JPS5881903A - 成形性に優れた低見掛密度のアトマイズ鉄粉ならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、成形性に優れた低見掛＠度の７トマイズ鉄粉
ならびにその製造方法に係り、鮮しくは、４圧水を用い
てアトマイズ鉄粉を製造する際にそのアトマイズ噴鱒条
件を適゛正に保持して溶鋼流を粉化させて粉状アトマイ
ズ粉【つくってから、仕上道元する低見掛密Ｉで成形性
の良いアトマイズ鉄粉とその製造方法に優る。

一般に、粉末冶金用に使用されている鉄粉は。

鉱石やミルスケールを還元して製造する還元鉄粉と水や
ガスなどの高圧流を厘ＩＩ溶鋼流に噴射することによっ
て製造するアトマイズ鉄粉とに大別される。前者の還元
鉄粉は、一般に粒子に多くの気孔１有し、ｍしてその表
面が複艙形状會呈してい今ため、鉄粉のＪｉ！、掛ＩＭ
度が低く、それｔ成形した圧粉体のＩ！Ｂ度は低く１粒
子間の結合が容易で成形性が良好である。これに対し。

後者のアトマイズ鉄粉は＃ｌ５ｔＩｔｔ直接霧化して製
造場れる鉄粉であるため０粒子に内在する気孔は少なく
、鉄粉の見掛密度は高（圧粉体の密度も高いが０粒子形
状が還元鉄粉に比べると。

潔形に近くこのことから成形した圧粉体の強度。

すなわち、成形性が前者の圧粉体よシも劣る。

このため、＊者の７トマイズ鉄粉では、その成形性を改
善し０品質を向上芒ぜることが望まれるはか、市販の還
元鉄粉と競合嘔せで両鉄粉を崗種の目的に使用する共用
性の面から、：１１元鉄粉に＠似した性質１持つアトマ
イズ鉄粉の開発がと＜Ｋ’Ｍ望芒れている。

本発明は上記の背景をうけて開発したものであって、具
体的には鉄分（ＴＦｅ　）が重量で９８チ９上、Ｒ累分
（Ｃ）＃重量”Ｔ：０．０２％ＪＭ下の低炭素鋼を対象
としたアトマイズ鉄粉とその製造方法を提案する。

すなわち１本発明に保るアト１イズ鉄粉は。

見掛密度が２．７０〜２．９５　Ｐ／ｃＭ１”　”？’
あッテ、　７　）　マイズ鉄粉の各粒子が付着結合して
一体化賂れて成ること１に特徴とする。

また１不発明方＠目、高圧水流がテーパ部で整流化され
て円錐膜管形成する沿面ガイド内に俗鋼流を落下させ、
この円錐膜の焦点部において浴鋼流を粉化する際に、前
記高圧水流の噴射角（α）と前記円錐膜の頂角（β）の
角ｆＭ（α−β）を６８９下におさえて溶−流を粉化て
ぜ粒形の不規則な粉状鉄粉を製造し、その後、この粉状
鉄粉を還元雰囲気中で９００−１０００ＣでＪ　　・分
用上保持して還元し、粉状鉄粉の粒子を結合嘔せること
′４を特徴とする。

次に０本発明について詳しく説明する。

一般に、ＩＷ、圧水を使用してアトマイズ鉄粉を製造す
る場合、水という圧力媒体を使用して製造する点では共
通しているが０ｗｉ々のＩ！！！法が提案実施式れてい
る。

すなわち、高圧水を噴射する水ノズルの形状。

配列などによって環状ノズル式、■型ノズル式。

ペンシル型ノズル式などがある。こｆＬＶｃＴ４し。

本発明は、一般的な高圧水ノズルから噴出した水流で［
接溶鋼Ｒｔ粉化する方法と異って、噴出後の高圧水流ｔ
ｌｊＩＩ俗鋼流と衝突させることなく二次的に、第１図
で示す如（沿面ガイド３によって整流化してから溶鋼＃
ｌｔ粉化してアトマイズ鉄粉を製造する。なお、第１図
で符号ｌは浴ｇｓ流、２は高圧水ノズル、４は高圧水円
錐膜の焦点、５は鉄粉管示す、従って、高圧水ノズル２
から噴出した水Ｒはそれら複数個の水流で円錐ａｔ−形
成し、　浴ｌｉｅ流１はその焦点４に落下し、そこで粉
化されて鉄粉５が製造される。

