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特許7574557フェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法およびフェライト系ステンレス鋼粉末
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-21
(45)【発行日】2024-10-29
(54)【発明の名称】フェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法およびフェライト系ステンレス鋼粉末
(51)【国際特許分類】
B22F 9/08 20060101AFI20241022BHJP
B22F 1/00 20220101ALI20241022BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20241022BHJP
C22C 38/50 20060101ALI20241022BHJP
【ＦＩ】
B22F9/08 A
B22F1/00 T
C22C38/00 302Z
C22C38/50
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020117110
(22)【出願日】2020-07-07
(65)【公開番号】P2022014652
(43)【公開日】2022-01-20
【審査請求日】2023-05-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000005083
【氏名又は名称】株式会社プロテリアル
(72)【発明者】
【氏名】桃野 将伍
【審査官】河野 一夫
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１２／１４４６００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－１７３７９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０１６２９７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ ９／０８
Ｃ２２Ｃ ３８／００
Ｃ２２Ｃ ３８／５０
Ｂ２２Ｆ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
合金素材を溶解して、質量％でＣ：０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：２６．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：４．０％以下、Ｗ：３．０％以下を含有するフェライト系ステンレス鋼の溶湯を得る溶解工程と、前記溶湯にＬａ原料およびＺｒ原料を添加する添加工程と、
前記添加工程後の溶湯からフェライト系ステンレス鋼粉末を得る粉化工程と、を備え、
前記粉化工程により得られたフェライト系ステンレス鋼粉末が、質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、Ｌａ：０．０２％以上０．１２％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０３％以上０．５２％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、フェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法。
【請求項2】
質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、Ｌａ：０．０２％以上０．１２％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０３％以上０．５２％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、平均粉末径が１μｍ～１００μｍのフェライト系ステンレス鋼粉末であって、前記フェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織には、その結晶粒界に、Ｚｒ濃化相を有する、フェライト系ステンレス鋼粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法およびフェライト系ステンレス鋼粉末に関するものである。
【背景技術】
【0002】
耐酸化性に優れた合金として知られているフェライト系ステンレス鋼は、良好な電気伝導性と低熱膨張係数といった特性も有する。そのため例えば、固体酸化物形燃料電池のセパレータ、インターコネクタ、集電体等の部材に使用される。このフェライト系ステンレス鋼の優れた耐酸化性は、一般に、６００℃～９００℃程度の温度において、Ｃｒ２Ｏ３を主体とする緻密な酸化被膜が形成されることで実現する。しかしこの時、同時にＣｒはＣｒ２Ｏ３表面酸化層より蒸発する。そのため、高温長時間の使用においてはＣｒが減少し、耐酸化性が低下する傾向にある。
【0003】
本願出願人は高温長時間の使用においても耐酸化性を向上させること目的に、特許文献１および特許文献２において、ＬａとＺｒを含有させることでより優れた耐酸化性を有するフェライト系ステンレス鋼を提案している。ＬａおよびＺｒを含有するフェライト系ステンレス鋼は、６００℃～９００℃程度の温度において、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層の外側（表面側）にスピネル型酸化物を形成する。このスピネル型酸化物層がＣｒ蒸発を防ぐ効果を有するため、優れた耐酸化性を実現することができる。
【0004】
フェライト系ステンレス鋼はその用途により、網、細線、薄板、棒、多孔質体など、様々な形状で用いられる。特に金属多孔質体は、上述したフェライト系ステンレス鋼の特性に加えて、通気性や広い表面積等の特性を持つため、例えば固体酸化物形燃料電池における空気極等に好適に用いられている。一方で金属多孔質体の場合は他形状より表面積が広くＣｒ蒸発が生じやすいため、特許文献１および特許文献２に記載のＬａおよびＺｒを含有するフェライト系ステンレスを適用し、Ｃｒ蒸発を抑制することが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００７－１６２９７号公報
