專利名稱：具有優良切削性的霧化鋼粉及其燒結鋼的制作方法
技術領域：
本發明與粉末冶金用鋼粉及其燒結鋼有關，涉及切削性優良的霧化鋼粉及其燒結鋼。特別是涉及除了通過將特定成份限定在適宜范圍而得到的切削性之外，尺寸精度或耐磨性均優良的霧化鋼粉及其燒結鋼。
粉末冶金用鋼粉是在鋼粉中添加、混合Cu粉、石墨粉等，再在金屬模中壓粉成形并燒結，通常用于具有5.0～7.2g/cm3密度的燒結機部件的制造。
使用粉末冶金可制造尺寸精度優良形狀復雜的燒結體，但是在制造尺寸精度更加嚴格的部件的場合，有必要在燒結后進行切削加工或鉆孔加工等機加工。在此場合要求切削性良好。
粉末冶金制品一般具有被切削性差、與熔制材制品相比工具壽命短、機加工時成本價高的缺點。粉末冶金制品被切削性差的原因，據認為是由于粉末冶金制品組織中存在氣孔，使機加工時呈斷續切削，或是由于熱傳導率降低使切削溫度上升。
歷來作為改善被切削性的對策，多是在鋼粉中混合S或MnS等快速切削成分。該S，MnS使切下的廢屑變得容易破斷，與此同時在工具上由薄S，MnS構成刀頭，通過工具前面處的潤滑作用提高了被切削性。
在鋼粉這樣的物質中含有S或MnS的情況，除了在鋼水中含Mn和S，或含MnS，然后霧化成為鋼粉之外還沒有別的報導。
日本特許平3-25481中提出了在鋼水中含Mn0.1～0.5%(重量)，以及Si、C等，再添加S0.03～0.07%(重量)作為組分，用水或氣體噴霧制得的粉末冶金用鋼粉，但鋼粉的詳細性能不明。
此外，日本特許平4-72905中揭示了含Mn0.1～0.9%(重量)、Cr0.1～1.2%(重量)、Mo0.1～1.0%(重量)、Cu0.1～2.0%(重量)和Ni0.1～2.0%(重量)各金屬中的二種以上、以及Nb、Al、V中的一種以上和S，并且含有C、Si的快速切削性燒結鍛造部件。
這種燒結鍛造部件由于大致達到了真實密度，所以幾乎沒有氣孔，據認為因氣孔使熱傳導率降低和斷續切削而造成的切削性劣化減小，但沒有提及含有氣孔的密度為5.0～7.2g/cm3一般燒結部件。
粉末冶金用鋼粉是在鋼粉中添加、混合Cu粉、石墨粉等，通過在金屬模中壓粉成形并燒結，從而用于制造通常具有5.0～7.2g/cm3密度的燒結機部件等。在這樣的機構部件制造工藝中，由于經過鋼粉制造工藝，在鋼粉中混合銅粉、石墨粉的工藝、搬運、輸送、成形和燒結等長長的工藝，結果具有使所得燒結體易于產生尺寸偏差的問題，為此在燒結之后多加入一道稱之為精壓的工藝。
但是，由于在鋼粉中添加Cu粉、石墨粉等而制造的燒結體其強度高，在為矯正尺寸的目的而進行精壓后燒結體還有彈性變形回復，所以具有不能得到充份尺寸矯正這樣的缺點。此外，精壓工藝是多出的工序，為降低成本和縮短備貨時間還是以省略為好。
因此，為確保不經精壓而達到同樣的尺寸精度，如同特公昭56-12304所揭示的那樣，提出了規定粉末粒度構成以提高尺寸精度的技術，而特開平3-142342中則提出了根據粉末的形狀予測燒結時的尺寸變化以進行控制的技術等。
另一方面，關于鐵粉的組成對尺寸變化的影響，在特公平3-25481中揭示了通過在含0.1～0.5%(重量)Mn和Si、C等其余為Fe的純鐵粉中添加0.03～0.07%(重量)的硫以減少燒結變形，從而使精壓后尺寸不良率減少的技術。
關于在鐵粉中添加S的效果，除了上述特公平3-25481中的關于燒結變形的效果外，包含在同一公報中的試圖改良切削性的提案是粗略的。
其它在特公昭54-0457、特公昭47-39832、特公昭56-45964和特開昭61-253301中，有試圖通過在鐵粉中添加S以改善切削性的例子，但沒有關于改善尺寸變化穩定性的提案技術。
此外，如同由實際操作面上所見到的那樣，在向鋼粉中添加Cu粉、石墨粉和潤滑劑等并混合后，在為更換容器而進行的移送操作。或者輸送、供入成形裝置系統等操作時，所添加的Cu粉、石墨粉因偏析而易于波動，因此有燒結時尺寸變化大的所謂變動問題。
此外，因燒結時間、燒結溫度等燒結條件的變動而造成的尺寸變化波動問題的解決方法，在上述特公平3-25481所包括的現有技術當中沒有敘述。
此外，在上述情況之外，粉末冶金制品由其用途大多要求耐磨損性，此時，添加Cr成為常規手段。但是由于含Cr鋼因燒結硬化大而使切削性劣化，所以要求添加Cr的燒結體提高切削性。
在特開昭61-253301中揭示了一種合金鋼粉末。該特許是在將二次鐵鱗等氧化鐵用粉焦還原劑還原得到的粉末中，按照終還原后合金元素所期望的含量，混合進予合金化的水噴霧母合金粉末，經調整后將該混合粉末在還原氣氛中終還原。由于該合金鋼粉末經歷了復雜的制造工藝，所以成本變得非常高。另外實施例中所示出的壓縮性等粉末的基本性能不是十分實用化。
本發明鑒于上述現有技術的缺點，以提供切削性優良的霧化鋼粉和燒結鋼作為目的。特別是以提供除切削性外尺寸精度和耐磨損性優良的霧化鈉粉及其燒結鋼作為目的。
本發明是一種切削性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該霧化鋼粉的組成為S0.005～0.3%(重量)，Cr0.03～不足0.1%(重量)，Mn0.03～0.5%(重量)以及O小于0.3%(重量)，其余為Fe和不可避免的雜質。
一種切削性和尺寸精度優良的霧化鋼粉，其特征在于，該霧化鋼粉的組成為S0.005～0.3%(重量)，Cr0.03～不足0.1%(重量)，Mn0.03～0.5%(重量)以及O小于0.3%(重量)，其余為Fe和不可避免的雜質。
一種切削性和耐磨損性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該霧化鋼粉的組成為S0.005～0.12%(重量)，Cr0.03～不足0.1%(重量)，Mn0.03～0.5%(重量)以及O小于0.3%(重量)，其余為Fe和不可避免的雜質。
一種切削性、尺寸精度和耐磨損性優良的噴霧燒結鋼，其特征在于，在以上記載的任一種霧化鋼粉中還含有C0.4～1.5%(重量)，將其成形并燒結。
關于其它的方法，由本發明的說明書和權利要求便可明了。
通過將本發明基本成份的S、Cr和Mn各成分限定在適宜的范圍內，提供了切削性、尺寸精度和耐磨損性優良的霧化鋼粉及其燒結鋼。
以下說明切削性優良的霧化鋼粉及其燒結鋼。
與近年來燒結部件性能的高度化相對應，作為鋼粉基本性能的壓縮性，例如用5t/cm2的成形壓力確保6.85g/cm3以上的壓縮密度是通用鋼粉工業的水準，與鋼粉的開發相應，滿足以上條件是最低的條件。最近，在為獲得高強度而良好使用的鋼粉制造法即合金元素擴散附著法中，對所提供的基體鋼粉要求更高的壓縮性。
另外鋼粉制造工藝的組成必須以盡量簡易的方式達到穩定。從而如果是霧化鋼粉，則將其與還原粉末混合這樣的復雜不穩定的制造方法必須避免。
