変化する。表２の他の実験条件とともに、紛体のキロ当たりのチタンの量が与えられる。ゲッターの表面積と、紛体の質量との間の比は、紛体のキロ当たり、チタンの１０ｃｍ２から３４ｃｍ２まで変化した。また、参照の試作がゲッターなしで行われた。
【００６６】
ゲッター（１つの場合）を含む容器は、空気中において紛体で充填され、次いで真空がかけられ、（粉末冶金において慣例であるように、粉末を脱ガスするのを確実にするために）１５０℃で７０時間維持され、最後に封止された。
【００６７】
次いで、本発明に従って行われる処理のために、全体を１０５０℃に維持することが、８時間行われた。本来、このステップ中、ゲッターが存在する場合には、紛体のＯ及びＮの含有量が減少する。同時に、紛体はいずれの特別な緻密化なしに、焼結を受ける。
【００６８】
次いで、全体を１０００バールに加圧されたチャンバに１０５０℃で３時間配置して、熱間アイソスタティックコンパクション（ＨＩＣ）が金属の小塊を圧縮するために行われる。
【００６９】
コンパクションの後、容器及びゲッターの残りは剥離によって除去され、金属の小塊は、それぞれ８７ｍｍ、８７ｍｍ、及び略５ｍｍの高さを有する３つの円筒状部分に切り出される。高さ５ｍｍを有する部分は、金属の小塊の当初の状態を示すために使用される。２つの他の部分は、以下によって熱的に処理される。
‐８９０℃で２時間オーステナイト化し、次いで高い焼入れ速度で油焼き入れ（ＯＱ）し、それによって次いで測定されるサンプルの弾性はその酸素及び窒素含有量にだけ依存し、微細構造の影響を受けない。高い焼入れ速度はプロベイニティックフェライトの生成を制限し、それは研究されたすべての炭素含有量に対する良好な弾性に対して有利である。
‐次いで、６５０℃で４時間焼鈍される。
【００７０】
表２は、異なる試作の条件をまとめている。
【００７１】
【表２】
2016526099.tif 000004
【００７２】
したがって、処理された紛体の質量に付加されたＴｉの量は試作中に変化した。結果は図２及び図３に見ることができ、これら図はそれぞれ、紛体の質量に付加するのに使用されたＴｉの異なる量に対する処理の終わりに測定された酸素及び窒素の量を示している。
【００７３】
Ｔｉのゲッターの存在なしに行われた参照４、５、６、及び８での試作に対して、最終的な金属の小塊におけるＯ及びＮの含有量は、当初の紛体に存在したＯ及びＮの含有量に比べて減少していなかった。
【００７４】
図２及び図３は、焼結され、冷間アイソスタティックコンパクションによって緻密化された金属の小塊の酸素及び窒素の含有量は実質的に変化しなかったが、１ｍｍの厚さを有するシートのようなチタンのゲッターの使用は酸素及び窒素の含有量を低下させ、１０ｇ／ｋｇ（２２ｃｍ２／ｋｇ）を超える量のチタンに対して、酸素で１０ｐｐｍ未満、窒素で２０〜３０ｐｐｍ未満に低下させることができる。
【００７５】
ＨＩＣによる緻密化、オーステナイト化、及び焼鈍の後に、これら金属の小塊は金属組織の特性解析および機械的試験を受けた。
【００７６】
結晶粒の大きさはほとんどの場合５ＡＳＴＭであり、いくつかの結晶粒では４又は４．５ＡＳＴＭである。これは実際に、原子炉の格納容器（ｖｅｓｓｅｌ）に使用される１６ＭＮＤ５に対する標準的な要求に対応している。組織はすべての場合で大部分が焼鈍されたベイナイトである。
【００７７】
表３は、行われた様々な機械的試験の結果を、対応するＯ、Ｎ、及びＯ＋Ｎによってまとめたものである。
【００７８】
【表３】
2016526099.tif 000005
【００７９】
引っ張り試験の結果は、室温及び原子炉の格納容器の使用の通常の温度である３５０℃の両方で、満足のいくものである。破断伸びＡ及び降伏点伸びΣ（ｔｈｅ  ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ  ａｔ  ｂｒｅａｋａｇｅ  Ａ  ａｎｄ  ｎｅｃｋｉｎｇ  Σ）によって表される靱性は、前記標準的な要求に適合している。また、弾性限界Ｒｐ０．２及び引張強度Ｒｍは、引張強度に対してこれもまた通常と同程度であるか、又はそれより良い。試験された金属の小塊のそれぞれに対して、熱的に処理された両方の部分で得られた結果が示されている。両方の部分で得られた結果間のずれは多くの場合小さく、通常予想されたであろうばらつきのオーダーである。金属の小塊の弾性は、それが、当業者が部品を製造するために粉末冶金を使用することを先験的に阻む特性であり、本発明による主な懸念事項であるので、特に試験された。
