粉末焼結圧延素材の製造方法
【課題】 本発明の目的は、熱間圧延で生じるフィッシュテールを抑制し、素材の端切り量の増大を低減できる、粉末焼結圧延素材の製造方法を提供することである。
【解決手段】 本発明は、長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなすキャビティを有する加圧容器に金属粉末を充填し、該加圧容器を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを施し、次いで該加圧容器に前記長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施す粉末焼結圧延素材の製造方法である。
【解決手段】 本発明は、長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなすキャビティを有する加圧容器に金属粉末を充填し、該加圧容器を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを施し、次いで該加圧容器に前記長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施す粉末焼結圧延素材の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、粉末高速度工具鋼等の製造に適用できる粉末焼結圧延素材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高速度工具鋼に対して、組織を微細化して高硬度による耐磨耗性と高靭性を両立させる手法として、粉末焼結圧延法が適用されている。この粉末焼結圧延法は、ガスアトマイズ法等により原料粉末を作製し、これを加圧容器に充填して、脱気封止した後、熱間静水圧プレスにより焼結し、次いで鍛造あるいは熱間圧延等の塑性加工を施す技術である。
粉末焼結圧延法によって製造された高速度工具鋼は、一般に粉末高速度工具鋼（粉末ハイス）と呼ばれている。
粉末を原料とすることにより、無偏析微細金属組織（均一微細な炭化物分布）が得られるため、耐摩耗性、高靭性を要求される分野に有効である。（例えば特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したとおり、粉末焼結圧延法は有効な技術である。
一方、レアメタルの範疇である高価な元素が適用される粉末高速度工具鋼において、問題となるのは製品への材料歩留まりである。
本発明者が製造工程における歩留まり低下の要因を調査したところ、熱間圧延後の端材の切り捨て量に問題があることを確認した。
【０００５】
具体的な現象として、熱間圧延においては、被圧延材の表面割れを防ぐために加圧容器を除去することなく熱間圧延を適用することが有効であり、図２（ａ）に示すような圧延特有の現象であるフィッシュテールの発生により、長手方向の端面が大きく内側に窪んでしまう。フィッシュテールが発生すると、異物である加圧容器の構成成分が内部に深く入り込むことになり、端切り量が大きくなり、歩留まりを低下していた。
本発明の目的は、上記課題に鑑み、端切り量の増大を低減できる粉末焼結圧延素材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなす加圧容器に金属粉末を充填し、該加圧容器を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを施し、次いで該加圧容器に前記長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施す粉末焼結圧延素材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、加圧容器の長手方向の端面凸形状部が外側に圧延され、さらなる塑性加工を経ても製品への加圧容器の入り込みを防ぐことができるため、製品の材料歩留まり向上に対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に適用する加圧容器の断面の一例を示す断面模式図である。
【図２】従来例および本発明例の加圧容器を圧延したときの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明者の検討によれば、熱間圧延時のフィッシュテールの形成は、表面を伸ばしていくという圧延の基本的な原理から、これを圧延手法で皆無とすることは不可能である。
一方、加圧容器を用いた熱間静水圧プレスの適用は、等方的な圧力が金属粉末にかかるため、加圧容器の形状に依存した、ある程度自由な形状を持つ焼結体を得ることができる。
【００１０】
本発明者は、この加圧容器を用いた熱間静水圧プレス工程に着目し、熱間圧延で窪んでしまう部分をあらかじめ膨出させておけば良いことを見出したものである。
以下、本発明に適用する加圧容器の断面の一例を示す模式図である図１を用いて、本発明を詳しく説明する。
【００１１】
本発明においては、まず長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなすキャビティを有する加圧容器３に金属粉末を充填する。上述したとおり、熱間静水圧プレスを適用すれば加圧容器３のキャビティ形状（充填空間形状）に沿った焼結体を得ることができるため、この形状は重要である。
簡単な構成として、図１に示すように、加圧容器３と該加圧容器３の端面を凸面状とした上蓋２、下蓋４とを溶接して、上蓋２に設けた粉末導入口（図示せず）から金属粉末（図示せず）を導入する。
【００１２】