本發明人以這樣的前提為基礎，為了開發切削性優良的鋼粉，著眼于含Cr0.03%(重量)以上的含Cr、Mn、S的霧化鋼粉及其燒結鋼，并銳意加以研究。結果發現通過將Mn定在0.03%(重量)以上0.5%(重量)以下，并且Cr、Mn、S共存，則石墨在氣孔中殘留0.05%(重量)以上，其尺寸平均為10μm以上。而由于氣孔中殘留的石墨平均尺寸在10μm以上，所以一旦該量超過0.05%(重量)，同時MnS在鐵粒子內析出，則切削性顯示出飛躍的增加。
過去在熔制材領域中，為提高切削性，加大MnS等快切削性的夾雜物是必要的，這點已是公知。但是，使用現有的粉末冶金技術，則在由含Mn和S的予合金鋼粉燒結得到的燒結鋼中，析出的MnS小于5μm，平均如1μm程度那樣小，難以使切削性有特別的提高。此外，添加的石墨在燒結中完全向鐵粒子中擴散完畢，幾乎一點也不殘留在燒結體的氣孔中。
本發明中承擔快速切削性的主要夾雜物是殘留石墨和MnS，特別是殘留石墨的作用大。本發明殘留石墨的尺寸平均是10μm以上，為MnS尺寸的10倍以上。這樣的殘留石墨含量在0.05%(重量)以上時，對提高切削性是非常有效的。雖然MnS幾乎不析出，但例如當Mn不足0.03%(重量)時，則切削性的提高較小，通過MnS和0.05%(重量)以上殘留石墨相乘的效果，則可得到切削性優良的燒結鋼。
此外在含有本發明范圍的Cr、Mn、S的霧化鋼粉中，如再用適量的Ni、Mo、Nb、V、Si、Al同時作為予合金，則在使Ni、Mo、Cu擴散附著的鋼粉中，在不降低強度的情況下呈現出切削性的提高。
本發明提出的具有氣孔中殘留石墨構造的燒結鋼被獲得，通過燒結中Cr和S的協調作用，C向γ粒內的擴散(滲碳)被部份抑制，在燒結后的氣孔中，平均10μm以上的大粒石墨是按照殘留的形式存在。另外，由于在霧化中作為予合金添加的Mn和S同時形成MnS，所以得到在鐵粉粒子內和粒子間界處直徑5μm內存在MnS的組織。
以下敘述切削性優良的鋼粉和燒結體的成份限定理由。
此外，敘述將本發明鋼粉限定為用Cr和S作予合金的鋼粉的理由。
由于本發明鋼粉中通過Cr和S的協調結果使石墨殘留在燒結體中的氣孔內，所以如果Cr和S在粉末中不是均勻分布，則石墨就不能在燒結體中均勻分布，從而使切削性降低。
S0.005～0.3%(重量)因為S通過與Cr的協調作用抑制C向r粒內的擴散，以形成燒結后氣孔內殘留石墨的燒結鋼組織，所以是作為生成MnS的S源而添加。將S含量的下限值定作0.005%(重量)的理由如下述。由于S和Mn的結合力強，所以不足0.005%(重量)時幾乎全部的S都與Mn反應作為MnS析出。另一方面要通過Cr與S的協調作用防止C向鐵粉粒子內擴散，使C在粒子間界和氣孔內作為石墨殘留。從而當S含量不足0.005%(重量)時，就沒有防止該C向鐵粉粒子中擴散的效果，幾乎所有的碳向粒子內擴散完畢，而向粒間界和氣孔的石墨殘留量變少，使被切削性不能提高。S含量限定在0.3%(重量)以下的理由是在添加量超過0.3%(重量)的情況下，燒結中易產生煤灰，擔心損壞燒結爐。
此外，在添加量超過0.3%(重量)的場合，壓縮性降低，C向鋼粉粒子內的擴散量變少，鐵素體單相增加，使強度降低。
Cr0.03～0.3%(重量)含Cr是為了通過Cr與S協調作用抑制C向γ粒內的擴散，燒結后形成在氣孔中殘留石墨的燒結鋼組織。將Cr含量限定在0.03%(重量)以上0.3%(重量)以下的理由是在不足0.03%(重量)時，殘留石墨量變得不足0.05%(重量)，從而使切削性降低。若超過0.3%(重量)則因Cr的固溶效果而使切削性降低。
Mn0.03～0.5%(重量)Mn作為形成MnS的Mn源而被添加。Mn含量定為0.03%(重量)以上0.5%(重量)以下。Mn不足0.03%(重量)時因MnS析出少而不能得到滿意的切削性。若超過0.5%(重量)則石墨殘留量變少，使切削性降低。Mn因在霧化、在終還原期間形成MnS而被消耗。Mn多的場合下，與為使石墨殘留的有效的Cr與S的組合相對照，S的量變少由于在燒結中進行滲碳，石墨的殘留量變少。此外壓縮性變差。
O0.3%(重量)以下粉末的O量限定在0.3%(重量)以下。若超過0.3%(重量)，則燒結中添加的石墨作為C減少的部份增多，結果殘留的石墨變少。此外，粉末中的Si、Al在未析出MnS的位點成為以SiO2、Al2O3單獨存在于燒結體中的狀態，使切削性降低。
Si和Al作為予合金成分添加的目的是它們與Cr、S同樣，具有防止C向γ粒子內擴散滲碳的效果，并且有使MnS由熔鋼析出時成為析出位點的SiO2、AlO3析出的效果。
Si，Al0.1%(重量)以下Si，Al定作0.1%(重量)以下，若超過0.1%(重量)則SiO2、Al2O3變得過多，使切削性急劇降低。另外因在Si、Al添加量少的場合其添加效果小，所以Si、Al的添加量分別為0.01%(重量)～0.03%(重量)為佳。
作為予合金成份添加Ni、Mo、Nb、V的目的是它們與通常的合金鋼粉相同可提高淬透性，另外通過析出效果得到所希望的強度。通過將加入Cr、S的Ni、Mo進行予合金霧化，使殘留的石墨尺寸變大，結果因燒結鋼硬度上升造成的切削性降低減小。
Ni，Mo4.0%(重量)以下將Ni添加量定作4%(重量)以下，Mo添加量也定作4%(重量)以下，若分別超過4%(重量)則因固熔硬化而使切削性劣化。較佳是分別在2%(重量)以下。在此2%(重量)以下的范圍內，殘留石墨尺寸平均為30μm以上，使用Ni、Mo固熔硬化造成的切削性降低成為最小。
Nb0.05%(重量)以下V0.5%(重量)以下Nb的添加量定作0.05%(重量)以下，V定作0.5%(重量)以下，若分別超過0.05%(重量)、0.5%(重量)，則因所生成的碳化物或析出強化的原因使切削性降低。較佳的范圍分別是0.01%～0.03%(重量)、0.1%～0.4%(重量)。
作為擴散合金成份添加Ni、Mo、Cu的目的是與通常的合金鋼粉同樣，得到所希望的強度。所希望使用的例如是作為Ni源、Mo源、Cu源的Ni粉、Mo粉或MoO3粉、Cu粉。Ni、Mo、Cu的添加量分別定作5%(重量)以下，3%(重量)以下，5%(重量)以下。若分別超過5%(重量)、3%(重量)、5%(重量)則因其固溶硬化而使切削性降低。較佳分別是4%(重量)以下、2%(重量)以下、2%(重量)以下。在該范圍內特別能使Ni、Mo、Cu擴散附著，雖然理由不明，但殘留石墨的尺寸變大至30μm的程度，可將因固溶硬化造成的切削性降低變為最小。
石墨0.4～1.5%(重量)添加石墨的目的是固溶在通常目的鋼中得到所希望的強度，而在本發明中是作為殘留在氣孔中的石墨源。將所添加的石墨量定作0.4%(重量)至1.5%(重量)，不足0.4%(重量)時強度變低，若超過1.5%(重量)則析出先共析滲碳體使切削性降低。因此較佳是定作0.6～1.2%(重量)，如果在此范圍內再加上特別適宜的Cr、Mn、S范圍，則燒結鋼中的石墨尺寸平均變為10μm以上，使切削性提高。
也就是說，如果將本發明的鋼粉以通常的Fe-C系、Fe-Cu-C系燒結，則得到在MnS和氣孔部位內含有殘留石墨的切削性優良的燒結鋼。
