JPS5980702A - 合金鋼粉の製造方法 - 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】 本発明は銅粉の製造方法、特にクロム、マンガン等の易
酸化性元素の酸化を効果的に阻止し得る低酸素、低炭素
　合金鋼粉の製造方法に関する。

従来の合金銅粉の製造方法としては、水アトマイズ還元
法、ガスアトマイズ法、および油アトマイズ法が知られ
ている。しかし、本発明におけるような易酸化性元素を
含む合金銅粉を製造するための方法としては、かかる従
来法には次のような問題点がみられた。

水アトマイズー還元法： 噴霧媒として水を使うため、この方法では生成粉末が水
アトマイズ時に酸化されるのはさけられない。しかもそ
の酸化量は一般に大であシ、合金成分設計上易酸化性元
素の添加は制約される。

特に、クロム（Ｃｒ）　、マンガン（Ｍｎ）　、　”ナ
ソウム（■）、ニオブ（Ｎｂ）　、ポロン（Ｂ）、ケイ
素（Ｓｉ）等の易酸化性元素を含む溶鋼を水アトマイズ
する場合、それらの元素は酸化されやすく、したがって
、得られた銅粉を次いで還元工程に送ってそこで還元処
理を行ない酸素量を下げなければならないが、そのよう
に処理しても所要程度にまで酸累幇を下げることは著し
く困難である。

例えば、アトマイズ条件およびそのときの雰囲気を特別
に調整してアズアトマイズ粉の酸素含有量を（１，５重
創：％程度に抑えたとしても、これをさらに１１５０℃
以上の高温で５時間以上という長時間還元処理しないと
目的とする酸素量の粉末が得られない。

このような高温、長時間の加熱をすると、たとえ目的と
する酸素量の粉末が得られても、それらは処理時にすで
に焼結してしまっておシ、これはさらに強力な解砕工程
を必要とする。しかも、そのような強力な解砕工程を施
した場合、解砕時に粒子形状、粒度分布が変わるため、
得られる粉末の圧縮性、成形性、焼結性等の品質面でも
問題を生じる。

また特別な脱酸法として、水アトマイズに先立って、溶
鋼に炭素を故意に多発に添加しておき、これによりＬＭ
Ｍｎ体に還元剤としての炭素を含有したアトマイズ粉を
得これを、真空中で高温加熱することによｆｉｃ＋０→
ＣＯの反応で酸素と炭素を除去するという方法が、提案
されている。しかし、この方法においても酸素量をさけ
るためにはやけ５１１００℃以上の高温での長時間加熱
を必要とし、前述の方法と同様な問題点がある。さらに
、本方法特有の問題としては、真空加熱によって酸素量
をさげるためには、アトマイズによシ得られたアトマイ
ズ銅粉中に残留する炭素計ヲ一定以上に保つ必要があシ
、そのための装置および操業が複雑になっている。

ガスアトマイズ法： ａＲ霧媒としてＮ２　＋　Ａｒ等の不活性ガスを使用し
て、銅粉を製造する方法であって、酸化は少ないが、ガ
ス冷却のため冷却速度が遅く、得られた成Ａｋ。

品の粒子形清か球状となる傾向にある。そのため、得ら
れる粉末の冷間成形が困難であり、ＣＩＰ。

ＨＩＰ等によるキャニング成形が必要となる。

しかし、これらの成形法は多くの制約を受はコスト高と
なるうえ、一般的には使用されていない。

さらに本方法ではガスアトマイズ時において多量のガス
全使用するためアトマイズ処理コストは水アトマイズの
１０倍以上となる。

したがって本方法は、特殊な目的には実用化されてはい
るが、粉末冶金技術土星も一般的に使用されている焼結
用、あるいは焼結鍛造用の銅粉の製造法としては殆んど
採用されていない。

油アトマイズ法： 油アトマイズ法は油を噴霧媒として使用して銅粉を製造
する方法であって、前述の水アトマイズ法に比べて得ら
れた銅粉に酸化が生じていないすなわち合金元素の酸化
が起らないという点においてすぐれているが、アトマイ
ズ時に噴霧媒から銅粉への浸炭が起るため、次工程で脱
炭処理を施さなければならない。

