JPH0841607A - 耐熱・耐摩耗性焼結ステンレス鋼 - Google Patents

耐熱・耐摩耗性焼結ステンレス鋼

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JPH0841607A
JPH0841607A JP18230694A JP18230694A JPH0841607A JP H0841607 A JPH0841607 A JP H0841607A JP 18230694 A JP18230694 A JP 18230694A JP 18230694 A JP18230694 A JP 18230694A JP H0841607 A JPH0841607 A JP H0841607A
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充 金沢
Hiroyasu Nishimura
演泰 西村
Masato Sakai
正人 坂井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】低攻撃性で、高温での強度低下が小さく、耐摩
耗性・耐酸化性に優れた焼結材料を提供することを主な
目的とする。 【構成】マルテンサイト相20〜50体積%及び残部フ
ェライト相からなる焼結ステンレス鋼に銅又は銅合金が
含浸されていることを特徴とする耐熱・耐摩耗性焼結ス
テンレス鋼。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性、耐摩耗性等に
優れた焼結ステンレス鋼に関する。
【0002】
【従来技術とその課題】軸受材等のように高温酸化雰囲
気下で耐摩耗性が要求される材料は、従来よりSUH3
等の耐熱鋼、C6191等の銅合金などによって作製さ
れている。
【0003】しかしながら、耐熱鋼は、耐熱性及び耐摩
耗性に優れているものの、相手材を攻撃するため、相手
材の消耗を招くという問題がある。また、銅合金は、相
手材とのなじみが良く摺動特性に優れる反面、高温での
強度低下が顕著でその変形・摩耗が激しい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、低
攻撃性で、高温での強度低下が小さく、耐摩耗性・耐酸
化性に優れた焼結材料を提供することを主な目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記従来技
術の問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、焼結ステンレ
ス鋼において特定の二相を混在させた焼結体に銅又は銅
合金を含浸させることによって、高温での耐摩耗性、耐
酸化性等に優れた材料が得られることを見出し、本発明
を完成するに至った。
【0006】即ち、本発明は、マルテンサイト相20〜
50体積%及び残部フェライト相からなる焼結ステンレ
ス鋼に銅又は銅合金が含浸されていることを特徴とする
耐熱・耐摩耗性焼結ステンレス鋼に係るものである。
【0007】以下、本発明について詳細に説明する。
【0008】本発明の耐熱・耐摩耗性ステンレス鋼は、
マルテンサイト相20〜50体積%及び残部フェライト
相からなる焼結ステンレス鋼に銅又は銅合金が含浸され
ていることに特徴を有する。上記マルテンサイト相が2
0体積%未満の場合には、耐摩耗性が低下するので好ま
しくない。一方、50体積%を超える場合には、耐熱
性、耐酸化性等が低下するので好ましくない。なお、本
発明の焼結ステンレス鋼においては、上記以外の相、例
えばオーステナイト相は10体積%程度までであれば混
在していても差支えない。
【0009】上記マルテンサイト相は、当該相中にCr
を10〜15重量%含むことが望ましい。Crの存在に
よって焼結ステンレス鋼中におけるマルテンサイト相の
維持・安定化を図ることができる。
【0010】本発明では、上記マルテンサイト相にM
o、Si及びNiの少なくとも1種を含有させることに
より、焼結体の耐熱性等を向上させることができる。但
し、当該相中におけるこれらの添加量が合計5重量%を
上回るとオーステナイト相が形成されたり、炭化物の粗
大化又は液相の生成を招くので好ましくない。なお、添
加量の下限は、添加する元素の種類、マルテンサイト相
の占める割合(体積%)等により適宜設定すれば良い。
【0011】一方、上記フェライト相は、当該相中にC
rを16〜30重量%含むことが望ましい。Crの存在
によって焼結ステンレス鋼中におけるフェライト相の維
持・安定化を図ることができる。
【0012】本発明では、上記マルテンサイト相の場合
と同様に、フェライト相にMo、Si及びNiの少なく
とも1種を含有させることにより、焼結体の耐熱性を向
上させることができる。但し、当該相中におけるこれら
の添加量が合計5重量%を上回るとオーステナイト相が
形成されたり、炭化物の粗大化又は液相の生成を招くの
で好ましくない。なお、添加量の下限は、添加する元素
の種類、フェライト相の占める割合(体積%)等により
適宜設定すれば良い。
【0013】さらに、本発明では、炭素を添加すること
によって、微細炭化物を形成させることにより耐摩耗性