水ｆＩＬは高圧水ノズル２から離れるなど、拡大傾向を
呈し、てらＫは、水流間の衝突によって水膜は乱れ０時
には、上方に水が飛散し、噴き上ける現象が呈すること
がある・この゛点、沿面ガイド３によって整流化する方
法では、ａｉ＋圧水流が沿面ガイド３に相接するがため
に圧力横力がある欠点はあるが、粉化作用を起す水膜は
、きわめて安定したものとなり、製品の粒度１粒形ひい
ては品質の安定をもたらす大きな利点【もっている・ また、成形性のよい鉄粉１得るＫは、単体の粒子の形状
の影譬が大きく、この形状変化をもたらすものとしＴｔ
ｌＬ第１に上記のアトマイズ時の噴き条件であシ、　第
２にそのアトマイズ粉ｔｉｉｉ元する還元条件か重要で
ある・更に畦しく説明すると。

１）アトマイズ条件。

鉄粉の粒に１粒形を変化てせるのは、一般に＃Ｈ４ｔＮ
、金粉化する高圧水の円錐膜の焦点近傍での圧力と流量
が影醤するといわれている・しかし、上記の通り、沿面
ガイドを介して高圧水ｆｌＬを整流化するアトマイズ法
では、高圧水の水ノズル吐出孔から焦点までの飛距離。

沿面ガイド形状、水ノズル角度、沿面ガイド角Ｋが大き
な支配費因として作用することかわかった。また−この
アトマイズ段階では。

鉄粉の微粉電増が仕上還元後の製品のｊＬ掛密度低下、
成形性向上に有効であることもわかった・ ｉｉ）仕上還元条件。

上記の通りに製造された微粒化鉄粉し以下。

生鉄粉という）を仕上還元して粒子間の焼結を進行させ
、製品粒子の表面を複雑形状とすることが必要であり、
この点については９通常より高温で均熱時間の長い処理
することが有効であった・ これら、ｉｌ！１ならびに第２の条件によって本発明で
は、見掛密度の低い成形性のよい鉄粉を失意することが
できる。

すなわち１本発明においては、第１ｒ１１ＪＫ示す如く
ガえば、電気炉で目標成分に合わせてｎ製した浴鋼を所
定寸法Ｏ溶湯ノズルよシ溶鋼流ｌメして落下させる。高
圧水ノズル２から高圧水１＊出し、沿面ガイド３の下部
テーバ部分（長石り、角度β０）Ｋ接触式ぜて整流化し
、その高圧水円錐膜の焦点４に溶−流ｌｔ落下場ぜて粉
化させる。成品である生鉄粉５の特性は０円錐膜焦点４
での水圧水量と注入浴鋼些速によって萱化する。

更に詳しく脱明すると、一般の沿面ガイド３の設置場れ
ていないアトマイズ方法でに、１％圧水ノズル２でＯ水
圧、水量とその角度α６と高圧水ノズルから円錐製焦点
までの飛電離郷で定１ってくるが、本発明において杜、
沿面ガイド３で二次的に高圧水が１！ｉｌ流化されるｔ
め、前記の条件の他に沿面ガイド３のテーパ角１１テー
パ面長さり、接点Ｐが関係する。焦点ｒおける圧力流蓄
からくる粉化力ｔ−高めｂＫＦｉ泊面ガイド３内を安全
に浴鋼流が通過できるだけの油面ガイド内径ｄφを確保
し一高圧水円錐換ｌｔ水流間の衝突での噴上げを抑え得
る最大の値を採用するとともに高圧水の飛距離１短かく
して高圧水の沿面ガイドへの当）点Ｐを円錐部分にとる
ことによシ圧力損失を少なくする事が必要である。しか
し１本発明のごとく、沿面ガイ）°３で二次的に整流す
る方法では１以上述べた条件だけでは十分といえず、水
ノズル角度α＠生沿面ガイド角度β０との相互関係、つ
１シ、角度差（α−β）’ｉｒ６°Ｖ下（ただし６６會
含む）に保つことがアトマイズ後の生鉄粉の見掛密度の
低下および微粒化を促進する上て１景であることが解っ
た。

第１！！は、ｔＲ木分０．１１チの低炭素溶鋼を原料と
し、上記角度差（α−β）０ｔ８°、６°、４°に保持
して製造したアトマイズ生鉄粉の品質を示す（（α−β
）０９外の＃ｇ−ノズル径、水圧、水−尋は全て同一条
件でアトマイズした。）。

