JPH04505316A - クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質及びその製造方法 肢歪立立 本発明は、鋼を合金化するための高窒素物質に関し、より詳しく言えば、クロム を基礎材料とする窒化され焼結された物質とそれを製造するための方法に関する 。

皿米坐狭土 クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質は、大量の窒素を含有し、且つ 、十分な密度、強度及び多孔性を有するべきである。この合金用の窒化された物 質の性質の複合は、それが鋼の温度を実質的に少しも降下させずに鋼に素早く溶 解することを保証し、合金用元素の融解損失をなくし、それらの消費量を削減し 、そして鋼による窒素及びクロムの高度の同質化をもたらす。

従来技術にとって知られていたクロムを基礎材料とする窒化された物質は、本質 的に、窒素含有量のかなり多い粉体あるいは窒素含：ＩｒＩＩが比較的少ない（ １１，０〜１１．３質量％）焼結された（合金化された）物質である。鋼を融解 させる工程におけるこれらの物質の大きな消費量は、クロム及び窒素（粉体）の 実質的な融解損失により又は窒素の低含有量により決定される。

当該技術において知られているのは、鉄族の金属と周期表のｍ〜■族の金属の窒 化物とに基づく物質（米国特許第４６２３４０２号明細書）であり、焼成の様式 でもって製造される。この公知の物質を製造する方法は、アルミニウム、チタン 、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロム及びバナジウムの群より選ばれた金 属を３０〜７０質量％含有している少なくとも１種の合金を粉砕して粉々にし、 そして０．１〜１００ＭＰａの圧力及び１４２０〜１８２０°Ｃの温度において 窒素雰囲気中でこの合金粉末の焼成を局所的に開始させることからなる。

この方法を用いることが、鉄族の金属の融解と周期表の■〜■族の金属の窒化物 の生成とを保証する。

高融点の窒化物を生成せずに比較的低温で融解するかなりの量の鉄族金属を含有 している合金を使用すれば、密度が５゜１〜６．５９ｇ／ａｌｌ、多孔度が最高 で３０％、そして窒素含有量が比較的少量であって最大で１４質量％までの物質 が製造される。このような指標は、この物質を合金用添加剤として使用する場合 には消費量及び溶解時間の増加の一因となる。

本発明の発明者らの見解によれば、液相（■族の金属の融解物かあるいは融解し た窒化物のいずれか）が焼成帯域に存在すれば、十分に高強度の物質を製造する ことができる。その上、鉄族の金属との合金を初期成分として使用すれば、窒素 含有量を高くすることと全体を通して窒化物を均一に分配が極めて不均一に分布 している生成物が得られる。

上で説明した方法は、クロム（最高６４質量％まで）を含有する合金用物質の製 造を保証し、そしてこの場合、生成物素含有量は、層を形成した焼成の温度では 一窒化ニクロム（ＣｒＪ）だけがそのような温度に対して耐性があるだけである から、１１．９ｔｉｉ％を上回らない、焼成帯域における窒化物の粒子が鉄族の 融解金属の薄膜で覆われた後には、−窒化ニクロムの粒子への窒素の接近と窒素 によるクロムの飽和はやむ。この、当該材料中への窒素の定量的な注入を制限す る提案された方法によって、窒化クロムを得ることはできない。

クロム、フェロクロム又は他の合金を粉砕して粉体にし、次いで真空窒化炉でも って７００〜１１００°Ｃの温度及び０゜Ｉ　ＭＰａの圧力で、窒素含有量が１ ０〜２０質量％である所望の生成物が得られるまで窒化させる、クロムを基礎材 料とする窒化された物質を製造する方法が知られている（特開昭６２−１１２７ ７１号公報）。

この方法は、電力消費量が多く、窒化工程が長時間であり、そして費用のかかる 装置の使用を必要とすること、また、窒化速度が遅いことの原因となりそして粉 体層の厚さに応じて窒化の効力を低下させる低圧のために生産量が少ないことを 特徴とする。所望の生成物における窒素の含有量は、初期の粉体の粉砕の度合に 大きく依存する。発明者らにより提示された生成物の回折図から分るように、こ の生成物は、窒化クロムと一窒化ニクロムとを１：０．８の質量比で含存し、こ のことから窒素の取込みは２０質量％までに制限される。生成物中の窒化クロム の含有量が少ないことは、−窒化ニクロムから窒素を抽出するために費されるエ ネルギーが実質的に損失になるため、この物質の投入後に液体の鋼の温度が目立 って低下することの原因となる。焼結後、得られた物質は多孔度が低く、物質の 体積の全体を通して窒化物権の分布が不均一であって、このことはこの物質が鋼 に溶解するのを損ない、そして窒素が全体に分布するのを妨げる。この公知の方 法は、標本の厚さが窒化の有効性に及ぼす影響のために、製造物質の寸法（５０ 〜１００ｍｍ＋）を制限する。

