JPS5855202B2 - 成形性に優れた粉末冶金用鋼粉およびその製造方法 - Google Patents

成形性に優れた粉末冶金用鋼粉およびその製造方法

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JPS5855202B2
JPS5855202B2 JP54170254A JP17025479A JPS5855202B2 JP S5855202 B2 JPS5855202 B2 JP S5855202B2 JP 54170254 A JP54170254 A JP 54170254A JP 17025479 A JP17025479 A JP 17025479A JP S5855202 B2 JPS5855202 B2 JP S5855202B2
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義昭 前田
恭昭 森岡
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允文 藤川
来世志 牧野
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、成形性に優れた粉末冶金用鋼粉およびその
製造方法に関するもので、高強度の圧粉体を得るための
水アトマイズと熱処理を施してできる鋼粉とその製造方
法について提案する。
一般に、粉末冶金用として知られるアトマイズ鉄粉は、
純度が高く、圧縮性に優れるが、見掛密度の低い不規則
形状の粉末が得に<<、シたがって、還元鉄粉に比較し
て成形性が劣ることが知られている。
このアトマイズ鉄粉は、溶解した金属をノズル孔から滴
下させ、この溶湯の流れに速度の大きい他の媒体の流れ
をあてて噴霧化し製造されており、その媒体としては空
気、窒素、高圧水などが多く用いられている。
かかる噴霧媒体として空気、窒素などを用いるガスアト
マイズ鉄粉は、噴霧された粉末粒子の冷却速度が遅く、
粒子表面上に表面張力が長時間作用、する結果、粒子形
状は球状化してしまう。
これに対し、噴霧媒体として高圧の水を用いる水アトマ
イズ鉄粉は、噴霧された粉末粒子がそのまま保たれて冷
却される可能性が大きいので、不規則形状で見掛密度の
低い粉末が得られやすい利点がある。
さらに、この水アトマイト法によって鉄粉を製造すると
きに、溶湯金属の流量が相対的に小さく(溶湯金属柱の
直径を小さく)、かつ噴霧媒体である水の流量が相対的
に大きく且つ水の圧力が高いほど、金属粒子の形状は不
規則な形になりやすいことはよく知られていることであ
る。
しかし工業的に水アトマイズ鉄粉を製造する場合、経済
的でない欠点がある。
一方、ノズルから出た溶湯金属柱の直径を大きくしてや
れば生産性は良くなるが、金属溶湯柱の比較的表面部の
みが噴霧化し、中心流が噴霧化しにくくなるため、粉末
冶金用鉄粉としての微粉が得られる効率が悪くなり、か
つ、粒子の形状が球状のものが多くなり見掛密度の低い
アトマイズ鉄粉を得るのは難しい。
そこで、この発明は、まず大口径ノズル(内径6wl1
.以上)からの溶湯柱を水アトマイズして生鋼粉をつく
り、この土鍋粉をさらに仕上還元処理を施こすことによ
って、見掛密度の低い成形性の良い粉末冶金用鋼粉を得
るべく開発した技術を提案する。
これによって、上述した従来技術の欠点を克服せんとす
るものである。
しかも、この発明の場合、従来のアトマイズ鉄粉が成形
性が悪いために中・低密度部品には適用しに<<、高密
度部品用にのみその使用が限られていた点をも解消し、
かかる中・低密度部品用としても使用が可能なものを提
案する。
次にその横取の詳細について説明する。
この発明の特長とするところは、まず水アトマイズによ
って製造した生鋼粉を仕上還元処理することによって、
土鍋粉粒子同志の凝集および焼結を促進させ粒子形状を
コントロールする方法である。
そのために必要な水アトマイズ生鋼粉の製造条件を以下
に説明する。
最初に、0.01〜0.15%の炭素を含む鋼溶湯をタ
