JFE 技報 No. 36（2015 年 8 月）p. 63-68

引張強さ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を製造可能な Ni フリー合金鋼粉
Ni-Free Alloyed Steel Powder for Manufacturing Heat-Treated Compacts
with Tensile Strength of 1 300 MPa and 1 500 MPa Grades
小林聡雄

KOBAYASHI Akio

JFE スチール

スチール研究所

鉄粉・磁性材料研究部主任研究員（課長）宇波繁

UNAMI Shigeru

JFE スチール

スチール研究所

鉄粉・磁性材料研究部主任研究員（副部長）

OZAKI Yukiko

JFE スチール

スチール研究所

鉄粉・磁性材料研究部長・理博

尾﨑由紀子

要旨
®

JFE スチールでは Ni フリー高強度合金鋼粉の新グレードとして，焼結・熱処理後の引張強さが 1 300 MPa 級の「JIP®

FM1300」，および 1 500 MPa 級の「JIP FM1500」を開発した。
「FM1300」では，合金成分である Mo の一部を粒子表面に拡散付着させ，焼結を促進させることにより強度向上を図った。また，「FM1500」では，合金元素としてMo とともに Cr および Mn を添加することで，それらの相乗効果によって焼入れ性を高めた。両者のいずれについても，高温焼結を施すことによってほぼ均一な組織となり，適切な条件で熱処理することでそれぞれの目標の引張強さが得られる。既開発鋼粉と併せて 600～1 500 MPa 級の広い強度範囲の用途に対応した，Ni フリー合金鋼粉がラインアップ化された。

Abstract:®

®

JFE Steel has developed new grades of Ni-free alloyed steel powders, “JIP FM1300” and “JIP FM1500”, withtensile strengths of 1 300 MPa and 1 500 MPa, respectively, after sintering and heat-treatment. “FM1300” is a Moprealloyed steel powder with diffusion bonded Mo fine particles on the steel particle surfaces for acceleration of interparticle atomic diffusion during sintering and improvement of mechanical strength of sintered products. “FM1500”
includes Cr and Mn as well as Mo for further improvement of the hardenability effect. The newly developed powders
show almost homogeneous microstructures after sintering at high temperatures (1 200℃), and give the tensile

strengths mentioned above after appropriate heat-treatments. In conjunction with the products developed previously,
JFE Steel has lined up Ni-free alloyed steel powders suitable for a wide range of applications requiring tensile strengthfrom 600 MPa to 1 500 MPa.

1． はじめに拡 散 合 金 鋼 粉（Fe-4mass％Ni-1.5mass％Cu-0.5mass％Mo）
を 1 250℃で高温焼結し，浸炭・焼入れ・焼戻しを行なって
1）

鉄系焼結部品は，自動車分野をはじめとする多くの用途

引張強さ 1 380 MPa を得た報告がある 。また，2Ni 系拡散に適用されており，昨今の軽量化・小型化に対応するため合金鋼粉（Fe-2mass％Ni-1mass％Mo）を同じく 1 250℃でに高強度化が進められてきている。高強度が要求される用高温焼結し，浸炭・焼入れ・焼戻しを行なった材料では

途では，合金成分として Ni を鉄粉粒子表面に拡散付着させ1 500 MPa が得られている 。今回新たに開発した「JIP

1）た合金鋼粉が従来から用いられてきたが ，Ni フリー化の2-4）

1）

®

®

FM1300」および「JIP FM1500」
は，Ni フリー合金鋼粉をベー。すスに，最適量の副原料と潤滑剤を混合した偏析防止処理粉

でに，JFE スチールでは，引張強さ 600～1 000 MPa 級の Niである。適切な条件で焼結・熱処理を行なうことにより，そニーズに対応した合金鋼粉の開発も進められている®

®

フリー合金鋼粉「JIP FM600」および「JIP FM1000」の開2）発を完了した 。

れぞれ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を得ることが可能である。本報告では，これら合金鋼粉により作製

本報では，Ni フリーで 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級

した材料の焼結・熱処理体の機械的特性について報告する。の焼結材料を製造可能な新開発の合金鋼粉について報告する。この強度レベルの焼結材料としては，たとえば，4Ni 系
2015 年 2 月 27 日付－ 63 －Copyright © 2015 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