上述特公平4-72905所述的幾乎不含氣孔的燒結鍛造鋼是用S改善切削性的，與本發明的通過在MnS和氣孔部位內存在殘留石墨，使含氣孔燒結鋼的切削性提高的技術完全不同。
此外，與特公平4-72905所述燒結鍛造鋼含C為0.4%(重量)相對照，本發明中為生成殘留石墨，通過基體固熔硬化得到強度，同時為了確保固溶于基體中的碳，所添加的石墨量不多于0.4～1.5%(重量)。
如上所述，殘留石墨和MnS的粒子尺寸擔負著使切削性加大的效果。在本發明所得到的鋼粉中當殘留石墨在0.05%(重量)以上時，由于其尺寸平均為10μm以上，MnS尺寸為1μm的程度，所以切削性優良。
以下說明通過將S、Cr、Mn各成份限定在適宜范圍的切削性和尺寸精度優良的霧化鋼粉和燒結鋼。
本發明人為達到上述目的，就添加元素對燒結時尺寸變化的變動的影響進行了廣泛研究，結果通過復合添加Cr、Mn和S并控制O量，得出了尺寸變化的變動顯著減低并且切削性優良的霧化鋼粉及其燒結鋼。
亦即是這樣一種霧化鋼粉，其特征是，S含量0.005～0.3%(重量)，Cr含量0.03～不足0.1%(重量)，Mn含量0.03～0.5%(重量)，O含量0.3%(重量)以下，其余為Fe和不可避免的雜質，按必要還可含選自以下組中的1種以上的鐵粉Ni含量4.0%以下(重量)，Mo含量4.0%(重量)以下，Nb含量0.05%(重量)以下，V含量0.5%(重量)以下，Si含量0.1%(重量)以下，Al含量0.1%(重量)以下。另外，也可在該霧化鋼粉中混合Ni源量5.0%(重量)以下、Mo源量3.0%(重量)以下和Cu源量5.0%(重量)以下當中的1種以上的粉體，再進行熱處理使之擴散附著。
以下敘述在鋼粉和燒結鋼的適宜范圍內對S、Cr和Mn各成份的限定范圍。
S0.005～0.3%(重量)含S的目的是通過Cr和S的復合作用抑制C向γ粒子內的擴散，燒結后形成氣孔中殘留石墨的燒結鋼組織。S含量限定在0.005%(重量)以上的理由是不足0.005%(重量)時C向鐵粉粒子全部擴散完畢，粒子間界氣孔內石墨析出量少，因不能得到上述的潤滑作用使切削性惡化，尺寸精度也惡化。限定在0.3%(重量)以下的理由是在添加量超過0.3%(重量)的場合，壓縮性降低，C向鐵粉粒子中的擴散量變少，鐵素體單相增加，強度降低。如將硫量規定為0.05～0.15%(重量)，則燒結時的尺寸變化更加穩定，得到優良的切削性。
Cr0.03～不足0.1%(重量)含Cr的目的是通過與S的復合作用抑制C向γ粒子內的擴散，使燒結后形成氣孔內殘留石墨的燒結鋼組織。將Cr含量限定在0.03%(重量)以上不足0.1%(重量)的理由是如表2中比較例所示，Cr含量不足0.03%(重量)時，尺寸精度變劣，另一方面，在0.1%(重量)以上時尺寸精度降低。Cr含量的較佳范圍是0.06～0.09%(重量)。在該范圍內，燒結時的尺寸變化更加穩定，得到優良有切削性。
Mn0.03～0.5%(重量)因為Mn作為MnS的Mn源添加，又由于僅影響切削性而不影響尺寸精度，所以適宜范圍與前述相同為0.03～0.5%(重量)。
上述以外的其它成分的適宜范圍及其限定理由為以前所敘述的那樣。
通過在霧化鋼粉中含Cr和S得到兩個效果(1)燒結時的尺寸變化穩定，(2)在與MnS共存的場合，石墨在燒結鋼的氣孔中或粒子間界殘留或析出，可使切削性提高。
首先，關于尺寸變化的穩定化效果，本發明人對所進行的種種試驗結果加以考查，認為Cr和游離S的存在有以下兩個作用。第一個作用是，若鐵粉中Cr和游離S共存，則由于燒結時由添加的石墨的C向鐵粉粒子中的擴散被抑制，使得添加的石墨量變化時向鐵粉中擴散的C量也保持一定。作為決定燒結中尺寸變化的因素，即燒結中伴隨向γ粒子C擴散而發生的C膨脹，以及Fe-Cu-C體系中C向鐵粒子粒間的滲透程度(所謂Cu膨脹)，對于γ粒子的C固溶量的依存是重要的。因而在本發明粉體的燒結中，Fe-C體系中的C膨脹，包括Fe-Cu-C體系中的Cu膨脹量和C膨脹量，相對于添加石墨量的波動而言可能是小的。
第二個作用是，若鐵粉中存在Cr和游離S，則已經知道的是燒結時即使燒結時間變動也使尺寸的變動受到抑制，據認為這是因為抑制了伴隨由鐵粉中脫碳而發生的收縮。
這些作用是燒結時使尺寸變化的變動受到抑制的原因，但其正如在實施例項目中所述的那樣，只有在Cr和游離S共存時才能發揮。僅僅是哪一個單獨元素存在時，即使滿足本發明的組成范圍也不能得到滿意的效果。
這樣，雖然Cr和游離S通過怎樣的原理發揮上述兩個效果詳情不明，但由于僅單個元素不能發揮這些效果，所以認為是相互影響的綜合。
以下說明Cr和游離S改善切削性的效果。在具有氣孔內石墨殘留構造的燒結鋼中，在殘留在氣孔中的石墨與MnS共存的情況下加工時，通過在工具前面上起潤滑材的作用和抑制斷續切削，使切削性大幅度提高。這樣的提高切削性的機構是與過去方案中使用MnS等全然不同的新規律，與MnS單獨存在的情況相比，切削性顯著改善。
為獲得上述成份的鋼粉，用還原鐵粉改變成份組成以提高Cr和S是困難的。此外，在霧化鋼粉的場合，僅僅在單一的純鐵鋼水中添加S也得不到。也就是說要通過以下方法才能達到在轉爐或電爐等中控制脫硫反應，或用積極添加的方式使S含量達到適宜的目標值，并在精煉終了后向鋼水包等中添加Cr(如果不添加通常為0.01%(重量)以下)，使用水霧化法噴霧得到鋼粉，再用干燥或還原退火等后步工序控制氧含量。
以下說明通過對S、Cr和Mn各成分加以適宜限定而得到切削性和耐磨損性優良的霧化鋼粉及具燒結鋼。
本發明人為了在此前提的基礎上開發耐磨損性和切削性優良的鋼粉，著眼于含Cr0.1%(重量)以上的含Cr、Mn、S的霧化鋼粉及其燒結鋼，并銳意加以研究。結果發現，通過將Mn規定在0.03%(重量)以上0.1%(重量)以下并且Cr和Mn、S共存，就能使石墨在氣孔中殘留0.1%(重量)以上，并且其尺寸成為平均10μm以上。而且一旦氣孔中殘留石墨的平均尺寸為10μm以上，其量超過0.05%(重量)以上，同時MnS在鐵粒子內析出，則切削性飛躍增加。
粉末冶金制品與熔制材制品相比具有切削性差的問題，這樣通過添加S或MnS能改善多少，因下述理由看改善還不能滿意。此外粉末冶金制品由其用途看多還要求耐磨損性優良，在此情況下添加Cr成為常規手段，但由于含Cr量多的鋼燒結時硬化大使切削更加劣化，所以提高切削性有更大的必要性。
如上所述特開昭61-253301中揭示了一種合金鋼粉末。為得到這樣的組成，向用粉焦等還原劑將鐵礦石，二價鐵磷等氧化鐵粗還原而得到的粉末中，半予合金化的水噴霧母合金粉末按照使終還原后合金元素量為上述所規定量那樣混合、調整、然后將該混合粉末在還原氣氛中進行母還原;以上步驟是必要的，不采取這種非常復雜且成本高的制造方法不行。在其實施例和比較例中討論了Cr≤0.31%(重量)、Mn≥0.10%(重量)、S≥0.16%(重量)以上的組成，但由實施例得到的壓縮性等粉末基本性能不十分實用化。本發明人在具備耐實用的壓縮性等粉末基本性能上開發耐磨損性優良的鋼粉，對將Cr、Mn、S規定為必要成分的鋼粉銳意加以研究，結果發現若0.1≤Cr≤0.3%(重量)，0.03≤Mn＜0.1%(重量)、0.05≤S≤0.12%(重量)，則可以上述特開昭61-253301所未得知的范圍大大提高切削性。