Ｃｒ　、　Ｍｎ　＋　Ｖ　＋　Ｎｂ　、　Ｂ　、　Ｓｔ
等の易酸化性元素を含む銅粉にあっては酸化したものを
還元することよシも、浸炭したものを脱炭することの方
が有利であることは推定できても現状においては連続的
かつ効率的な脱炭処理方法が見い出されていない。

その理由としては脱炭ガスとしてＨ２、Ｈ２−）ｈＯ。

ＣＯＣＯ２／　ガス等が考えられるが、Ｈ２ガスによる
脱炭反応は速度が遅いので実用的ではなく、一方、Ｈ２
Ｏ、ｃｏｗ等の酸化性ガスを含む脱炭反応は、反応は速
いが脱炭を満足する温度および雰囲気条件下においては
Ｃｒ＋Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｂ、Ｓｔ　等は熱力学的平衡条
件からみて酸化領域になっておシ雰囲気処理時［…に特
別なコントロールが必要であるためである。

したがッテ、従来、Ｃｒ　ｌ　Ｍｎ　、　Ｖ　Ｉ　Ｎｂ
　ｌ　Ｂ　ＩＳｔ　等の平衡論的には酸化する元素を含
み、さらに微粉であるがために酸化速度が極めて速い銅
粉の脱炭条件については全く研究されていなかった。

かぐして、本発明の１つの目的とするところは、油アト
マイズ法による合金銅粉の製造方法であって、脱炭時の
Ｏｒ　ｖ　Ｍｎ　＋　Ｖ　ｒ　Ｎｂ　、　Ｂ　＋　Ｓｔ
　ｆｘどの易酸化性元素の酸化を可及的に防止した脱炭
法と組合せて成る低酸素、低炭素の合金鋼粉の製造方法
を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、例えば鉱物油、動物油また
は植物油等の非酸化性溶媒を含有する噴鱗媒を使用する
ことによって酸素１２重量係以下と比較的酸素が低く、
炭素含有量が比較的高い銅粉を得、次いで該銅粉の脱炭
を酸化が進行しない間に完了せしめ、炭素（）、１重量
％以下、酸素０．２Ｎ量チ以下のＣｒ　、　Ｍｎ　、　
Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｂ　、およびＳｔの易酸化性元素を
１種以上含む銅粉を得る方法を提供することである。

ここに、本発明の要旨とするところは、クロム。

マンガン、パナソウム、ニオブ、ボロンおよびケイ紫か
ら成る群から選んだ少なくともｌ独の易酸化性元素を含
有する溶鋼を調製する工程：好ましくは鉱物油、動物油
、植物油およびそれらの混合物から選んだ非酸化性溶媒
を含有する噴霧媒によシ前記溶鋼を微粉化して酸累含有
量帆２重量％以下、炭素含有量帆１重量係以上のアズア
トマイズ銅粉を得る工程： 前記アズアトマイズ鋼粉を、少なくともｉ−ｈおよびＨ
２Ｏを含有する雰囲気下において下記条件（Ａ）または
条件ＣＢ）で処理して炭素含有量を調整する工程；およ
び かくして得られた炭素含有量調整済銅粉を不活性または
還元雰囲気下で冷却する工程から成る、低炭素、低酸素
合金鋼粉の製造方法； 条件（Ａ）： 温度（ｔ’Ｃ）：６００℃≦ｔ≦９５０℃雰囲気（ＰＨ
２／ＰＨ，０）　：　０．５≦ＰＨ２７ＰＨ２０≦１０
００処理時間（θ分） 条件（Ｂ）： 温度（ｔ℃）：９５０℃〈ｔ≦１２５０℃雰１２１１気
（””　／ＰＨ，ｏ）　：　ＰＨ２／ＰＨ，ｏ≧０．５
処理時間（θ分）： にあり、その特徴とするところは、油アトマイズ法によ
シ得た銅粉をＨ！０およびＨ！を含む雰囲気下において
前記条件（Ａ）またはＣＢ）の下で炭素含有針を所望程
度にまで調整した後、不活性または還元性雰囲気下で冷
却することにある。なお、ＰＨ２はその雰囲気中の水素
分圧およびＰＨ２０は同じく水蒸気分圧である。