主皿Ω皿丞 本発明は、相組成の定量的変更による窒素含を量の増加と物理的機械的性質の向 上とを特徴とする、クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質の提供と、 この物質を、最小限のエネルギー消費量と労力でその物質の必要とされる性質を 保証する窒化プロセスにとって適切な条件を選択することによって製造する方法 を開発することとを、本質的に目的とする。

この目的は、窒化クロムと一窒化ニクロムとを含んでなる物質であって、本発明 によれば窒化クロムと一窒化ニクロムとの質量比が１：０．０１〜０．８に等し く、窒素含有量が１７〜２５質量％でありそして多孔度が３０〜６０％に等しい 、クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質の提供によって達せられる。

請求の範囲に記載された物質は、窒素含有量が高く、窒化物権の分布が均一であ り、それゆえに窒素が物質の全体にわたって分布しており、そして圧縮強さと密 度がかなり高くて物質の使用特性が良好であることを特徴とする。

本発明に従う物質を鋼の融解工程において合金用添加剤として用いると、鋼の温 度は有意に低下せず、窒素の分布の均一性が向上して、結果として鋼の組成及び 性質の再現性が向上することになる。強度が十分であると共に多孔度が高いこと は、物質の溶解をより速くし、且つ鋼による窒素及びクロムの同質化の度合を高 めて、その結果融解時間が短縮し、またクロム及び窒素の融解損失が最小限にな る。

本発明の物質は、０．４〜３６質量％の量の窒化アルミニウムを適当に含有する ことができる。

窒化アルミニウムの導入は、物質中の高い窒素含有量を保つと共にクロムの消費 を最小限にするのを可能にする。クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物 質を融解した綱へ投入すると、窒化アルミニウムは分解して窒素を放出し、そし てこの自由なアルミニウムは鋼から酸素を除去するための鋼の脱酸剤として働き 、それにより鋼の精製に寄与する。

上記の目的はまた、粉体にしたクロム含有成分を窒素により窒化することを含む クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質を製造するための方法であって 、本発明に従うならば、クロム含有成分の層化焼成によって１〜１６ＭＰａの圧 力において窒化を行って一窒化ニクロムを生成させ、そしてそれを、所望の生成 物に変化するまで１１９０〜８００″Ｃの温度範囲に保持し、クロム含有量が６ ５．０〜９９．５質量％に等しいクロム含有成分を使用して行う方法の提供によ って達成される。

本発明の方法は、窒化工程が高速であって０．２〜１時間内であるため、エネル ギーの消費と所要労力が少ないことを特徴とする。この方法により保証される処 理条件及びクロム含有成分の組成の調節は、物理的機械的性質の所定の複合に応 じて物質の性質を調節することを可能にする。適切な相組成の物質が生成される ため、この方法は、最大限可能な窒素の導入と、そして物質の全体にわたって均 一な窒素の分布とを可能にする。

クロム含有成分としては、クロム、次の比率（質量％）、すなわち、 クロム　６５．０〜９９．５ アルミニウム　０．５〜３５．０ のクロムとアルミニウムとの合金又は混合物を使用するのが望ましく、これらの 成分の粉体の粒度は０，０１〜ｌ＋＋ｍに等しい、クロムに関する上限は粉体の 純度によって定められる。

６５質量％未満の量のクロムと３５質量％を越える量のアルミニウムを使用する ことは、物質におけるクロム及び窒素の含有量が少なく、また所望される物質の 多孔度が低くなるため望ましくない、そのような物質は合金用添加剤として使用 すべきでない。

アルミニウムの投入は、クロムの焼成工程にとって最適の条件を保証する。クロ ム含有成分の上述の粒度は、焼成様式での窒化工程の進行にとって最も有利な条 件を提供する。０゜０１＋ｍ未満の粒度の粒子は、所望の生成物中の酸素の含有 量をより多くする。