以下敘述鋼粉和燒結體成分的限定理由。
在本鋼粉中由于通過Cr和S的協調結果使燒結體中石墨殘留在氣孔中，所以如果Cr和S在粉末中不均勻分布，則燒結體中石墨分布不均，使切削性降低。
S0.05～0.12%(重量)添加S的目的是通過和Cr的協調作用抑制C向γ粒子內的擴散，燒結后形成氣孔中殘留石墨的燒結鋼組織，并作為生成MnS的S源。S含量的下限值是作0.05%(重量)的理由如下。因為S和Mn的結合力強，所以不足0.05%(重量)時多數S與Mn反應作為MnS析出。另一方面通過Cr和S的協調作用防止C向鐵粉粒子內擴散，使C以石墨形式殘留在粒子間界或氣孔中。從而當S含量不足0.05%(重量)時，防止該C向鐵粉粒子內擴散的效果變小。向粒子間界氣孔內的石墨殘留量變小則耐磨損性不能提高。
據認為通過Cr的效果和殘留石墨提高自由度特性，使耐磨損性改善。在這樣改善切削性和耐磨損性的過程中，為生成殘留石墨，較佳是將少量的Mn置于適宜的范圍。S含量限定在0.12%(重量)以下的理由是即使添加量超過0.12%(重量)也不能期待提高耐磨性的效果。
Cr0.1～0.3%(重量)含Cr的目的是使耐磨損性提高，通過和S的協調作用抑制C向γ粒子內的擴散，并在燒結后形成氣孔中殘留石墨的燒結鋼組織。Cr含量限定在0.1%(重量)以上0.3%(重量)以下的理由是不足0.1%(重量)則耐磨損性降低。若超過0.3%(重量)則因Cr的固溶效果使切削性急劇下降。
Mn0.03～0.1%(重量)Mn作為形成MnS的Mn源而添加。Mn含量規定為0.03%(重量)以上0.1%(重量)以下。Mn不足0.03%(重量)時MnS析出少，得不到滿意的切削性。超過0.1%(重量)時則石墨殘留量變少、切削性和耐磨損性降低。Mn因在霧化、終還原間形成MnS而消耗。Mn多的場合下，對于使石墨殘留有效的Cr與S的組合而言，S量變少，所以因燒結中進行滲碳而使石墨殘留量變少。
上述以外成分的適宜范圍及其限定理由如同以前所述的那樣。
實施例以下在實施例的基礎上具體說明本發明。
實施例1以下說明與權利要求1和5有關的本發明例和比較例。
表1示出了本發明例和比較例中所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉按以下方法制造將鋼水用水噴霧得到的生粉在氮氣氣氛中于140℃干燥60分鐘后，在純氫氣氣氛中于930℃還原20分鐘，然后粉碎分級。
燒結時的尺寸變化作以下研究向純鐵粉中混入石墨、銅粉，石墨量的水準有兩個，即Fe-2.0%Cu-0.8%Gr(石墨)，和Fe-2.0%Cu-1.0%Gr。將Fe-2.0%Cu-0.8%Gr的燒結尺寸(以壓粉體為基準)和Fe-2.0%Cu-1.0%Gr的燒結尺寸(以壓粉體為基準)兩個比值之差作為波動幅度(A)。此時試料形狀為外徑φ60mm，內徑φ25mm，高10mm的環狀圓柱形，壓粉密度為6.85g/cm3，在1130℃的氮氣氣氛中燒結20分鐘。另外研究按Fe-2.0%Cu-0.8%Gr組成時，燒結時間規定為30分鐘時的燒結尺寸(以壓粉體為基準)，將其與燒結時間20分鐘時的燒結尺寸(以壓粉體為基準)的兩個差的比例差作為波動幅度(B)。
壓縮性的評價是在各鋼粉中添加1%硬脂酸鋅，按照用5t/cm2成形壓力將φ11×10mm的小塊成形時的成形密度來進行。
切削性的評價是用外徑φ60mm高10mm的圓柱形，壓粉密度為6.85g/cm3，在1130℃氮氣氣氛中燒結20分鐘后，用直徑1mm的高速鋼制鉆頭，以10000rpm，0.012mm/rev的條件加工，直到不可能再加工時，將所鉆孔的平均數(三根鉆頭的平均值)作為工具壽命進行評價。
表2集中示出了將表1的霧化鋼粉成形、燒結后的燒結鋼的分析值和工具壽命、拉伸強度、尺寸變化率(A)和(B)的結果。市售純鐵粉的壓粉粉度為6.86g/cm3，將其成形、燒結得到的燒結鋼(Fe-2Cu-Cr)的拉伸強度為42Kgf/mm2，工具壽命為30次。可知如用以S含量0.005～0.3%(重量)，Cr含量0.03～不足0.3%(重量)，Mn含量0.03～0.5%(重量)，其余為Fe和不可避免雜質作為特征的鋼粉，制造以S含量0.005～0.3%(重量)，Cr含量0.03%～不足0.3%(重量)，Mn含量0.03-0.5%(重量)，Cu含量0.5-4.0%(重量)，C0.4-1.5%(重量)，其余為Fe和不可避免雜質作為特征的燒結鋼，則與市售純鐵粉相比能同時滿足10倍以上的工具壽命和47kgf/mm2以上的拉伸強度。此外如表2所表明的那樣，如果是Cr在0.05-不足0.1%(重量)這個適宜范圍內的鋼粉，則顯示出波動幅度(A)在0.1%以下且波動幅度(B)在0.01%以下這樣出色的尺寸精度。
此外，發明例7～8的Cr0.06～0.09%(重量)，S0.05～0.15%(重量)，Mn0.05～0.15%(重量)是適宜范圍，其尺寸穩定性充分滿足波度幅度(A)在0.05%以下，波動幅度(B)在0.005%以下，尺寸穩定性優良，工具壽命也超過600次。比較例1是通常的純鐵粉，其切削性顯著差，另外尺寸變化穩定性也差。比較例2由于S含量不足0.005%(重量)，其切削性、尺寸穩定性差。比較例3因S含量超過0.3%(重量)，顯示出壓縮性低。比較例4因Mn不足0.03%(重量)，看不出切削性有顯著提高。比較例5因Mn超過0.5%(重量)，顯示出壓縮性差。比較例6由于Cr不足0.03%(重量)，顯示出切削性尺寸穩定性差。比較例7因Cr含量在0.1%(重量)以上，其拉伸強度與本發明例是在同一水準，幾乎不增加，成形體的壓粉密度比6.85g/cm3低，但實際上沒有區別。比較例8因O含量超過0.3%(重量)，顯示出壓縮性差。
實施例2本實施例是與權利要求2和6有關的本發明例和比較例。表3示出了在本發明例和比較例中所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉的制造方法是將鋼水用水噴霧得到的生粉在氮氣氣氛中于140℃下干燥60分鐘后，在純氫氣氛中于930℃下還原20分鐘，然后粉碎分級。
壓縮性的評價是在各鋼粉中添加1%硬脂酸鋅，組成(Fe-1.0%ZnSt)，按照用7t/cm2成形壓力將φ11×高10mm的小塊成形時的成形密度來進行。
切削性的評價是在表3所示的粉末中混入石墨粉，硬脂酸鋅成為Fe-0.9%Gr-1.0%ZnSt，制成壓粉密度7.00g/cm3，外徑φ90mm，高10mm的圓柱形，在1130℃氮氣氣氛中燒結20分鐘后進行。燒結后使用直徑φ4mm的高速鉆頭，以10000rpm，0.012mm/rev的條件加工，直到不可能再加工時，將所鉆孔的平均數(三根鉆頭的平均值)作為工具壽命進行評價。
