特表 2017-532434 高耐摩耗性、高硬度および高耐腐食性であり熱伝導性が低い鋼、および、該鋼の使用

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2017-532434(P2017-532434A)

(43)【公表日】2017年11月2日

(54)【発明の名称】高耐摩耗性、高硬度および高耐腐食性であり熱伝導性が低い鋼、および、該鋼の使用

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20171006BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20171006BHJP

   C21D 9/18 20060101ALI20171006BHJP

   C22C 30/02 20060101ALI20171006BHJP

   C22C 30/00 20060101ALI20171006BHJP

   C22C 33/02 20060101ALI20171006BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 304

   C21D9/00 A

   C21D9/18

   C22C30/02

   C22C30/00

   C22C33/02 103B

【審査請求】有

【予備審査請求】有

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-502268(P2017-502268)

(86)(22)【出願日】2015年8月26日

(11)【特許番号】特許第6210502号(P6210502)

(45)【特許公報発行日】2017年10月11日

(85)【翻訳文提出日】2017年2月28日

(86)【国際出願番号】EP2015069477

(87)【国際公開番号】WO2016030396

(87)【国際公開日】20160303

(31)【優先権主張番号】102014112374.3

(32)【優先日】2014年8月28日

(33)【優先権主張国】DE

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】517009475

【氏名又は名称】ドイチェ エデルスタールヴェルケ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＤＥＵＴＳＣＨＥ ＥＤＥＬＳＴＡＨＬＷＥＲＫＥ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177426

【弁理士】

【氏名又は名称】粟野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】アンドレ ヴァン ベンネコム

(72)【発明者】

【氏名】ホースト ヒル

(72)【発明者】

【氏名】オリバー リップケンス

【テーマコード（参考）】

4K018

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K018AA24

4K018BA11

4K018BA16

4K018DA18

4K018EA11

4K018FA08

4K018KA14

4K018KA15

4K018KA58

4K042AA10

4K042AA25

4K042BA01

4K042BA03

4K042CA04

4K042CA05

4K042CA07

4K042CA08

4K042CA10

4K042CA11

4K042CA12

4K042DA01

4K042DB07

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC04

(57)【要約】

本発明は、高耐摩耗性、高硬度、良好な耐腐食性および／または低熱伝導性が要求される用途のために作業信頼性の高い方法により産業規模で製造可能な鋼に関する。本発明に係る鋼の硬度は、硬化状態において少なくとも５６ＨＲＣである。この硬度を得るために、鋼の微細組織中、ＴｉＣ粒子に加えて、更に炭化物粒子、酸化物粒子または窒化物粒子からなる合計で少なくとも３０重量％の硬質相が存在する。本発明に係る鋼のＴｉＣ粒子の含有量は少なくとも２０重量％である。硬質相粒子は、重量％で、Ｃｒ：９．０〜１５．０％、Ｍｏ：５．０〜９．０％、Ｎｉ：３．０〜７．０％、Ｃｏ：６．０〜１１．０％、Ｃｕ：０．３〜１．５％、Ｔｉ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．１〜２．０％を含み残部が鉄および不可避不純物からなるマトリックス中に埋め込まれている。その性質の組み合わせにより、本発明に係る鋼は部品の製造、特に、プラスチックの製造およびリサイクルに必要なナイフおよびダイ・プレートの製造に特に適している。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高耐摩耗性、高硬度、良好な耐腐食性および／または低熱伝導性が要求される用途の鋼であって、
−硬化状態における硬度が少なくとも５６ＨＲＣであり、
−前記鋼の微細組織中、ＴｉＣ粒子に加えて、更に、炭化物粒子、酸化物粒子または窒化物粒子からなる合計で少なくとも３０重量％の硬質相が存在し、
−前記ＴｉＣ粒子の含有量が少なくとも２０重量％であり、
−前記硬質相が、重量％で、
Ｃｒ：９．０〜１５．０％、
Ｍｏ：５．０〜９．０％、
Ｎｉ：３．０〜７．０％、
Ｃｏ：６．０〜１１．０％、
Ｃｕ：０．３〜１．５％、
Ｔｉ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０．１〜２．０％を含み、残部が鉄および不可避不純物からなるマトリックス中に埋め込まれている、鋼。