第　　　１　　　表 ５８１表よシ沿面ガイド角β０と水ノズル角α０との差
（α−β）０にょ０）大巾＃Ｃ牛鉄粉０１度が異な＃）
（α−β）０＜６°のときは、６９υ上に比べ大巾に細
くなっている・この廃本発鴫において一般にアトマイズ
では微粉のはど見掛密度が高くなるのにも拘らず、（α
−βげく６°の条件では。

粒径か細くなって一見掛密度か低い。

次に、上記の通シにアトマイズ法によって住鉄粉ｔ−製
造し８次の通ｐＫ仕上遺元する。

第１表で示す各々の生鉄粉を使用し、これらｔ仕上還元
して一体化したところ、１１Ｌ２表に示す通シであった
。

一β）０＝８°で製造した生鉄粉、４６〜１０は（α−
β）０＝４°で製造した生鉄粉會使用した鉄粉である。

ａｆ！２表から明らかな通り、仕上還元ｓＷＬ、が高（
かつ保持時間の長いほど見掛１９５度は低くなシ、かつ
圧粉体抗折力も上昇する。

箇た。仕上還元条件が同一の場合（ＡＩとムロ、ム２と
ム７．Ａ３とム９．ム４とム１Ｇ）はいずれも本発明法
による生鉄粉￥ｒ原料として。

製造した鉄粉の方が見掛！５度が低く圧粉体の抗見掛密
度と圧粉体抗折力（Ａ８ＴＭＢ−３１２−６４にて成形
圧力４．２　ｔ％がで潤滑剤の添加なしで、金型潤滑＠
によ）成形した圧粉体の強度）の関係を示すと、ｉ！！
２囚に示す通シ１本発明の方が四−見掛密度で比較すれ
ば、＊い圧粉体抗折力を示す。

また１本発明によると、第１表の生鉄粉（−３２５メツ
シユＶ下の多い）を使用したのにも拘らず製品の微粉（
−３２５メツシユ）が大巾に減少し、この事からもわか
る通り粒子間の炉結なお、上記の通りに仕上還元処理す
る場合の条件の限定理由を説明すると次の通シである。

上記の通シのアトマイズ条件で製造てれた生鉄粉を９０
０Ｃ〜１０００１：’の水嵩Ｙｒ甘む還元性雰囲気下で
３０分〜１２０分熱処理ｔするのは９００〜１０００　
Ｃで仕上還元処理をはとこすことによシ粉末粒子間の焼
結を進行させ、見掛密度の低下會起嘔ぜるからである・ すなわち、熱処理温度９００Ｃ未満０時間３０分未満で
は粒子の軟化焼鈍は可能であるが０粒子間の焼結か進み
に（（６時間１２０分管越えると逆に粒子間の焼結が進
みすぎ、仕上還元後のケーキの解砕が離しくなシ、無Ｗ
Ｋ粉砕すると。

粉末にひずみが３！Ｉ！シ好ましくない。また、熱処理
一度を１００Ｏｒを越える高温では、粉末粒子間の焼ｍ
が進み、後の解砕工程に負担がかかる上、成品の粉末冶
金上の物＋！］Ｉｌ＃性が悪化するし。

又熱エネルギー上経済的ではない− また。第２表において生鉄粉が一一、つまシ。

同じ方法で製造した生鉄粉では、仕上還元条件ｔ″変化
場せると、仕上還元１７１度が高くかつ保持時間の長い
程１粒子間の焼結が進行し、鉄粉中の微粉量が少なくな
シ、見掛密度が低下し圧粉体抗折力が上昇していること
がわかる。また。

仕上還元条件が同一の場合は、いずれも本発明方法によ
って製造された生鉄粉を鰺科とした方が見掛密度が低く
、圧粉体抗折力が高い値を示す・ 更に０不発明方＠によってアトマイズ嘔れて製造した生
鉄粉であっても、４６の如＜９００Ｃ未満のｉｉｔ度の
低いとき灯１粒子間の焼結かはとんど進行せず、鉄粉中
の微粉ｔは生鉄粉中の微粉量とほぼ同じで見ｍ密度の低
下が少く、圧粉体抗折力も低い値を示す・！７！ｊ、１
１２表の１５と４６の比較において還元処理はム５の方
がはるかに高いｉ１度と時間をかけて処理しているため
、見掛密度は０．２　ｆ／ｅ１Ｍ”低いにもかかわらす
圧粉体抗折力は同じ値倉示している。

