(57)【要約】  粒子冶金用スチールから冷間引抜きされたワイヤを製造するための方法であって、重量％で、Ｃ  ０．０３〜０．１５、Ｓｉ  ０．０１〜１．２、Ｍｎ  ０．１〜１．５、Ｃｒ  １５〜２０、Ｎｉ  ５〜１０、Ａｌ  ０．５〜１．５、任意にはＮ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴＡ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、およびＲＥＭの群から選択される最大２つの元素を含む溶融金属のバルクの調製工程；金属粉末を提供するためにエレクトロスラグ精錬およびアトマイズ化を使用する工程、金属粉末でカプセルの充填および封入する工程；十分な密度のビレットを提供するためにカプセルを圧縮成形する工程；ビレットを熱間加工し、およびワイヤ圧延により仕上げを行う工程；少なくとも３０％のエリア減少を有するアニールされたワイヤを冷間引抜きする工程を含む方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子冶金用スチールから冷間引抜きされたワイヤを製造するための方法であって、以下の工程：
重量％で、
2020533490.tif 000006
任意には、
Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴＡ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、およびＲＥＭの群から選択される最大２つの元素、および
不純物を除いて残部がＦｅ
を含む溶融金属のバルクの調製工程；
前記調製された溶融金属を、インゴットの形に、または、好ましくは、カットアップされるストランドに鋳造する工程；
前記インゴットまたはカットアップストランドの、好ましくは電極の形に熱間加工された後の、エレクトロスラグ精錬、いわゆるＥＳＲ再溶融する工程であって、ＥＳＲ溶融物を提供する、または、ＥＳＲインゴットの形成および前記ＥＳＲインゴットを再溶融するための工程；
前記ＥＳＲ溶融物をアトマイズ化し、およびそれによって金属粉末を提供する工程；
金属粉末を用いてカプセルを充填する工程；
カプセルを封入する工程；
任意には、冷間静水圧プレスにより前記カプセルを圧縮成形する工程；
任意には、前記カプセルを前加熱する工程；
十分な密度のビレットを提供するために熱間静水圧プレスにより前記カプセルを圧縮成形する工程；
前記ビレットを熱間加工し、およびワイヤ圧延により仕上げを行う工程；
得られた圧延ワイヤを脱スケール化する工程；
前記脱スケール化されたワイヤをアニーリングする工程；および
少なくとも３０％のエリア減少を有するアニールされたワイヤを冷間引抜きする工程
を含む方法。
【請求項２】
前記溶融金属のバルクが、重量％で、
Ｎ    ０．００５〜０．１５．好ましくは、０．０１〜０．１５
を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記溶融金属のバルクが、重量％で、
2020533490.tif 000007
を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記溶融金属のバルクが、以下の元素：
2020533490.tif 000008
のうちの少なくとも一つを含み、および
以下の条件：
2020533490.tif 000009
を満たす請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ＥＳＲ炉の下のアトマイジングチャンバーで前記ＥＳＲ溶融物をアトマイズ化する工程をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記再溶融されたＥＳＲインゴットを、不活性ガス、真空中で、または溶融物の表面を覆うスラグによって保護する工程；
溶融物を含む炉の底部のドレインを介してアトマイジングチャンバーへと液体金属を排出することにより前記再溶融されたＥＳＲインゴットをアトマイズ化する工程
をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法により冷間引抜きされたワイヤを製造する工程；
前記冷間引抜きされたワイヤから、好ましくはらせん状の形状にばねを巻く工程；
好ましくは０．５〜２時間のあいだ、４５０〜５００℃の温度で、ばねを析出硬化する工程