【請求項2】

Ｃｒ含有量が１２．５〜１４．５重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼。

【請求項3】

Ｍｏ含有量が６．５〜７．５重量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼。

【請求項4】

Ｎｉ含有量が４．５〜５．５重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項5】

Ｃｏ含有量が８〜１０重量％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項6】

Ｃｕ含有量が０．５〜１．０重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項7】

Ｔｉ含有量が０．８〜１．２重量％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項8】

Ａｌ含有量が１．０〜１．４重量％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項9】

ＴｉＣ含有量が少なくとも２０体積％であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項10】

最大４．５重量％のＮｂＣ粒子を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項11】

前記ＮｂＣ粒子の含有量が少なくとも２．０重量％であることを特徴とする、請求項１０に記載の鋼。

【請求項12】

前記微細組織中の硬質相の比率が少なくとも３０重量％であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項13】

ＴｉＣ含有量が最大で４５重量％であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項14】

真空中で２〜４時間加熱し、次いで１〜４．５ｂａｒの圧力で、窒素雰囲気下で焼き入れをし、最後に４８０℃で６〜８時間時効させる熱処理後、硬度が６２ＨＲＣを超えることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項15】

８５０℃で２〜４時間行われる穏やかな焼鈍後、硬度が少なくとも５０ＨＲＣであることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項16】

粉体治金法により製造されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項17】

プラスチック製品のリサイクルまたは再生に使用される部品を製造するための、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の鋼の使用。

【請求項18】

前記部品がダイ・プレート、または、プラスチック部品を個片化するためのナイフであることを特徴とする、請求項１７に記載の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高耐摩耗性、高硬度、良好な耐腐食性および／または低熱伝導性が要求される用途の鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

以下、鋼合金の成分詳細を記載する場合、これらはいずれの場合も特段断わりの無い限り重量ベースである。

【0003】

上述の性質プロフィールを有する鋼は、プラスチック加工産業で必要とされる装置用の切断ツール、ダイ・プレート、篩い、モールドなどの部品の製造に特に適している。

【0004】

典型的な使用領域は、加工サイクルに戻すために、溶融物に溶融されるプラスチック製品を再生またはリサイクルをするための装置である。溶融物からペレットを製造するために、溶融物はダイ・プレートを通して複数のストランドに押出される。これらのストランドは固化し、ダイ・プレート近傍で回転する適切なナイフにより個々の小サイズのペレット粒とされる。

【0005】

固化プロセスを促進するために、プラスチック溶融物をダイ・プレートに通す押出しおよび個片化を水中で行うことができる。このプロセスは、プラスチック産業において「水中ペレット化」として知られている。

【0006】

プラスチックを個片化するためのナイフおよびナイフにより個片化されるストランドを形成するためのダイ・プレートの両方が良好な耐腐食性を有さなければならない。使用中、腐食性環境に曝され、また同時に、高アブレシブ摩耗に曝されるからである。特に「ダイ・プレート」用の場合、ダイ・プレートと接触しているプラスチック溶融物から熱を多く奪い溶融物が早期に固化してダイ・プレートの穴を塞いでしまわないように、同時に、ダイ・プレートを構成する鋼の熱伝導性は低くなければならない。これは、特に、ダイ・プレートが穴直径１ｍｍ未満のいわゆる「マイクロダイ・プレート」である場合の要件である。

【0007】

これらの目的のために提供されている公知の鋼は、材料番号１．２３７９（ＡＩＳＩ表示：Ｄ２）で知られている。この鋼は、鉄および不可避不純物に加えて、重量％で、Ｃ：１．５５％、Ｃｒ：１２．００％、Ｍｏ：０．８０％、および、Ｖ：０．９０％を含む。

【0008】

同様にプラスチックのリサイクルに広く使用されている他の鋼は、材料番号１．３３４３（ＡＩＳＩ表示：Ｍ２）で標準化されている。この鋼は、鉄および不可避不純物に加えて、重量％で、Ｃ：０．８５〜０．９％、Ｍｎ：０．２５％、Ｃｒ：４．１％、Ｍｏ：５．０％、Ｖ：１．９％、および、Ｗ：６．４％を含む。