ンディツシュに移し、その底部に設けた6〜209の工
業規模の大径ノズルから重力によって溶鋼を落下させる
このときの噴霧媒体は80〜180Kp/、−の高圧水
を用いる。
このときに大切なことは、アトマイズされた生鋼粉の炭
素量は、上記のように0.01〜0.15%となるべく
低くする。
それは、炭素量を多くすると、後述の仕上還元処理工程
において、雰囲気ガスの露点を上げて高温脱炭させる必
要があるため、粒子同志の焼結があまり行なわれず、土
鍋粉の形状がそのまま製品に持ち来たされてしまうから
である。
したがって、土鍋粉の炭素量を低くして、しかも炉内吹
込みガスの露点を+5℃以下に保って、仕上還元するこ
とが必要である。
すなわち、なるべく露点の低い状態で還元し、粒子同志
の焼結を行なわせて、仕上還元後の鋼粉の見掛密度を低
下させるようにする必要がある。
しかも、この水アトマイズ工程で得る生鋼粉の酸素量は
、やや高目の0.3〜1.5%が必要である。
このように土鍋粉の酸素量を多くする理由は、0.3%
以下と酸素量か少ない場合、仕上還元時に粒子同志の凝
集焼結が少なく、鉄粉の見掛密度の低下が期待できない
一方、1.5%以上の場合、たとえば1ooo℃以上の
高温、120 mid、以上の長時間の仕上還元処理が
必要となり、経済的でないからである。
さらに、アトマイズ時のタンディツシュでの溶湯温度の
如例も、次の仕上還元工程に大きい影響をおよぼすこと
を知見した。
すなわち、タンディツシュでの溶湯温度を低くすると、
仕上還元後の銅粉の見掛密度の値が低下する傾向がある
第1図に水アトマイズ時のタンプッシュ溶鋼温度と土鍋
粉の見掛密度との関係を示す。
この図から判るように溶鋼温度(平均値)を低下させる
ことによって、生鋼粉の見掛密度を大幅に低下すること
が可能である。
この溶鋼温度は、望ましくは1650℃以下にする必要
がある。
その理由は、第1図に示すように、1650℃以上では
生鋼粉の見掛密度が3.4i7crf1以上となり、製
品の見掛密度を低下させることが困難になること、また
、溶鋼を1650℃以上の高温に保持することは経済的
でないことである。
アトマイズされた生鋼粉は80または100メツシユの
ふるいによってふるい分は調整する。
その結果中なくとも99%以上が80メツシユを通過し
、また85%以上が100メツシユを通過し、さらに−
325メツシユを30%以下に調整する。
その理由については後述する。
次に、上述のような水アトマイズ処理した土鍋粉は、9
00°C〜1000℃の水素を含む還元雰囲気下で、2
0〜120 min着子の軟化焼鈍をかねて熱処理をす
る。
第2図に仕上還元温度と鉄粉の見掛密度との関係を示す
上述の900〜1000℃という高温で仕上還元処理す
ることによって、粒子同志の焼結がよく進み、見掛密度
の低下をもたらすのである。
なお、還元時間20m1n、以下では、土鍋粉の熱ひず
みを除去することができない〇一方、還元時間120m
1nJu上では、粒子同志の焼結が進みすぎ、仕上還元
後のケーキの解砕が不可能となり、これを無理に粉砕す
ると粉末にひずみが残り、却ってこのひずみを取るため
の焼鈍処理が必要となる。
上述の仕上還元処理を施すことにより、前記生銅粉の見
掛密度3.0〜3.4g7crllは、仕上還元後には
2.6〜3.0g/7にまで低下させることができる。
しかも、この方法によって得た本発明鋼粉は、土鍋粉の
個々の粒子が、水アトマイズ後の仕上還元処理工程中に
強制的に焼結をうけており、これを再び粉砕して製品鋼
粉としているのであるから、従来のアトマイズ鉄粉とそ
の特性が全く異なる。
たとえば、鉄粉の見掛密度を同じ値のもの同志を比較し
ても、本発明鋼粉は、従来粉よりも圧粉体の強度が高い
値が得られている。
このことは鉄粉の見掛密度と圧粉体抗折力との関係を示
す第3図にも明らかである。
図中のAは本発明により製造した鋼粉の見掛密度と圧粉
体強度との関係を示し、Bは本発明以外の条件で製造さ
れた銅粉のそれを示す。
図に示すように本発明による銅粉は同じ見掛密度の値で
