JPS6056001A - 粉末冶金用噴霧生鋼粉 - 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】 技術分野 本発明は、粉末冶金用噴霧性鋼粉に関するものであシ、
その後還元焼鈍を施こして高強度の圧粉体、焼結体を製
造するのに供する生銅粉であシ、溶融鋼を液体噴霧して
製造する。

従来技術 噴霧化鋼粉は、溶融鋼に噴霧媒液である高圧の液体ジェ
ットを衝突させ溶鋼を粉砕することにより製造する。一
般に、かかる噴霧化鋼粉を焼結あるいは粉末鍛造して製
造される粉末冶金製品、即ち焼結機械部品等を使用する
場合〜該噴霧生鋼粉は前もって還元、脱酸、脱炭、脱窒
等を兼ねた焼鈍熱処理、いわゆる還元焼鈍を施し、解ｍ
し”ｃ使用する９が普通である。この還元焼鈍は、噴霧
鋼粉の成形時の金型摩耗、圧縮性、成形性および焼結性
等を改善することを目的として施されるもので）る。

還元焼鈍噴霧鋼粉（還元焼鈍を施した噴霧鋼粉）は、そ
れよシ小さい多数の蒙昧状の突出部を有する全体が蒙昧
不規則形状の粒子からなシ、その断面は中実であるとこ
ろから、見掛密度が高くかつ成形性および圧縮性が良好
である。それゆえこの銅粉は、粉末冶金的手法による焼
結機械部品あるいは粉末鍛造部品の原料鋼粉として使用
されているが、複雑形状部品における圧粉体強度や焼結
体強度に関してはミルスケールや鉱石還元鉄粉（以下、
還元鉄粉と称す）に比べると今一つと言うところであシ
、かかる強度の向上が切望されている現状である。

従来、鉄系粉末冶金用の主原料として用いられる還元焼
鈍噴霧鋼粉に供される噴霧生鋼粉としては、酸素量や粒
度あるいは見掛密度について検討を加えることが公知で
あり、例えば特開昭５４−１１４４６７号、特開昭５６
−９８８０２号として提案されているものがある。しか
し、これらの公知噴霧生鋼粉は、例えば特開昭５４−１
１４４６７号においては、その篩分は粒度からめた平均
粒径は６０μｍ程度を示しているが、見掛密度が８．２
゜１／Ｃｍ８以上と高い。−万、上記特開昭５６−９８
８０２号においては、見掛密度は３．０８　ｇ／ｃＩＩ
Ｌ８と小さいものの篩分は粒度からめた平均粒径が６０
μｍよシ大きい値を示している。

一般的に言うと、噴霧生鋼粉の粒度（平均粒径〕と形状
（見掛密度）は、主として噴霧媒液の噴射圧力、流量、
溶融鋼への衝突角度および溶融鋼の単位時間当シの注入
量などの影響を受けるが、その両者は互いに相答れない
性質をもつ関係にある。

即ち、噴霧媒液の噴射圧力が低く、流量が少なく・そし
て溶融鋼への衝突角度が小さいほど、噴霧された生銅粉
は粗粒化しかつ球状化する。従って、噴霧媒液゛の噴射
圧力を高くシ、流量を多くシ、溶融鋼への衝突角度を大
きくし１．あるいは溶融鋼の単位時間当シの注入量を少
なくす°るほど、噴霧された生銅粉は微粒化しかつ不規
則状化してくる。

他方、噴霧された溶融鋼の分散筒というのは、表面張力
の影響を強く受けるから、微粒はど球状化してその見掛
密度が高くなる傾向がある。

以上の説明から明らかなように、公知の噴霧生鋼粉では
、微粉を多く含むほどその見掛密度が高くなシ、粗粉を
多く含むほどその見掛密度が低くなるという逆の結果を
生じていた。

しかも、これら上記の公知噴霧生鋼粉、すなわち粗粉が
多く見掛密度も高い（全粒度域にわたって見掛密度が高
い）銅粉についてはもちろん粗粉が多く見掛密度の低い
（見掛密度の低い粗粉割合が多い〕銅粉、あるいは微粉
が多く見掛密度の高い（見掛密度の高い微粉割合が多い
）銅粉については、その後に還元焼鈍を施こし解砕して
から圧粉体および焼結体を製造したとしても粗粉割合が
多いものほど、また見掛密度が高いものほど圧粉密度は
高くなるけれども、圧粉体強度および焼結体強度は逆に
低下し、還元鉄粉に比べて劣ることが判った。

発明の目的と畳上構成 圧粉体強度と焼結体強度を同時に改善するためには、噴
霧生鋼粉をいっそう微粉化するとともに、同時にその見
掛密度をも低くする必要があシ、こうした要請に対し、
本発明は、 Ｓｉを０．１重量−以下、ＡＩを０．０５重量％以下、
Ｐを０．０５重量％以下そしてＯを１．０重量％以下含
み、不可避不純物とともに残部を構成する主成分として
のＴ−Ｆｅが９６重量％以上のものからなり、平均粒径
が６　Ｑ　Ｂｆｎ以下の値を示すと同時に見掛密度が８
．２０　ｇ／ｃｍ８以下のもので構成される粉末冶金用
合金鋼粉、 を提供し、もってその要請に応えんとするものである。