【0009】

材料番号１．４１１０（ＡＩＳＩ表示：４４０Ａ）で標準化されているマルテンサイト鋼は、鉄および不可避不純物に加えて、重量％で、Ｃ：０．６〜０．７５％，Ｍｎ：最大１％、Ｓｉ：最大１％、Ｐ：最大０．０４％、Ｓ：最大０．０３％、Ｃｒ：１６〜１８％、および、Ｍｏ：最大０．７５％を含み、最も高い摩耗要求に耐えると考えられる。適切な熱処理後、この鋼の硬度は少なくとも６０ＨＲＣになる。

【0010】

研磨プラスチックの加工に使用される部品の製造用に特別に作られた商品名「Ｆｅｒｒｏ−Ｔｉｔａｎｉｔ Ｎｉｋｒｏ １２８」で知られている鋼は、鉄および不可避不純物に加えて、重量％で、Ｃｒ：１３．５％、Ｃｏ：９％、Ｎｉ：４％、および、Ｍｏ：５％を含む。このように構成された鋼の微細組織中の炭化チタンの比率は３０重量％であり、これは、体積パーセントで約４０体積％のＴｉＣに相当する。

【0011】

粉末治金により製造される公知の鋼は、真空中８５０℃で２〜４時間焼鈍を行い、次いで１〜４．５ｂａｒの圧力で窒素雰囲気に曝す焼入れを行うと焼鈍硬度が約５３ＨＲＣとなり、これは、鋼を４８０℃で６〜８時間時効させるその後の析出硬化処理によって最大硬度６２ＨＲＣに上昇する。研磨プラスチック加工用のダイ・プレート、ペレットナイフ、射出成型ノズル・スクリュー、リングおよび他のプレス用工具、ならびに、缶充填装置に必要とされるポンプ、充填ヘッドおよびリングナイフ用の部品は、通常、この鋼から製造される（非特許文献１を参照）。

【0012】

最後に、Ｈｏｒｓｔ Ｈｉｌｌが彼の論文（非特許文献２）で提案している鋼がある。この鋼は、重量％で、Ｃｒ：１３．５％、Ｍｏ：１．０％、Ｎｉ：９．０％、Ｃｏ：５．５％、Ｃｕ：１．０％、Ｔｉ：２．０％、および、Ａｌ：１．２５％を含み、残部が鉄および不可避不純物である。この鋼の微細組織中のＴｉＣ比率もまた、３０重量％に達する。しかしながら、更に、５重量％のＮｂＣが硬質相として微細組織中に存在する。

【0013】

このように構成された鋼は、研究室規模で製造された当初は潜在性が期待された。しかしながら、作業上信頼できる産業規模での製造は問題があることがわかった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0014】

【非特許文献1】カタログ「Ferro-Titanit - Die Haerte aus Krefeld [Ferro-Titanit - The hardness from Krefeld], 06/2001, deutsche Edelstahlwerke GmbH発行」に含まれるデータシート“Ferro-Titanit Nikro 128”

【非特許文献2】Neuartige Metallmatrixverbundwerkstoffe (MMC) zur Standzeiterhoehung verschleissbeanspruchter Werkzeuge in der polymerverarbeitenden Industrie [New types of metal matrix composites (MMCs) for increasing the service life of tools subject to wear in the polymer processing industry], Bochum Univ. Diss. 2011, Chair for Materials Engineering出版, Ruhr-Universitaet Bochum, ISBN 978-3-943063-08-0

【非特許文献3】Foller, M.; Meyer, H.; Lammer, A.: Wear and Corrosion of Ferro-Titanit and Competing Materials. In: Tool steels in the next century: Proceedings of the 5thInternational Conference on Tooling, September 29th - October 1st, University of Leoben, Austria, 1999, pages 1 - 12

【非特許文献4】H. Hill, S. Weber, W. Theisen, A. van Bennekom, Optimierung korrosionsbestaendiger MMC mit hohem Verschleisswiderstand [Optimising corrosion-resistant MMCs with high wear-resistance], 30th Hagen Symposium, 24. - 25.11.2011

【非特許文献5】Linseis Messgeraete GmbH: Instruction Manual LFA 1250/1600 - Laser Flash: Thermal constant analyser, 2010

【非特許文献6】ASTM International E 1461-01: Standard Test Method for Thermal Diffusivity by the Flash Method, 2001

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

この背景の下、本発明は、従来の方法を適用して産業規模で製造可能であり、かつ、その性質に関して最適化されたプロフィールを有する鋼を作ることを目的とする。また、該鋼の実用向けの使用についても述べる。