クロム含有成分の粉体は、窒化の前に大きな塊にする方が好ましい０本発明によ れば、これは予め設定した寸法の物質の製造を保証する。

クロム含有成分を窒化するための条件の選定を実験によって行った。

クロムを含有している成分の粉体を過剰の窒素と共に、１〜１６ＭＰａの圧力が 維持される雰囲気に入れる。タングステンコイルを用いて、層化焼成のプロセス を粉体において局所的に開始させる。周囲と反応帯域との圧力差のためクロム含 有成分の粉体を通り抜けながら、窒素が焼成帯域の粉末と激しく作用し合って、 それにより一窒化ニクロムを生成する。

焼成帯域では、窒化反応により生ずる発熱のため温度は１３００〜２１００°Ｃ まで上昇する。このような温度では窒化クロムは生成されない。窒化のこの段階 では、１〜１６１’ｌＰａの圧力を維持することが不可欠である。Ｉ　ＭＰａ未 溝０圧力は窒化反応と熱の放出を抑える。１６ＭＰａを超える圧力では、物質の 窒素含を量が増加せずに、プロセスの遂行上の技術的問題が急激に増加する。１ 〜１６ＭＰａの圧力は反応の進行を速め、固相が高温（１３００〜２１００°Ｃ ）の影響下にある時間は取るに足らず、そして−窒化ニクロム相は窒素の接近を 妨げるように焼結される時間がない。

形成された相の多孔度は、窒素の透過性が窒化の後の段階において十分高いまま 、すなわち１１９０〜８００℃の温度範囲でこの相を保持するようなものである 。クロム含有成分の組成とその粒度もやはり焼成プロセスに影響を及ぼす、とい うことに注目すべきである。

粉体化したクロム含有成分は、任意の方法によって、すなわち摩砕、電気分解、 粉砕、沈降、蒸気からの凝縮や、そのほかの公知の方法によって得ることができ る。

クロムの含有量が６５〜９９．５質量％であるクロム含有成分を使用することが 好ましい。

このクロムを使用することは、一つの相だけ、すなわち窒化クロムだけを実際に 含んでなる、最大限の窒素含有！（２１，７質量％）の物質を製造することを可 能にする。このような物質の消費量は、鋼の温度を実質上少しも低下させずにの 混合物あるいはクロム−アルミニウム合金を使用することは、窒素クロムと一窒 化ニクロムとを最高で１：０．０１までの比率で含有してなる、すなわち窒素含 有量が最大２５質量％までの、窒化され焼結された物質を本発明の方法により製 造することを可能にする。

焼成帯域に入り込む、低融点金属であるアルミニウムは、十分に速い速度で高融 点の窒化物を生成し、そしてそのために、それが気孔の隅々まで広がる時間はな い。結果として、−窒化ニクロムの透過性は損なわれない。

同時に、アルミニウムはクロム含有成分の発熱性を向上させ、焼成速度を上昇さ せて、処理時間を短縮する。得られた物質を鋼に投入すると、窒化アルミニウム は溶解して窒素が発生し、そしてアルミニウムが鋼の酸素除去に貢献する。

初めの材料中のアルミニウム含有量が３６質量％を超える場合には、焼成帯域で アルミニウムの窒化物への完全な変化は起こらない。未焼成のアルミニウムは一 窒化ニクロムの気孔の全部に広がり、窒素の透過性をひどく低下させて、窒化ク ロム含有量が高くて多孔度の高い所望の生成物の製造を妨げる。

得られたー窒化ニクロムは同じ条件下（１〜１６ＭＰａの圧力及び過剰の窒素の 存在下）で冷却するので、相組成の変化は認められない。冷却時間は長くなく、 ０．００５〜５秒である。−窒化ニクロムは、その解離温度にほぼ相当する１１ ９０゛Ｃの温度で窒化クロムへ変化し始める。−窒化ニクロムにより徹底的に吸 収される過剰の窒素は、窒化のこの段階で１〜１５ＭＰａの圧力に維持される。

