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技術 合金粉末

出願人 山陽特殊製鋼株式会社
発明者 長谷川浩之澤田俊之
出願日 2015年5月15日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2015-099935
公開日 2016年12月22日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2016-216762
状態 特許登録済
技術分野 粉末冶金
主要キーワード 盛り金 恒温炉 肉盛り材料 耐摩耗性合金 耐摩耗材料 肉盛合金 ガスプラント 本発明条件
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

本発明は、MoとNb,V,Ta,Wから選択される1種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、より耐摩耗性に優れた合金粉末を提供する。

解決手段

質量%で、Mo:5〜49%、Cr:5〜25%、Si:1〜5%、Nb,V,Ta,Wから選択される1種類以上:0〜49%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下、残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。

概要

背景

従来、耐摩耗性を有する合金は、石油ガスプラントエンジン盛り金発電設備等、幅広い分野で使用されている。その使用される形態としては粉末冶金法を用いた構造材料や、溶射材料肉盛り材料等の形態で用いられる。例えば特開平11−310854号公報(特許文献1)に開示されているように、重量%で、Mo:20〜70%、C:0.5〜3%、Ni:5〜40%、および残部:Feおよび不可避不純物からなる肉盛合金肉盛りによって耐摩耗性合金粉末を肉盛りし、耐摩耗合金として使用し、良好な耐摩耗性を有したエンジン用肉盛合金が提案されている。

一方、特開2002−356704号公報(特許文献2)に開示されている、質量%で、Si:1.0〜12%、Mo:20〜50%、Mn:0.5〜5.0%、および残部がFe、Ni、Coのうち少なくとも1種以上と不可避不純物からなる耐摩耗性合金粉末を他の粉末の混ぜ合わせ焼結することで良好な耐摩耗性を有した焼結材が提案されている。

概要

本発明は、MoとNb,V,Ta,Wから選択される1種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、より耐摩耗性に優れた合金粉末を提供する。 質量%で、Mo:5〜49%、Cr:5〜25%、Si:1〜5%、Nb,V,Ta,Wから選択される1種類以上:0〜49%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下、残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。 なし

目的

上記の要請応えるべくより優れた耐摩耗性を図ることを可能とした発明を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

質量%で、Mo:5〜49%、Cr:5〜25%、Si:1〜5%、Nb,V,Ta,Wから選択される1種類以上:0〜49%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下、残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上と不可避不純物からなる合金粉末

請求項2

質量%で、Mo:10〜49%、Cr:5〜20%、Si:1〜5%、Nb,V,Ta,Wから選択される1種類以上:5〜44%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下、残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。

請求項3

請求項1、または請求項2に記載の組成にTi,Zr,Hf,Al,Mn,P,Cから選択される1種類以上を10%以下添加してなる合金粉末。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1に記載の合金粉末でHが80ppm以下であることを特徴とした合金粉末。

技術分野

0001

本発明は、耐摩耗性を有する合金粉末に関するものである。

背景技術

0002

従来、耐摩耗性を有する合金は、石油ガスプラントエンジン盛り金発電設備等、幅広い分野で使用されている。その使用される形態としては粉末冶金法を用いた構造材料や、溶射材料肉盛り材料等の形態で用いられる。例えば特開平11−310854号公報(特許文献1)に開示されているように、重量%で、Mo:20〜70%、C:0.5〜3%、Ni:5〜40%、および残部:Feおよび不可避不純物からなる肉盛合金肉盛りによって耐摩耗性合金粉末を肉盛りし、耐摩耗合金として使用し、良好な耐摩耗性を有したエンジン用肉盛合金が提案されている。

0003

一方、特開2002−356704号公報(特許文献2)に開示されている、質量%で、Si:1.0〜12%、Mo:20〜50%、Mn:0.5〜5.0%、および残部がFe、Ni、Coのうち少なくとも1種以上と不可避不純物からなる耐摩耗性合金粉末を他の粉末の混ぜ合わせ焼結することで良好な耐摩耗性を有した焼結材が提案されている。

