高强度金属固结体、氧钢及其生产方法技术

本发明专利技术申请通过以静液压进行的压力加工使铁等的原料金属粉末固结而提供一种高强度金属固化体，它，比如，是一种高强度高韧性的钢材，它具有超细的组织，这包括由平均直径为５μｍ或更小，或更优选是３μｍ或更小的晶粒组成的结晶组织。此外，本发明专利技术提供一种包括在该高强度固结体中的钢质材料，它含有体积比为０．５－６０％的直径小于０．２μｍ或更小的氧化物颗粒。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高强度金属固结体、氧钢(oxygen steel)及其生产方法。详而言之，本专利技术涉及一种易于生产的，有极高强度和延伸率的金属粉末的高强度金属固结体，涉及作为该高强度金属固结体的一种特定类型的，无需附加元素，而且重量轻、刚性高的氧钢，并涉及通过压力加工生产该固结体的方法。虽然省去机械合金化及HIP工艺的固化成形有利于大量生产，但另一方面，不仅因粗大的组织使得强度不够，而且由于其内部形成大量粗大的孔洞还使得延伸率和韧性不足。因此，在生产金属粉末固结体时，认为机械合金化和其后的HIP工艺是必要的。所以一直认为，生产具有较高强度，又具有较高的延伸率的粉末固结体是困难的。此外，在生产钢材时，不管是否为金属粉末的固结体，通过正确地加入附加元素，如，C、Si、Mn、Nb、Cu、Ni等(其量为0.22％(重量)或更高的Pcm)，然后施以淬火和回火，或用控制轧制或控制冷却工艺，可得到TS为590MPa或更高的高强度材料。但，以这种方式获得的钢材需要添加各种稀有元素，从而使所得的材料产生一些问题，如，它们不适于再利用，或在焊接时需要预热，或使得在焊接时受热影响的部位变硬。此外，因难以在整个横截面中都有均匀的组织，所以在钢材内部有非均质的材料分布。为解决上述课题，本申请的专利技术提供了这样一种固结体，它是一种以Fe或Ti作为主要组分的原料金属粉末的固结体，它的特征在于具有超细的组织，该组织是由平均晶粒直径5μm的或更小的晶粒构成的。根据本专利技术申请的另一个方面，提供了一种与上述固结体相关的高强度金属固结体，它通过采用静液压进行的压力加工，尤其是通过采用选自平辊轧、有槽辊轧，挤压、旋锻中的至少一种压力加工而固结的，或提供了一种经过用护套材料进行的压力加工成的高强度金属固结体；或一种在不高于800℃的温度下固结的高强度金属固结体。本专利技术申请的第2目的在于提供了一种新的钢质材料，它几乎不含附加元素，如Si、Mn、Nb、Cu和Ni，而具有，比如，590MPa或更高的强度、5％或更高的均匀延伸率、优越的韧性，而且由于克服了预热处理及热影响区硬化的问题而且显示优良的焊接性能，以及适于回收利用的优越性能。作为上述目的解决方案，本专利技术申请提供了一种氧钢，这是一种直径0.2μm或更小的氧化物以0.5-60％的体积分散于其中的钢质材料。此外，本专利技术申请提供了上述的氧钢，其中包括基体相的铁素体晶粒的平均直径为5μm或更小；或上述各种钢中的任一种氧钢的氧含量为0.05％(重量)或更多；此外还提供了一上述各种钢中的任一种氧钢，其中抗拉强度(MPa)×延伸率(％)之积为4000(MPa·％)或更大，而截面收缩率为50％或更高。除上述的钢之外，本专利技术申请还提供了生产上述高强度金属固结体及氧钢的方法。本专利技术申请特别是提供了生产高强度金属固结体的方法，该法包括借助于用静液压进行的压力加工使含有作为主要组分的Fe或Ti的原料金属粉末固结，从而产生具有优越组织的金属固结体，所述组织包括由平均直径为5μm或更小的晶粒构成的结晶组织。本专利技术还提供了一种与上述方法相关的生产方法，其中的压力加工包括用平辊轧、有槽辊轧、挤压和旋锻进行的加工中的至少一种为代表的，包括用护套材料进行的压力加工，其中，该压力加工可在不高于800℃的温度下进行。此外，除包括碾磨金属粉末，然后在将粉末保持于密封状态下对其施以压力加工使此粉末固结的为代表的方法外，本专利技术还提供一种生产钢质材料的方法，该法包括使用含有作为主要组分的Fe的原料粉末，其中，该原料粉末含0.05％(质量)或更高的氧，而且在500℃-Fe的转变温度的温度范围内进行压力加工，从而产生含有分散于其中的，0.5-60％(体积)的，平均直径为0.2μm或更小的氧化物颗粒的钢质材料。