燒結時尺寸變化的評價以實施例1為標準進行。
表3匯總示出了壓粉密度、工具壽命、尺寸變化率的結果。表明如果將滿足權利要求2和6要點的霧化鋼粉配成Fe-0.9%Gr-1.0%ZnSt，在1150℃下并于氮氣氣氛中燒結30分鐘，則顯示出工具有壽命在100次以上、波動幅度(A)0.1%以下。以及波動幅度(B)0.01%以下的良好尺寸精度。
本發明例17、19、21、25和26是含Cr0.06～0.09%(重量)、S0.05～0.15%(重量)、Mn0.05～0.15%(重量)，并且是含Ni2%(重量)以下、Mo2%(重量)以下、Si0.01～0.03%(重量)、Al0.01～0.03%(重量)、V0.1～0.4%(重量)、Nb0.01～0.03%(重量)之中一種或2種上這樣的適宜范圍，尺寸穩定性滿足波動幅度(A)0.05%以下，波動幅度(B)也在0.05%以下，表明尺寸穩定性極為優良，工具壽命也超過300次。
比較例9由于S含量不足0.005%(重量)，顯示出切削性和尺寸穩定性降低。比較例10因S含量超過0.3%(重量)，顯示出壓縮性差。比較例11由于Cr含量不足0.03%(重量)，顯示出切削性，尺寸穩定性均差。比較例12由于Cr含量在0.1%(重量)以上，顯示出壓縮性、尺寸穩定性差。比較例13(含Al)因Mn含量不足0.03%(重量)，看不出含有它使切削性提高等效果，比較例14由于含Mn量超過0.5%(重量)，使壓縮性降低。比較例15、16因Ni、Mo含量分別超過4.0%(重量)，顯示出壓縮性降低。看得出如果Ni、Mo量在0.1%(重量)以上適宜添加，則與不添加各個元素的情況相比強度提高。若將比較例17和發明例13作比較，則看出通過適量添加Nb使壓縮性提高，但一旦超過0.05%(重量)，切削性和壓縮性反倒降低。若將比較例18和發明例19相比較，則看出通過適量添加V使壓縮性提高，但一旦超過0.5%(重量)則切削性和壓縮性降低。將比較例19與發明例26相比較，可看出，通過適量添加Si提高切削性，但若超過0.1%(重量)則壓縮性、切削性反而降低。將比較例20和本發明例27比較，可看出通過添加適量的Al使切削性提高，但若超過0.1%(重量)則切削性降低。
實施例3本實施例是與權利要求3和7有關的本發明例和比較例。
表4示出了本發明例和比較例中所用粉體的化學組成。這些鋼粉是將鋼水用水噴霧所得到的生粉在氮氣氣氛中140℃下干燥60分鐘后，在純氫氣氛930℃下還原20分鐘，然后粉碎分級，制造出大體上由S、Cr、Mn其余為Fe和不可避免的雜質所組成的原料粉，接著在該原料粉中用V型混合機按所規定的量混入Ni粉、MoO3粉、Cu粉。為得到部份擴散粉，將該混合粉末在氨氣氣氛中900℃下加熱30分鐘，緩冷后粉碎分級，結果得到如表4所示化學組成的粉末。
壓縮性和切削性的評價采用與實施例2同樣的方法進行。
燒結時的尺寸變化也采用與實施例2同樣的方法來評價。
表4匯總示出了壓粉密度、工具壽命和尺寸變化率的結果。如果將滿足權利要求3和7要點的霧化鋼粉配成Fe-0.9%Gr-1.0%ZnSt于1150℃下并將其在氮氣氣氛中燒結30分鐘，則顯示了本發明例的工具壽命為100次以上，波動幅度(A)為0.10%以下，且波動幅度(B)為0.01%以下這樣的良好尺寸精度。
本發明例29、35、36是在含Cr0.06～0.09%(重量)、含S0.05～0.15%(重量)、含Mn0.05～0.15%(重量)的鋼粉中混合1種以上的Ni源4%(重量)以下，Mo源2%(重量)以下，Cu源2%(重量)以下，經熱處理擴散附著的范圍適宜的合金鋼粉，尺寸穩定性滿足波動幅度(A)為0.05%以下，且波動幅度(B)也為0.005%以下，表明其尺寸穩定性極為優良，工具壽命也超過300次。
比較例21由于S含量不足0.005%(重量)，顯示出切削性和尺寸穩定性降低。比較例22因S含量超過0.3%(重量)，顯示出壓縮性差。比較例23由于Cr含量不足0.03%(重量)，顯示出切削性、尺寸穩定性者差。比較例24因Cr含量在0.1%(重量)以上，顯示出壓縮性、切削性和尺寸穩定性差。比較例25因Mn含量超過0.5%(重量)，顯示出壓縮性差。此外在Mn含量不足0.03%(重量)時，看不出涉及壓縮性、切削性和尺寸精度的效果。比較例26、27、28因Ni源量、Mo源量、Cu源量分別超過5.0、3.0、5.0%(重量)，顯示出切削性降低。如果Ni源量、Mo源量按較佳值0.1%(重量)以上，Cu源量按較佳值0.5%(重量)以上添加，則與不添加各元素相比較看得出強度的提高。
實施例4本實施例是權利要求4和8的本發明例和比較例。表5和表6示出了在發明例和比較例中所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉是將鋼水用水噴霧得到的生粉在氮氣氣氛中于140℃干燥60分鐘后，在純氫氣氛中930℃下還原20分鐘，然后粉碎分級，制造出如表5原料粉部份所示的大體由合金成分和其余為鐵與不可避免雜質組成的原料粉。接著用V型混合機將Ni粉、Mo粉、Cu粉按規定量混合進原料粉中。為得到部份擴散粉將該混合粉末在氨氣的分解氣氛中，于900℃下加熱30分鐘并緩冷后粉碎分級，結果得到具有如表5和6所示化學組成的粉末。
壓縮性、切削性和尺寸穩定性的評價的實施例2為準。
表5和6表示出了壓粉密度、工具壽命和燒結尺寸變化的結果。如果將滿足權利要求4和8要點的霧化鋼粉配成Fe-0.9%Gr-1.0%ZnSt，并在氮氣氣氛中1150℃下燒結30分鐘，則顯示出工具壽命為100次以上，波動幅度(A)在0.10%以下，并且波動幅度(B)為0.01%以下這樣的良好尺寸精度。發明例42、43、46是在含Cr0.06～0.09%(重量)、S0.05～0.15%(重量)和Mn0.05～0.15%(重量)，并含1種以上Ni2.0%(重量)以下、Mo2.0%(重量)以下、Si0.01～0.03%(重量)、Al0.01～0.03%(重量)、V0.01～0.4%(重量)、Nb0.01～0.03%(重量)的予合金鋼粉中，混合1種以上Ni粉4%(重量)以下、Mo粉2.0%(重量)以下、Cu粉2.0%(重量)以下，經熱處理使其擴散附著的范圍適宜的合金鋼粉，其尺寸穩定性滿足波動幅度(A)為0.05%以下，波動幅度(B)也在0.005%以下，表明其尺寸穩定性極其優良，工具壽命也超過300次。