【００８０】
衝撃たわみ（ｉｍｐａｃｔ  ｆｌｅｘｕｒｅ）Ｋｖによって示された弾性の測定が、本発明による最初の紛体の脱酸及び脱窒処理にかけられた、又はかけられなかった異なる金属の小塊に対して−２０℃、０℃、及び２０℃で行われ、その処理条件は表２に与えられており、窒素及び酸素の含有量は、図２及び図３に与えられている。図４は、Ｏ含有量のみに対して得られた結果を示し、図５はＮ含有量のみに対して得られた結果を示し、図６はＯ＋Ｎに対して得られた結果を示している。本発明による方法は、紛体のＯ及びＮ含有量を同時に低下させるので、行われた試作を唯一の根拠としてこれら元素の含有量の効果を区別するのは困難である。
【００８１】
０℃で目標とされるＫｖは、個々に取られたサンプルそれぞれに対して少なくとも６０Ｊである。−２０℃では、この最小値は２８Ｊである。＋２０℃では、この最小値は７２Ｊである。図４及び図５では、目標とされたＫｖの最小値が、サンプルそれぞれに対して報告された。
【００８２】
図４は、これら仕様すべてが、Ｏが４０ｐｐｍ以下の時に観察され、２０ｐｐｍ未満のＯ含有量が系統的に良好から優れたＫｖの値を確実にすることを示している。逆に、８０〜１１０ｐｐｍのＯ含有量は、当初の紛体のように、十分な安全マージンに求められる最小のＫｖを実現する可能性を与えない。
【００８３】
図５は、同等の見解がＮ含有量に対して得られることを示している。４０ｐｐｍまで低下された含有量は多くの場合十分であり、それによって許容できるか又は良好でさえあるＫｖの値が得られ、２５ｐｐｍ以下の含有量は、良好な結果を保証する。他方で、当初の紛体の９０〜１４０ｐｐｍは、確実に満足のいくＫｖの値を得るには多すぎる。
【００８４】
最後に、図６に示されるように、根拠がＯ＋Ｎの合計に基づくのであれば、低い含有量と高いＫｖとの間にはここでも相関がみられる。８０ｐｐｍ以下、理想的には５０ｐｐｍ未満のＯ＋Ｎの値は、十分な確実性を持って、策定された要求よりも大きなＫｖをもたらす。
【００８５】
そのような含有量は、本発明によるゲッターを使用することによって達成することができる。これら含有量は、紛体を製造するための既知の他の方法、例えば噴霧化によって直接達成することはできない。
【００８６】
概して、試作中に得られたＫｖの値は、弾性が金属の組成にのみ依存するのではなく、その微細構造にも依存するのでかなり分散しており、焼結後のサンプルの処理条件が達成に寄与する。この場合には、ベイナイト構造が焼結後に製品に得られ、あまり有利ではないプロベイニティックフェライトを有する構造は得られない。それにもかかわらず、表１、２、及び３並びに図２〜６に対応するすべての試作は、同じ焼鈍されたベイナイトの最終的な微細構造をもたらす同一な熱処理、紛体の組成（紛体の組成はＯ及びＮ以外の元素の非常に低い制限内でしか変化しないが）に存在する差異のみ、及びゲッターを使用するかしないか、に対して行われた。
【００８７】
これら試作は、低いＯ及びＮ含有量が、同一の処理条件、及び金属学的構造で、目標とする弾性を得るために不可欠な条件を明確に示しており、その理由が、さらに詳細に説明される。この観点から、本発明による方法の使用は、金属の小塊に行われた試作を考慮すると、その効率及びその相対的に減少したコストの故に、特に有利であると考えられる。したがって、弾性へのサンプルの微細構造の影響は取り除かれた。
【００８８】
また、金属の小塊（表２の金属の小塊１０）上でサンプリングされた１．２ｍｍの厚さを有するチタンＴ４０の金属シートのゲッター６の断面分析が、その１０５０℃で８時間の使用の後に、当初はＯ含有量が８０ｐｐｍでＮ含有量が１４０ｐｐｍであり、紛体の１キロ当たり２０ｃｍ２のＴｉの比を有する１６ＭＮＤ５鋼粉に暴露された表面と、対向する表面との間で行われた。その対向する表面は、容器１の壁２を作り上げる、０．１５％の炭素を有する鋼に接触していた。この断面分析は、