本专利技术还提供了一种符合上述方法的生产方法，其中，含有作为主要组分的Fe的该原料粉末含0.05-0.5％(重量)的氧、0.01％(重量)或更少的C、0.1％(重量)或更少的Cr、0.1％(重量)或更少的Si、及0.5％(重量)或更少的Mn。实施专利技术的最佳方式虽然本专利技术的特征已简述于上，下面陈述本专利技术的实施方案。对本专利技术的高强度金属固结体有如下2个要求1)该固结体是含有作为主要组分的Fe或Ti的原料金属粉末；2)构成该结晶组织的晶粒的平均直径为5μm或更小，而更优选是为3μm或更小。由于满足以上2要求，本专利技术提供了强度为450MPa或更高，均匀延伸率为5％或更高的高强度金属固结体。至于含有作为主要组分的Fe或Ti的原料金属粉末可采用含有50％(原子)或更多，更优选是80％(原子)或更多的Fe或Ti的名种材料的粉末，如金属、合金或金属间化合物的粉末。该粉末无需是高纯度的，用普通工艺，如雾化工艺或KIP工艺(一种包括还原钢表面氧化皮的粉末生产工艺)生产的粉末是可用的。该粉末的平均直径为100μm或更小，更优选是30μm或更小。粉末的平均直径过大，如大于100μm的情况是不可取的，因为构成粉末的晶粒过粗。如上所述，该固结体的结晶组织包含平均直径为5μm或更小，更优选是3μm或更小的晶粒。这是因为，若晶粒尺寸大于5μm，就不能期望因细的组织而产生的充分提高强度的效果。本专利技术的高强度金属固结体的特征在于，它可以全然不用常规认为是基本手段的机械合金化以及后续的HIP工艺而生产。即，不用机械合金化或HIP工艺就可生产本专利技术的高强度固结体。下面解释固结的方法，即生产该金属固结体的方法。在本专利技术中，采用静液压进行的压力加工是有益的。就压力加工而言，可具体利用选自平辊轧，有槽辊轧、挤压和旋锻中的一或几种加工方式。之所以优选采用平辊轧，有槽辊轧、挤压或旋锻进行固结成形的原因在于，静液压压力加工抑制了组织中晶粒的不正常的生长，从而获得细的组织。此外，由于采用于平辊轧，有槽辊轧、挤压或旋锻，则可将材料内部的孔洞抑制到不影响强度或延伸率的程度。这些固结成形方法因其能在线进行(以一种自动化工艺进行)所以有利于大量生产。该固结成形最好在不高于800℃的温度下进行。一般来说，以该温度进行的上述静液压压力加工优选以70％或更高，更优选以80％或更高的截面收缩率进行。固结温度室为800℃或更低是因为若在高于800℃的温度下进行固结时，由于晶粒的不正常生长使组织变粗，从而使强度下降。在固结时使用护套材料是可取的。该护套材料最好是管状材料，即其为管子的形状。该护套材料对于将原料粉末密封固定在该管中，然后在固结成形过程中施以静液压，从而抑制组织中的晶粒不正常生长是有效的。就在固结成形时施加静液压而言，最好是该护套的壁厚与粉末晶粒的直径之比为1/10或更大。关于作护套的材料无特别的限制。比如，诸如SS400、SM490，S45C之类的各种材料都可用。在借助静液压的压力加工进行的固结作业之前，可对原料粉末进行碾磨处理。比如，可采用在惰性气氛中的行星式球磨(室温、10小时或更长)和旋转式球磨(室温、50小时或更长)。作为生产上述高强度金属固结体的一个例子，可生产一种新的钢质材料。比如，可以提到如上所述的，由本专利技术提供的氧钢。这些钢质材料含有分散于其中的，直径0.2μm或更小，占0.5％-60％(体积)的氧化物颗粒。在此情况下，氧化物颗粒具有在钢基体中形成细的组织的效果，而且该效果随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度金属固结体，是含作为主要组分的铁或钛的原料金属粉末的固结体，其特征在于具有超细组织，所述组织包括由平均晶粒直径为５μｍ或更小的晶粒组成的结晶组织。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：太田口稔，鳄川周治，村松裕治，津崎兼彰，长井寿，林透，
申请(专利权)人：科学技术厅金属材料技术研究所，川崎制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]