【課題を解決するための手段】

【0016】

鋼に関して、この目的は、請求項１に特定された特徴を有する本発明に係る鋼により達成される。

【0017】

本発明の有利な実施形態は従属請求項に特定され、本発明の一般的概念は以下に詳細に説明される。

【発明の効果】

【0018】

本発明により、高耐摩耗性、高硬度、良好な耐腐食性および／または低熱伝導性が要求される用途の鋼が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係るサンプルの断面の走査電子顕微鏡写真の一部を示す図である。

【図2】本発明に従って製造した鋼サンプルおよび比較用に製造した鋼サンプルの熱伝導率の測定結果を示す図である。

【図3】本発明に従って製造した鋼サンプルおよび比較用に製造した鋼サンプルに対して行った電流密度電位測定の結果を示す図である。

【図4】本発明に係る鋼から製造したサンプルに対して行った熱膨張計による測定の結果を再現する図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明に係る鋼は、硬化状態における硬度が少なくとも５６ＨＲＣとなり、かつ、その微細組織中、ＴｉＣ粒子に加えて炭化物粒子、酸化物粒子または窒化物粒子からなる硬質相を合計で少なくとも３０重量％含む。同時に、本発明に係る鋼中のＴｉＣ粒子の含有量は少なくとも２０重量％である。

【0021】

本発明によれば、硬質相は、重量％で、
Ｃｒ：９．０〜１５．０％、
Ｍｏ：５．０〜９．０％、
Ｎｉ：３．０〜７．０％、
Ｃｏ：６．０〜１１．０％、
Ｃｕ：０．３〜１．５％、
Ｔｉ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０．１〜２．０％を含み残部が鉄および不可避不純物からなるマトリックス中に埋め込まれている。

【0022】

本発明に係る鋼の成分は、該鋼がプラスチック加工産業で使用される鋼に課される最も高い要求を満たすように設定される。そのため、本発明に係る鋼は、プラスチック製品の再生用およびリサイクル用の部品の製造に特に適する。したがって、例えば、研磨プラスチックから形成される溶融物のペレット化に必要なダイ・プレート、特にマイクロペレット化ダイ・プレートを本発明に係る鋼から製造でき、これらのダイ・プレート自体は、穴の開口部が微細に形成されていても最適な使用性を有し、微細なペレット粒子が製造される。同様に、プラスチック部品を個片化するためのナイフも本発明に係る鋼から製造することができる。上述したとおり、このようなナイフもまた、ペレット化設備内で上述のタイプのダイ・プレートにより製造される溶融プラスチックのストランドからペレットを製造する際に必要とされる。

【0023】

この目的に必要とされる性質プロフィールを提供するために、本発明に係る鋼は、析出物形成を介して鋼の硬化性に寄与し、かつ、同時に、各熱処理状態に関係なく３５Ｗ／ｍｋ未満の低熱伝導率が保証されるように選択されたマトリックスに埋め込まれた少なくとも２０重量％のＴｉＣを含む。

【0024】

本発明に係る鋼は、２０℃におけるカロメル基準電極に対する電位変化速度を６００ｍＶ／ｈとした無酸素の０．５Ｍ硫酸中で測定した不動態電流密度が５μＡ／ｃｍ^２未満である。したがって、高硬度および最適化された耐摩耗性を有する本発明に係る鋼は、従来のオーステナイト系ステンレス鋼と同等の耐腐食性を有する。

【0025】

超音波測定により測定した音波伝播速度に基づく本発明に係る鋼の弾性率は、２０℃において２７０ＧＰａよりも大きく、特には３００ＧＰａよりも大きい。その結果、本発明に係る鋼または該鋼から製造される部品もまた、強度に関して最も高い要求を確実に満たす。

【0026】

膨張計により測定した本発明に係る鋼の熱膨張係数は、本発明に係る鋼が提供される用途で重要な温度範囲である２０℃〜６００℃の範囲において、７×１０^−６／Ｋ〜１２×１０^−６／Ｋである。