比較した場合圧粉体強度が高い。
なお、圧粉体抗折力はASTM B 31264によっ
て測定した値である。
また、第4図には本発明により製造した銅粉の成形圧力
と圧粉体抗折力との関係を示す。
成形圧力が高くなるに従って圧粉体抗折力は高くなるの
は当然であるが、成形圧力の低い4.2t/dでも25
0〜330Kp/dと使用に十分耐える高い値を示す。
つぎに、本発明による銅粉が従来の鉄粉とどのように異
なるかを図面にもとづいて具体的に示す。
第5図は潤滑剤ステアリン酸亜鉛を添加したときの添加
量と流動度との関係を示す。
この図から判るように、本発明にかかる鋼粉Aは、従来
粉Bに比較して潤滑剤の添加量が少ないときは、流れが
悪いが、かかる潤滑剤0.5%以上の添加においてこの
傾向が逆転し、流動度の値が低く、流れが良くなる。
したがって、本発明の鋼粉は高配合量の潤滑剤の添加が
可能であり、言いかえると粒子表面での潤滑剤の保持効
果がすぐれていると言える。
通常工業的に用いられている潤滑剤添加量は0.7−1
.2%なので、本発明の鋼粉により薄肉部または複雑形
状を有する部品の成形が可能になる。
一般に圧粉体の強度(抗折力)は、鉄粉の見掛密度に大
きく影響されるが(第3図)、鉄粉の粒度構成に対して
も大きく影響される。
たとえば、アトマイズ鉄粉(見掛密度3.0 g/cr
fl )の各粒度のものについて、それらの成形体強度
(ラトラー値、182M標準4−69)を測定した結果
、下記のようであった。
なお圧粉密度は6.8 i 7crfl一定である。
圧粉体の原料粉粒度 ラトラー値(%)80+1
00メツシユ 0.5 −100+150 1/ 0.5−15
0+200 11 0.6−200+25
0 I/ O,7−250+325 1
/ 0.8325 tt
1.4このことから、微粉(−325メツシユ)の
量が圧粉体強度に悪影響をおよぼしていることが明らか
である。
そこで本発明にかかる鋼粉は一325メツシュを30%
以下にした。
また、粗粒の方が成形性が良い。
しかし、粗粒すぎると、部品製造工程中での焼結過程に
おいて、粒子同志の焼結、およびCuなとの合金元素粉
の鉄粒子への拡散が遅れるので、80メツシユを通過す
る粉末が99%以上、100メツシユを通過する粉末が
85%以上とすることが好ましい。
以上説明したように、本発明にかかる銅粉は、金属鉄9
9%以上、炭素0.008%以下の化学成分を有し、少
なくとも99%以上が80メツシユを通過し、また85
%以上が100メツシユふるいを通過し、さらに−32
5メツシユを30%以下にした粒度で、見掛密度が2.
60〜3.00 、!7 /d。
加圧力4.2 t /cI/l、潤滑剤なしで成形した
圧粉体の強度がASTM B 312−64で測定して
250〜330Ky/cIItの範囲を示す成形性の良
い高純度の水アトマイズ鉄粉であるということができる
なお、金属鉄が99%以上、炭素o、oos%以下にす
る理由は、金属鉄が99%未満あるいは炭素が0.00
8%を超えると粉末が硬化し、圧縮性が悪くなるほか、
純度が悪くなって粉末粒子同志の接着力が弱くなり、粉
末粒子同志のからみ合い強度、すなわち成形性が低下し
てしまうからである。
つきにこの発明についての実施例を示す。
(1)アトマイズ時のクンディツシュ溶鋼温度を平均1
640℃に保持し、水圧100にグ/Ci、14、□w
φのノズルを使用して水アトマイズを行ない生鋼粉をつ
くった。
乾燥後の生鋼粉の炭素量は0.15%、酸素量は0.3
%、見掛密度3.30 g /crd、であった。
この土鍋粉を80メツシユによってふるい分け、そのふ
るい下を950″C1露点O℃のH2を含む還元雰囲気
中で60m1n、仕上還元処理を行なった。
得られた銅粉の性状は下記のようになった。
見掛密度:2.98g/d 流動度: 24.95ee150.9 圧粉体抗折カニ 254 Ky/crIl(4,2t
/crd 。
ASTM) 圧粉体密度:6.88 g/d(5t /d)粒度分布