を含むばねを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、析出硬化可能な、特には１７−７ＰＨと称される種類の、ステンレススチールの冷間引抜きワイヤおよびワイヤばねを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
約１７％のＣｒ、約７％のＮｉ、および任意の析出硬化元素、通常はＡｌを含む硬化系ステンレスは、１９４０年代に開発された。それは、非特許文献１に開示されている。この文献においてすでに、ばねのための材料としては鋼の適切性が提案されていた。良好な腐食抵抗性と組み合わされた良好なばね特性が、鋼を腐食性環境下におけるばね材料として広く使用されている。この種の環境は、ディーゼルエンジンのための、より具体的にはターボディーゼルエンジンのための噴射ポンプである。この目的のために使用されるばねは、ばねの非常に高い耐疲労特性と組み合わされた、良好な腐食抵抗性（これは１７−７ＰＨ鋼が有している）を有していなければならない。
【０００３】
耐疲労特性は、ばねワイヤの表面に高度に依存する。ばねが高い耐疲労特性をもつためには、ワイヤは疲労破壊を生じさせ得るいかなる目に見える欠陥をも有していないべきである。表面層は、いかなる大きなスラグ巻き込みまたはより小さなスラグ巻き込みの広い範囲の堆積を含む大きなゾーン（これらもまた破壊を生じさせ得る）をもまた含むべきではない。
【０００４】
特許文献１は、冷間引抜きワイヤを製造するための方法を開示しており、ここで、鋳鋼は再溶融されそしてＥＳＲ処理へと付される。ＥＳＲインゴットは熱間加工され、線材圧延によって仕上げられる。圧延された線材は酸洗されそして冷間引抜される。ＥＳＲ処理は、大きなスラグ巻き込みおよびより小さなスラグ巻き込みの広い範囲の堆積を含む大きなゾーンを避けるために行われる。これは、従前のプロセスと比較して大きな改良であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，３８３，３１６号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】The Iron Age, March 1950, pp79-83
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、１７−７ＰＨばねワイヤおよびワイヤばねを製造するための新規の経路を提案するものである。新規の経路は、インゴットを提供するための溶融金属のバルクを鋳造すること、ＥＳＲ溶融物を提供するためにインゴットをエレクトロスラグ精錬すること、金属粉末を提供するためにＥＳＲ溶融物をアトマイズ化すること、粉末をビレットへと熱間静水圧プレスすること、およびビレットをワイヤへと加工すること、を含む。この新しい手順は、巻き込みのサイズをさらに低減する。さらに、より小さなスラグ巻き込みの広い範囲の堆積を含む大きなゾーンを本質的に除去する。
【０００８】
より具体的には、本方法は、溶融金属のバルクの調製を含み、ここで、溶融金属は、重量％で、
2020533490.tif 000002
任意には、
Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴＡ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、ＲＥＭの群から選択される最大２つの元素、および
不純物を除いて残部がＦｅ
を含む。
【０００９】
本発明の一実施形態において、スチールは、好ましくは０．００５〜０．１５重量％、より好ましくは０．０１〜０．１５重量％の少量のＮで意図的に合金化される。スチールは、また、少量のＴｉ、ＶまたはＮｂで意図的に合金化されていてもよい。
好ましくは、重量％で、
2020533490.tif 000003
である。
好ましくは、Ｔｉ、ＶまたはＮｂの総量は、０．０１〜０．２重量％までに限定される。
好ましくは、任意の元素は重量％で、
2020533490.tif 000004
に限定される。
ＲＥＭは、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、およびＬｕの元素のうち少なくとも一つを含む。
【００１０】