【文献】国際公開公報第２０１２／１４４６００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
孔の大きさや分布が均一な金属多孔質体を製造する方法としては、球状金属粉末を焼結して製造する方法が一般的である。この球状金属粉末は、一般にアトマイズ法により製造される。アトマイズ法とは一般的に、底面に注湯ノズルが設けられたタンディッシュに入った溶湯を、タンディッシュ底面の注湯ノズルより流下させ、溶湯流に高圧水または高圧ガス流を吹き付けて粉砕し、液滴として凝固させて粉末を得る手法である。溶湯は誘導加熱炉で溶解してタンディッシュに注ぐ、あるいはタンディッシュ内で溶解することで得られるが、誘導加熱炉のるつぼ、アトマイザーのタンディッシュ及びノズルは耐火物から成るため、不可避に溶湯と耐火物の接触が生じる。特許文献１および特許文献２に記載されているＬａおよびＺｒを含有するフェライト系ステンレス鋼粉末を製造しようとした際、ＬａおよびＺｒを含有する溶湯が耐火物を還元し、Ｌａ酸化物およびＺｒ酸化物が生成される。そのため、このＬａ酸化物およびＺｒ酸化物が、アトマイズ中の溶湯から除去されて、アトマイズ後に得られる金属粉末中のＬａおよびＺｒの添加歩留まりが低下する可能性がある。以上のことが、所望のＬａおよびＺｒを含有するフェライト系ステンレス鋼粉末の製造上の隘路となっていた。これらの粉末製造時に発生する課題について、特許文献１および特許文献２では検討されておらず、改善の余地が残されている。
【0007】
以上より本発明の目的は、ＬａおよびＺｒを含有するフェライト系ステンレス鋼粉末を安定して得ることができる製造方法と、その製造方法により得ることが可能な、耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼粉末を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者等は、上記目的のためＺｒ及びＬａの添加方法を検討し、アトマイズにおける素材を溶解する工程の後、溶湯にＺｒ系原料及びＬａ系原料を別途添加することにより、所望のＺｒ及びＬａの添加歩留まりを確保したフェライト系ステンレス鋼粉末を製造できることを見出した。
更には、そのフェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織における結晶粒界にはＺｒが濃化しており、そのフェライト系ステンレス鋼粉末を原料とする金属多孔質体の製造過程において、多孔質体の脆化を抑制するのに好ましい態様を呈していることを見出した。
更には、そのフェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織における結晶粒界にはＺｒが濃化しており、そのフェライト系ステンレス鋼粉末を原料とする金属多孔質体の製造過程において、多孔質体の脆化を抑制するのに好ましい態様を呈していることを見出した。
【0009】
即ち、本発明の一態様は、合金素材を溶解して質量％でＣ：０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：２６．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：４．０％以下、Ｗ：３．０％以下を含有するフェライト系ステンレス鋼の溶湯を得る溶解工程と、
前記溶湯にＬａ原料およびＺｒ原料を添加する添加工程と、
前記添加工程後の溶湯からフェライト系ステンレス鋼粉末を得る粉化工程と、を備え、
前記粉化工程により得られたフェライト系ステンレス鋼粉末が、質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、Ｌａ：０．０２％以上０．１２％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０３％以上０．５２％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、フェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法である。
前記溶湯にＬａ原料およびＺｒ原料を添加する添加工程と、
前記添加工程後の溶湯からフェライト系ステンレス鋼粉末を得る粉化工程と、を備え、
前記粉化工程により得られたフェライト系ステンレス鋼粉末が、質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、Ｌａ：０．０２％以上０．１２％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０３％以上０．５２％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる、フェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法である。
【0010】
また、本発明の他の一態様は、質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、Ｌａ：０．０２％以上０．１２％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０３％以上０．５２％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、平均粉末径が１００μｍ以下のフェライト系ステンレス鋼粉末であって、
前記フェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織には、その結晶粒界に、Ｚｒ濃化相を有する、フェライト系ステンレス鋼粉末である。
前記フェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織には、その結晶粒界に、Ｚｒ濃化相を有する、フェライト系ステンレス鋼粉末である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ＬａおよびＺｒを含有するフェライト系ステンレス鋼粉末を安定して得ることができる。また、それにより耐酸化性に優れたフェライト系ステンレス鋼粉末を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明におけるフェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織の断面の、（ａ）反射電子像である。（ｂ）電子線マイクロアナライザーによるＺｒの面分析結果である。（ｃ）Ｚｒの面分析結果に対応するカラーバーである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