本発明に係る各工程について以下順次その限定の制限が
付されるものではなく、慣用の方法で実施してもよい。

しかし、なから、本発明にあっては、かかる溶鋼はＣｒ
　Ｉ　Ｍｎ　ｒ　Ｖ　＋　Ｎｂ　ＨＢおよびＳｉから選
んだ少なくとも１種の易酸化性元素を含有しているから
、溶鋼の溶製段階でもこれらの元素の酸化は可及的に防
止するのが好ましい。

アトマイズ工程にあって祉従来法のいわゆる油アトマイ
ズ法と同様に鉱物油、動物油および植物油から選んだ油
を含むものを噴霧媒として使用すれば良いが、本発明に
あっては、その性質上、そのうちの非酸化性のものを含
むものを噴霧媒として使用する。

全体として本質的に非酸化性であれば、水などの酸化性
成分を少量含むものであってもよい。

本発明において使用される、非酸化性溶媒としては鉱物
油としての機械油、焼入油、タービン油。

動物油としての鯨油そして植物油としての菜種油。

大豆油などがある。

本発明に係るアトマイズ工程において得られる酸素含有
量は（）、２重量う以下に制限されるが、その量は可及
的に少ないのが好ましい。酸素含有量の調節は脱酸処理
を行なってからの溶鋼の酸化防止、特にアトマイズ時の
酸化防止に留意することによってかなシ低くすることが
できる。

なお、このときの炭素含有量は０．１重量％以上になる
が、このように多量の炭素は噴霧媒からの浸炭によシネ
可避的に入ってくるものである。

このようにして得た高炭素アトマイズ鋼粉はさらに脱炭
工程に送られるが、そこでは以下において更に詳述する
条件（Ａ）または（Ｂ）の下で脱炭処理に付される。

そこでまず０．１重量−以上の炭素を含有する合金銅粉
を炭素（）、１重量−以下にまで脱炭する雰囲気につい
て検討すると銅粉中の炭素を脱炭するには、比較的炭素
と反応しゃすいＨｚＯを可及的に多量に添加した雰囲気
にす、ることか考えられる。

しかしながらＨ２０ｅ含む雰囲気中では、銅粉の主成分
であるＦ　ｅ　ｓあるいはＦｅよシも酸化しゃすいＣｒ
　、　Ｍｎ　、　Ｖ　、　Ｎｂ　、　Ｂ　、　Ｓｉ等の
易酸化性元素の酸化を招く結果となる。したがって、脱
炭を促進しながらも、比較的酸化させない雰囲気を選定
することが重要となる。

ところで、乾燥した純粋な水素はさほど脱炭性はないが
、湿った雰囲気中では水蒸気の作用によシ脱炭反応は促
進される。しかし、水蒸気は酸化性であるため、単に添
加しただけでは脱炭と同時に酸化も進行してしまう。

ここに本発明者らは、水素に水蒸気を添加した場合、雰
囲気中の水素の分圧に対する水蒸気の分圧の比を適正に
選定するとＦｅおよび前述の易酸化性元素？：酸化させ
ることなく効率のよい脱炭が行なわれ、同時に酸素含有
量を効果的に低下させ得るとの知見を得、その臨界的条
件を求めて一連の実験を行なった。

第１図は温度の影醤についての実験結果をまとめたグラ
フである。これらの実験では初期炭素含有量０．６重量
％、初期酸素含有量０．０９重ｊｊｋ％の従来の油アト
マイズ法で得たＣｒ−Ｍｎ系低合金鋼粉（Ｃｒ　１１１
．０重量％、Ｍｎ　：　１．５重量％）全ステンレス製
の容器に３閣の層高に保ち、炉内雰囲気をＰＨ２／ＰＨ
，Ｏ＝　３３．３　、　ＰＨ，＝　７０チ、残り歯ガス
にして、雰囲気温度を種々変えて、処理時間と銅粉中の
炭素（Ｃ）、酸素（９）の含有率の変化を調べた。