の向上を図ることができる。但し、炭素の含有量が銅又
は銅合金を溶浸する前の焼結体(基材)中5重量%を上
回ると、オーステナイト相が形成されたり、炭化物の粗
大化又は液相の生成を招くので好ましくない。なお、含
有量の下限は、マルテンサイト相とフェライト相の比
率、製品の用途等により適宜設定すれば良い。
【0014】焼結ステンレス鋼に含浸している銅又は銅
合金(溶浸材)は、耐食性、相手材とのなじみ性等を向
上させることができるものであれば特にその種類は制限
されない。このような特性をもつものとしては、例え
ば、純度99%以上の銅、或いは合金成分としてPb、
Zn、Sn、Al、Ni、Mn、Si等を含む銅合金が
採用でき、これらは単独又は2種以上を用いることが可
能である。なお、銅合金を使用する場合において摺動材
料を目的として製造する場合は、上記合金成分が35重
量%を超えると相手材とのなじみ性を低下させるおそれ
があるので、通常は35重量%以下の範囲で用いること
が好ましい。本発明の焼結ステンレス鋼においては、上
記含浸材はその気孔部又はその周辺部、凹部等に均一に
存在している。
【0015】上記の溶浸材の含浸量は、用いる溶浸材の
種類、製品の用途等により適宜定めることができ、通常
は上記基材に対し5〜25重量%程度とすれば良い。5
重量%未満の場合には、相手材とのなじみが低下するお
それがあり、また25重量%を超えると強度が低下する
おそれがあるので好ましくない。但し、本発明の効果に
悪影響を与えない限り上記範囲外となっても差支えな
い。
【0016】本発明の焼結体は、例えば、以下のように
して製造することができる。フェライト相を形成する原
料粉末とマルテンサイト相を形成する原料粉末とを、マ
ルテンサイト相が最終的に20〜50体積%を占めるよ
うな割合で混合する。
【0017】これらの原料粉末は、焼結によって両各相
をそれぞれ形成し得る組成をもつものであれば、市販品
をそのまま用いることができる。例えば、フェライト相
を形成し得るものとしては市販のSUS430L相当の
ステンレス鋼粉末(Fe−17%Cr-0.5%Si)、SUS
434相当のステンレス鋼粉末(Fe−17%Cr-1%M
o)等が挙げられる。また、マルテンサイト相を形成し
得るものとしては市販のSUS410L相当のステンレ
ス鋼粉(Fe−13%Cr-0.5%Si)、SUS410J
1相当のステンレス鋼粉(Fe−13%Cr-0.5%Mo)
等が挙げられる。また、これら原料粉末の粒径は、通常
10〜150μm程度で用いることができるが、焼結反
応等に支障がない限り、この範囲を外れても良い。
【0018】次いで、製品の用途等に応じて、この混合
粉末に所定量のMo、Si及びNiの少なくとも1種並
びにCの粉末を添加する。これら添加粉末は、その一部
又は全部が前記の原料粉末中に予め含有されていても良
い。これらの粉末の粒径は、通常5〜44μm程度で用
いることができるが、焼結反応に支障がない範囲内であ
ればこの範囲外となっても良い。またさらに、必要に応
じて、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤、その他Fe−Mo
化合物、Co−Cr−Si等の公知の各種添加剤を加え
ることもできる。
【0019】得られた混合粉末を、常法に従って成形し
た後、焼結させる。成形方法は金型成形、静水圧成形等
の公知の方法が適用できる。成形圧力は、製品の用途等
に応じて適宜設定することができ、通常3〜8ton/cm2
程度とすれば良い。焼結は、通常アンモニア分解ガス等
の還元性雰囲気中で1000〜1250℃程度の温度で
30〜90分程度で行うことができる。
【0020】続いて、得られた上記焼結体(基材)に溶
浸材を含浸させる。含浸は、例えば銅又は銅合金の焼結
体等を上記焼結体に積載等によって接触させ、通常アン
モニア分解ガス等の還元性雰囲気中で900〜1200
℃程度の温度で30〜90分間程度で行うことができ
る。また、含浸量の調整は、用いる銅又は銅合金の大き
さ、加熱時間等の変更により行うことができる。
【0021】
【発明の効果】本発明の焼結ステンレス鋼は、マルテン
サイト相とフェライト相の両者が特定の割合で混在する
焼結体に銅又は銅合金が含浸するという特異な構造を有
するので、マルテンサイト相とフェライト相両相のもつ
特性が互いに損れることなく発揮される。
【0022】即ち、耐摩耗性と耐熱性・耐酸化性の両特
性を兼ね備え、特に高温酸化雰囲気中で耐摩耗性等が要
求される材料に好適に用いることができる。しかも、摺
動材料として用いる場合には、相手材とのなじみが良好
である(相手材への攻撃性が低い)ので、従来のステン
レス鋼等と異なり相手材の消耗を抑制乃至防止すること
ができる。
【0023】このように本発明焼結ステンレス鋼は、軸
受材、軸受機、バルブシート、パッキン等の摺動材料、
その他歯車、カム等の材料に特に有用である。
【0024】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明の
特徴とするところをより一層明確にする。なお、本実施
例における各特性の評価方法は以下の通りである。
【0025】(1) 酸化試験 大気中600℃及び800℃で100時間加熱し、酸化