まず、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼粉末（以下、単に「ステンレス鋼粉末」ともいう）において、各元素の含有量を規定した理由を述べる。なお、各元素の含有量は質量％として記す。
＜Ｃ：０％超０．１％以下＞
Ｃは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、Ｃｒと結びつくことにより母材のＣｒ量を減少させ、耐酸化性を低下させる元素である。そのため、耐酸化性を向上させるためには、Ｃをできる限り低くすることが有効であり、本発明では０．１％以下の範囲に限定する。Ｃの好ましい上限は０．０４％である。
但し、Ｚｒを含む本発明のフェライト系ステンレス鋼の場合、本発明のステンレス鋼粉末を用いた焼結体を形成する焼結過程において、ＣがＺｒ炭化物（Ｎも存在する場合はＺｒ炭窒化物）を形成するところ、Ｃが低すぎると、Ｚｒ炭化物を形成しないＺｒがフェライト基地中に固溶してもなお余剰のＺｒが残存する場合がある。余剰のＺｒはＦｅと反応してＬａｖｅｓ相等の金属間化合物を形成して析出し耐酸化性を低下させる。そのため、Ｃは０％を超える必要がある。Ｃの好ましい下限は０．００１％である。
＜Ｃ：０％超０．１％以下＞
Ｃは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、Ｃｒと結びつくことにより母材のＣｒ量を減少させ、耐酸化性を低下させる元素である。そのため、耐酸化性を向上させるためには、Ｃをできる限り低くすることが有効であり、本発明では０．１％以下の範囲に限定する。Ｃの好ましい上限は０．０４％である。
但し、Ｚｒを含む本発明のフェライト系ステンレス鋼の場合、本発明のステンレス鋼粉末を用いた焼結体を形成する焼結過程において、ＣがＺｒ炭化物（Ｎも存在する場合はＺｒ炭窒化物）を形成するところ、Ｃが低すぎると、Ｚｒ炭化物を形成しないＺｒがフェライト基地中に固溶してもなお余剰のＺｒが残存する場合がある。余剰のＺｒはＦｅと反応してＬａｖｅｓ相等の金属間化合物を形成して析出し耐酸化性を低下させる。そのため、Ｃは０％を超える必要がある。Ｃの好ましい下限は０．００１％である。
【0014】
＜Ａｌ：０．２％以下＞
Ａｌは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でＣｒ２Ｏ３酸化物層近傍の金属組織中にＡｌ２Ｏ３を粒子状、及び針状に形成する。これにより、Ｃｒの外方拡散を不均一にして安定なＣｒ２Ｏ３酸化物層の形成を妨げることで、耐酸化性を劣化させる。このため、本発明では０．２％以下（０％を含む）の範囲に限定する。
Ａｌは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でＣｒ２Ｏ３酸化物層近傍の金属組織中にＡｌ２Ｏ３を粒子状、及び針状に形成する。これにより、Ｃｒの外方拡散を不均一にして安定なＣｒ２Ｏ３酸化物層の形成を妨げることで、耐酸化性を劣化させる。このため、本発明では０．２％以下（０％を含む）の範囲に限定する。
【0015】
＜Ｓｉ：０．２％以下＞
Ｓｉは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でクロミア系酸化物層と母材の界面付近にＳｉＯ２膜を形成する。ＳｉＯ２膜は上述のＡｌ２Ｏ３の形成と同様に、安定なＣｒ２Ｏ３酸化物層の形成を妨げることで、耐酸化性を劣化させる。このため、本発明では０．２％以下（０％を含む）の範囲に限定する。
Ｓｉは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でクロミア系酸化物層と母材の界面付近にＳｉＯ２膜を形成する。ＳｉＯ２膜は上述のＡｌ２Ｏ３の形成と同様に、安定なＣｒ２Ｏ３酸化物層の形成を妨げることで、耐酸化性を劣化させる。このため、本発明では０．２％以下（０％を含む）の範囲に限定する。
【0016】
＜Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下＞
Ｍｎは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でＣｒとともにスピネル型酸化物を形成する元素である。Ｍｎを含むスピネル型酸化物層は、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層の外側（表面側）に形成される。このスピネル型酸化物層は、Ｃｒ２Ｏ３表面酸化層からＣｒが蒸発するのを防ぐ保護効果を有し、母材のＣｒ量の減少により耐酸化性が低下するのを抑制する。このため、最低限０．１％を必要とする。
一方、過度に添加すると、スピネル型酸化物層中のＭｎ含有量が多くなり、酸化被膜が厚くなり、耐酸化性が悪くなる恐れがある。従って、Ｍｎは１．０％を上限とする。好ましいＭｎの上限は０．５％である。
Ｍｎは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でＣｒとともにスピネル型酸化物を形成する元素である。Ｍｎを含むスピネル型酸化物層は、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層の外側（表面側）に形成される。このスピネル型酸化物層は、Ｃｒ２Ｏ３表面酸化層からＣｒが蒸発するのを防ぐ保護効果を有し、母材のＣｒ量の減少により耐酸化性が低下するのを抑制する。このため、最低限０．１％を必要とする。
一方、過度に添加すると、スピネル型酸化物層中のＭｎ含有量が多くなり、酸化被膜が厚くなり、耐酸化性が悪くなる恐れがある。従って、Ｍｎは１．０％を上限とする。好ましいＭｎの上限は０．５％である。
【0017】
＜Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下＞
Ｃｒは、母材のフェライト組織を維持するため、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度で緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層の生成により、優れた耐酸化性を実現するために必要な元素である。良好な耐酸化性及び電気伝導性を得るため最低限２０．０％を必要とする。好ましいＣｒの下限は２２．０％であり、さらに好ましいＣｒの下限は２３．０％である。