‐窒素の分布は、表面それぞれの窒素含有量が増加した状態で、両表面間で全体的に対称であり、このことは、窒素の平衡圧が高く、かつ、その吸収動態が比較的低いときに、窒素はチタンの中に、紛体７からと容器１の壁２からとの両方から拡散するという事実に帰するとみなされる
‐他方で、酸素の分布は明らかに非対称であり、紛体７に面していたチタンの表面だけが大量に酸素を吸収しており、比較的低いＣＯ圧並びに、ＣＯを還元するため及び酸素を吸収するための迅速な動力学は、ＣＯがチタンのシート６を回避せず、よって容器１の壁に面して配置されたシート６の面に到達することを保証する
‐炭素の分布は、酸素の分布とは逆に、明らかに大体対称的であり、炭素濃度は、容器１の壁２に面するチタンシート６の面の近傍においてわずかに大きく、一方で、容器１の鋼からの炭素の一部がチタンに向かって固体の状態で拡散し、他方で、紛体から逃げたＣＯの還元後の炭素の吸収が、脆いＴｉＣの表面層を形成することによって本質的に行われ、この脆いＴｉＣの表面層は、実験と分析との間のハンドリング中にチタンのシート６から強く分離しようとし、したがって、シート６の分析は、実際には紛体７からの炭素の吸収の事実を実際には説明しない
‐Ｔｉシート６の窒素含有量は、その２つの表面の近傍において２％のオーダーであり、それは１０５０℃における窒素のチタン中の最大溶解度（６％）にほど遠い
‐Ｔｉシート６の酸素含有量は、その紛体７と接触していた表面領域近傍において２．５％のオーダーであり、それは１０５０℃における酸素のチタン中の最大溶解度（１２％）にほど遠い
ことを示している。
【００８９】
シート６は、処理の終わりにおいてＯ及びＮで飽和されている状態には程遠く、したがって、シート６が、処理された紛体７の質量に対して比較的高い質量を有するということを規定する必要はない。
【００９０】
また、２８７ｍｍの高さ、１４０ｍｍの内径、３７０ｍｍの外径及び、したがって１１５ｍｍの壁厚みを有する筒状の要素を製造するための試作がおこなわれた。これら試作は、オーステナイト鋼からなる（３０ｍｍの厚みを有する）厚い管上の、表１のバッチ４に属する紛体で行われた。Ｔｉゲッターが、紛体の１ｋｇあたりＴｉの１８．２ｃｍ２の表面積に相当する、紛体の１ｋｇ当たり８．６ｇのＴｉの比を有して、紛体が配置されたキャビティの周縁における容器の内壁に配置された。
【００９１】
容器の自由空間を紛体で充填する方法は、上述の１２ｋｇの金属の小塊に適用した方法と同一である。まず、焼結のために全体を１０５０℃で１８時間維持することが行われた。次いで、熱間アイソスタティックコンパクションが、１０００バールの下で１０５０℃で３時間行われた。容器から引き抜かれ、剥離された管状要素の最終熱処理はオーステナイト化からなり、このオーステナイト化は、８９０℃で５時間維持した後、モデリングによって推定された、管の周縁における１．８℃／秒（６０００℃／時間）と、管の壁のコアにおける０．７℃／秒（２５００℃／時間）と、の間の速度で水焼入れされた。
【００９２】
全ての場合で、３ｐｐｍ未満の最終的なＮ含有量及び３〜８ｐｐｍの最終的なＯ含有量が得られた。したがって、非常に低い含有量が得られ、この含有量は、紛体の質量に対して使用されたゲッターの量には全く依存しない。したがって、これら結果は、大きな部品の製造に対するいかなる場合においても、ゲッター／紛体の質量の比の影響が優勢ではないということを裏付ける。ゲッターの表面積／紛体の質量の比は、より重要なパラメータであり、その間にゲッター／紛体の反応が生じる焼結処理の持続期間も同様に重要なパラメータである。低い酸素及び窒素含有量にもかかわらず、弾性は、焼入れ中の冷却速度が遅い領域では特に低いが、一方で冷却速度が速い領域では良好である。
【００９３】
また、直径４００ｍｍで高さ２１０ｍｍを有する２つの金属の小塊の製造が、図７に示された装置によって行われた。
【００９４】