: +80メツシユ Tγ(至) +100 6.3 +150 24.6 +200 23.5 + 250 7.8 +325 15.9 325 21.9 化学酸分: T、 Fe 99.7(%M、Fe
99.3 T、CO,003 Si O,01Mn
O,11P
O,005S
O,005(2)アトマイズ時のタンディツシュ溶鋼温
度を平均1580℃に保持し、水圧150Kp/醜12
、OMφのノズルを使用して水アトマイズを行ない生鋼
粉をつくった。
乾燥後の土鍋粉の炭素量は0.02%、酸素量は1.0
%、見掛密度3.08.!9/7であった。
この土鍋粉を80メツシユによってふるい分け、そのふ
るい下を1000℃露点O℃のH2を含む還元雰囲気中
で100 min、、仕上還元処理を行なった。
得られた鉄粉の性状は下記のようになった。
見掛密度: 2.63 g /crll 流動度:30.9sec150.9 圧粉体抗折カニ 327 Ky/cIIl(4,2t
/crl。
ASTM) 圧粉体密度: 6.80 & /cr/l(5t /a
n○粒度分布: +80メツシユ Tγ(%) +100メツシユ 9.8(3) +150 25.4 +200 25.0 +250 9.4 +325 13.9 325 16.5 化学成分: T、 Fe 99.7(%)M、Fe
99.3T、CO,003 Si O,01Mn
0.12P ’
0.006S O
,005以上説明したように本発明方法の実施によって
、成形性の良い粉末冶金用アトマイズ鋼粉が工業的に生
産可能となった。
しかも、かかる銅粉は成形性を改良した結果、従来の還
元鉄粉では難しいとされていた中・低密度焼結部品用と
してもその使用が可能である。
また、本発明製造方法の場合、従来はいわゆるアトマイ
ズ条件によって銅粉の見掛密度を調整していたが、前述
した仕上還元条件によっても、最終製品である鋼粉の見
掛密度をコントロールする技術が確立され、その操作が
容易となった。
【図面の簡単な説明】
図面の第1図は、アトマイズ時のタンディツシュ溶鋼温
度とアトマイズ生鋼粉の見掛密度との関係を示す図(タ
ンディツシュノズル内径14.0藺φ、水圧120Ky
/]第2図は、アトマイズ生鋼粉の仕上還元温度と鉄粉
見掛密度との関係を示す図(雰囲気は露点O℃の分解ア
ンモニアガス)、第3図は、鉄粉の見掛密度と圧粉体強
度との関係を示す図(圧粉体抗折力は加圧力4.2t/
ffl潤滑剤なしで成形し、測定はASTM B 31
2−64による)、第4図は、本発明により製造された
鉄粉の成形圧力と圧粉体抗折力の関係を示す図、第5図
は、潤滑剤ステアリン酸亜鉛添加量と流動度との関係を
示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 粉末冶金用の水アトマイズした銅粉であって、金属
    鉄:99%以上、炭素:o、oos%以下で、80メツ
    シュ通過分が99%以上、−325メツシュ分が30%
    以下の粒度特性を有し、見掛密度が2.60〜3.00
    g/Cr1lで、加圧力4.2T/cIl。 潤滑剤なしで成形した圧粉体の強度がASTM B51
    2−64の測定値で250〜330Ky/crlである
    特性をもつ成形性に優れた粉末冶金用鋼粉。 2 溶鋼温度を1650℃以下に保持した溶鋼を、水ア
    トマイズすることにより、炭素二〇、01〜0.15%
    、酸素二0.3〜1,5%、見掛密度3.00〜3.4
    0 i /dとなるように調整した生銅粉をつくり、こ
    の生鋼粉を80メツシユ以下のものに粒度調整したのち
    、900〜1000℃、露点5℃以下の水素含有還元ガ
    ス中で20〜120 miB仕上還元処理を行なうこと
    を特徴とする成形性に優れた粉末冶金用鋼粉の製造方法
JP54170254A 1979-12-28 1979-12-28 成形性に優れた粉末冶金用鋼粉およびその製造方法 Expired JPS5855202B2 (ja)

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