発明の動機 従来、同一条件下でｆｉられる還元焼鈍噴霧鋼粉の圧縮
性（圧粉密度）に対するその見掛密度と粒度（平均粒径
〕との間には、ともに正の相関があることが知られてい
る。したがって、この噴霧鋼粉の圧縮性が良いｌ’Ｌど
圧粉体および焼結体中の空孔は少なくなり、その結果空
孔による切欠き作用が緩和され、該銅粉の圧粉体強度お
よび焼結体強度は向上する。

このことから、優れた粉末冶金用合金鋼粉等は見掛密度
と平均粒径についての厳密な管理が必要である。しかし
ながら、還元焼鈍噴霧鋼粉は、それ自身解粒されている
とはいえ、焼結凝集粒を多く含みかつＩ！ｊｔ霧に当っ
て加工硬化を受けているため、該還元焼鈍噴霧鋼粉とし
ての見掛密度や平均粒径によって、圧粉密度、圧粉体強
度および焼結体強度を評価するのは不適当と考え、ここ
に本発明者らは新たにそれらの正確な評価ができるよう
に、噴霧化鋼粉における見掛密度および平均粒径、およ
び成分組成についての適正範囲を追求したのである。

発明の構成、とくに限定理由 （１１Ｓｉ　：　０．１０重量％以下、ＡＪ　：　０．
０５重量％以下、Ｐ　：　０．０５重量％以下、Ｔ、Ｆ
ｅ　：　９ａ、ｏｆＪｔ％以上、およびＯ：　１．０重
量％以下について；還元焼鈍処理費用の特徴は、溶融鋼
への各種元素の予合金化が容易で、還元鉄粉よ−りも圧
縮性が優れている点にある。かかる還元焼鈍噴霧鋼粉の
圧縮密度は、平均粒径との間では正の相関を示すことか
ら、当然噴霧生鋼粉の万の平均粒径も大きい万が良い。

しかし、後に述べるとおり、該噴霧化鋼粉の平均粒径は
６０μｍ以下にしてはじめて、圧粉体強度および焼結体
強度とも還元鉄粉比べ優れた結果を示す。

そこで、噴霧化鋼粉の平均粒径を６０μｍ　一定とする
条件のもとで、次に圧粉密度におよばす各予合金元素の
影響を調べ、同一条件下での噴霧化鋼粉の圧粉密度が還
元鉄粉よシも大きくなる予合金元素の含有量上限値につ
いて調設た。

■　Ｓｉ　、　ＡＩはともに溶融鋼の脱酸剤として用い
られるものであるが、還元焼鈍噴霧鋼粉において、Ｓｌ
が０．１０重量％、八！が０，０５重量％をそれぞれ越
えると、それらの元素の固溶および溶解精錬−噴霧−還
元焼鈍の各製造工程で生じた酸化物がフェライト基地を
著しく強化し、圧縮密度が還元鉄粉を用いた場合より低
くなる。

なお、ＡＪは溶融鋼の注入時に温度降下に伴なってＡｌ
酸化物を析出して浴湯ノズル閉塞の原因となる。この溶
湯ノズル閉塞を避ける意味からも溶融鋼中のＡＪは０．
０５重ｔ％以下にする必要がある。

＠　Ｐは、噴霧生銅粉の還元焼鈍処理によっては除去が
不可能な元素であり、還元焼鈍噴霧鋼粉において０．０
５重量％を超えるとフェライト基地を著しく強化し、圧
粉密度が還元鉄粉を用。

いた場合より低くなる。

θ　ｓｌｌ　ＡＪ　Ｉ　Ｐ以外の予合金元素も当然限定
されねばならない。しかし原子半径がＦｅと同程度また
はＦｅより大きい元素、例えばＩｎ　、　Ｖ。

Ｏｒ　、　Ｎｉ　、　Ｃｕ　、　Ｍｏ　、　Ｗなどは、
置換型置ｆｔＪ元素であり、フェライト基地の強化作用
が前記Ｓｉ　、　Ａｌ　、　Ｐに比べ非常に小さいので
、還元鉄粉と同等以上の圧縮性を確保するためには９６
重量％以上のＴ、Ｆｅが確保されるという条件のもとて
残余成分として処理する。

一万〇、Ｎ、Ｓは、還元焼鈍処理により容易に除去可能
な元素である。

従って噴霧化鋼粉においては、特にこれらの含有量を限
定する必要はない。

００（酸素）は、他の予合金元素、例えばＳｉ　、　Ａ
ｌ　、　Ｏｒなどと噴霧化鋼粉の粒子表面に酸化物を形
成して粒子形状を不規則状化し、かつ粒子内にそれらの
酸化物が分散して圧縮性を著しく阻害するのみならず、
還元焼鈍処理費用をい／Ｃずらに費すことになるので低
い程好ましい。そこで、不活性雰囲気中で溶融鋼を高圧
水によシ噴霧した場合、０量が１．０重量％以下の生銅
粉の製造が可能なことも考えあわせこれを上限とする。

