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粉末鋼は均一で微細な組織を得る事を目的として作られる。
粉末を固めて作るから組織が細かくなる様な誤解があるが、組織を細かくしようとしたら粉末になったと考えた方がいい。
高合金鋼において、微細な組織=炭化物の微細化及び均一分布化には
前(昨年6月)にも書いたが、凝固時の冷却速度を限りなく速くする必要がある。
このためにはガスアトマイズ法が用いられる。これは溶融原料に不活性ガスを噴きつけ噴霧し、急速冷却される事により粉末状の原料が得る方法である。
ガスアトマイズで得られる粉末の大きさは、大体100~300μm。
急速凝固した粉末一つひとつは、微細な組織を持つ事になる。つまり微細な組織を持つ粉末を固めるから微細な組織の鋼材ができるのであって、粉末を固めて作るから微細な組織の鋼材が出来る訳ではない。
粉末を固めるのが熱間静水圧圧縮法(HIP)による。これは粉末を金属カプセルに充填密封し、不活性ガスを用いて高圧を四方八方から掛けつつ、1100℃程度に加熱して圧密する。
カプセルに充填した時点では充填率は約65%程度であるが、高温高圧で圧密する事で100%の密度になる。
HIPの工程は単に焼き固めるのではなく、どちらかと言うと粉どうしを鍛接していると考えた方が正しい様に思う。HIPで固まりになった後は溶製鋼と変わらずに、鍛錬圧延の工程になり製品の形態に加工される。
HIPで固めたままでもある程度使えるものにはなるそうだが、鍛錬圧延の工程を経た方が靭性が改善されると言う。およそ鍛造比を4以上掛けると改善は飽和するとの事。これは粉末表面に残る酸化皮膜が影響してるらしい。
粉末鋼は粉を焼き固めて作るから靭性が劣ると言う様な誤解があるが、それは高硬さを狙った鋼種によるイメージから来てるのだと思う。硬さを低めに設定した鋼種ならば、均一微細な組織により溶製鋼より高い靭性を得れる。