しかしながら、過度の添加は耐酸化性向上にさほど効果がないばかりか機械特性の劣化を招くので上限を２６．０％に限定する。好ましいＣｒの上限は２５．０％である。
Ｃｒは、母材のフェライト組織を維持するため、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度で緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層の生成により、優れた耐酸化性を実現するために必要な元素である。良好な耐酸化性及び電気伝導性を得るため最低限２０．０％を必要とする。好ましいＣｒの下限は２２．０％であり、さらに好ましいＣｒの下限は２３．０％である。
しかしながら、過度の添加は耐酸化性向上にさほど効果がないばかりか機械特性の劣化を招くので上限を２６．０％に限定する。好ましいＣｒの上限は２５．０％である。
【0018】
＜Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下＞
Ｎｉは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、少量添加することで靭性の向上に効果がある。そのため、最低限０．１％を必要とする。一方、Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、過度に含有した場合、フェライト－オーステナイトの二相組織となり易く、熱膨張係数を増加させる。また、本発明のようなフェライト系ステンレス鋼を製造する際に、例えば、リサイクル材の溶解素材を用いたりすると、不可避的に混入する場合もある。Ｎｉの含有量が多くなりすぎると、フェライト系ステンレス鋼が好適に用いられる固体酸化物形燃料電池用部材の場合、セラミックス系の部品との熱膨張差により接合性が低下したりセラミックス部品が破損したりすることが懸念されるため、多量の添加または混入は好ましくない。そのため本発明においては、Ｎｉの上限を１．０％とする。
Ｎｉは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、少量添加することで靭性の向上に効果がある。そのため、最低限０．１％を必要とする。一方、Ｎｉはオーステナイト生成元素であり、過度に含有した場合、フェライト－オーステナイトの二相組織となり易く、熱膨張係数を増加させる。また、本発明のようなフェライト系ステンレス鋼を製造する際に、例えば、リサイクル材の溶解素材を用いたりすると、不可避的に混入する場合もある。Ｎｉの含有量が多くなりすぎると、フェライト系ステンレス鋼が好適に用いられる固体酸化物形燃料電池用部材の場合、セラミックス系の部品との熱膨張差により接合性が低下したりセラミックス部品が破損したりすることが懸念されるため、多量の添加または混入は好ましくない。そのため本発明においては、Ｎｉの上限を１．０％とする。
【0019】
＜Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下＞
Ｃｕは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でＣｒ２Ｏ３酸化物層上に形成されるＭｎ、Ｃｒを含むスピネル型酸化物を緻密化することで、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層からのＣｒの蒸発をさらに抑制する効果がある。そのため、最低限０．３％を必要とする。一方、Ｃｕを過度に添加すると母相中にＣｕ相が析出して、Ｃｕ相の存在場所で緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層が形成されにくくなり、耐酸化性が低下したり、フェライト組織が不安定になったりする可能性があるので、Ｃｕの上限を４．０％とした。好ましいＣｕの上限は２．０％以下である。
Ｃｕは、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度でＣｒ２Ｏ３酸化物層上に形成されるＭｎ、Ｃｒを含むスピネル型酸化物を緻密化することで、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層からのＣｒの蒸発をさらに抑制する効果がある。そのため、最低限０．３％を必要とする。一方、Ｃｕを過度に添加すると母相中にＣｕ相が析出して、Ｃｕ相の存在場所で緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層が形成されにくくなり、耐酸化性が低下したり、フェライト組織が不安定になったりする可能性があるので、Ｃｕの上限を４．０％とした。好ましいＣｕの上限は２．０％以下である。
【0020】
＜Ｌａ：０．０２％以上０．１２％以下＞
Ｌａは、少量添加により、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度で主としてＣｒを含む酸化被膜を緻密化させたり、密着性を向上させたりすることによって、良好な耐酸化性を発揮させており、添加が不可欠である。Ｌａは０．０２％より添加が少ないと酸化被膜の緻密性、密着性を向上させる効果が少なく、一方０．１２％より多く添加するとＬａを含む酸化物等の介在物が増加し脆化する恐れがあるため、Ｌａは０．０２％以上０．１２％以下とする。
Ｌａは、少量添加により、ステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度で主としてＣｒを含む酸化被膜を緻密化させたり、密着性を向上させたりすることによって、良好な耐酸化性を発揮させており、添加が不可欠である。Ｌａは０．０２％より添加が少ないと酸化被膜の緻密性、密着性を向上させる効果が少なく、一方０．１２％より多く添加するとＬａを含む酸化物等の介在物が増加し脆化する恐れがあるため、Ｌａは０．０２％以上０．１２％以下とする。
【0021】
＜Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下＞
Ｚｒもまた、少量添加によりステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度で酸化被膜を緻密化させたり、酸化被膜の密着性を向上させたりすることで、耐酸化性を大幅に改善する効果を有する。Ｚｒは０．０１％より少ないと酸化被膜の緻密性、密着性を向上させる効果が少なく、一方、０．５％より多く添加するとＺｒを含む粗大な化合物が多く形成され、脆化する恐れがある。また、Ｆｅと反応してＬａｖｅｓ相等の金属間化合物を形成して析出し耐酸化性を低下させることから、Ｚｒは０．０１％以上０．５％以下とする。