による重量変化を測定した。重量の増加が大きいほど耐
酸化性が低いことを示す。
【0026】(2) 摩耗試験 大越式迅速摩耗試験機を使い、下記の条件で試験を行
い、その摩耗量を測定した。テストピースの摩耗量が少
ないほど耐摩耗性が良く、また相手材リングの摩耗量が
少ないほど相手材への攻撃性が低いことを示す。
【0027】試験条件 摩耗速度 4.86 m/min 荷 重 6.3kg 摩擦距離 100m 相手材リング SUS304 実施例1 粒径150μm以下の市販のSUS430L相当のステ
ンレス鋼粉(Fe−17%Cr-0.5%Si)69重量部
に、粒径150μm以下の市販のSUS410L相当の
ステンレス鋼粉(Fe−13%Cr-0.5%Si)を30重
量部及び粒径44μm以下の市販の黒鉛粉を1重量部加
えた。この原料に対し、金型成形の際の潤滑剤としてス
テアリン酸亜鉛0.8重量%を添加した。
【0028】上記混合粉を6ton/cm2 の成形圧力で金型
成形し、成形体を作製した。次いで、この成形体を連続
焼成炉を使ってアンモニア分解ガス中1150℃で45
分間焼結し、焼結体を得た。
【0029】一方、純度99%以上の市販の銅粉を上記
焼結体の重量の15重量%秤量し、これを3ton/cm2
圧力で成形し、これを溶浸材とした。
【0030】次に、この溶浸材を上記焼結体の上に載
せ、連続焼成炉を使ってアンモニア分解ガス中1100
℃で45分間焼結し、気孔内に銅が含浸された焼結ステ
ンレス鋼を得た。得られた材料につき以下の各種の評価
を行った。その結果を表1に示す。
【0031】実施例2〜5 基材、含浸材の種類、組成割合を表1のようにして、実
施例1と同様に焼結ステンレス鋼を製造した。得られた
試料No.2〜5につき実施例1と同様の評価を行っ
た。その結果を表1に示す。
【0032】比較例1〜3 基材の組成が本発明の範囲外の焼結体を作製した。
【0033】表1に示す原材料を用い、実施例1と同様
にして焼結し、焼結体を得た。さらに、焼結体の上に載
せ、連続焼成炉を使って実施例1と同様にして気孔内に
銅が含浸された焼結ステンレス鋼を得た。得られた材料
につき実施例1と同様の試験を行った。その結果を表1
に示す。
【0034】比較例4〜7 銅又は銅合金を含浸しない焼結体を作製した。
【0035】表1に示す原材料を用い、銅を含浸させな
い以外は、実施例1と同様にして焼結体を作製した。得
られた材料につき実施例1と同様の試験を行った。その
結果を表1に示す。
【0036】なお、表1には、比較のため、SUH3溶
製材を用いて実施例1と同様の試験を行った結果を比較
例7として併記する。
【0037】
【表1】
【0038】表1から明らかなように、比較例1及び2
は、マルテンサイト相の割合が少ないため、耐酸化性は
良好であるものの耐摩耗性に劣る。一方、比較例3は、
マルテンサイト相のみからなるため、耐摩耗性が良い反
面、耐酸化性に劣ることがわかる。また、銅が溶浸され
ていない比較例5〜7は耐酸化性が特に劣っている。こ
れに対し、本発明の焼結体(試料No.1〜5)は、耐
摩耗性、耐酸化性に優れており、しかも相手材への攻撃
性も低く、特に摺動材料としてバランスのとれた特性を
示すことがわかる。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マルテンサイト相20〜50体積%及び残
    部フェライト相からなる焼結ステンレス鋼に銅又は銅合
    金が含浸されていることを特徴とする耐熱・耐摩耗性焼
    結ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】マルテンサイト相が、当該相中にCrを1
    0〜15重量%含む請求項1記載の耐熱・耐摩耗性焼結
    ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】マルテンサイト相が、当該相中にMo、S
    i及びNiの少なくとも1種を合計5重量%を超えない
    範囲で含む請求項2記載の耐熱・耐摩耗性焼結ステンレ
    ス鋼。
  4. 【請求項4】フェライト相が、当該相中にCrを16〜
    30重量%含む請求項1記載の耐熱・耐摩耗性焼結ステ
    ンレス鋼。
  5. 【請求項5】マルテンサイト相が、当該相中にMo、S
    i及びNiの少なくとも1種を合計5重量%を超えない
    範囲で含む請求項4記載の耐熱・耐摩耗性焼結ステンレ
    ス鋼。
  6. 【請求項6】フェライト相及び/又はマルテンサイト相
    中に、炭素を基材中5重量%を超えない範囲で含む請求
    項1記載の耐熱・耐摩耗性焼結ステンレス鋼。
  7. 【請求項7】銅合金が、合金成分としてPb、Zn、S
    n、Al及びNiの少なくとも1種を5〜35重量%含
    む請求項1記載の耐熱・耐摩耗性焼結ステンレス鋼。
  8. 【請求項8】銅又は銅合金が、基材に対して5〜25重
    量%含浸されている請求項1記載の耐熱・耐摩耗性焼結
    ステンレス鋼。
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