比較例29由于S含量不足0.005%(重量)，顯示出尺寸穩定性降低。比較例30因S含量超過0.3%(重量)，顯示出壓縮性差。比較例31因Cr含量不足0.03%(重量)，顯示出切削性、尺寸穩定性差。比較例32因Cr含量在0.1%(以上)，顯示出壓縮性、尺寸穩定性差。比較例33因Mn含量超過0.5%(重量)，顯示出壓縮性差。此外Mn含量不足0.03%(重量)時看不出切削性的提高。比較例34、35由于原料粉加入的Ni量、Mo量分別超過4.0%(重量)，顯示出壓縮性、切削性降低。此外原料粉加入的Ni量、Mo量不足0.1%的情況與不添加各元素的情況相比看不出強度的提高，由合金成本的觀點看也不實用。若將比較例36與發明例40比較，則看出通過添加Nb使壓縮性、切削性提高，但一旦超過0.05%(重量)則壓縮性、切削性反倒降低。將比較例37和發明例41相比較，看出通過添加V使壓縮性提高，但若超過0.5%(重量)則切削和壓縮性降低。將比較例38和發明例46作比較，看出通過添加Si一般使切削性提高，但一旦超過0.1%(重量)則切削性反倒降低。將比較例39與發明例42作比較，看出通過添加Al一般使切削性提高，但若超過0.1%(重量)則切削性反而降低。根據比較例40、41、42可知，若作為擴散附著源的Ni量、Mo量、Cu量分別超過5.0%(重量)、3.0%(重量)、5.0%(重量)，則切削性降低。此外如果作為擴散附著源的Ni量、Mo量按較佳值0.1%(重量)以上、Cu量按0.5%(重量)以上添加，則看出與不添加各元素的情況相比強度提高。
實施例5本實施例是與權利要求1～8相對應的權利要求13和14的本發明例和比較例。在表7所示組成的鋼粉中配入石墨和1.0%(重量)硬脂酸鋅并混合后，經成形工藝使壓粉密度為6.85g/cm3，于1130℃氮氣氣氛中燒結20分鐘。表7匯總示出了工具壽命和尺寸穩定性。工具壽命、尺寸穩定性評價采用與實施例1和2同樣的方法進行。
殘留石墨量是用玻璃過濾器將硝酸溶解殘渣過濾，用紅外線吸收法定量化。
此外，用電子控針X射線顯微分析儀(以下稱為EPMA)對Mn、S實施全面分析。通過該兩個元素同時輸出確認Mn、S的析出。
發明例47～50顯示出燒結鋼的含C量是0.4～0.15%(重量)的場合，具有300次以上的工具壽命和波動幅度(B)不足0.01%的優良尺寸穩定性。由比較例43得知燒結鋼含C量不足0.4%(重量)時尺寸穩定性差，由比較例44看出燒結鋼含量C量超過1.5%(重量)則切削性差。
本發明例中殘留石墨為0.05%(重量)以上，經過EPMA進行C變換，結果發現石墨在氣孔部分內集中殘留，MmS在整個組織內析出。對拉伸片進行斷面觀察，通過能量分散X射線分光鏡確認Mn和S，對50個含該Mn和S的夾雜的尺寸進行測定，在測定位置全部為5μm以下。
據此可知，如果是具備本發明要點的各發明例的鋼粉，則可以容易地得到具有氣孔內殘留石墨，鐵粒子內和粒子間界5μm以內存在MnS這樣的組織的，切削性、尺寸穩定性和強度優良的燒結鋼。
實施例6本實施例是與權利要求9有關的本發明例和比較例。
表8示出了本發明例和比較例中所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉的制造方法是將鋼水用水噴霧。所得生粉在氮氣氣氛中140℃下干燥60分鐘，用純氫氣氛930℃還原20分鐘，然后粉碎分級。
在所得各鋼粉中添加1%硬脂酸鋅，以成形壓力5t/cm2成形為φ11×10mm的小塊，此時的壓粉密度示于表8。表明本發明例所用鋼粉的壓粉密度全部為6.85g/cm3以上。
在這些鋼粉中混合銅粉2%(重量)、硬脂酸鋅1%(重量)，以及表8所示量的天然石墨，再成形為外徑φ60高10mm的圓片形，其壓粉密度為6.85g/cm3，再在1130℃的氮氣氣氛下燒結20分鐘。
切削性的評價采用與實施例1同樣的方法進行。
耐磨損性通過大越式實驗法評價。采用10小時試驗后磨損量的測定值作為耐磨損性指標。
表8匯總了切削性試驗和耐磨試驗的結果。在將滿足本發明權利要求9的本發明例51-57的鋼粉進行燒結的場合，磨損量與含Cr量少的比較例45的12～18μm相比要小。并且能確保工具壽命600次以上，燒結后既未發現產生煤灰，又不污染爐子。
與此相對應的含Cr量低的比較例45雖然是在本發明的范圍內(權利要求1)，但因為是在兼顧耐磨性和切削性的適宜范圍(權利要求9)之外，所以耐磨損性差。此外，比較例48和49雖然是在本發明的范圍內(權利要求1)，但由于是在耐磨性和切削性二者兼顧的適宜范圍之外(錳含量高，S含量低)，所以工具壽命比實施例51-58的差些。含氧量高的比較例51切削性差，而高含S量的比較例50在燒結后發現有煤灰產生。
高Cr含量的比較例46、低Mn含量的比較例47切削性差。
殘留石墨量采用與實施例5同樣的方法定量化。在含Cr和Mn、S的合金粉末中，殘留石墨為0.1%(重量)以上且平均尺寸為10μm以上的場合下切削性優良。在任何情況下MnS的尺寸為3μm以下則認為是小的。此外，不生成MnS的低Mn含量比較例47切削性差，可知燒結鋼中存在MnS對于良好的切削性而言也是必要的。
通過EPMA進行C變換，結果發現石墨集中殘留在氣孔部份內。
與此相對照的是，在石墨添加量低的比較例52中，殘留石墨量不足0.05%(重量)，用EPMA進行C變換不能確認出氣孔部份中殘留的石墨，其切削性差。
實施例7本實施例是與權利要求10有關的本發明例與比較例。
表9示出了本發明例和比較例中所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉的制造方法如下將鋼水用水噴霧得到的生粉在氮氣氣氛中140℃下干燥60分鐘后，在純氫氣氛中930℃下還原20分鐘，然后粉碎分級。采用與實施例6同樣的方法對所得鋼粉進行壓縮性評價、但本發明例中所用鋼粉全部采用5t/cm2的成形壓力，顯示出6.85g/cm3以上的壓粉密度。
向這些鋼粉中混合1%(重量)的硬脂酸鋅和表10所示量的石墨，成形為外徑φ60高10mm的圓片形，其壓粉密度為6.85g/cm3，再于1130℃氮氣氣氛中燒結20分鐘。
切削性和耐磨性評價分別采用與實施例2和實施例6相同的方法。
表10匯總示出了切削性試驗和耐磨損性試驗的結果。在將滿足本發明權利要求10的本發明例59～68的鋼粉進行燒結的場合，磨損量與含Cr量少的比較例54的10～15μm相比格外小。此外能將工具壽命確保在320次以上。再有，燒結后既未發現產生煤灰，也沒有污染爐子。
與此相反的是，雖然低Cr含量的比較例54是在本發明的范圍內(權利要求2)，但因為是在耐磨性和切削性二者兼顧的范圍之外，所以耐磨性差。此外，雖然比較例57和58是在本發明的范圍內(權利要求2)，但由于是在耐磨損性和切削性兩者兼顧的適宜范圍(權利要求10)之外含高Mn、低S，所以工具壽命與本發明例59～68相比差一些。
高氧含量的比較例60切削性差。
高Cr含量的比較例55，低Mn含量的比較例56切削性差。
高S含量的比較例59燒結后發現產生煤灰。Ni、Mo、Nb、V、Si、Al含量超出權利要求10范圍的比較例61～66切削性差。
殘留石墨量采用與實施例5同樣的方法定量化。本發明例59～68因殘留石墨全部是在0.1%(重量)以上，且其平均尺寸為10μm以上，所以切削性優良。通過EPMAC變換，結果表時石墨集中殘留在氣孔部位內。