Ｚｒもまた、少量添加によりステンレス鋼粉末を用いて製造された部材において、６００℃～９００℃程度の温度で酸化被膜を緻密化させたり、酸化被膜の密着性を向上させたりすることで、耐酸化性を大幅に改善する効果を有する。Ｚｒは０．０１％より少ないと酸化被膜の緻密性、密着性を向上させる効果が少なく、一方、０．５％より多く添加するとＺｒを含む粗大な化合物が多く形成され、脆化する恐れがある。また、Ｆｅと反応してＬａｖｅｓ相等の金属間化合物を形成して析出し耐酸化性を低下させることから、Ｚｒは０．０１％以上０．５％以下とする。
【0022】
＜Ｌａ＋Ｚｒ：０．０３％以上０．５２％以下＞
本発明では、前述のＬａ及びＺｒについて、いずれも優れた高温での耐酸化性を向上させる効果を有することから複合添加が好ましいが、その場合、ＬａとＺｒの合計が０．０３％より少ないと耐酸化性向上への効果が少なく、一方、０．５２％を超えて添加するとＬａやＺｒを含む化合物が多く生成することによって脆化が心配されることから、ＬａとＺｒは合計で０．０３％以上０．５２％以下とする。
本発明では、前述のＬａ及びＺｒについて、いずれも優れた高温での耐酸化性を向上させる効果を有することから複合添加が好ましいが、その場合、ＬａとＺｒの合計が０．０３％より少ないと耐酸化性向上への効果が少なく、一方、０．５２％を超えて添加するとＬａやＺｒを含む化合物が多く生成することによって脆化が心配されることから、ＬａとＺｒは合計で０．０３％以上０．５２％以下とする。
【0023】
＜Ｗ：１．０％以上３．０％以下＞
一般に、固溶強化等に対してＷと同じ作用効果を発揮する元素としてＭｏが知られている。しかし、ＷはＭｏと比較して、６００℃～９００℃程度の温度で酸化したとき、フェライト系ステンレス鋼の母材中のＣｒの外方拡散を適度に抑制する効果があり、緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層の過度な成長を抑制して、安定した保護作用を長時間維持するのに有効である。そのため、本発明では、Ｗを単独で必須添加する。
Ｗ添加により、フェライト系ステンレス鋼の母材中のＣｒの外方拡散を適度に抑制することで、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層形成後の母材のＣｒ量の減少を抑制することができる。これにより、緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層が長時間維持されるので、合金の異常酸化を防止して、優れた耐酸化性を長時間維持することができる。この効果を発揮するためには最低限１．０％を必要とする。しかし、Ｗを３．０％を超えて添加すると脆化するため、Ｗは３．０を上限とする。
一般に、固溶強化等に対してＷと同じ作用効果を発揮する元素としてＭｏが知られている。しかし、ＷはＭｏと比較して、６００℃～９００℃程度の温度で酸化したとき、フェライト系ステンレス鋼の母材中のＣｒの外方拡散を適度に抑制する効果があり、緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層の過度な成長を抑制して、安定した保護作用を長時間維持するのに有効である。そのため、本発明では、Ｗを単独で必須添加する。
Ｗ添加により、フェライト系ステンレス鋼の母材中のＣｒの外方拡散を適度に抑制することで、Ｃｒ２Ｏ３酸化物層形成後の母材のＣｒ量の減少を抑制することができる。これにより、緻密なＣｒ２Ｏ３酸化物層が長時間維持されるので、合金の異常酸化を防止して、優れた耐酸化性を長時間維持することができる。この効果を発揮するためには最低限１．０％を必要とする。しかし、Ｗを３．０％を超えて添加すると脆化するため、Ｗは３．０を上限とする。
【0024】
本発明では、上述した元素以外は、Ｆｅ及び不可避的不純物とする。以下、代表的な不純物とその好ましい上限を以下に記しておく。なお、不純物元素であるため、各元素の好ましい下限は０％である。
＜Ｎ：０．０５％以下＞
Ｎは、耐酸化性向上に大きく寄与するＺｒ及びＣｒと窒化物系介在物を形成して、母相中のＺｒ、Ｃｒ濃度を低下させ、耐酸化性を低下させることから低い方が好ましい。そのため、０．０５％以下が良く、好ましくは０．０２％以下が良い。
＜Ｏ：０．０３％以下＞
Ｏは、耐酸化性向上に大きく寄与するＺｒ及びＬａと酸化物系介在物を形成して、母相中のＺｒ、Ｌａ濃度を低下させ、耐酸化性を低下させる。そのため、０．０３％以下が良く、好ましくは０．０２以下が良い。
＜Ｍｏ：０．２％以下＞
Ｍｏは、耐酸化性を低下させることから積極的な添加は行わないが、０．２％以下の含有は酸化特性に大きく影響しないので０．２％以下に制限する。
＜Ｓ：０．０１５％以下＞
Ｓは、希土類元素と硫化物系介在物を形成して、耐酸化性に効果をもつ有効な希土類元素であるＬａ量を低下させ、耐酸化性を低下させるだけでなく、表面肌を劣化させるため、０．０１５％以下にすると良い。好ましくは、０．００８％以下が良い。
＜Ｐ：０．０４％以下＞
Ｐは酸化被膜を形成するＣｒよりも酸化しやすい元素であり、耐酸化性を劣化させるため、０．０４％以下に制限すると良い。好ましくは、０．０３％以下が良く、更に好ましくは、０．０２％以下、更には０．０１％以下が良い。
＜Ｂ：０．００３％以下＞
Ｂは、約７００℃以上の高温で酸化被膜の成長速度を大きくし、耐酸化性を劣化させる。そのため、Ｂは０．００３％以下に制限すると良く、できるだけ０％まで低減させる方が良い。好ましい上限は０．００２％以下が良く、更に好ましくは０．００１％未満が良い。
＜Ｈ：０．０００３％以下＞
Ｈは、フェライト系ステンレス鋼のフェライト母相中に過剰に存在すると、粒界等の欠陥部へ集まり易く、水素脆化を起こすことで製造中に割れを発生させる場合があることから、０．０００３％以下に制限すると良い。更に好ましくは０．０００２％以下が良い。
＜Ｎ：０．０５％以下＞
Ｎは、耐酸化性向上に大きく寄与するＺｒ及びＣｒと窒化物系介在物を形成して、母相中のＺｒ、Ｃｒ濃度を低下させ、耐酸化性を低下させることから低い方が好ましい。そのため、０．０５％以下が良く、好ましくは０．０２％以下が良い。
＜Ｏ：０．０３％以下＞