溶融金属のバルクは、インゴットの形に、または、好ましくは、カットアップされるストランドに鋳造される。インゴットまたはカットアップされたストランドは、その後、好ましくは電極の形に熱間加工された後に、エレクトロスラグ精錬、いわゆるＥＳＲ再溶融される。
【００１１】
ＥＳＲは、エレクトロスラグ精錬の略であり、また、エレクトロスラグ再溶融とも称される。ＥＳＲ処理において、公知の技術にしたがって使用され、および、ＥＳＲ再溶融プロセスにおいては溶融物を形成し、液滴が下部にある溶融金属の池へとスラグ溶融物を介して沈むように、再溶融される電極が液滴に溶融されている、従来のスラグ混合物、ＥＳＲ溶融物が使用され得る。例えば、公知であるスラグ混合物であり、約３０％のＣａＦ2、ＣａＯ、およびＡｌ2Ｏ3のそれぞれおよび通常、石灰留分中の一定の量のＭｇＯおよび１％〜数％のＳｉＯ2を含むスラグ混合物が使用され得る。
【００１２】
本発明にしたがって、溶解電極が様々なサイズのスラグ巻き込みを含むステンレス１７−７ＰＨ鋼からなる場合、ＥＳＲ溶融物は、再溶融操作の前と異なるスラグイメージを得るであろう。再溶融操作の前にスチール中に存在しているより大きいスラグ粒子のためのスクリーンとしてＥＳＲスラグが機能しているようである。少なくとも、これは、ばねワイヤの疲労強度に対する有害な効果をもつことが証明されたスラグ、すなわちＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3およびＭｇＯの型のスラグにとっては真実であるようである。より小さなスラグ巻き込みはより均一に分布されおよびスラグ堆積の可能なゾーンはより小さく、したがってより無害になる一方、この種類のより小さなスラグ巻き込みの再溶融された材料中での量は、低い程度にしか影響を受けない。
【００１３】
ＥＳＲ再溶融操作のあいだ、溶融金属の最初の調製に関連して添加されたアルミニウムの一定量が失われ得る。したがって、ＥＳＲ再溶融操作に関連して、より多くのアルミニウムが損失を埋めるために溶融池に供給されるべきであり、これによってＥＳＲ再溶融操作後に得られるＥＳＲ溶融物は０．５〜１．５Ａｌを含むであろう。
【００１４】
ＥＳＲ溶融物は、金属粉末を提供するためにアトマイズ化される。アトマイズ化は、好ましくは、ガスアトマイズによる。ガスアトマイズ化は、窒素および／またはアルゴンガスのジェットにより行われ得る。
【００１５】
ＥＳＲ溶融物は好ましくは、液体金属が炉の底部のドレインを介して炉の下のアトマイジングチャンバーへと排出される種類の溶融炉で調製される。例えば、ＡＬＤ  Ｖａｃｕｕｍ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＧＭＢＨ製のＥＳＲ−ＣＩＧを用いて、ただしスプレー形成の代わりに金属粉末を提供するためにアトマイズ化が行われる。
【００１６】
代替的には、ＥＳＲ溶融物は、溶融物を空気に触れさせることなく、ここに参照によって組み込まれる国際公開第２０１３／１２９９９６号に記載される種類の溶融炉へと運ばれてもよい。このような種類の炉では、液体金属がまた、炉の底部のドレインを介して炉の下のアトマイジングチャンバーへと排出される。炉中のＥＳＲ溶融物は、不活性ガス、真空、または溶融物の表面を覆うスラグによって保護され得る。
【００１７】
代替的には、傾斜可能なＥＳＲ炉および別個のタンディッシュが設けられていてもよく、この両方は、保護的環境を含む封入チャンバー中に備えられている。アトマイズ化チャンバーはタンディッシュの下に備えられる。また、この炉およびタンディッシュの組み合わせにおいて、溶融金属の酸素への曝露は最小限にされる。
【００１８】
アトマイズ化の後、アトマイズされた粉末は、好ましくは再酸化を避けるために保護的環境下で冷却される。任意には、アトマイズ化された粉末は、所望の粉末寸法にふるい分けられ得る。例えば、最大で２５０μｍなどである。
【００１９】
カプセルが金属粉末で充填される。充填後、カプセルは封入される、カプセルはその後、任意には、例えばＡｓｅａ  ＱＩ  １００などの冷間静水圧プレスで、少なくとも１０００ｂａｒ、好ましくは約４０００ｂａｒの圧力で圧縮成形される。カプセルは、その後、任意には、前加熱炉に静置され、ここで、外的に圧力が加えられることなく、温度が９００〜１２５０℃、例えば１１３０℃へと段階的に上昇される。カプセルはその後、例えばＨＩＰｅｎ  Ａｓｅａ  ＱＩ  ８０などの熱間静水圧プレスへと移動され、ここで、少なくとも５００ｂａｒを越える、例えば１０００ｂａｒの圧力が、９００〜１２５０℃、例えば１１５０℃の温度で適用される。熱間静水圧プレスでのカプセルの圧縮成形は、十分な密度のビレットを提供する。好ましくは、温度は、材料が液相の存在なく固化されるように制御される。冷間静水圧プレス工程およびそれに続く前加熱工程は主に、経済的理由からプロセスに使用され、ならびに、事前の冷間プレスまたは前加熱なしに封入されたカプセルを直接、熱間静水圧プレスへと移動させることもおそらくできるであろう。