與此相對照的是在高氧含量的比較例60，石墨添加量低的比較例67中，殘留石墨量為不足0.10%(重量)，用EPMA作C變換不能確認也在氣孔部位內殘留的石墨，其切削性差。
此外在予合金中的Ni、Mo為2.0%(重量)以下適宜范圍的場合，再有在作為擴散附著成分的Ni、Mo、Cu各為4、2、2%(重量)的場合，可知殘留石墨的尺寸成為30μm以上，因固溶硬化等造成的切削性降低少。
實施例8本實施例是與權利要求11有關的本發明例和比較例。
表11示出了本發明例和比較例中所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉是將鋼水用水噴霧得到的生粉在氮氣氣氛下以140℃干燥60分鐘后，在純氫氣氛中以930℃還原20分鐘，然后粉碎分級，制造也大體由S、Cr、Mn、其余部份為Fe和不可避免雜質組成的原料粉。接著用V型混合機將Ni粉、Mo粉、Cu粉按規定量混入該原料份。為得到部份擴散粉，將該混合粉末在氨分解氣氛的氣體中于900℃加熱30分鐘并緩冷，然后粉碎分級，得到具有表11所示化學組成的粉末。
在鋼粉中混合1%(重量)的硬脂酸鋅，以及表11所示量的石墨，成形為外徑φ60高10mm的圓片形，其壓粉密度為6.85g/cm3，再在1130℃氮氣氣氛中燒結20分鐘。
切削性和耐磨損性的評價采用與實施例7同樣的方法進行。
表11匯總了被切削性試驗和耐磨損試驗的結果。在將滿足本發明權利要求11的本發明例69～76的鋼粉進行燒結的場合，磨損量與含Cr量少的比較例69的10～14μm相比特別小。再有能確保工具壽命為190次以上。此外燒結后既未發現產生煤灰，也不污染爐子。
與此相對照的是，低Cr含量的比較例69雖然是在本發明的范圍內，(權利要求3)，但因為是在耐磨性和切削性二者兼顧的范圍(權利要求11)之外，所以耐磨性差。比較例72和73雖然是在本發明的范圍內(權利要求3)，但與耐磨性和切削性二者兼顧的范圍(權利要求11)相比為高Mn、低S，所以比本發明例69～76切削性差一些。高氧含量的比較例75切削性差。
高S含量的比較例74燒結后發現有煤灰產生。高Cr含量的比較例70，低Mn含量的比較例71切削性差。作為擴散附著物源的Ni、Mo、Cu量超過本發明權利要求11范圍的比較例76-78切削性差。殘留的石墨量用與實施例5的相同方法定量化，69-76殘留石墨量全都為0.10%(重量)以上，其平均尺寸為10μm以上，所以切削性優良。通過EPMA進行C變換，結果表明石墨集中殘留在氣孔部位中。
與此相對照的是，在石墨添加量低的比較例79中，殘留石墨量不足0.1%(重量)，通過EPMA的C變換不能確認出氣孔部位內殘留的石墨，其切削性差。
此外，在予合金中的Ni、Mo為2%(重量)以下適宜范圍的場合，并且在擴散附著成分Ni、Mo、Cu各為4、2、2%(重量)以下的場合，可知殘留石墨的尺寸成為30μm以上，因固溶硬化造成的切削性降低少。
實施例9本實施例是與權利要求12有關的本發明例和比較例。
表12示出了本發明例和比較例所用鋼粉的化學組成。這些鋼粉是將鋼水用水噴霧得到的生粉在氮氣氣氛中140℃下干燥60分鐘后，在純氫氣氛中930℃下還原20分鐘，然后粉碎分級，制造出大體上由S、Cr、Mn、Ni、Mo、Nb、V、Si、Al、其余為Fe和不可避免雜質所組成的原料粉。接著用V型混合機按規定量將Ni粉、Mo粉、Cu粉混合進該原料。為得到部份擴散合金粉，將該混合粉末在氨分解氣氛氣體中900℃下加熱30分鐘并緩冷后粉碎分級，得到表12所示化學組成的粉末。
在鋼粉中混合1%(重量)的硬脂酸鋅和表12所示量的石墨，成形為外徑φ60高10mm的圓片形，其壓粉密度為6.85g/cm3，再在1130℃氮氣氣氛中燒結20分鐘。
對切削性和耐磨損性的評價采用與實施例7同樣的方法。
表13匯總了切削性試驗和耐磨損性試驗的結果。將滿足權利要求12的本發明例77～86的鋼粉進行燒結的場合，磨損量與含Cr量少的比較例81的11～14μm相比特別小。再有能確保工具壽命在190次以上。此外燒結后既未發現產生煤灰，又不污染爐子。
與此相對照的是，低Cr含量的比較例81雖然是在本發明的范圍內(權利要求4)，但因為是在耐磨損性和切削性二者兼顧的范圍(權利要求12)之外，所以耐磨損性差。比較例84和85雖然是在本發明的范圍內(權利要求4)，但因為與耐磨損性和切削性二者兼顧的范圍(權利要求12)相比為高Mn、低S，所以比本發明例77～86的切削性差一些。高氧含量的比較例87切削性差。
高S含量的比較例86在燒結后發現有煤灰產生。高Cr含量的比例82、低Mn含量的比較例83切削性差。原料粉的Ni、Mo、Nb、V、Si、Al含量，作為擴散附著物源的Ni、Mo、Cu量超過權利要求12范圍的比較例81～93和96～98切削性差。
殘留石墨量采用與實施例5同樣的方法定量化。由于本發明例77～86的殘留石墨量全部為0.10%(重量)以上、且其平均尺寸在10μm以上，所以切削性優良。通過EPMAC變換，結果表明石墨集中殘留在氣孔部位中。與此相對照的是，在石墨添加量低的比較例94中，殘留石墨量不足0.1%(重量)，通過EPMA和C變換不能確認出氣孔部位中殘留的石墨，其切削性差。
此外在予合金中的Ni、Mo為2%(重量)以下的適宜場合，并且擴散附著成分Ni、Mo、Cu各為4、2、2%(重量)以下的場合，可知殘留石墨的尺寸成為30μm以上，因固溶硬化等造成的切削性降低少。
按照本發明可制造出切削性、尺寸精度和耐磨損性優良的霧化鋼粉和燒結鋼。
權利要求
1.一種切削性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉的組成為S0.005～0.3%(重量)、Cr0.03～0.3%(重量)、Mn0.03～0.5%(重量)，以及O0.3%(重量)以下，其余為Fe和不可避免的雜質。
2.權利要求1所述的切性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉還含有選自由Ni4.0%(重量)以下、Mo4.0%(重量)以下、Nb0.05%(重量)以下、V0.5%(重量)以下、Si0.1%(重量)以下和Al0.1%(重量)以下所構成的組中的1種以上。
3.權利要求1所述的切削性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉是在所述鋼粉中混合選自由Ni源5.0%(重量)以下、Mo源3.0%(重量)以下和Cu源5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，并經熱處理擴散附著的合金鋼粉，該合金鋼粉的最終組成為S0.005～0.3%(重量)、Cr0.03～0.3%(重量)、Mn0.03～0.5%(重量)、O0.3%(重量)以下，以及選自由Ni5.0%(重量)以下、Mo3.0%(重量)以下和Cu5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，其余為Fe和不可避免的雜質。