容器８は、略円柱状の形状であり、直径４００ｍｍ及び高さ２３４ｍｍ（容器８の別の構成要素との良好な接触を保証する隆起した縁部を含む）の外形寸法を有する。容器８を作り上げるシートの厚みは３ｍｍである。容器８は、底部プレート９、環状側壁１０、及び導管１２に亘って分岐する蓋部１１を含み、導管１２はポンプ又は同様のものに接続されて、容器の充填及び側壁１０上の蓋部の密閉の後の、容器の内側の減圧を可能にする。
【００９５】
存在する場合には、Ｔ４０チタンのゲッターは以下の３つの要素からなる。
‐容器８の底部プレート９を覆い、３７５ｍｍの直径及び１ｍｍの厚みを有し、その質量が０．５ｋｇの平面シート１３
‐容器８の側壁１０を、この側壁１０の高さの一部に亘って覆う環状シート１４であって、３９９ｍｍの直径、１ｍｍの厚み、及び９５ｍｍの高さを有し、その下端が容器８の底部プレート９から５７ｍｍに配置され、その質量が０．５ｋｇである、環状シート１４
‐容器８の蓋部１１を覆い、導管１２に対して直角に開口１６を含む平面金属シート１５であって、３７５ｍｍの直径及び１ｍｍの厚み、並びに０．５ｋｇの質量を有する平面金属シート１５
【００９６】
サンプルを準備するために使用される紛体は、表１のバッチ３の紛体である。１４７ｋｇの量の紛体が、容器中に導入され（本発明による方法で作られることを意図される工業的部品の所定の質量がどのくらいであるかを示すことができる、比較的大量の紛体を含む）、８．２ｇ／ｋｇのＴｉ／紛体の質量の比及び１８．２ｃｍ２のＴｉ／ｋｇの紛体表面比を提供する。
【００９７】
２つの金属の小塊が、紛体の同じバッチ３及び実質的に同じチタンの量で生産された：
‐焼結時間が１６時間である金属の小塊
‐焼結時間が４８時間である金属の小塊
‐焼結後、容器は１０００バールの下において１０５０℃で３時間、熱間アイソスタティックコンパクションによって緻密化された
‐機械加工によって容器及びチタンゲッターを取り外したのち、金属の小塊（直径３７０ｍｍ、高さ１８５ｍｍ）は８９０℃で５時間、オーステナイト化によって熱処理され、続いて水焼入れされ、６８０℃で１０時間、焼鈍された。オーステナイト化及び焼鈍の時間は当業の習慣に従って、金属の小塊の寸法によって設定された。水焼入れは、０．８℃／秒（３０００℃／時間）と推定されたコアの冷却速度を生じさせ、弾性への炭素の影響の全てを除去するためには不十分であろう。
【００９８】
微細構造は、両方の金属の小塊に対して大部分がベイナイトであった。
【００９９】
両方の金属の小塊の詳細な分析の結果は以下のようであった。
【０１００】
１６時間、焼結された金属の小塊では、バルクにおいて酸素濃度が５ｐｐｍから９０ｐｐｍへ変化し、窒素濃度は３ｐｐｍから３７ｐｐｍへ変化し、金属の小塊の中心及びチタンゲッターからの最大距離に対応するところで、より高い含有量であった。弾性の値もまた、窒素及び、特に酸素の高い濃度を有する領域における非常に悪い値から、酸素及び窒素の低い領域における非常に良好な値まで大きく変化する。
【０１０１】
４８時間、焼結された金属の小塊では、酸素及び窒素の濃度は均一で非常に低く（酸素で３〜５ｐｐｍ、窒素で＜３ｐｐｍ）、Ｋｖ値は良好から非常に良好であった。
【０１０２】
図７の装置によって製造された第２の金属の小塊では、処理時間が、紛体の体積全体が熱平衡に到達したことを保証するために調整された。これは、第１の金属の小塊では行われず、１６時間だけ処理された。
【０１０３】
これら試作の両方の第１の失望させる結果は、緻密化の前の焼結の不十分な持続期間に帰するとみなされる。紛体は、少なくとも９５０℃、若しくはより良くは１０００℃での温度では、その体積全体で均一化するための時間を有さなかった。したがって、熱間アイソスタティックコンパクションによる緻密化の前には、非常に部分的にしか脱酸及び脱窒されていない。
【０１０４】
図７の装置によって作られた金属の小塊と、上述の管状部分との間では、オーステナイト化の後の焼入れ速度に加えて、紛体の分析が最終的な微細構造に重要な役割を果たす。この役割は、当業者にはよく知られている。したがって、適正な微細構造と、そこからの部品の体積全体における適正な弾性を保証するように、紛体の分析を調整する必要がある。
【０１０５】