Ｏは、耐酸化性向上に大きく寄与するＺｒ及びＬａと酸化物系介在物を形成して、母相中のＺｒ、Ｌａ濃度を低下させ、耐酸化性を低下させる。そのため、０．０３％以下が良く、好ましくは０．０２以下が良い。
＜Ｍｏ：０．２％以下＞
Ｍｏは、耐酸化性を低下させることから積極的な添加は行わないが、０．２％以下の含有は酸化特性に大きく影響しないので０．２％以下に制限する。
＜Ｓ：０．０１５％以下＞
Ｓは、希土類元素と硫化物系介在物を形成して、耐酸化性に効果をもつ有効な希土類元素であるＬａ量を低下させ、耐酸化性を低下させるだけでなく、表面肌を劣化させるため、０．０１５％以下にすると良い。好ましくは、０．００８％以下が良い。
＜Ｐ：０．０４％以下＞
Ｐは酸化被膜を形成するＣｒよりも酸化しやすい元素であり、耐酸化性を劣化させるため、０．０４％以下に制限すると良い。好ましくは、０．０３％以下が良く、更に好ましくは、０．０２％以下、更には０．０１％以下が良い。
＜Ｂ：０．００３％以下＞
Ｂは、約７００℃以上の高温で酸化被膜の成長速度を大きくし、耐酸化性を劣化させる。そのため、Ｂは０．００３％以下に制限すると良く、できるだけ０％まで低減させる方が良い。好ましい上限は０．００２％以下が良く、更に好ましくは０．００１％未満が良い。
＜Ｈ：０．０００３％以下＞
Ｈは、フェライト系ステンレス鋼のフェライト母相中に過剰に存在すると、粒界等の欠陥部へ集まり易く、水素脆化を起こすことで製造中に割れを発生させる場合があることから、０．０００３％以下に制限すると良い。更に好ましくは０．０００２％以下が良い。
【0025】
次に、本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末の製造方法について説明する。本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末は耐酸化性や耐導電性が要求される部材に使用することができ、例えば集電部材やセパレータ等の電池部材に使用することが好ましい。また部材として用いる際、粉末、粉末焼結体、粉末焼結多孔質体等形状に加工して使用することができる。
＜溶解工程＞
本実施形態の製造方法では、まず、合金素材を溶解して、Ｃ：０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：２６．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：４．０％以下、Ｗ：３．０％以下を含有するフェライト系ステンレス鋼の溶湯を得る。この合金素材には、スクラップ、切削屑、金属塊、金属箔、金属板、金属粉末、及びそれらを溶解・鋳造した鋳造成型体等を使用することができる。合金素材の溶解方法に特段の限定はなく、合金の製造における従前の方法を利用して溶湯を得ることができる。例えばあらかじめ誘導加熱炉で溶解した溶湯をタンディッシュに注いでもよく、タンディッシュ内で高周波誘導加熱により合金素材を溶解してもよい。この溶湯の成分は、ＬａおよびＺｒを除いて、最終的に得られる粉末の成分であることが好ましいが、後述する添加工程で成分を調整することが可能なので、前述した各成分の上限を超過しない範囲内であればよい。例えば添加工程でＬａとＺｒのみを添加する場合、溶湯の成分は、質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であることが好ましい。
なお合金素材として、ＬａとＺｒを含有するステンレス鋼のスクラップを使用する場合も考えらえるため、溶湯にＬａとＺｒは含まれていても良い。そして、このときのＬａおよびＺｒの含有量が、本発明相当のステンレス鋼のリサイクル材を用いること等によって、Ｌａ＋Ｚｒの合計量で０．６％以下になっていてもよい。しかし、本発明においては、粉化工程後のステンレス鋼粉末の時点でこそ、ＬａおよびＺｒの含有量を狙い値に調整するために、合金素材を溶解した後（つまり、溶解工程の後）に、改めてＬａおよびＺｒを添加する「添加工程」を設けることが重要である。
＜溶解工程＞
本実施形態の製造方法では、まず、合金素材を溶解して、Ｃ：０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：２６．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下、Ｃｕ：４．０％以下、Ｗ：３．０％以下を含有するフェライト系ステンレス鋼の溶湯を得る。この合金素材には、スクラップ、切削屑、金属塊、金属箔、金属板、金属粉末、及びそれらを溶解・鋳造した鋳造成型体等を使用することができる。合金素材の溶解方法に特段の限定はなく、合金の製造における従前の方法を利用して溶湯を得ることができる。例えばあらかじめ誘導加熱炉で溶解した溶湯をタンディッシュに注いでもよく、タンディッシュ内で高周波誘導加熱により合金素材を溶解してもよい。この溶湯の成分は、ＬａおよびＺｒを除いて、最終的に得られる粉末の成分であることが好ましいが、後述する添加工程で成分を調整することが可能なので、前述した各成分の上限を超過しない範囲内であればよい。例えば添加工程でＬａとＺｒのみを添加する場合、溶湯の成分は、質量％でＣ：０％超０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｒ：２０．０％以上２６．０％以下、Ｎｉ：０．１％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．３％以上％４．０％以下、Ｗ：１．０％以上３．０％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であることが好ましい。
なお合金素材として、ＬａとＺｒを含有するステンレス鋼のスクラップを使用する場合も考えらえるため、溶湯にＬａとＺｒは含まれていても良い。そして、このときのＬａおよびＺｒの含有量が、本発明相当のステンレス鋼のリサイクル材を用いること等によって、Ｌａ＋Ｚｒの合計量で０．６％以下になっていてもよい。しかし、本発明においては、粉化工程後のステンレス鋼粉末の時点でこそ、ＬａおよびＺｒの含有量を狙い値に調整するために、合金素材を溶解した後（つまり、溶解工程の後）に、改めてＬａおよびＺｒを添加する「添加工程」を設けることが重要である。
【0026】
＜添加工程＞