引張強さ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を製造可能な Ni フリー合金鋼粉®

2． Ni フリー超高強度合金鋼粉 FM1300 の特性
2.1

ド Mo 鋼粉 JIP AH4515 に，天然黒鉛粉（平均粒径 4 mm）を 0.5mass％，高密度成形用潤滑剤 HDX

材料設計の考え方® 6）を 0.5mass％添加し，偏析防止処理を行なった粉末（以下，「FM1300」）を（1）ベース合金鋼粉用いた。比較材として，4mass％Ni 系の拡散付着合金鋼粉「FM600」や「FM1000」では 0.45mass％の Mo プレ2）に 天 然 黒 鉛 粉 0.3mass％，エチレンビスステアロアミド

アロイ鋼粉としていたのに対し ，「FM1300」ではさら0.6mass％を混合した粉末（以下，「4Ni」）を用いた。
「FM1300」

なる強度アップのために 0.45mass％の Mo のプレアロの配合を「4Ni」と比較して表 1 に示す。
2.2.2

イ鋼粉にさらに 0.15mass％の Mo を拡散付着させたハ

試験片作製条件および評価方法

それぞれの混合粉を，429～686 MPa の間の成形圧力で，イブリッド合金鋼粉（プレアロイ＋拡散合金鋼粉）とした。図 1 に示すように，プレアロイ鋼粉表面に拡散付着55 mm×10 mm×10 mm の棒状試験片 A, 80 mm×15 mm×させた Mo 粒子が，焼結中もフェライト相を保つことに15 mm の棒状試験片 B，および外径 60 mm×内径 20 mm×よって大きな拡散速度を維持し焼結促進効果を示すと高さ 6 mm のリング状試験片に成形した。これらの試験片

5）を 90vol％ N2＋10vol％ H2 雰囲気中で 1 250℃×60 min 焼結ともに，焼入れ性向上にも寄与して強度向上に繋がる 。
（2）副原料および焼結条件した。

黒鉛粉は平均粒径が 4 mm の天然黒鉛粉を使用し，添引 張 試 験 は，焼 結 後 の 棒 状 試 験 片 A から 平 行 部 直 径

加量は予備実験により 0.5mass％に決定した。また，潤5 mm の小型丸棒試験片を機械加工により作製し，浸炭熱処® 6）を採用し，理（浸炭：900℃×60 min，カーボンポテンシャル 0.8mass％，黒鉛偏析防止処理を施したクリーンミックス とした。

滑剤は既開発の高密度成形用潤滑剤 HDX®

焼入れ：60℃油中，焼戻し：180℃×60 min）を行なった後に焼結条件は，従来の 4％Ni 系合金鋼粉で 1 300 MPa 級

JIS Z 2241 に基づき評価した。硬さは，上記条件の浸炭熱処

1）と同様に，1 250℃程度の高温焼理を行なった棒状試験片 A の表面のロックウェル硬さを測結をした後，浸炭・焼入れ・焼戻し熱処理を施すこと定した。組織観察は，浸炭熱処理試験片 A の切断研磨面をを前提としている。

3vol％硝酸アルコール溶液で腐食した後，光学顕微鏡を用いの材料が得られた例

2.2て行なった。

試料および実験方法

2.2.1

回転曲げ疲れ試験は，焼結後の棒状試験片 B から，平行部直径 8 mm の丸棒試験片を機械加工により作製し，上記原料粉プレアロイにより 0.45mass％の Mo を合金化し，さらに条件の浸炭熱処理後にさらに研磨加工で試験片表面を平滑拡散付着により 0.15mass％の Mo を合金化したハイブリッに仕上げ，小野式疲労試験機により，回転数 3 000 min ，－1

応力比 R＝－1 の条件で実施した。耐久限度は繰り返し数
710 回における最大応力として求めた。面圧疲れ試験は，焼Mo-Concentrated part

結後のリング状試験片のプレス面を機械研削で平滑とし，上記条件の浸炭熱処理後にさらに鏡面研磨を行なって，森Fe-0.45% Mo
Prealloyed powder式試験機を用いて 6 球方式で実施した。疲れ限度は繰り返