−窒化ニクロムの多孔度が高いことから、反応する粒子の表面へ十分な量の窒素 が接近して、これは特に、−窒化ニクロムの所望の生成物への完全な変化を保証 する。

これらの窒化物権の密度が低いため、それらを焼結する工程は窒化クロムの生成 と同時に１１９０〜８００℃の温度で成は、８００℃未温の温度ではやむ。この 結果、窒化クロムと一窒化ニクロムとの質量比が１：０．０１〜０．８であり、 また窒素の含有量が実際上最大限可能な窒素含有量である１７〜２５質量％であ る、所望の生成物が生成する。この所望の生成物の多孔度は３０〜６０％に等し く、圧縮強さは５〜５０ＭＰａの範囲内であり、そして密度は最高で３．５ｋｇ ／ｍである。性質のこの複合は、この生成物を鋼の融解において：　使用される 合金用添加剤として欠くことができないものにする。

「 ■を　るための　のノ能 ９９．５質量％のクロムを含有し、残りが混じり物であって、粒度が８０μｍ未 満である粉体を金属のるつぼに入れ、気密の反応器に入れる。この反応器に１２ ＭＰａの圧力に達するまで窒素を満たす。窒素中でのクロムの反応を電気コイル を使って開始させ、放出された熱によりクロムを加熱して、反応を促進し且つク ロムの層の全体に反応帯域を広がらせる。

反応の温度は１４００°Ｃであり、また反応の前面が伝播する速度は１．１１Ｉ ＩＩＩｌ／ｓに等しい。

生成されたー窒化ニクロムは、過剰の窒素中で１２ＭＰａ圧力において５秒以内 に温度が低下する。１１９０’Ｃの温度で、−窒化ニクロムは窒素と相互作用を 開始して、それにより反応器内の窒素含有量が減少する。従って、１１９０°Ｃ から８００°Ｃまでの温度範囲では、すなわち窒化クロムの生成が起こる時には 、窒素の供給を確実にし、そして１２ＭＰａの圧力を維持する方が得策である。

温度が８００℃に到達すると、所望の生成物の生成は完了し、反応器内の窒素の 圧力を解除する。

得られた、クロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質は、質量比ｌ：ｏ、 ｏ１の窒化クロムと一窒化ニクロムからなる。

窒素含有量は２１．０質量％、多孔度は５０％、圧縮強さは２５ＭＰａ、密度は ３．　０５　Ｘ　１０３ｋｇ／ｉｔ（であり、そしての例を示す。１１９０°Ｃ から８００°Ｃまでの温度範囲に窒化クロムを保っておくことを全ての例に適用 する。

上の１　可 本発明によるクロムを基礎材料とする窒化され焼結された物質には、鉄冶金の分 野における合金用添加剤としての用途がある。

国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．窒化クロムと一窒化二クロムとの質量比が１：０．０１〜０．８に等しく、 窒素含有量が１７〜２５質量％であり、そして多孔度が３０〜６０％であること を特徴とする、一室化二クロムと窒化クロムとを含んでなる、クロムを基礎材料 とする窒化され焼結された物質。
2. ２．０．４〜３６質量％の量の窒化アルミニウムを更に含有することを特徴とす る、請求の範囲第１項記載の物質。
3. ３．粉体にしたクロム含有成分の窒素による窒化を含む、クロムを基礎材料とす る窒化され焼結された物質の製造方法であって、粉体にしたクロム含有成分の層 化焼成によって１〜１６ＭＰａの圧力で窒化を行って一窒化二クロムを生成させ 、そしてそれを、所望の生成物に変化するまで１１９０〜８００℃の温度範囲に 保持し、クロム含有量が６５．０〜９９．５質量％に等しい粉体にしたクロム含 有成分を使用することを特徴とする方法。
4. ４．クロム含有成分としてクロムを使用することを特徴とする、請求の範囲第３ 項記載の方法。
5. ５．クロム含有成分として、次に掲げる比率、すなわち、クロム６５．０〜９９ ．５質量％ アルミニウム０．５〜３５．０質量％ のクロムとアルミニウムとの混合物を使用することを特徴とする、請求の範囲第 ３項記載の方法。
6. ６．クロム含有成分として、次に掲げる比率、すなわち、クロム６５．０〜９９ ．５質量％ アルミニウム０．５〜３５．０質量％ のクロムーアルミニウム合金を使用することを特徴とする、請求の範囲第３項記 載の方法。
7. ７．粒度が０．０１〜１ｍｍのクロム含有成分を使用することを特徴とする、請 求の範囲第３項記載の方法。
8. ８．粉体にしたクロム含有成分を窒化の前に塊にすることを特徴とする、請求の 範囲第７項記載の方法。