続いて溶解工程で得られた溶湯にＬａ原料およびＺｒ原料を添加する、添加工程を実施する。本発明では溶解工程時の合金素材にＬａ原料およびＺｒ原料を添加せず、または、添加したとしても、溶解工程後の溶湯に（つまり、後述する粉化工程の直前に）添加するところに特徴がある。粉化後の粉末中のＬａおよびＺｒの添加歩留まりを維持するためには、その粉化前であるＬａおよびＺｒを含む溶湯がタンディッシュ等の耐火物と接している時間を短縮し、Ｌａ酸化物およびＺｒ酸化物の形成を抑制し、つまり、溶解した溶湯を“直ぐに”粉化することが考えられる。しかし、合金素材を溶解して粉化できる状態にするまでには、溶解が完了するまでの時間に加えて、溶解が完了した溶湯を流下に適した温度に調整する時間をも要する。そこで、本発明では、合金素材の溶解が完了してから、そして好ましくは、溶解が完了した溶湯を流下温度に調整してから、Ｌａ原料およびＺｒ原料を添加して、それぞれの狙い値に調整することで、ＬａおよびＺｒの添加歩留まりを向上させることが可能となる。この添加量は、粉化工程後の粉末に含有されるＬａおよびＺｒが、Ｌａ：０．０６％以上０．４％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０７％以上０．９％以下となるように添加することが好ましい。なおこの添加工程ではＬａ及びＺｒの酸化を抑制するために、不活性ガス雰囲気中で原料を添加する。
続いて溶解工程で得られた溶湯にＬａ原料およびＺｒ原料を添加する、添加工程を実施する。本発明では溶解工程時の合金素材にＬａ原料およびＺｒ原料を添加せず、または、添加したとしても、溶解工程後の溶湯に（つまり、後述する粉化工程の直前に）添加するところに特徴がある。粉化後の粉末中のＬａおよびＺｒの添加歩留まりを維持するためには、その粉化前であるＬａおよびＺｒを含む溶湯がタンディッシュ等の耐火物と接している時間を短縮し、Ｌａ酸化物およびＺｒ酸化物の形成を抑制し、つまり、溶解した溶湯を“直ぐに”粉化することが考えられる。しかし、合金素材を溶解して粉化できる状態にするまでには、溶解が完了するまでの時間に加えて、溶解が完了した溶湯を流下に適した温度に調整する時間をも要する。そこで、本発明では、合金素材の溶解が完了してから、そして好ましくは、溶解が完了した溶湯を流下温度に調整してから、Ｌａ原料およびＺｒ原料を添加して、それぞれの狙い値に調整することで、ＬａおよびＺｒの添加歩留まりを向上させることが可能となる。この添加量は、粉化工程後の粉末に含有されるＬａおよびＺｒが、Ｌａ：０．０６％以上０．４％以下、Ｚｒ：０．０１％以上０．５％以下、Ｌａ＋Ｚｒ：０．０７％以上０．９％以下となるように添加することが好ましい。なおこの添加工程ではＬａ及びＺｒの酸化を抑制するために、不活性ガス雰囲気中で原料を添加する。
【0027】
Ｌａ原料およびＺｒ原料は、Ｌａ単体金属、Ｚｒ単体金属、Ｌａ含有合金、Ｚｒ含有合金、Ｌａ－Ｚｒ含有合金から選択することができる。ここでＬａ含有合金とはＬａを質量％で２０％以上含む合金を示し、Ｚｒ含有合金とはＺｒを質量％で２０％以上含む合金を示す。添加原料の形態は粉末状、線状、板状、破砕状、塊状等、任意の形態をとることができる。また、Ｌａ含有合金、Ｚｒ含有合金、Ｌａ－Ｚｒ含有合金にはＣ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｆｅの少なくとも１種以上を含んでいても良い。このことによって、Ｌａ、Ｚｒ以外の元素の含有量も、調整（添加）することができる。
【0028】
＜粉化工程＞
本実施形態ではこの添加工程後、攪拌を行い、粉化工程へと移行する。粉化工程では添加工程後の溶湯を流下させて、溶湯流に高圧水または高圧不活性ガスを吹き付けて粉砕し、同時に溶湯を急冷凝固させることでフェライト系ステンレス鋼粉末を得ることができる。噴霧媒体は特に限定せず従来の方法を使用すればよく、例えば上述したように高圧水を使用する水アトマイズ法や、高圧ガスを使用するガスアトマイズ法を使用することができる。また必要に応じて、得られた粉末に熱プラズマや機械加工による球状化処理を施してもよい。ここで添加工程開始～粉化工程終了までの時間は３０分以内であることが好ましい。この時間を超えてしまうと、ＬａおよびＺｒを含む溶湯がタンディッシュ等の耐化物と接している時間が長くなるため、Ｌａ酸化物およびＺｒ酸化物の形成により、ＬａおよびＺｒの添加歩留り低下が懸念される。好ましくは１０分以内、より好ましくは５分以内である。
本実施形態ではこの添加工程後、攪拌を行い、粉化工程へと移行する。粉化工程では添加工程後の溶湯を流下させて、溶湯流に高圧水または高圧不活性ガスを吹き付けて粉砕し、同時に溶湯を急冷凝固させることでフェライト系ステンレス鋼粉末を得ることができる。噴霧媒体は特に限定せず従来の方法を使用すればよく、例えば上述したように高圧水を使用する水アトマイズ法や、高圧ガスを使用するガスアトマイズ法を使用することができる。また必要に応じて、得られた粉末に熱プラズマや機械加工による球状化処理を施してもよい。ここで添加工程開始～粉化工程終了までの時間は３０分以内であることが好ましい。この時間を超えてしまうと、ＬａおよびＺｒを含む溶湯がタンディッシュ等の耐化物と接している時間が長くなるため、Ｌａ酸化物およびＺｒ酸化物の形成により、ＬａおよびＺｒの添加歩留り低下が懸念される。好ましくは１０分以内、より好ましくは５分以内である。
【0029】
続いて、本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末の組織形態について説明する。
上述した製造方法で製造されたステンレス鋼粉末は、粉化工程において、溶湯中にＺｒが均質固溶した状態で急冷凝固することにより、その金属組織の結晶粒界にＺｒ濃化相を有する。このＺｒ濃化相は、本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末を用いた焼結体を形成する焼結過程において、Ｃと結びついてＺｒ炭化物を形成する。Ｚｒが結晶粒界に濃化していることでＺｒ炭化物は結晶粒界に優先的に形成され、粗大Ｚｒ炭化物の形成による脆化を防ぐばかりでなく、結晶粒界を強化して高温強度を向上させる効果も期待できる。なお本発明における上記の結晶粒界のＺｒ濃化相とは、図１に示すようにフェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織の断面を走査電子顕微鏡および電子マイクロアナライザーを用いて電圧値１５ｋＶ、電流値１００ｎＡ、各点あたりの測定時間０．０１秒の条件で観察し、得られた反射電子像とＺｒの面分析結果を比較した際、金属組織の結晶粒界上にて観察されるＺｒのカウント数が３以上となっている領域のことを示す。本発明における上記のＺｒ濃化相の粒界被覆率（結晶粒界の全長に対する、Ｚｒ濃化相によって覆われた結晶粒界の長さの割合）は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましく、８０％以上であることが特に好ましい。