Fe-0.45% Mo
Prealloyed powder

7

し数 10 回における最大接触応力（ヘルツ応力）として求めた。摩耗試験は大越式摩耗試験機を用いて行なった。試料

FM600 and FM1000

は焼結後の棒状試験片 A を上記条件で浸炭熱処理したもの

FM1300を用いた。相手材として SUJ2（JIS G 4805，高炭素クロム軸受鋼鋼材）製の円筒形状のものを用い，その円筒側面を図 1 ベース合金鋼粉の粒子構造
Fig. 1

荷重 124 N で試料表面に接触させ，接触部にオイル（デキParticle structure of the base alloyed steel powders

表 1 FM1300 および比較の 4Ni の配合
Table 1

Nominal composition of FM1300 and 4Ni steel powder mixture（mass％）
Steel powder
CodePrealloy

Pre-mixed powder

Diffusion alloy bonded

Lubricant®

MoNiCuMo

GrHDX

FM1300

0.45―

―

0.15

0.50.5―

4Ni

―

0.3―

0.6

41.50.5EBS

Gr: Graphite, EBS: Ethylene-bisstearamide
JFE 技報 No. 36（2015 年 8 月）

－ 64 －引張強さ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を製造可能な Ni フリー合金鋼粉

3シロンⅢ）を毎秒 1 滴の速度で滴下した状態で摩擦速度必要，圧粉密度では 7.03 Mg/m 以上が必要であり，要求さ4.21 m/s で相手材を回転させた。耐摩耗性の評価は接触部れる成形圧力は 570 MPa 以上が必要である。の摩耗体積で行なった。摩耗体積は，試料表面についた摩続いて，回転曲げ疲れ試験および面圧疲れ試験で得られ耗痕幅と相手材の円筒直径から計算した。相手材の円筒のた S-N 曲線を図 4 に示す。回転曲げ疲れ限度については周長×回転数から摩擦距離を求め，同じ摩擦距離に対して「FM1300」は「4Ni」とほぼ同等の値であり，また，面圧疲磨耗体積が小さいほど耐摩耗性に優れると判断した。

れ限度については「FM1300」は「4Ni」より大きい。さらに，

2.3

摩耗試験の結果を図 5 に示す。
「FM1300」の摩耗量は「4Ni」

実験結果および考察に比べて 2 桁ほど少なく，耐摩耗性能は「FM1300」の方が「FM1300」および比較の「4Ni」で作製した棒状試験片 A非常に良好である。以上から，これらの機械的特性について，の成形圧力と圧粉密度および焼結密度の関係を図 2 に示す。
「FM1300」は「4Ni」と圧粉密度，焼結密度ともほぼ同等で
520「FM1300」は「4Ni」とほぼ同等の挙動を示す。図 2 および図 3500

より，「FM1300」および「4Ni」において引張強さ 1 300 MPa

480

Stress (MPa)ある。次に，引張強さと焼結密度との関係を図 3 に示す。

以上を得るための密度や成形圧力を読み取ると両者ともほ3ぼ同等であり，具体的には，焼結密度で 7.18 Mg/m 以上がRotating
Rotating bending
bending fatigue
fatiguetest
test

FM1300FM1300

460
440

4Ni

420
7.4

FM13004Ni

SinteredSintered density
density

7.2

FM1300105106107
Cycles to failure, N

Contact fatigue test

7.0Green
Green density
density

6.9
6.8
6.7
300

400
500
600
700
Compaction pressure (MPa)

108

3 500

4Ni

7.1

Hertz stress (MPa)

Density (Mg/m3)

7.3(Compaction pressure:MPa)pressure :537537MPa)

400
104

3 000
FM13002 500
4Ni
2 000pressure :537MPa)
537MPa)(Compaction pressure:

800

1 500

図 2 成形圧力と圧粉密度および焼結密度の関係
Fig. 2 Dependence of green and sintered density on compaction
pressure

105

106

Cycles, N

107108

図 4 FM1300 および 4Ni で作製した焼結熱処理材の疲労特性
Fig. 4Fatigue properties of the case-hardened compacts madefrom FM1300 and 4Ni

1 500

Wear reduction (mm3)Tensile strength (MPa)

11 400
1 300
1 200
4Ni
1 100
FM1300pressure :686
686MPa)4Ni (Compaction pressure:MPa)