【００２０】
熱間静水圧プレスからのビレットは、その後、すり砕かれるロッドへと熱間加工されおよびワイヤへと熱間圧延される。ワイヤへと熱間圧延されたワイヤは、その後、機械的脱スケール化および／または化学的脱スケール化（酸洗）によって脱スケール化される。
【００２１】
脱スケール化されたワイヤは、その後、０．５〜２時間のあいだ、９００〜１０００℃の範囲の温度でアニーリングされる。アニールされたワイヤは、冷間引抜きされ、少なくとも３０％エリア減少を有している。
【００２２】
冷間引抜きされたワイヤは、ばねに、好ましくはらせん状の形状のばねに巻かれる。ばねは、０．５〜２時間のあいだ、４５０〜５００℃の温度で適宜、析出硬化され、その後、空気中で冷却される。
【００２３】
完成されたばねにおける材料の構造は、マルテンサイト中にアルミニウムおよびニッケルの、好ましくはＡｌＮｉ3の析出相を含む５０〜７０体積％の焼戻しマルテンサイト、ならびに、残部としてオーステナイトおよび最大５％のδ−フェライトを含む。
【００２４】
冷間引抜きされたばねワイヤの断面形状は、円形であってもよい。しかしながら、本発明はこのような断面を有するワイヤに限定される訳ではなく、らせん状の形状に巻かれる完成されたばねにおいてより好ましい張力の分布をもたらし得る他の形状を有するワイヤ、すなわち、楕円形の断面を有するワイヤにも適用され得る。矩形の断面もまた想定され得る。
【００２５】
本発明の変形にしたがい、新規の経路は、金属粉末を提供するために溶融金属のバルクをアトマイズ化すること、粉末をビレットへと熱間静水圧プレスすること、および、ビレットをワイヤへと加工することを含み、粒子冶金用スチールから冷間引抜きされたワイヤを製造するための方法であって、以下の工程：
重量％で、
2020533490.tif 000005
任意には、
Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＴＡ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、およびＲＥＭの群から選択される最大２つの元素、および
不純物を除いて残部がＦｅ
を含む溶融金属のバルクの調製；
溶融金属のアトマイズ化およびそれによって金属粉末を提供すること；
金属粉末を用いたカプセルの充填；
カプセルの封入；
任意には、冷間静水圧プレスによる該カプセルの圧縮成形；
任意には、該カプセルの前加熱；
十分な密度のビレットを提供するための、熱間静水圧プレスによるカプセルの圧縮成形；
ビレットの熱間加工およびワイヤ圧延による仕上げ；
得られた圧延ワイヤの脱スケール化；
脱スケール化されたワイヤのアニーリング；および
少なくとも３０％のエリア減少を有するアニールされたワイヤの冷間引抜き
を含む方法を提供する。
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月5日(2020.6.5)
【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】
粒子冶金用スチールから冷間引抜きされたワイヤを製造するための方法であって、以下の工程：
重量％で、
2020533490.tif 000010
任意には、
Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、およびＲＥＭの群から選択される最大２つの元素、および
不純物を除いて残部がＦｅ
を含む溶融金属のバルクの調製工程；
前記調製された溶融金属を、インゴットの形に、または、好ましくは、カットアップされるストランドに鋳造する工程；
前記インゴットまたはカットアップストランドの、好ましくは電極の形に熱間加工された後の、エレクトロスラグ精錬、いわゆるＥＳＲ再溶融する工程であって、ＥＳＲ溶融物を提供する、または、ＥＳＲインゴットの形成および前記ＥＳＲインゴットを再溶融するための工程；