【0027】

密度が低くかつ熱伝導性の低い、非常に硬い熱力学的に安定した十分な量のＴｉＣ粒子が同様に高い強度を提供する本発明に係る鋼マトリックスと併存するため、低熱伝導性と同時に耐摩耗性が最大化される。最適には、そのために、本発明に係る鋼は少なくとも２０重量％（約３０体積％に相当）のＴｉＣ、または、少なくとも２８重量％のＴｉＣ、特に少なくとも３０重量％のＴｉＣを含む。しかしながら、ＴｉＣ含有量は４５重量％の上限を超えるべきではない。これにより、本発明に係る鋼は確実に、作業信頼性高く製造でき、さらに加工することができる。硬質相含有量が高すぎると硬度および耐摩耗性が高くなるが熱膨張が低減し、鋼基材との複合体の製造が著しく妨げられる。さらに、硬質相含有量が高いことは材料が脆くなり亀裂を生じ易いことを意味する。同時に、硬質相含有量が高すぎると機械加工性が著しく低減する。本発明に係る鋼の利点は、従来とおりに機械加工もできることである。

【0028】

本発明によれば鋼の微細組織中の硬質相の体積パーセント が合計で少なくとも３０重量％となるようにＴｉＣ粒子に加えて更なる硬質相が鋼マトリックス中に存在するという事実は、本発明に係る鋼の硬度および耐摩耗性の最適化にも寄与する。これは、鋼の製造中に炭化物粒子、窒化物粒子または酸化物粒子を別々に添加することにより達成できる。これの代わり にあるいはこれに加えて、鋼の製造中に行われる一連の製造工程の過程で硬度を向上させる析出部が十分な量でマトリックス中に確実に形成されるように、析出物部分を形成する元素（Ｎｉ、Ａｌ、Ｔｉ）を本発明に係るインプット要件内に設定することができる。

【0029】

上述のＨ．Ｈｉｌｌの論文（非特許文献２）で知られている鋼と比較して、本発明に係る鋼の場合、ＭｏおよびＣｏの含有量は大幅に増やされ、ＮｉおよびＴｉの含有量は大幅に減らされている。さらに、この公知の鋼と比較して、本発明に係る合金のＣｕ含有量、Ａｌ含有量、ＴｉＣ含有量、および、ＮｂＣ含有量のインプット要件は変動している。本発明に係る合金成分含有量に設定することにより、同様に硬度が高いマトリックス内に埋め込まれた高い比率の硬質相を含む鋼を産業規模で成功裏に製造することができた。既知の鋼概念から出発すると、これには広範な調査および試験を要した。この種の鋼の場合、個々の元素および相の相互作用の態様が非常に複雑だからである。高耐摩耗性、高硬度、良好な耐腐食性および低熱伝導性を有するこのように得られる本発明に係る鋼は、性質の最適な組み合わせを有する。

【0030】

本発明に係る鋼マトリックス中に形成される析出物は、とりわけ、Ｎｉ、ＡｌおよびＴｉの元素が形成に関わる金属間析出物である。これらの元素はＮｉ_３ＡｌおよびＮｉ_３Ｔｉ、または、混合形態を形成する。これらの金属間相は、微細組織中１０ｎｍ程度の粒サイズで存在し、合計の硬質相含有量には含まれない。これら金属間相はサイズが小さいため、本発明に係る鋼のマトリックスに埋め込まれるような粗い硬質相粒子と比較してアブレシブ摩耗に対する耐性に大きく寄与しないが、金属間析出物は金属マトリックスの硬度および強度の上昇をもたらし、それにより、性能特性の改善にも寄与する。

【0031】

クロムは、要求される耐腐食性を保証するために本発明に係る鋼に９．０〜１５．０重量％の含有量で存在する。最適には、この目的のために、Ｃｒ含有量は１２．５〜１４．５重量％に達する。

【0032】

モリブデンは、一方で（特に穴部の腐食に関して）十分な耐腐食性を保証するために、また他方で金属間相の形成をサポートし、硬質相が埋め込まれた鋼マトリックスの硬度を向上するために、本発明に係る鋼に５．０〜９．０重量％の含有量で含まれる。最適には、本発明に係る鋼のＭｏ含有量は６．５〜７．５重量％である。

【0033】

コバルトは、一方でマルテンサイト開始温度を上昇させるために、また他方で金属マトリックス中のＭｏ溶解度を低減するために、本発明に係る鋼に６．０〜１１．０重量％の含有量で含まれる。これにより、金属間相の形成において、本発明に係る鋼マトリックスに含まれるＭｏがより強く析出することができる。最適には、本発明に係る鋼のＣｏ含有量は８．０〜１０．０重量％である。