本発明においては、金属粉末を充填した加圧容器３を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを行なう。脱気封止は、熱間静水圧プレスにおける圧力容器３の破損の防止にとって必要な処理である。具体的には、脱気パイプ１を上蓋２に溶接後、加圧容器３内の脱気封止などの前処理を行い、熱間静水圧プレスを適用する。
【００１３】
そして、熱間静水圧プレスの後、加圧容器３に長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施す。これは、加圧容器３の形状で膨出させた端面を熱間圧延における端面とする必要があり、加圧容器３に長手方向を圧延方向と規定したものである。
一方向圧延を適用する場合には、一方を膨出させても一方側に対して効果があること、また他方を平坦なままとすれば、特別な治具を用いなくても熱間静水圧プレス装置の加圧空間内に立てておくことが可能となり、加圧空間の有効利用が可能であるという利点がある。また、リバース圧延を適用した際のフィッシュテールの防止にとっては、図１に示すように、長手方向の両方の端面が外側に膨出した凸形状になっていることが当然好ましい。
尚、本発明で加圧容器３の端面に適用する凸形状は、熱間圧延でのフィッシュテールを効果的に抑制するために、熱間静水圧プレス後に５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲で膨出していることが好ましい。
【００１４】
上記で説明したように、従来の加圧容器を用いて熱間静水圧プレス後に熱間圧延を施すと、図２（ａ）に示すように、圧延時に加圧容器の長手方向の端面にはフィッシュテール７が発生し、製品への加圧容器の入り込みが発生する。
一方、本発明で適用する長手方向の端面が外側に膨出した凸形状をなす加圧容器を用いて熱間静水圧プレス後に熱間圧延を施すと、図２（ｂ）に示すように、加圧容器の長手方向の端面凸形状部が外側に圧延され粉末焼結圧延素材を得ることができる。これにより、さらなる塑性加工を経ても製品への加圧容器の入り込みを防ぐことができるため、製品の材料歩留まり向上に対して有効である。
【００１５】
本発明において適用する金属粉末は、高速度工具鋼組成の粉末が典型であるが、冷間金型用工具鋼等の他の合金であってもかまわない。クロム、タングステン、バナジウム、コバルトなど高価な金属成分を多量に添加し、靭性に富んだ特性を有する合金に対しても有効である。
また、本発明に適用する加圧容器は、熱間静水圧プレスに適用できる一般的な材質が適用でき、典型的には軟鋼やステンレスである。
【符号の説明】
【００１６】
１．脱気パイプ、２．上蓋、３．加圧容器、４．下蓋、５．圧延ロール、６．フィッシュテール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、粉末高速度工具鋼等の製造に適用できる粉末焼結圧延素材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高速度工具鋼に対して、組織を微細化して高硬度による耐磨耗性と高靭性を両立させる手法として、粉末焼結圧延法が適用されている。この粉末焼結圧延法は、ガスアトマイズ法等により原料粉末を作製し、これを加圧容器に充填して、脱気封止した後、熱間静水圧プレスにより焼結し、次いで鍛造あるいは熱間圧延等の塑性加工を施す技術である。
粉末焼結圧延法によって製造された高速度工具鋼は、一般に粉末高速度工具鋼（粉末ハイス）と呼ばれている。
粉末を原料とすることにより、無偏析微細金属組織（均一微細な炭化物分布）が得られるため、耐摩耗性、高靭性を要求される分野に有効である。（例えば特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したとおり、粉末焼結圧延法は有効な技術である。
一方、レアメタルの範疇である高価な元素が適用される粉末高速度工具鋼において、問題となるのは製品への材料歩留まりである。
本発明者が製造工程における歩留まり低下の要因を調査したところ、熱間圧延後の端材の切り捨て量に問題があることを確認した。
【０００５】
具体的な現象として、熱間圧延においては、被圧延材の表面割れを防ぐために加圧容器を除去することなく熱間圧延を適用することが有効であり、図２（ａ）に示すような圧延特有の現象であるフィッシュテールの発生により、長手方向の端面が大きく内側に窪んでしまう。フィッシュテールが発生すると、異物である加圧容器の構成成分が内部に深く入り込むことになり、端切り量が大きくなり、歩留まりを低下していた。
本発明の目的は、上記課題に鑑み、端切り量の増大を低減できる粉末焼結圧延素材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなす加圧容器に金属粉末を充填し、該加圧容器を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを施し、次いで該加圧容器に前記長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施す粉末焼結圧延素材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、加圧容器の長手方向の端面凸形状部が外側に圧延され、さらなる塑性加工を経ても製品への加圧容器の入り込みを防ぐことができるため、製品の材料歩留まり向上に対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に適用する加圧容器の断面の一例を示す断面模式図である。