更に詳しく説明すると、アトマイズ法がこれら両者にて
相違するためと思われる。

以上要するに１本発明では水ノズル角α０と浴面ガイド
角β０との差角（α−β）１６°υ下の条件でアトマイ
ズして生鉄粉を製造する。従って。

アトマイズ後の生鉄粉の粒形が不規則となシ見掛密度が
低くなる。また、生鉄粉の粒度が微粉＠によるトドによ
り、アトマイズ時の歩走が向上する。

また、この生鉄粉を仕上還元し、その条件が適正条件で
あるため得られる鉄粉の見掛１１度が歇〈圧粉体抗折力
、すなわち、圧粉体の強度が上昇する。従って、還元鉄
粉の分野となっていた低密度の粉末冶金法全使用し７２
．焼結部品への通用が可能となり、ア（マイズ鉄粉の使
用分野か拡大する。

＊に、得られる鉄粉の１個の粒子が不規則であるため０
表面積が大であ）、これ１で不向きと石れていたカイロ
用鉄粉、脱酸素剤用鉄粉の分ｌ１ｆＫも適用嘔れるｔｌ
か、アトマイズ合金−粉一般にも適用できる・ なお、水アトマイズ鉄粉が顧メツシュ通過分カ、　９８
５１上、１００メツシ：Ｌ：Ｉｍ過分が６饅以上ｏｔｅ
ｔ特性を有するが、その限定理由１ｉＳ２明すあと８次
の通シである・ ９３表に本発明にて造らｎた鉄粉の粒度別圧粉体抗折力
（ＡＳＴＭ−Ｂ・３１！−６４に従い、潤滑剤の添加な
しで、　４．２　＠　７ｃｍ”“で成形した圧粉体につ
いて）のガ會示す、この表よシ明らかに圧粉体抗折力は
、粗粉（＋ｇｏ＋、　＋１００◆）および、微粉（−３
２５す）が低く、中間粒度のものが高い値を示す。

また、粉末冶金用として使用するとき、粗粉が多いと圧
粉体の表面はザラつき、圧粉体中の粗大空孔が多くなり
、焼結中には鉄粉粒子相互の焼結および１合金元素の鉄
粉中への拡散が悪くなシ、焼結体の強度が低下する。一
方、微粉は比表面積が多いため、快結會進行嘔ゼるため
・少なくすることは望１しくない・そこで、圧粉体強度
ならびに９を結体強度倉飲下さぜる粗粉（＋８０す、＋
１００≠）Ｖｒ＠足し、すなわち。

−８０す　９８慢以上、　−１００す　５ｓｓＪａ上と
することによシ、圧粉体強度および、焼結体強度の実質
的電量下のない鉄粉管うろことができる―第　　３　　
表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明全実施する場合の高圧水によゐ形鋼噴霧
概況の欽明図、＄２図は見掛密度と圧粉体抗折力との＠
９に’に示すグラフである。 符　号１・・・・・・溶＃ｆｉ　　　２・・・・・・高
圧水ノズル３・・・・・・沿面ガイド・′ ４−−−−高圧水日錐膜焦点 ｓ−、、−−アトマイズ生鉄粉 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）水アトマイズ鉄粉であって、　８０メツシュ通過分
   か９８−９上、　１００メツシュ通過分が８５１以上の
   粒度特性を有し見掛密度が２．７０〜２．９５７／ｃｄ
   、　ｇ形圧方４．２ｉ　１０１でＡ８ＴＭＢ３１２−６
   ４に従い潤滑剤の添加なしで成形した圧粉体の強ｆ＄　
   ３３０〜３８０　ｋ１１７Ｃｄ　ｆ示しアトマイズ鉄粉
   ノ各粒子が、付着結合して一体化されてなる成形性に優
   れた低見掛密度のアトマイズ鉄粉。 ２）高崖水ｆＩｔがテーバ部で整流化されて円錐膜を形
   成する沿面ガイド内に＃！鋼流【落下名せ。 この円錐膜の焦点部において５ｅａｔ粉化する際に、前
   記高圧水流の噴射角（α）と前記円錐膜の頂角（／）の
   角度差（α−β）　Ｙｒ６’以下におさえて１ｌｌｌｆ
   ａｒＩＬＹｒ粉仕場せ粒形の不規則な粉状鉄粉を製造し
   、その後、この粉状鉄粉を還元雰囲気中で、９００〜Ｉ
   ｏｏｏｃて（資）分９上保持して還元し、粉状鉄粉の粒
   子會結合嘔せること￥ｒ％黴とする成形性に優れた低見
   掛密度の７トマイズ鉄粉の製造方法。