【0034】

銅は、析出硬化を促進するために、本発明に係る鋼に０．３〜１．５重量％の含有量で含まれる。最適には、本発明に係る鋼のＣｕ含有量は０．５〜１．０重量％である。

【0035】

ニッケルは、本発明に係る鋼に３．０〜７．０重量％の含有量で含まれる。通常約８５０℃の温度で行われる溶体化焼鈍操作中のオーステナイト相を安定化するために、鋼マトリックス中に十分な量のニッケルが必要とされる。これは、本発明に係る鋼材を溶体化焼鈍温度から出発して焼き入れする場合に特に重要である。ニッケルが存在する結果、焼き入れ中にマルテンサイトが確実に形成する程度にオーステナイトが安定化する。本発明により提供される鋼マトリックス中にニッケルが少なすぎると、この効果は必要な信頼性で得られない。逆に鋼マトリックス中にニッケルが多すぎると、オーステナイト相も室温で安定するためマルテンサイトは形成されない。本発明に係る鋼中のニッケルの第２の機能は、ＡｌおよびＴｉのような元素により金属間相が形成されることによる析出硬化である。したがって、本発明に係る鋼において、Ｎｉ、ＡｌおよびＴｉの含有量は、一方でマルテンサイトが形成され、他方で析出硬化が可能となるよう適合される。最適には、この目的のために、本発明に係る鋼のＮｉ含有量は４．５〜５．５重量％である。

【0036】

チタンは、本発明に係る鋼に０．１〜２．０重量％の含有量で存在する。その結果、上述したとおり、Ｎｉと共に析出硬化が可能になる。最適には、この目的のために、本発明に係る鋼のＴｉ含有量は０．８〜１．２重量％である。

【0037】

アルミニウムも本発明に係る鋼に０．１〜２．０重量％の含有量で存在する。その結果、Ｎｉと共に析出硬化がもたらされる。最適には、この目的のために、本発明に係る鋼のＡｌ含有量は１．０〜１．４重量％である。

【0038】

本発明に係る鋼は、反りを非常に小さくして硬化することができる。炭化チタンの熱膨張は小さく、変形しないからである。

【0039】

本発明に係る鋼の耐摩耗性は、最大４．５重量％のＮｂＣ粒子を添加することにより向上する。同時に、ＮｂＣ粒子の熱伝導率はＴｉＣよりも低い。これは、本発明に係る鋼の性能特性に好ましい効果がある。さらに、ＴｉＣおよびＮｂＣは同形の炭化物であるため、互いに混和する。拡散反応時、これにより複合炭化物が形成される。その結果、ＴｉＣのみを使用する場合と比較して、価電子濃度が変化し、そのため、炭素の格子間隙に空孔が形成する。これによっても、本発明に係る鋼は熱伝導性が低下し、目的適合性が向上する。この効果は、本発明に係る鋼に少なくとも２．０重量％のＮｂＣが存在する場合に特に達成することができる。ＮｂＣ含有量が２．０〜３．０重量％の場合、最適な効果がある。

【0040】

本発明に係る鋼を粉末治金による従来法で製造することにより、その微細組織中に偏析や繊維配向を確実になくすことができる。本発明に係る硬質相として使用される炭化物粒子、窒化物粒子および酸化物粒子は、粉体治金製造中に既に「完全な」粒子として提供される。

【0041】

粉体治金製造には焼結経路および熱間等方加圧（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ；ＨＩＰ）経路の両方を使用することができる。一例として、ガス噴霧鋼粉末をベースとした超固相液相焼結法（ｓｕｐｅｒｓｏｌｉｄｕｓ ｌｉｑｕｉｄ−ｐｈａｓｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）も本発明に係る鋼の製造に適する。

【0042】

この種の鋼の粉末治金製造に通常適用される製造工程の記載は、例えば、非特許文献３、非特許文献４、または上述のＨｏｒｓｔ Ｈｉｌｌの論文（非特許文献２）に見出すことができる。