上述した製造方法で製造されたステンレス鋼粉末は、粉化工程において、溶湯中にＺｒが均質固溶した状態で急冷凝固することにより、その金属組織の結晶粒界にＺｒ濃化相を有する。このＺｒ濃化相は、本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末を用いた焼結体を形成する焼結過程において、Ｃと結びついてＺｒ炭化物を形成する。Ｚｒが結晶粒界に濃化していることでＺｒ炭化物は結晶粒界に優先的に形成され、粗大Ｚｒ炭化物の形成による脆化を防ぐばかりでなく、結晶粒界を強化して高温強度を向上させる効果も期待できる。なお本発明における上記の結晶粒界のＺｒ濃化相とは、図１に示すようにフェライト系ステンレス鋼粉末の金属組織の断面を走査電子顕微鏡および電子マイクロアナライザーを用いて電圧値１５ｋＶ、電流値１００ｎＡ、各点あたりの測定時間０．０１秒の条件で観察し、得られた反射電子像とＺｒの面分析結果を比較した際、金属組織の結晶粒界上にて観察されるＺｒのカウント数が３以上となっている領域のことを示す。本発明における上記のＺｒ濃化相の粒界被覆率（結晶粒界の全長に対する、Ｚｒ濃化相によって覆われた結晶粒界の長さの割合）は、５０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましく、７０％以上であることがさらに好ましく、８０％以上であることが特に好ましい。
【0030】
本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末は、粉末の直径が平均で１００μｍより大きい場合、焼結体製造時に粉末間の間隙が大きくなるため焼結が進行せず、焼結体の脆化をもたらす。そのため本発明のフェライト系ステンレス鋼粉末においては平均粉末径を１００μｍ以下に限定する。好ましくは、７０μｍ以下とする。
なお、下限については、特に規定を要さず、例えば、平均粉末径を１μｍ以上とすることができる。そして、ハンドリング性等を考慮したときに、５μｍ以上、１０μｍ以上とすることができる。
なお、下限については、特に規定を要さず、例えば、平均粉末径を１μｍ以上とすることができる。そして、ハンドリング性等を考慮したときに、５μｍ以上、１０μｍ以上とすることができる。
【実施例】
【0031】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明するが、これら実施例によって本発明が限定されるものではない。まず真空誘導炉を用いて合金素材を作成した。得られた合金素材の成分分析値は表１に示す。Ｎｏ．１は６９５５ｇ、Ｎｏ．２は６９８０ｇの合金素材が得られた。
【0032】
【表1】
【0033】
＜溶解工程＞
次に得られた合金素材をガスアトマイズ装置のタンディッシュに入れ、雰囲気をＡｒで置換した。その後、高周波誘導加熱により溶解を完了し、得られた溶湯を流下させるのに適した温度に調整した。
＜添加工程＞
温度調整の後、Ｎｏ．１については、溶湯の温度を調整した後に、溶湯に破砕状のＬａ原料（ＬａＮｉ５）を３０ｇ、及び破砕状のＺｒ原料（金属Ｚｒ）を１２．３ｇ添加して本発明例とした。対してＮｏ．２は添加工程を実施せず、比較例とした。
＜粉化工程＞
その後、溶湯を流下させ、Ａｒガスを吹き付けることで粉化工程によりＮｏ．１とのＮｏ，２の金属粉末を製造した。この時Ｎｏ．１の添加工程開始～粉化工程完了までにかかった時間は約３分であった。得られた金属粉末の成分分析値を表２に示す。
次に得られた合金素材をガスアトマイズ装置のタンディッシュに入れ、雰囲気をＡｒで置換した。その後、高周波誘導加熱により溶解を完了し、得られた溶湯を流下させるのに適した温度に調整した。
＜添加工程＞
温度調整の後、Ｎｏ．１については、溶湯の温度を調整した後に、溶湯に破砕状のＬａ原料（ＬａＮｉ５）を３０ｇ、及び破砕状のＺｒ原料（金属Ｚｒ）を１２．３ｇ添加して本発明例とした。対してＮｏ．２は添加工程を実施せず、比較例とした。
＜粉化工程＞
その後、溶湯を流下させ、Ａｒガスを吹き付けることで粉化工程によりＮｏ．１とのＮｏ，２の金属粉末を製造した。この時Ｎｏ．１の添加工程開始～粉化工程完了までにかかった時間は約３分であった。得られた金属粉末の成分分析値を表２に示す。
【0034】
【表2】
【0035】
表１、表２より比較例であるＮｏ．２は合金素材に含まれていたＬａ及びＺｒが大きく減少している。これは、溶解工程において溶湯と耐火物が長時間接触していることで、溶湯中のＬａ及びＺｒによる耐火物の還元反応が十分進行し、溶湯中のＬａ及びＺｒがＬａ酸化物およびＺｒ酸化物として除去されたためと考えられる。一方で、本発明例であるＮｏ．２においてはステンレス鋼粉末のＬａ及びＺｒの分析値が、優れた耐酸化性を実現するための組成範囲であるＬａ：０．０２％以上０．１２％以下かつＺｒ：０．０１％以上０．５２％以下に収まっており、添加歩留まりが向上している。これは、Ｌａ原料及びＺｒ原料を溶解工程後に添加することで、溶湯中のＬａおよびＺｒ量が狙い値に調整されてから流下に至るまでの間で、溶湯中のＬａ及びＺｒが耐火物と反応する時間を大幅に短縮したためと考えられる。Ｎｏ．１ではＳｉ、Ａｌ、およびＮｉの成分が増加している。ＳｉおよびＡｌについては、合金素材に含まれていたＬａ及びＺｒにより耐火物に含まれるＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が還元されたためと増加したものと考えられる。またＮｉについては、添加したＬａＮｉ５に含まれるＮｉが影響したものと考えられる。
【0036】
得られたＮｏ．１のフェライト系ステンレス鋼粉末１を埋込樹脂２に冷間埋込し、研磨した後、直径が約４０μｍである粉末の中央部の金属組織の断面を走査電子顕微鏡観察及び日本電子製電子プローブマイクロアナライザーＪＸＡ－８５３０Ｆを用いて電圧値１５ｋＶ、電流値１００ｎＡで、各点あたり０．０１秒の条件でＺｒの面分析を行った。得られた写真を図１に示す。図１（ａ）に示す反射電子像と図１（ｂ）に示すＺｒの面分析結果を比較すると、粉末組織の結晶粒界にいて、Ｚｒカウント数が３以上であるＺｒ濃化相が粒界被覆率５０％以上の状態で存在していることが確認できた。
【符号の説明】
【0037】
１ フェライト系ステンレス鋼粉末
２ 埋込樹脂
２ 埋込樹脂
【図1】