９５０〜１０６５℃での予備焼結及びこの同じ温度範囲における緻密化からなる引き続きのステップは、緻密化中は強力に加圧される同じチャンバの中で等しく行うことができ、又は異なるチャンバの中で、したがって容器と紛体とが両作業の間に、場合によっては室温まで、冷却される可能性を有して行うことができる。第１の解法は、特に全体的なエネルギー消費の観点から、及び両方の作業に対して１つの設備しか使用しないという可能性から、最も有利に経済的である。
【０１０６】
上述の例は、１６ＭＮＤ５マンガン鋼の部品を粉末冶金によって生産するのに特に好適である。しかし、既に触れたように、この例は決して限定するものではない。本発明は、０．４％〜２％のＭｎ含有量、３％以下のＣｒ含有量を有する別のタイプの鋼によって形成される部品の製造に適用することができ、その経験は、満足のいく機械的特性、特に弾性を得ながら粉末冶金によって製造することが、使用される紛体が、１６ＭＮＤ５グレードに対して上述された試作中に決定された酸素及び窒素の量と同程度の、非常に少量の酸素と窒素しか含まないことでのみ可能であることを示す。
【０１０７】
これら量は、酸素含有量が≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２０ｐｐｍ、窒素含有量が≦５０ｐｐｍ、好ましくは≦２５ｐｐｍであって、酸素＋窒素の合計含有量は≦８０ｐｐｍ、好ましくは≦５０ｐｐｍである。
【０１０８】
上述したように、チタン及びその合金以外の材料を、ゲッター６を作るために任意に使用することができる。これは、既に与えられた処理の温度限界及び持続時間の変更をもたらす場合があり、本質的な点は：
‐これら温度が、必ずしも１６ＭＮＤ５である必要がない使用される鋼の粉末の適正な焼結に適合できる
‐好ましくは、それら温度は、ゲッターと焼結される部品との間の分離を容易に行うことができ、単純な剥離が、部品の表面に存在する場合があるゲッターの残留物を部品の表面から取り除くために十分であるように、ゲッター６と紛体７とが、例えば鉄とゲッター６の構成元素の１つとの間で共晶を形成することによって焼結中に互いに対する固着をもたらさない
【０１０９】
本発明の対象がまた、金属紛体７のフィッティング及び熱間アイソスタティックコンパクションのための、その表面の少なくとも一部に亘って内部を覆われた容器１であり、この表面は、紛体７とのゲッター６の接触を意図されており、ゲッター６は概して、紛体７の中に含まれる汚染物質を加熱中に捕獲する能力を有している。汚染物質との用語によっては、求められる機械的および他の特性を有する部品５を得るための焼結の適正な作業を妨げる場合のある元素が意味される。酸素及び窒素が、捕獲されるべき主な汚染物質であることが多い。特に酸素を、紛体７から生まれるＣＯのような酸化されたガスを還元するためのメカニズムによって、及び得られた酸素の吸収によって捕獲することができる。
【０１１０】
有利には、バイメタルの部品、例えば管であって、外部又は内部を、この管の組成とは異なる組成からなるフェルールによって覆われた管を生産するために、バイメタルの構成要素のうちの１つを含む容器１を提供することができる。管は、次いで容器１の中に一体化され、そのコーティングは最初に合金化前の紛体として本発明による方法によって管に適用される。管へのコーティングの接着は、処理中の拡散溶接によって達成される。この構成においては、ゲッターはコーティングによる拡散溶接の表面の外側の容器の表面に配置される。
【０１１１】
一般的に、本発明は、特に以下の構成を仮定している。
‐紛体と接触する容器の壁は、ゲッターを作製する材料で製造される
‐ゲッター（６）は、容器（１）の壁のコーティングである
‐ゲッター（６）は、紛体（７）と接触する容器（１）の壁の近傍に配置された別の部品である
【０１１２】
本発明は、紛体がわずかにＭｎによって合金化された鋼の合金化前の紛体である場合において、本質的に記載されてきており、紛体から、その緻密化の前に取り除かれるべき汚染物質は、Ｏ及びＮである。しかし、既に述べたように、本発明の用途は、他の汚染物質の捕獲及び０．４〜２％のＭｎ及び０〜３％のＣｒを含む他のタイプの鋼を想定することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