4.權利要求2所述的切削性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉是在所述鋼粉中混合選自由Ni源5.0%(重量)以下、Mo源3.0%(重量)以下和Cu源5.0%(重量)所構成組中的1種以上，并經熱處理的散附著的合金鋼粉，該合金鋼粉的最終組成為S0.005～0.3%(重量)、Cr0.03～0.3%(重量)、Mn0.03～0.5%(重量)、O0.3%(重量)以下、選自由Ni9.0%(重量)以下、Mo7.0%(重量)以下、Cu5.0%(重量)以下，以及選自由Nb0.05%(重量)以下，V0.5%(重量)以下，Si0.1%(重量)以下和Al0.1%(重量)以下所構成組中的1種以上，其余為Fe和不可避免的雜質。
5.一種切削性和尺寸精度優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉的組成為S0.005～0.3%(重量)、Cr0.03～不足0.1%(重量)、Mn0.03～0.5%(重量)和O0.30%(重量)以下、其余為Fe和不可避免的雜質。
6.權利要求5所述的切削性和尺寸精度優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉還含有選自由Ni4.0%(重量)以下、Mo4.0%(重量)以下、Nb0.05%(重量)以下、V0.5%(重量)以下、Si0.1%(重量)以下和Al0.1%(重量)以下所構成組中的1種以上。
7.權利要求5所述的切削性和尺寸精度優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉是在所述鋼粉中混合選自由Ni源5.0%(重量)以下、Mo源3.0%(重量)以下和Cu源5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，并經熱處理擴散附著的合金鋼粉，該合金鋼粉的最終組成為S0.005～0.3%(重量)、Cr0.05～不足0.1%(重量)、Mn0.03～0.5%(重量)、O0.3%(重量)以下、選自由Ni5.0%(重量)以下，Mo3.0%(重量)以下和Cu5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上、其余為Fe和不可避免的雜質。
8.權利要求6所述的切削性和尺寸精度優良的霧化合金鋼粉，其特征在于，該鋼粉是在所述鋼粉中混合選自由Ni源5.0%(重量)以下、Mo源3.0%(重量)以下和Cu源5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，并經熱處理擴散附著的合金鋼粉，該合金鋼粉的最終組成為S0.005～0.3%(重量)、Cr0.05～不足0.1%(重量)、Mn0.03～0.5%(重量)、O0.3%(重量)以下，選自由Ni9.0%(重量)以下、Mo7.0%(重量)以下和Cu5.0%(重量)以下所構成組中的至少一種、選自Nb0.05%(重量)以下、V0.5%(重量)以下、Si0.1%(重量)以下和Al0.1%(重量)以下所構成組中的1種以上，其余為Fe和不可避免的雜質。
9.一種切削性和耐磨損性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉的組成為S0.05～0.12%(重量)、Cr0.1～0.3%(重量)、Mn0.03～0.1%(重量)和O0.3%(重量)以下，其余為Fe和不可避免的雜質。
10.權利要求9所述的切削性和耐磨損性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉還含有選自由Ni4.0%(重量)以下、Mo4.0%(重量)以下、Nb0.05%(重量)以下、V0.5%(重量)以下、Si0.1%(重量)以下和Al0.1%(重量)以下所構成組中的1種以上。
11.權利要求9所述的切削性和耐磨性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉是在所述鋼粉中混合選自由Ni源5.0%(重量)以下、Mo源3.0%(重量)以下和Cu源5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，并經熱處理擴散附著的合金鋼粉，該合金鋼粉的最終組成為S0.05～0.12%(重量)、Cr0.1～0.3%(重量)、Mn0.03～0.1%(重量)、O0.3%(重量)以下、選自由Ni5.0%(重量)以下、Mo3.0%(重量)以下和Cu5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，其余為Fe和不可避免的雜質。
12.權利要求10所述的切削性和耐磨損性優良的霧化鋼粉，其特征在于，該鋼粉是在所述鋼粉中混合選自由Ni源5.0%(重量)以下、Mo源3.0%(重量)以下和Cu源5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上，經熱處理擴散附著的合金鋼粉，該合金鋼粉的最終組成為S0.05～0.12%(重量)、Cr0.1～0.3%(重量)、Mn0.03～0.1%(重量)、O0.3%(重量)以下，以及選自由Ni9.0%(重量)以下、Mo7.0%(重量)以下和Cu5.0%(重量)以下所構成組中的1種以上、選自由Nb0.05%(重量)以下、V0.5%(重量)以下、Si0.1%(重量)以下和Al0.1%(重量)以下所構成組中的1種以上，其余為Fe和不可避免的雜質。
13.一種切削性、尺寸精度或耐磨性優良的霧化燒結鋼，其特征是在權利要求1～12任意一項所述的鋼粉中，再含有C0.4～1.5%(重量)，然后成形并燒結。
14.權利要求13所述的切削性、燒結尺寸精度或耐磨損性優良的霧化燒結鋼，其特征在于，該燒結鋼具有氣孔中石墨在0.05%(重量)以上、鐵粒子內和粒子間界處存在粒徑5μm以下MnS的組織。
全文摘要
本發明涉及切削性優良的霧化鋼粉，以及由其生產的燒結鋼，該霧化鋼粉含有約S0.005至0.3％(重量)、Cr0.03至0.3％(重量)、Mn0.03至0.5％(重量)、O0.30％(重量)或以下，其余為Fe和不可避免的雜質。特別是涉及除了通過將各特定成分限定在適宜范圍而得到優良的切削性之外，還具有尺寸精度或耐磨性的霧化鋼粉以及提供了可從其生產燒結鋼的方法。
文檔編號C22C33/02GK1109918SQ9411733
公開日1995年10月11日 申請日期1994年9月1日 優先權日1993年9月1日
發明者上之薗聰, 石川博之, 小倉邦明 申請人:川崎制鐵株式會社