【0043】

本発明に係る鋼は機械的性質を整えるために従来の熱処理に供することができる。熱処理は、鋼を２〜４時間加熱し、次いで１〜４．５ｂａｒの圧力の窒素雰囲気下で焼き入れをし、最後に４８０℃で６〜８時間時効させる。このような熱処理後、本発明に係る鋼の硬度は常に６２ＨＲＣを超える。加熱を真空中、焼き入れを不活性ガス雰囲気下で行うことにより、熱処理鋼から形成される半完成品の端部領域内に悪影響領域（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｚｏｎｅｓ）が形成されるのを防止することができる。

【0044】

熱処理が８５０℃、２〜４時間の穏やかな焼鈍に限定される場合、本発明に係る鋼は５０ＨＲＣを超える硬度を有する。

【0045】

以下、本発明を例示の実施形態により詳細に説明する。

【実施例】

【0046】

水中ペレット化装置用のダイ・プレートおよびナイフを製造することを意図した本発明に係る鋼の性質と、それと同じ目的を意図した公知の鋼の性質とを比較するために、本発明に係る鋼Ｅおよび公知の鋼Ｖを製造した。鋼Ｅおよび鋼Ｖ両者の組成を表１に示す。

【0047】

鋼Ｖの組成は、例えば上述の刊行物に「Ｆｅｒｒｏ−Ｔｉｔａｎｉｔ Ｎｉｋｒｏ １２８」と表記されている鋼の組成に対応する。鋼Ｅおよび鋼Ｖの粉体治金製造中に完了した製造工程は、鋼「Ｆｅｒｒｏ−Ｔｉｔａｎｉｔ Ｎｉｋｒｏ １２８」の粉体治金製造で通常行われる製造工程に対応する。これらは上述の技術文献で説明されている。

【0048】

粉体治金製造の完了後、鋼Ｅ、鋼ＶのサンプルＰＥ１、ＰＶ１を熱処理に供した。この熱処理も同様に、鋼「Ｆｅｒｒｏ−Ｔｉｔａｎｉｔ Ｎｉｋｒｏ １２８」に対して標準の方法で行われる熱処理に対応する。そのために、まず、プローブＰＥ１およびプローブＰＶ１を真空中に８５０℃で２〜４時間保持し、次いで、１〜４．５ｂａｒの圧力の窒素雰囲気下で焼き入れをした。次いで、ＰＥ１およびＰＶ１の各サンプルを４８０℃で６〜８時間時効させる析出硬化処理を行った。

【0049】

図１は、このように標準的な方法で熱処理した本発明に係る鋼ＥのサンプルＰＥ１の断面の走査電子顕微鏡写真の一部を示す。金属マトリックスは明領域により識別することができ、金属マトリックスで囲まれるＴｉＣ内包物は暗色で再現されている。

【0050】

鋼Ｅ、鋼Ｖからなる他のサンプルＰＥ２、ＰＶ２を、同様に２〜４時間にわたる、８５０℃の穏やかな焼鈍に供した。

【0051】

サンプルＰＥ１、ＰＶ１、ＰＥ２、ＰＶ２の硬質相含有量を測定した。本発明に係る鋼から製造したサンプルＰＥ１、ＰＥ２の場合、硬質相含有量は平均で３０重量％超に達したが、比較鋼Ｖから製造したサンプルＰＶ１、ＰＶ２の硬質相含有量は平均でたった３０重量％であった。

【0052】

ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ６５０８−１に準拠して硬度測定を５回行い、ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＶ１、ＰＶ２の各サンプルの硬度を測定した。プローブＰＥ１、ＰＥ２、ＰＶ１、ＰＶ２についてこのように収集した測定値の平均値を表２に示す。本発明に係るサンプルＰＥ１、ＰＥ２の硬度がいずれも比較サンプルの硬度よりも高いことが明らかとなる。

【0053】

さらに、温度依存熱伝導率λ（Ｔ）を間接法により室温、１００℃、２００℃、３００℃で測定した：
λ（Ｔ）＝ａ（Ｔ）×ρ（Ｔ）×ｃρ（Ｔ）
式中、
ａ（Ｔ）：非特許文献５または６で説明されているように、Ｌａｓｅｒｆｌａｓｈで測定した温度拡散率
ρ（Ｔ）：膨張計で測定した各サンプルの密度
ｃρ（Ｔ）：示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）により測定したサンプルの定圧比熱用量