５          部品
７          紛体
１          容器
２、３      壁
４          空間
６          ゲッター
【図１】
2016526099.tif 000006
【図２】
2016526099.tif 000007
【図３】
2016526099.tif 000008
【図４】
2016526099.tif 000009
【図５】
2016526099.tif 000010
【図６】
2016526099.tif 000011
【図７】
2016526099.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月21日(2016.1.21)
【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】
粉末冶金によって、鋼の部品（５）を製造するための方法であって、
‐Ｏ及びＮの含有量及び任意にＣを除く前記部品のために望ましい組成を有する合金化前の紛体（７）を準備するステップであって、最大でも２００ｐｐｍのＯ及びＮの含有量を有し、前記紛体は、重量で０．４〜２％のＭｎ含有量と、重量で３％以下のＣｒ含有量と、を有する、ステップと；
‐前記紛体（７）を容器（１）中に置くステップであって、この容器のために壁（２、３）は所定の空間（４）を画定し、前記空間の形状は、製造される部品（５）の形状に対応し、ゲッター（６）が、少なくとも部分的に紛体（７）の周縁に配置され、前記ゲッター（６）は、ＣＯを吸収し還元する高温における能力、及び分解による窒素を吸収する能力を有し、真空が適用され、次いで前記容器（１）はシールされる、ステップと；
‐前記容器（１）及び前記容器が含む前記紛体（７）を、前記紛体（７）の焼結及び前記紛体（７）の５％を超えない緻密化、前記紛体（７）からの窒素及びＣＯの発生、並びにそれらの前記ゲッター（６）による吸収を引き起こす温度にもたらすステップと；
‐前記紛体（７）を、前記部品（５）を得るための、前記容器（１）と前記紛体（７）とを加圧されたチャンバ中に配置することによる熱間アイソスタティックコンパクションによって緻密化するステップと；
‐前記部品（５）を前記容器（１）から、及び前記ゲッター（６）から分離するステップと；
‐前記部品（５）を、前記部品にその機械特性、表面状態、及び望ましい精密な寸法を与えるために、剥離、熱処理、及び機械加工するステップと；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記部品（５）は、緻密化の後に、重量％で以下の組成：  
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ＜０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされた不純物
の鋼製であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｏ≦２０ｐｐｍであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
Ｎ≦２５ｐｐｍであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記部品は、緻密化の後に、重量％で以下の組成：  
‐  Ｃ≦０．２２％；
‐  Ｍｎ＝１．１５〜１．６０％；
‐  Ｐ≦０．００８％；
‐  Ｓ≦０．００８％；
‐  Ｓｉ＝０．１０〜０．３０％；
‐  Ｎｉ＝０．５０〜０．８０％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４３〜０．５７％；
‐  Ｖ≦０．０３％、コーティングされる部品に対しては、この最大含有量は０．０１％まで減少させることができることに注意する；
‐  Ｃｕ≦０．２０％；
‐  Ａｌ≦０．０４％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされた不純物
の鋼製であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