第１図のグラフに示すデータから脱炭性は雰囲気温度を
高くする程効果的であるが、時間が経過するにつれて酸
化も進むことがわかる。たとえば図示例では１０分以内
の短時間処理で容易に炭素含有量を帆１重量％以下にま
で脱炭でき、また極度の酸化も防止できることが分かる
。さらに第１図のデータから雰囲気温度を高くすればす
るほど、酸化はすすまないが、脱炭が急に進むことがわ
がシ、従って、雰囲気中で雰囲気温度を高くして短時間
の処理が効率的であることがわかる。

次に、第１表に組成および粒度分布を示す試料鋼粉をス
テンレス製の容器に２０ｍの層高に保ち、Ｈ２雰囲気中
で昇温後所定の温度、雰囲気に保持し脱炭した後、乾燥
ａＸガスで冷却した。

一連の実験結果をまとめて温度ごとに第２図ないし第７
図にグラフで示す。

横軸にＩ）Ｈ２／ＰＨ２ｏ縦軸に目標値を満足する処理
時間を示す。○印はＣ：　０．１　Ｔ＆量チ以下、およ
び酸素：０．２重量受以下全それぞれ満足（−たもの、
Ｘ印は目標値を満足しないものを示す。

これらの一連のグラフから明らかなようにＰＨ２／ＰＨ
２０’温度、処理時間に関し、臨界領域があり、それを
θ＝ｆ（ＰＨ２／ＰＨ２ｏ）、温１１１（ｔ℃）、およ
び処理時間（θ、　ｍｉｎ　）形で表示すると次式％式
％ 温度範囲６００℃〜９５０℃では０．Ｉ　Ｎ量雀以下ま
で脱炭するに必要な最低処理時間（θｍｉｎ　）Ｕ： ・・・・・（１）式 酸化を０．２重量％以下に抑制するに必要な上限処理時
間θｍａｘは さらに、Ｐｌ（２／ＰＨ２ｏ　　比率は図から明らかな
ように少なくともＰＨ２７，、、。＜０．５　　では条
件を満足する領域がみとめられず、またＰＨ２／ＰＨ３
゜〉１０００を越えると高温にしても脱炭に数時間以上
がかシ従来法例対するメリットがなくなる。

したがって、以下の条件が本発明における臨界領域を示
すものとして決定される。

条件（Ａ）： 温度範囲（ｔ℃）：６００℃（ｔ（９５０℃雰囲気二０
．５≦ｐＨ，／　ＰＨ２０≦１０００処理時間（θ分）
： さらに同梅にして９５０　”Ｃを越えた高温においては
、次の条件が本発明の臨界領域を示すものとして設定さ
れる。

雰囲気二ＰＨ２７ＰＨ２０〉０．５ 処理時間（θ分）： しかし、余シ高温になると粒子同志の粘着が問題となシ
、一定の限度がある。

第８図は、温度と付着力の関係を示すグラフであり１．
これよシ、温度が１２５０℃を越えると銅粉同志の相互
固着が急速に強固になシ、それに応じた脱酸処理後の解
砕が困難となシ得策でない。

したがって、９５０℃を越えた範囲では以汗の条件が本
発明における臨界領域を示すものとして決定される。

条件（Ｂ）： 温度範囲（ｔ℃）：９５０℃＜　ｔ　＜　１２５０　℃
雰囲気”　Ｐａ２／　ＰＨ２０＞　０．５処理時間（θ
分）： このようにして脱炭処理された銅粉は次いで不活性また
は還元雰囲気下で室温にまで冷却される。

再酸化を防止できれば、特にその種類に制限はないが、
好ましくは乾燥比雰囲気下で冷却される。

ここで本発明方法における脱炭法を連続的に実施するた
めの装置について説明すると、第９図は本発明方法を実
施するための脱炭装置の略式断面図であシ、図中、油ア
トマイズ工程からの鋼粉］は原料供給水ツノぐ−２に一
亘収容されてから、ローラ４によシ駆動されるスチール
ベルト３上に連続的に供給される。

このスチールベルト３は予熱室６、脱炭室７および冷却
室８から成る脱炭処理炉５を順次通過してゆき、その間
に鋼粉１は予熱、脱炭そして冷却され、脱炭終了後、処
理済鋼粉９はベルト末端部からシュート１０に排出され
る。