10−1

10−2

pressure :537537MPa)
FM1300 (Compaction pressure:MPa)

1 000
6.8

6.9

7.0

7.1

7.2

7.3

10−3

7.4

Sintered density (Mg/m3)

01 0002 000
3 000
Confliction distance (m)4 000

図 3 FM1300 および 4Ni で作製した焼結熱処理材の引張強さ

図 5 FM1300 および 4Ni で作製した焼結熱処理材の摩耗特性

Fig. 3Fig. 5Tensile strength of the case-hardened materials madefrom FM1300 and 4Ni－ 65 －Wear resistance of the case-hardened compacts madefrom FM1300 and 4Ni
JFE 技報 No. 36（2015 年 8 月）引張強さ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を製造可能な Ni フリー合金鋼粉(a) FM1300

3． Ni フリー超高強度合金鋼粉 FM1500 の特性(b) 4Ni

3.1

材料設計の考え方（1）ベース合金鋼粉「FM1300」よりさらに高強度の 1 500 MPa 級を得る
25 μ m25 μ mため，「FM1500」では Mo に加えて Cr や Mn を添加し，これら元素の相乗効果によって焼入れ性を高めることRetained, γを検討した。組成の選定にあたっては，合金鋼粉の圧写真 1 FM1300 および 4Ni で作製した焼結浸炭熱処理材の組織縮性低下を招かないようにすることにも配慮して，これPhoto 1らの元素の中でフェライトの固溶強化能

Microstructures of the case-hardened compacts madefrom FM1300 (a) and 4Ni (b）（2）副原料および焼結条件
黒鉛粉は平均粒径が 4 mm の天然黒鉛粉を使用した。

Hardness, HRC

55

添加量は 0.7～0.8mass％が前提となる。
「FM1300」と50

同様に，潤滑剤は既開発の高密度成形用潤滑剤 HDX

45® 6）を採用し，黒鉛の偏析防止処理を施したクリーンミック
FM1300®

ス とした。なお，焼結条件については，焼結を進展さ40せて強度を確保するために 1 200℃×150 min 程度の高4Ni

35

温長時間の条件が，また，熱処理は光輝焼入れが前提となる。

6.86.9

7.0
7.1
7.2
7.3
Sintered density (Mg/m3)

7.4

3.2

試料および実験方法

合金成分として Cr，Mn，および Mo をプレアロイ化した

図 6 FM1300 および 4Ni で作製した焼結熱処理材の表面硬さ
Fig. 6の低い Cr を主体とする成分系を探索し，0.5mass％Cr-0.2mass％Mn0.2mass％Mo のプレアロイ鋼粉に決定した。

60307）®

JIP 5CRA（Fe-0.5mass％Cr-0.2mass％Mn-0.2mass％Mo）に，

Surface hardness of the case-hardened materials madefrom FM1300 and 4Ni

天 然 黒 鉛 粉（ 平 均 粒 径 4 mm） を 0.6mass ％，0.7mass ％，0.8mass ％，0.9mass ％ の 4 水 準 と，高 密 度 成 形 用 潤 滑 剤
HDX「FM1300」は「4Ni」と同等以上のポテンシャルをもってい® 6）

0.5mass％を添加し，偏析防止処理を行なった粉末を用いた。
上記 4 水準の 5CRA 混合粉を，成形圧力 700 MPa（圧粉ることが分かる。
特性評価に用いた試料の表層部の断面組織を写真 1 に示

3

密 度 7.13～7.15 Mg/m ） で，55 mm×10 mm×10 mm の 棒す。
「FM1300」と「4Ni」のいずれも，多くの部分は焼戻し状試験片 A に成形した後，90vol％ N2＋10vol％ H2 雰囲気中，マルテンサイト組織であるものの，「4Ni」は白く示される残1 200℃×150 min 焼結した。その後，熱処理として（1）ガ留オーステナイトが多く分布している。これは鉄粉粒子表面