【0054】

２つのサンプルＰＥ１、ＰＶ１に対するこの試験の結果を図２に示す。本発明に係る鋼Ｅから製造したサンプルＰＥ１では、いずれの場合も熱伝導率が比較鋼Ｖから製造したサンプルＰＶ１よりも低いことが明らかとなる。本発明に係るサンプルＰＥ１の熱伝導率が低いことは、鋼Ｅ、鋼Ｖの目的に関して有利である。

【0055】

サンプルＰＥ１、ＰＥ２のＴｉＣ含有量は、表１に示すとおり、いずれも３０重量％よりも多い。

【0056】

本発明に係る鋼Ｅから製造したサンプルＰＥ１、ＰＥ２の密度は６．５５ｇ／ｃｍ^３であり、理論密度を達成した。図１から明らかなとおり、微細組織には残留した孔が存在しない。

【0057】

本発明に係る鋼Ｅから製造したサンプルＰＥ１および比較鋼Ｖから製造したサンプルＰＶ１に対して行った電流密度電位測定の結果を図３に示す。本図において、サンプルＰＥ１について測定した電流密度電位カーブを実線で、サンプルＰＶ１について測定した電流密度電位カーブを破線で示す。電流密度電位カーブは、２０℃におけるカロメル基準電極に対する電位変化速度を６００ｍＶ／ｈとして無酸素の０．５Ｍ硫酸中で測定した。さらに、本発明に係るサンプルＰＥ１について測定した不動態電流密度はいずれの場合も５μＡ／ｃｍ^２未満であった。

【0058】

本発明に係る鋼Ｅから製造したサンプルＰＥ１は、超音波手段により測定した音波伝播速度に基づく弾性率が３１８ＧＰａであった。これに対して、従来サンプルＰＶ１の弾性率は２９４ＧＰａであった。

【0059】

表３は鋼Ｅの熱膨張の概要を示す。これは、６００℃の最大温度まで１００℃毎にＢａｅｈｒ膨張計で測定したものである。この温度範囲では熱膨張係数α^ｔｈが７×１０^−６／Ｋ〜１２×１０^−６／Ｋの間であることがわかる。このほか、図４は、一例として本発明に係る鋼から製造したサンプルＰＥ１の熱膨張計による測定の結果を示すが、この結果が確認される。

【0060】

【表1】

【0061】

【表2】

【0062】

【表3】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2016年6月28日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高耐摩耗性、高硬度、良好な耐腐食性および／または低熱伝導性が要求される用途の鋼であって、
−硬化状態における硬度が少なくとも５６ＨＲＣであり、
−前記鋼の微細組織中、ＴｉＣ粒子に加えて、更に、炭化物粒子、酸化物粒子または窒化物粒子からなる合計で少なくとも３０重量％の硬質相が存在し、
−前記ＴｉＣ粒子の含有量が少なくとも２０重量％であり、２〜４．５重量％のＮｂＣ粒子が存在し、
−前記硬質相が、重量％で、
Ｃｒ：９．０〜１５．０％、
Ｍｏ：５．０〜９．０％、
Ｎｉ：３．０〜７．０％、
Ｃｏ：６．０〜１１．０％、
Ｃｕ：０．３〜１．５％、
Ｔｉ：０．１〜２．０％、
Ａｌ：０．１〜２．０％を含み、残部が鉄および不可避不純物からなるマトリックス中に埋め込まれている、鋼。

【請求項2】

Ｃｒ含有量が１２．５〜１４．５重量％であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼。

【請求項3】

Ｍｏ含有量が６．５〜７．５重量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼。

【請求項4】

Ｎｉ含有量が４．５〜５．５重量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項5】

Ｃｏ含有量が８〜１０重量％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項6】

Ｃｕ含有量が０．５〜１．０重量％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項7】

Ｔｉ含有量が０．８〜１．２重量％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項8】

Ａｌ含有量が１．０〜１．４重量％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項9】

ＴｉＣ含有量が最大で４５重量％であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項10】

粉体治金法により製造されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の鋼。

【請求項11】

プラスチック製品のリサイクルまたは再生に使用される部品を製造するための、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の鋼の使用。

【請求項12】

前記部品がダイ・プレート、または、プラスチック部品を個片化するためのナイフであることを特徴とする、請求項１１に記載の使用。

【国際調査報告】