予熱室６および冷却室８には非酸化性ガス（例：Ｈ２ガ
ス）が供給されていて、室内を非酸化性雰囲気としてい
る。図中、点紗で示すのはこの非酸化性ガス供給系であ
シ、当業者にはその具体的内容はこれだけの説明ですで
に明らかであると思われるので、これ以上の説明は略す
。

脱炭室７内へは、その雰囲気ガスを調整するために、Ｈ
２Ｏ（蒸気）およびＨ２ガス、そして必要によυＮ２ガ
スがそれぞれの供給路（図示せず）を経て供給されるが
、それらは一旦ガス混合器（図示せず）によって所定の
組成に調整した後、ライン１１を経て室内に供給される
。排出されるガスはライン１２を経てダスト分離器１３
に送られ、そこで同伴する固体分が除去される。脱炭時
に生成した一酸化炭素はガス分離器１４からライン１５
を経て系外に取出される。分離精製された脱炭ガスはラ
イン１１を経て再び炉内に供給される。

次に実施例に関連させてさらに本発明を説明する。

実施例１ 鉱物油を用すてアトマイズすることによシ得られたＣｒ
−Ｍｎ系低合金鋼粉を第９図に示す脱炭装置で脱炭処理
した。

このアトマイズ鋼粉の化学成分および粒度分布を第２表
に示す。

そのときの処理条件を第３表に、脱炭処理後の銅粉の化
学成分および粒度分布を第４表にそれぞれ示す。

第４表に示す結果よシ明らかなごとく本発明によれば、
酸素含有量をさほど増加させずに、炭素含有量を０．５
重量二チよシ（＋、（１２重量係まで短時間に脱炭する
ことができた。

実施例２ 本例はＣｒ、Ｍｎの他にＶ、Ｎｂ、Ｂ＋Ｓｉ等の易酸化
性元素を含有する低合金鋼粉に関する実施例であシ、第
５表に示す化学成分、粒度分布を有する９ｊ−粉を第９
図の脱炭装置で脱炭処理した。そのときの処理条件を第
６表に、脱炭処理後の銅粉の化学成分および粒度分布を
第７表にそれぞれ１とめて示す。

第６表に示すデータよシ明らかなごとく、酸紫含有餌を
さｔデど増加させずに０．１　ｗｔ％以下に保ち、しか
も他の化学成分、粒度分布に何等忌影管をおよげさすに
炭素含有量を０．１％以下にまで脱炭させることができ
た。

なお、本実施例のアズアトマイズ銅粉は鉱物油を用いた
アトマイズによシ得られたものである。

＝１９− 実施例３ 本例はステンレス系の銅粉に関する実施例であシ、第８
表に示す化学成分、粒度分布を有する銅粉’を第９図に
示す脱炭装置で脱炭処理した。

なお、このアズアトマイズ鋼粉は鉱油前に５％の水を添
加したものを噴霧媒として得たものであシ、アズアトマ
イズ銅粉中の炭素含有量が前述の実施例１および実施例
２における銅粉のそれに比して低いという特徴がある。