ス浸炭（メタノール滴注式ガス浸炭：870℃×60 min，カーに拡散付着させた Ni が十分拡散せず，組織内に残った Ni

ボンポテンシャル 0.8mass％，焼入れ：60℃油中，焼戻し：の濃化部分が残留オーステナイトを形成するためであると180℃×60 min），（2）光輝焼入れ（900℃×30 min，Ar 雰囲考えられる。試験片の表面硬さを測定した結果は図 6 に示気，焼入れ：60℃油中，焼戻し：180℃×60 min）の 2 条件をすとおり，「FM1300」の方が「4Ni」より高く，引張強さがテストした。

3

両者とも 1 300 MPa となる焼結密度 7.18 Mg/m では「FM引張試験および組織観察は 2.2.3 項と同様の方法で行なっ1300」の方が 10％程度高硬度である。
「4Ni」に多く含まれた。また，焼結後の試験片の一部を用いて C 量分析を行なっる残留オーステナイトはマルテンサイトより軟らかい組織でた。さらに，衝撃試験については，JIS Z 2550 に準拠したノッあることから，これら組織観察と硬さ測定の両結果は符合しチなしの棒状試験片 A を用いて実施し，シャルピー衝撃値ている。
「FM1300」が「4Ni」より面圧疲れ限度および磨耗を測定した。

特性で優位にあるのは，このような残留オーステナイトが少3.3ない硬い組織が影響しているものと思われる。

実験結果および考察

3.2 節で作製した試験片の引張強さおよびシャルピー衝撃値を焼結体の C 量に対してプロットしたものを，図 7 および 8 にそれぞれ示す。比較のため，1 500 MPa 級の引張強さ
JFE 技報 No. 36（2015 年 8 月）

－ 66 －引張強さ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を製造可能な Ni フリー合金鋼粉

1 600

2Ni:
Gascurburized
curburized
2Ni:GasTensile strength (MPa)

1 500

(0.7)
Bright quenched

1 400
1 300

Grain boundary oxidation

(0.9)

(0.6)

1 200

25 μ m(a) Gas curburized

Gas curburized

1 100(b) Bright quenched

25 μ m

写真 2 FM1500 で作製した焼結浸炭熱処理材の組織

1 000
900

「FM1500」「FM1500」(0.8)(added graphite (mass%))
0.20.30.4

Photo 2 Microstructures of the sintered and case-hardened
compacts made from FM1500

5CRA
0.50.60.7

C Content in sintered compact (mass%)

値は「2Ni」と同等以上となる。したがって，この 5CRA に

図 7 JIP® 5CRA の黒鉛・潤滑剤混合粉で作製した焼結熱処理材の引張強さ

黒鉛を 0.7～0.8mass％添加し高密度成形用潤滑剤 0.5mass％

Fig. 7とともに偏析防止処理を施した混合粉が「FM1500」としてTensil estrength of the case-hardened compacts made®
from JIP 5CRA mixed with graphite and lubricant

定義される。
上記で評価した試験片のうち，黒鉛添加量が 0.8mass％のものの表層部の断面組織を写真 2 に示す。いずれの条件に

Charpy impact value (J/cm2)

30「FM1500」「FM1500」

Bright quenched
2520(0.6)

(0.7)

2Ni:
Gas curburized
curburized
2Ni:Gas15

よる熱処理材もほぼ均一な焼戻しマルテンサイト組織を示す。しかしながら，ガス浸炭材ではごく表層部分にわずかな粒界酸化が認められた。さらに，黒鉛添加量が 0.8mass％以(0.8)

Gas curburized

外のものも含めてガス浸炭材は 4 サンプルともすべて同様(0.9)

な粒界酸化が起きていることが確認された。図 7 でガス浸

10

炭材の引張強さが光輝焼入れ材よりも低くなっている原因

50(Addedgraphite(mass%))(mass%))(added graphite
0.2は，試料表層部分に見られる粒界酸化が引張試験の際に破5CRA

0.3
0.4
0.50.6
C Content in sintered compact (mass%)

断の起点になっているためと推定される。
粒界酸化の原因は，光輝焼入れではドライ（露点：－60℃0.7以下）の Ar 雰囲気であるのに比べて，ガス浸炭では，より酸化性の雰囲気になるためである。本実験で行なったメタ

図 8 JIP® 5CRA の黒鉛・潤滑剤混合粉で作製した焼結熱処理材のシャルピー衝撃値

ノール滴注式ガス浸炭では，CH3OH＝CO＋2H2 の反応によFig. 8Charpy impact value of the case-hardened compacts®
made from JIP 5CRA mixed with graphite and lubricant