Ｏ≦２０ｐｐｍであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
Ｎ≦２５ｐｐｍであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記部品は、緻密化の後に、重量％で以下の組成：  
‐  Ｃ≦０．２５％；
‐  Ｍｎ＝０．５〜１．００  ％；
‐  Ｐ≦０．０２５％；
‐  Ｓ≦０．０２５％；
‐  Ｓｉ≦０．４％；
‐  Ｎｉ＝０．４〜１．００％；
‐  Ｃｒ≦０．２５％；
‐  Ｍｏ＝０．４５〜０．６％；
‐  Ｖ≦０．０５％；
‐  Ｎｂ≦０．０１％；
‐  Ｃｕ≦０．２％；
‐  Ｃａ≦０．０１５％；
‐  Ｂ≦０．００３％；
‐  Ｔｉ≦０．０１５％；
‐  Ａｌ≦０．０２５％；
‐  Ｏ≦５０ｐｐｍ；
‐  Ｎ≦５０ｐｐｍ；
‐  残部は鉄及び製造から結果的にもたらされた不純物
の鋼製であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項９】
Ｏ≦２０ｐｐｍであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｎ≦２５ｐｐｍであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ゲッター（６）は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、及びこれらの合金、並びにステンレス鋼から選択された物質であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
‐前記ゲッター（６）は、チタン又はチタン合金製である；
‐焼結中の前記紛体（７）の温度は、９５０℃〜１０６５℃である；  
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
焼結中の前記紛体（７）の温度は、１０００℃〜１０６５℃であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記紛体（７）の熱間アイソスタティックコンパクションによる前記焼結及び前記緻密化は、前記紛体（７）のいずれの中間の冷却無しに、引き続いて達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記紛体（７）を、前記容器の前記壁部によって画定された前記空間（４）中に配置した後に、前記紛体（７）が、最大温度３００℃で、１００〜３００バールの圧力の下で冷間アイソスタティックコンパクションを経験することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記冷間アイソスタティックコンパクションは、前記紛体の体積の１〜３％の削減を提供することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記紛体（７）に接触する前記容器（１）の前記壁部は、前記ゲッター（６）を作る物質で作られていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ゲッター（６）は、前記容器（１）の前記壁部のコーティングであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ゲッター（６）は、前記紛体（７）に接触する前記容器（１）の壁部の近傍に配置された別の部品を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法によって得られ、かつその酸素含有量が≦５０ｐｐｍ、その窒素含有量が≦５０ｐｐｍであり、その酸素＋窒素の合計の含有量が、≦８０ｐｐｍであることを特徴とする鋼部品。
【国際調査報告】
2016526099.tif 000013
2016526099.tif 000014
2016526099.tif 000015
2016526099.tif 000016
2016526099.tif 000017
2016526099.tif 000018