第９表に脱炭条件を、セして脱炭処理後の銅粉の化学成
分および粒度分布を第１０表にそれぞれまとめて示す。

第１０表よシ明らかなごとく、ステンレス鋼粉にあって
も酸素含有量を（１，２ｗｔ％以下に抑えて炭素含有量
を００１％以下に脱炭することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、脱炭・崇処理時間経過に対して銅粉中の炭素
および酸素含有蕾の変化を示すグラフ：第２図ないし第
７図は、それぞれの温度において脱炭処理時間およびＰ
Ｈ２／ＰＲ，Ｏに対し本発明に係る方法の臨界領域を示
すグラフ； 第８図は、脱炭処理時の雰囲気温度と各銅粉末粒子の付
着力との関係を示すグラフ；および第９図は、本発明方
法における脱炭処理を連続的に実施するための装置の略
式断面図である。 ｌ・・・鋼粉、５・・・脱炭処理炉、６・・・予熱室、
７・・・脱炭室、８・・・冷却室。 出願人代理人　弁理士　広　瀬　章　−２１− 第２図 ＰＨ２／　ＰＨ２０ 第３　図 ＰＨ２／ＰＩ−１２０ 第４　図 ＰＨ２／ＰＨ２０ 第５　図 ＰＨ２／ＰＨ２０ 杭６１２１ ＰＨ２／ＰＨ２０ 栖７図 ＰＨ２／ＰＨ２０ 第１頁の続き ０発　明　者　海野正英 大阪市此花区島屋５丁目１番１０ ９号住友金属工業株式会社製鋼 所内 手続補正書（自発） 昭和５８年　９月１３日 特許庁長官若杉和夫殿 】、事件の表示 昭和５７年特許願第１８９２３８号 ２、発明の名称 合金＆ＶＩ粉の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　大阪市東区北浜５丁目１５番地 名称　（２１１”）住友金属工業株式会社４、代理人 （別　紙） 補正の内容 （１）特許請求の範囲を次の通り訂正する。 ｒクロム、マンガン、バナジウム、ニオブ、ボロンおよ
びケイ素から成る群から選んだ少なくとも１種の易酸化
性元素を含有する溶鋼を調製する工程；非酸化性溶媒を
含有する噴霧媒により前記溶鋼をアトマイズ化して酸素
含有量０．２重量％以下、炭素含有量０．１重量％以上
のアズアトマイズ鋼粉を得る工程； 前記７ズアトマイズ鋼粉を、少なくともＨｚおよび１（
２０を含有する雰囲気下において下記条件（Ａ）または
条件（Ｂ）で処理して炭素含有量を調整する工程；およ
び かくして得られた炭素含有量調整済鋼粉を不活性または
還元雰囲気下で冷却する工程 から成る、低酸素、低炭素、合金鋼粉の製造方法。 条件（Ａ）： 温度（ｔ℃）二６００℃≦ｔ≦９５０℃雰囲気（ＰＨｚ
　／　ＰＨｚｏ）　　：　０．５≦Ｐ　Ｈｚ　／　ＰＨ
１６≦１０００処理時間（０分）： 温度（ｔ’ｃ）：９５０°Ｃ＜ｔ≦１２５０℃雰囲気（
Ｐ４　／Ｐ＋ｚｏ）　　：　Ｐ）１ｍ　／Ｐｓｚｏ≧０
．５」 （２）明細書筒９頁４行目および第１７頁１３行目にｒ
ｏ、１０１　÷（１，０，−１，００３８ｘ　１０−ｔ
）ＪとあるのをｒＯ，ａＬＯ÷（１，０−１，００３８
ｘｌＯ−３ｔ　）　Ｊと訂正する。 （４）同書箱２０頁１２行目と１３行目との間に次の記
載を加入する。 「　なお、以下の各実施例は層高４　ｍｍの場合を示し
たが、さらに２〜３鶴の薄層の場合および層高２０鰭、
３０ｍｍの場合においても同様に、酸素含有量を増加さ
せずに炭素含有量を０．０２％にまで短時間に減少させ
ることができた。」 以上 ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 クロム、マンガン、バナジウム、ニオブ、ざロンおよび
   ケイ素から成る群から選んだ少なくとも１椋の易酸化性
   元素を含有する溶鋼を調製する工程； 非酸化性溶媒を含有する噴霧媒によシ前記溶鋼をアトマ
   イズ化して酸素含有量０．２重量−以下、炭素含有量０
   　、１重量％以上のアズアトマイズ銅粉を得る工程； 前記アズアトマイズ銅粉を、少なくとも几およびＨ２Ｏ
   １含有する雰囲気下において下記条件（Ａ）！たけ条件
   （Ｂ）で処理して炭素含有量を調整する工程；および かくして得られた炭素含有量調整済鋼粉を不活性または
   還元雰囲気下で冷却する工程 から成る、低酸素、低炭素　合金鋼粉の製造方法。 条件（Ａ）： 温度（ｔ℃）：６００℃≦ｔ≦９５　（１℃雰囲気（Ｐ
   Ｈ２／ＰＨ，Ｏ）　：　０．５≦ｐＨ２，／　ＰＨ２ｏ
   ≦１０（１０条件（Ｂ）： 温度（ｔ’Ｃ）：９５０℃〈ｔ≦１２５０℃雰囲気（Ｐ
   Ｈｚ／　　　）　：　””／’ＰＨｚＯ≧０．５ＰＲ，
   ０