り生成した CO および H2 が雰囲気の主たる組成である。こが得られている従来粉の例として，文献 1）に記載されていに O2 と H2 が存在することから，H2＋（1/2）
O2＝H2O の反応

る 2Ni 系拡散合金鋼粉（Fe-2mass％Ni-1mass％Mo）のガスにより H2O（水蒸気）が発生する。この反応の 870℃での平浸炭材（以下「2Ni」）の測定値を併せて示す。引張強さは，衡水蒸気分圧は約 14℃の露点に相当し黒鉛粉 0.8mass％の光輝焼入れ材で目標の 1 500 MPa を超え囲気より高露点であることがわかる。の際，CO＝[C]＋（1/2）
O2 の反応に基づき，O2 分圧を制御することによりカーボンポテンシャルを制御する。雰囲気中

8，9），光輝焼入れの雰る 1 520 MPa が得られる。この黒鉛粉 0.8mass％添加光輝焼また，図 7 の引張強さは，光輝焼入れ材とガス浸炭材の入れ材のシャルピー衝撃値は，「2Ni」ガス浸炭材とほぼ同いずれも焼結体 C 量に対してピークをもつ形となっている。

等 で ある。 衝 撃 値 を 重 視 し た い 用 途 の 場 合 は，黒 鉛 粉

溶製材料では均一な焼戻しマルテンサイト組織をもつ場合

0.7mass％添加の光輝焼入れ材を用いることにより，シャルには，硬さは熱処理後の C 量で 0.6mass％程度までは C 量

ピー衝撃値は黒鉛粉 0.8mass％の場合に比べて約 2 割向上とともに増加しし，引張強さは約 4％の低下に留まる。一方，ガス浸炭材のしながら，焼結材料では，C 量とともに硬さは増加しても，引張強さは，いずれの黒鉛量でも目標の強度レベルに達し引張強さはある C 量を超えると低下する現象が報告されてなかった。さらに，シャルピー衝撃値についても「2Ni」ガいる

ス浸炭材の 1/2 程度にとどまった。

すように，C 量とともに単調に増加するが，引張強さは図 710）

，引張強さも同様の傾向を示す

11）。しか12）。実際に本焼結材料においても表面硬さは図 9 に示®

以上から，1 500 MPa 級の引張強さを得るためには，JIPのとおりピークが現れる。これは，硬質なマルテンサイト組

5CRA に黒鉛を 0.7～0.8mass％添加し偏析防止処理を施した織が増加すると，切欠き感受性が高まり，気孔の内部切欠混合粉を光輝焼入れすればよく，このときシャルピー衝撃き効果により脆性破壊が生じやすくなるためと説明されてい－ 67 －JFE 技報 No. 36（2015 年 8 月）

引張強さ 1 300 MPa 級および 1 500 MPa 級の焼結材料を製造可能な Ni フリー合金鋼粉の Mo を拡散付着させたプレアロイ＋拡散合金鋼粉に60

0.5mass％の黒鉛粉および 0.5mass％の高密度成形用潤Hardness, HRC

55

滑 剤 を 混 合 し た 偏 析 防 止 処 理 粉 で あり， 成 形 圧 力Gas curburized

350(0.9)45(Addedgraphitegraphite(mass%))(mass%))(added(0.7)

40(0.6)3530570 MPa 以上で成形すると圧粉密度が 7.03 Mg/m 以上となり，1 250℃×60 min の焼結および浸炭焼入れ焼戻(0.8)

し処理を施すと 1 300 MPa 以上の引張強さが得られる。

5CRA

（2）
「FM1500」
プ レ ア ロ イ に よ り Cr, Mn，Mo を 合 金 化 し た Fe-

Bright quenched
quenched
Bright0.5mass％Cr-0.2mass％Mn-0.2mass％Mo 鋼 粉 に 0.7～0.8mass％の黒鉛粉および 0.5mass％の高密度成形用潤

0.20.30.4
0.50.6
C Content in sintered compact (mass%)