先行技術

0004

特開平11−310854号公報
特開2002−356704号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上述した特許文献1のような肉盛合金や特許文献2のような焼結合金による従来の耐摩耗材料よりさらなる耐摩耗性が求められていた。上記の要請応えるべくより優れた耐摩耗性を図ることを可能とした発明を提供するものである。

課題を解決するための手段

0006

上述のような要求を十分達成するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、MoとNb,V,Ta,Wから選択される1種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、耐摩耗性を向上させることを可能としたものである。その発明の要旨とするところは、
(1)質量%で、Mo:5〜49%、Cr:5〜25%、Si:1〜5%、Nb,V,Ta,Wから選択される1種類以上:0〜49%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下、残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。

0007

(2)質量%で、Mo:10〜49%、Cr:5〜20%、Si:1〜5%、Nb,V,Ta,Wから選択される1種類以上:5〜49%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下、残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上と不可避不純物からなる合金粉末。
(3)前記(1)、(2)に記載の組成にTi,Zr,Hf,Al,Mn,P,Cから選択される1種類以上を10%以下添加してなる合金粉末。
(4)前記(1)〜(3)のいずれか1に記載の合金粉末でHが80ppm以下であることを特徴とした合金粉末にある。

発明の効果

0008

以上、述べたとおり本発明は、MoとNb,V,Ta,Wから選択される1種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、より耐摩耗性に優れた合金粉末を提供することにある。

0009

以下、本発明に係わる成分組成の限定理由を説明する
本発明は耐摩耗性を有する合金粉末に関するもので、より十分な耐摩耗性が必要である。Moが質量%で5〜49%
Moは、耐摩耗性を向上させる元素である。しかし、5%未満ではその効果は薄く、また、49%を超えると耐摩耗性以前に靱性を失い耐摩耗性合金として使用できなくなる。したがって、その範囲を5〜49%とした。望ましくは10〜49%、さらに望ましくは15〜45%とする。

0010

Crが質量%で5〜25%
Crは、硬さを向上させ、耐摩耗性を向上させる。しかし、5%未満ではその効果は薄く、また、25%を超えると同様に効果が薄くなる。したがって、その範囲を5〜25%とした。望ましくは8〜23%、より望ましくは8〜20%とする。

0011

Siが質量%で1〜5%
Siは、アトマイズ性を改善する元素である。しかし、1%未満ではその効果は薄く、また、5%を超えると珪化物を多量に形成し、靱性を失う。したがって、その範囲を1〜5%とした。望ましくは1〜4%とする。

0012

Nb、V、Ta、Wから選択される1種以上が0〜49%、かつMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下
Nb、V、Ta、WはMoと組み合わせることで耐摩耗性を改善させる。5%以上でその効果がより表れる傾向にある。また、Nb、V、Ta、Wから選択される1種以上が49%を超えると靱性が失われ、脆くなる。望ましくは5〜44%とした。さらに望ましくはNb、V、Ta、Wから選択される1種以上が8〜44%とする。またMo+Nb+V+Ta+Wが54%以下をする。

0013

残部がCo、Ni、Feのうち少なくとも1種類以上
FeとNiはCoと同じ8族元素で耐摩耗性を維持できる。望ましくはCoを基本とし、Coの質量%量に対し、0〜1/2までの量をFeまたはNiから選択される1種以上に置換する。さらに望ましくは0〜1/3までの置換とする。

0014

Ti、Zr、Hf、Al、Mn、P、Cから選択される1種類以上を10%以下
Ti、Zr、Hf、Al、Mn、P、Cは耐摩耗性に悪影響を及ぼさないかあるいは改善する。少量の添加はしてもよいが、Ti、Zr、Hf、Al、Mn、P、Cは、10%を超えて添加すると耐摩耗性を悪化させる。したがって、10%以下とする。望ましくは8%以下とする。

0015

Hが80ppm以下
Hは、80ppmを超えて添加されると脆化を起こし、耐摩耗性を悪化させる。したがって、80ppm以下とする。望ましくは40ppm以下、さらに望ましくは20ppm以下とする。