前記ＥＳＲ溶融物をアトマイズ化し、およびそれによって金属粉末を提供する工程；
金属粉末を用いてカプセルを充填する工程；
カプセルを封入する工程；
任意には、冷間静水圧プレスにより前記カプセルを圧縮成形する工程；
任意には、前記カプセルを前加熱する工程；
十分な密度のビレットを提供するために熱間静水圧プレスにより前記カプセルを圧縮成形する工程；
前記ビレットを熱間加工し、およびワイヤ圧延により仕上げを行う工程；
得られた圧延ワイヤを脱スケール化する工程；
前記脱スケール化されたワイヤをアニーリングする工程；および
少なくとも３０％のエリア減少を有するアニールされたワイヤを冷間引抜きする工程
を含む方法。
【請求項２】
前記溶融金属のバルクが、重量％で、
Ｎ    ０．００５〜０．１５．好ましくは、０．０１〜０．１５
を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記溶融金属のバルクが、重量％で、
2020533490.tif 000011
を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記溶融金属のバルクが、以下の元素：
2020533490.tif 000012
のうちの少なくとも一つを含み、および
以下の条件：
2020533490.tif 000013
を満たす請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ＥＳＲ炉の下のアトマイジングチャンバーで前記ＥＳＲ溶融物をアトマイズ化する工程をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記再溶融されたＥＳＲインゴットを、不活性ガス、真空中で、または溶融物の表面を覆うスラグによって保護する工程；
溶融物を含む炉の底部のドレインを介してアトマイジングチャンバーへと液体金属を排出することにより前記再溶融されたＥＳＲインゴットをアトマイズ化する工程
をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法により冷間引抜きされたワイヤを製造する工程；
前記冷間引抜きされたワイヤから、好ましくはらせん状の形状にばねを巻く工程；
好ましくは０．５〜２時間のあいだ、４５０〜５００℃の温度で、ばねを析出硬化する工程
を含むばねを製造するための方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
より具体的には、本方法は、溶融金属のバルクの調製を含み、ここで、溶融金属は、重量％で、
2020533490.tif 000014
任意には、
Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、ＲＥＭの群から選択される最大２つの元素、および
不純物を除いて残部がＦｅ
を含む。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の変形にしたがい、新規の経路は、金属粉末を提供するために溶融金属のバルクをアトマイズ化すること、粉末をビレットへと熱間静水圧プレスすること、および、ビレットをワイヤへと加工することを含み、粒子冶金用スチールから冷間引抜きされたワイヤを製造するための方法であって、以下の工程：
重量％で、
2020533490.tif 000015
任意には、
Ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｈｆ、Ｖ、およびＲＥＭの群から選択される最大２つの元素、および
不純物を除いて残部がＦｅ
を含む溶融金属のバルクの調製；
溶融金属のアトマイズ化およびそれによって金属粉末を提供すること；
金属粉末を用いたカプセルの充填；
カプセルの封入；
任意には、冷間静水圧プレスによる該カプセルの圧縮成形；
任意には、該カプセルの前加熱；
十分な密度のビレットを提供するための、熱間静水圧プレスによるカプセルの圧縮成形；
ビレットの熱間加工およびワイヤ圧延による仕上げ；
得られた圧延ワイヤの脱スケール化；
脱スケール化されたワイヤのアニーリング；および
少なくとも３０％のエリア減少を有するアニールされたワイヤの冷間引抜き
を含む方法を提供する。
【国際調査報告】
2020533490.tif 000016
2020533490.tif 000017
2020533490.tif 000018