滑 剤 を 混 合 し た 偏 析 防 止 処 理 粉 で あり， 成 形 圧 力

0.73700 MPa で成形すると圧粉密度が 7.13～7.15 Mg/m となり，1 200℃×150 min の焼結および光輝焼入れ処理

図 9 JIP® 5CRA の黒鉛・潤滑剤混合粉で作製した焼結熱処理材の表面硬さを施すと 1 500 MPa 級の引張強さが得られるとともに，Fig. 9

シャルピー衝撃値についても従来の Ni 系鋼粉と同等以Surface hardness of the case-hardened compacts made®
from JIP 5CRA mixed with graphite and lubricant

上の値が得られる。
既開発の「FM600」および「FM1000」と併せて，引張強さ 600～1 500 MPa 級まで「FM シリーズ」のラインアップる。
一方，図 8 のシャルピー衝撃値の C 量依存性についてはを拡大した。
「FM シリーズ」は，Ni を全く含まない新しい以下のように考察できる。まず，光輝焼入れ材については，タイプの合金鋼粉である。自動車のエンジン・駆動系部品

焼結体 C 量が増加するとともに衝撃値は低下している。こ用途として，今後の適用拡大が期待される。

れは，上述のとおり硬質なマルテンサイト組織は切欠き感受性が高まり脆性破壊が生じやすくなる

12）という点に加えて，一般に鋼材では C 量増加が脆化を招くとされている

13）

点か

ら理解できる。次に，ガス浸炭材の衝撃値は，光輝焼入れ

参考文献
1）古君修，丸田慶一，前田義昭．川崎製鉄技報．1992, vol. 24, no. 4, p.
273-278.
2）宇波繁，尾﨑由紀子，尾野友重．JFE 技報．2010, no. 26, p. 54-59.
3）吉田眞規，古田智之，澤山哲也，佐藤正昭．R & D 神戸製鋼技報．

材よりも低く，かつ，焼結体 C 量依存性がほとんど認めら

2010, vol. 60, no. 2, p. 66-69.
4）Engstoem, U.; Milligan, D.; Klekovkin, A. Adv. Powder Metall. PartMater. 2006, vol. 1, p. 7.21-7.32.
5）宇波繁，尾﨑由紀子．JFE 技報．2010, no. 26, p. 48-53.

れない。光輝焼入れ材よりも低いのは，ガス浸炭材の試料表層部分に見られた粒界酸化が，引張試験の場合と同様に衝撃試験の際にも亀裂発生の起点となって，衝撃値の低下

6）尾﨑由紀子，尾野友重，宇波繁．JFE 技報．2005, no. 7, p. 1-5.
7）田村今男，泉久司，伊佐重輝．鉄鋼材料学．朝倉書店，1981, p. 83.
8）鉄鋼協会編．第 3 版 鉄鋼便覧 第 I 巻 基礎．丸善，1980, p. 14.

を引き起こしているためと考えられる。また，焼結体 C 量依存性が小さいのは，ガス浸炭後にはいずれの焼結体 C 量の試料も表層部の C 量は浸炭雰囲気のカーボンポテンシャ
ルの 0.8mass％程度となり，粒界酸化のために亀裂が発生しやすい試料表層部の C 量が材料の脆性を決定しているため

9）内藤武志．浸炭焼入れの実際 第 2 版．2006, p. 17.
10）田村今男，泉久司，伊佐重輝．鉄鋼材料学．朝倉書店，1981, p. 98.
11）門間改三．鉄鋼材料学改訂版．実教出版，1992, p. 132.
12）宇波繁，中村尚道．
粉体粉末冶金協会講演概要集 平成 22 年度春季大会．
2010, p. 140.
13）田村今男，泉久司，伊佐重輝．鉄鋼材料学．朝倉書店，1981, p. 87.

であると考えられる。

4． おわりにNi フリー合金鋼粉「FM シリーズ」として，「FM1300」（引張強さ 1 300 MPa 級）および「FM1500」（同 1 500 MPa 級）を新たに開発した。これらの新規開発合金鋼粉の焼結熱処
理後の特性を調べ，主な結果として以下を得た。
（1）「FM1300」
0.45mass％の Mo のプレアロイ鋼粉にさらに 0.15mass％

JFE 技報 No. 36（2015 年 8 月）
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小林聡雄

宇波繁

尾﨑由紀子