0016

以下、本発明に係る合金粉末について実施例によって具体的に説明する。
表1〜3に示す本発明例に係る成分組成について、溶解原料量し、減圧Arガス雰囲気あるいは真空雰囲気にて耐火物坩堝内誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径8mmのノズルより出湯し、Nガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の150μm以上の粗粉を除去し、かつ水素含有量を低減するために、粉末中に占める、5μm以下の粉末の量が、10%以下となるよう微粉を除去し、さらに恒温炉で70℃〜150℃、1時間〜3時間保持した。水素量は低減する保持温度は100℃が望ましく、また、保持時間は長ければ水素を低減する傾向がみられ、3時間程度が望ましい。評価方法としては、水素含有量は不活性ガス融解非分散赤外線吸収法によって測定した。また、耐摩耗性の評価は摩耗試験によって評価した。

0017

上記ように準備した粉末を25mass%と黒鉛粉末を0.75mass%、水アトマイズ鉄粉末を残部の割合で混合し、成形圧力640MPaでリング状に成形し、1150℃で焼結し、焼結体を得た。得られたリング状焼結体を加工し内径面に45°のテーパー面をつけ、アルミ合金製台座圧入し、リングのテーパー面と形状が合致する45°のテーパーを有するSUH−35製の相手材LPGで加熱しながら、繰り返し衝突させた。衝突回数は2800回/60秒にて6時間、リング状焼結体が250℃になるようにSUH−35を加熱しながら行った。衝突前後でのリング状焼結体の形状を摩耗量として評価した。

0018

0019

0020

0021

0022

表1〜4に示す、No.1〜112は本発明例であり、表5に示す、No.113〜131は比較例である。

0023

上記実施例と同様に、表5に示す比較例No.113〜131に係る成分組成について、溶解原料を秤量し、大気中にて耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径8mmのノズルより出湯し、Nガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の150μm以上の粗粉を除去した。その結果、比較例No.113〜114は水素量が多いので摩耗量が多い。すなわち、水素量が多いために摩耗性が劣る。比較例No.115はMo量が少ないので摩耗量が多い。すなわち、Moの含有量が少ないために十分な効果が得られず摩耗性が劣る。

0024

比較例No.116はMo量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Moの含有量が逆に過剰なために耐摩耗性以前に靱性を失い摩耗性が劣化する。比較例No.117はCr量が少ないので摩耗量が多い。すなわち、Crの含有量が少ないために十分な効果が得らず摩耗性が劣る。比較例No.118はCr量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Crの含有量が逆に過剰なために効果が十分得られず摩耗性が劣る。比較例No.119はSi量が少ないので摩耗量が多い。すなわち、Siの含有量が少ないために十分な効果が得られず摩耗性が劣る。

0025

比較例No.120はSi量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Siの含有量が逆に過剰なために珪化物が多量に形成し摩耗性が劣化する。比較例No.121はMo+Nb+V+Ta+W量の合計量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Mo+Nb+V+Ta+W量の合計含有量が過剰なために摩耗性が劣る。比較例No.122はNb量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Nbの含有量が過剰なために靱性が失われ摩耗性が劣化する。比較例No.123はその他元素の合計量が多いので摩耗量が多い。すなわち、その他元素の合計量が過剰のために摩耗性が劣る。

0026

比較例No.124〜130はTi,Zr,Hf,Al,Mn,P,Cのそれぞれの1種における含有量が多いので摩耗量が多い。すなわち、Ti,Zr,Hf,Al,Mn,P,Cのそれぞれの1種における元素の含有量が過剰のために摩耗性が劣る。比較例No.131はH含有量が高いために、脆化を起こし、耐摩耗性を悪化させる。これに対して、本発明例No.1〜112はいずれも本発明条件を満たしているから、いずれも摩耗量が少なく耐摩耗性に優れていることが分かる。

実施例

0027

以上のように、Mo:5〜49%、Cr:5〜25%、Si:1〜5%からなる成分組成からなるMoとNb,V,Ta,Wから選択される1種類以上を組み合わせること、さらには合金粉末中の水素含有量を低減させることで、材料の靱性が向上し、より耐摩耗性に優れた効果を奏する合金粉末を提供することにある。


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人弁理士名 彊

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