【図２】従来例および本発明例の加圧容器を圧延したときの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明者の検討によれば、熱間圧延時のフィッシュテールの形成は、表面を伸ばしていくという圧延の基本的な原理から、これを圧延手法で皆無とすることは不可能である。
一方、加圧容器を用いた熱間静水圧プレスの適用は、等方的な圧力が金属粉末にかかるため、加圧容器の形状に依存した、ある程度自由な形状を持つ焼結体を得ることができる。
【００１０】
本発明者は、この加圧容器を用いた熱間静水圧プレス工程に着目し、熱間圧延で窪んでしまう部分をあらかじめ膨出させておけば良いことを見出したものである。
以下、本発明に適用する加圧容器の断面の一例を示す模式図である図１を用いて、本発明を詳しく説明する。
【００１１】
本発明においては、まず長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなすキャビティを有する加圧容器３に金属粉末を充填する。上述したとおり、熱間静水圧プレスを適用すれば加圧容器３のキャビティ形状（充填空間形状）に沿った焼結体を得ることができるため、この形状は重要である。
簡単な構成として、図１に示すように、加圧容器３と該加圧容器３の端面を凸面状とした上蓋２、下蓋４とを溶接して、上蓋２に設けた粉末導入口（図示せず）から金属粉末（図示せず）を導入する。
【００１２】
本発明においては、金属粉末を充填した加圧容器３を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを行なう。脱気封止は、熱間静水圧プレスにおける圧力容器３の破損の防止にとって必要な処理である。具体的には、脱気パイプ１を上蓋２に溶接後、加圧容器３内の脱気封止などの前処理を行い、熱間静水圧プレスを適用する。
【００１３】
そして、熱間静水圧プレスの後、加圧容器３に長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施す。これは、加圧容器３の形状で膨出させた端面を熱間圧延における端面とする必要があり、加圧容器３に長手方向を圧延方向と規定したものである。
一方向圧延を適用する場合には、一方を膨出させても一方側に対して効果があること、また他方を平坦なままとすれば、特別な治具を用いなくても熱間静水圧プレス装置の加圧空間内に立てておくことが可能となり、加圧空間の有効利用が可能であるという利点がある。また、リバース圧延を適用した際のフィッシュテールの防止にとっては、図１に示すように、長手方向の両方の端面が外側に膨出した凸形状になっていることが当然好ましい。
尚、本発明で加圧容器３の端面に適用する凸形状は、熱間圧延でのフィッシュテールを効果的に抑制するために、熱間静水圧プレス後に５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲で膨出していることが好ましい。
【００１４】
上記で説明したように、従来の加圧容器を用いて熱間静水圧プレス後に熱間圧延を施すと、図２（ａ）に示すように、圧延時に加圧容器の長手方向の端面にはフィッシュテール７が発生し、製品への加圧容器の入り込みが発生する。
一方、本発明で適用する長手方向の端面が外側に膨出した凸形状をなす加圧容器を用いて熱間静水圧プレス後に熱間圧延を施すと、図２（ｂ）に示すように、加圧容器の長手方向の端面凸形状部が外側に圧延され粉末焼結圧延素材を得ることができる。これにより、さらなる塑性加工を経ても製品への加圧容器の入り込みを防ぐことができるため、製品の材料歩留まり向上に対して有効である。
【００１５】
本発明において適用する金属粉末は、高速度工具鋼組成の粉末が典型であるが、冷間金型用工具鋼等の他の合金であってもかまわない。クロム、タングステン、バナジウム、コバルトなど高価な金属成分を多量に添加し、靭性に富んだ特性を有する合金に対しても有効である。
また、本発明に適用する加圧容器は、熱間静水圧プレスに適用できる一般的な材質が適用でき、典型的には軟鋼やステンレスである。
【符号の説明】
【００１６】
１．脱気パイプ、２．上蓋、３．加圧容器、４．下蓋、５．圧延ロール、６．フィッシュテール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなすキャビティを有する加圧容器に金属粉末を充填し、該加圧容器を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを施し、次いで該加圧容器に前記長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施すことを特徴とする粉末焼結圧延素材の製造方法。
【請求項１】
長手方向の一方または両方の端面が外側に膨出した凸形状をなすキャビティを有する加圧容器に金属粉末を充填し、該加圧容器を脱気封止した後、熱間静水圧プレスを施し、次いで該加圧容器に前記長手方向を圧延方向とする熱間圧延を施すことを特徴とする粉末焼結圧延素材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２１１３７４（Ｐ２０１２−２１１３７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７８１１２（Ｐ２０１１−７８１１２）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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