（２）平均粒径が６０７７ｍ以下、見掛密度がｓ、２ａ
ｇＡｉ以下について： 還元鉄粉は、その粒子一つ一つが多孔質の不規則状であ
シ、非常に微細な粒子の凝集体とみなすことができる。

これに対し噴霧鋼粉は、その粒子の１つ１つが亀裂、空
隙の無い中実な蒙昧状粒子である。従って、噴霧鋼粉の
圧粉体強度や焼結体強度を還元鉄粉を用いた場合と同等
以上に改善するためには、従来に増して噴霧化鋼粉にお
ける粒径を小さくするとともに、不規則状（低見掛密度
）化し、還元焼鈍処理によって焼結凝集粒化を図る必要
がある。

本発明はかかる知見のもと、噴霧化鋼粉の平均粒径と見
掛密度の上限値を以下のように定めた。

■　還元焼鈍噴霧鋼粉の圧粉体強度および焼結体強度は
、噴霧生鋼粉の平均粒径が５０〜６０μｍのとき最大値
を示し、しかもこの傾向はこれより小さい粒径において
さえも還元鉄粉を用いた場合よりも優れた強度を示す。

これに対し、該噴霧生鋼粉の粒径が６０μｍを超えて大
きくなると急激に強度が低下し、還元鉄粉を用いた場合
よシ劣る。よって、該噴霧生鋼粉の平均粒径は６０μｍ
以下であることが必要である。

（ロ）　次に、噴霧生鋼粉の平均粒径が６０μｍ一定の
もとで、該生銅粉の見掛密度が還元焼鈍噴霧鋼粉にしだ
ときの圧粉体強度および焼結体強度におよぼす影響を調
べた。その結果８．２０ル伽８を超えると、還元鉄粉を
用いた場合より強度が低下することが判った。よって噴
霧生鋼粉の見掛密度は３，２Ｑ９／Ｃｍ８以下が良い。

実施例 第１表は以下に記述する条件で製造した本発明噴霧生鋼
粉の１例と比較例の粉体特性である。特公昭５２−１９
５４０号公報として開示されている公知の溶融金属霧化
粉砕装置によシ、水圧４０〜１８０　ｋｇ／ｃｔｒ？　
Ｇの範囲、溶湯ノズル口径１３−１４ｍ１Ｍの範囲、水
量２８０１／ｍｉｎの条件で本発明噴霧生鋼粉〔記号；
■■■■■■■■■〕と、比較噴霧生鋼粉〔記号；［株
］ＯＯ〕を製造した。さらに、比較例として市販ミルス
ケール還元鉄粉〔記号；０〕を用いた。第１表の粉体特
性において、平均によって計算した値である。

次に、上記噴霧生鋼粉をアンモニア分解ガス中で９５０
℃の温度で４５分間均熱して還元焼鈍を行ない、焼結ケ
ーキをハンマーミルで解砕して還元焼鈍噴霧鋼粉とし、
粉末冶金に関するＪＩＳおよびＪＳＰＭ標準試験法によ
シ粉末冶金的特性を調べた。

第１図および第２図は、そ、れぞれ噴霧化鋼粉の平均粒
径に対するその還元焼鈍噴霧鋼粉を用いた圧粉密度比（
圧粉密度を真密度で除した割合）と圧粉体強度（ラトラ
ー値）を示す図である。圧粉密度比はＪＳＰ、Ｍ　欅ｆ
＠１−６４により、またラトラー値はＪＳＰＭ標準４−
６９によシ、いずれも潤滑剤としてＺｎ−３ｔを外枠重
量で゛１１チ添加混し、成形圧力が５ｔ／、ｚの条件で
測定した。

第３図は、噴霧化鋼粉の平均粒径に対するその還元焼鈍
噴霧鋼粉を用いた焼結体の焼結密度が６．８０　ｇ７．
８一定のときの引張強度を示した図で、Ｏｕ粉を１．５
重紅チ、黒鉛粉（Ｇｒ、）を０．７重量％、Ｚｎ　−Ｓ
ｔを外枠重量で１チ添加混合し、ＪＳＰＭ標準２−６４
規定の引張試験片を成形し、１１８０℃Ｘ　２０　ｍｉ
ｎ　、　ＲＸガス中で焼結した。

第１図によると、還元焼鈍噴霧鋼粉の圧粉密度は、その
噴霧化鋼粉の平均粒径が大きく、かつ見掛密度が高いほ
ど優れているが、第２図および第３図に示すように、圧
粉体強度（ラトラー値）および焼結体強度（引張強度〕
は噴霧化鋼粉の平均粒径が５０〜６０μｍのところで最
大を示し、平均粒径が５０〜６０μｍより小さい領域で
は還元鉄粉を用いた場合よシ高い強度レベルを示してい
るのに対し、５０〜６０μｍを越えると急激に強度が低
下して、還元鉄粉を用いた場合よシ低い強□度レベルに
なることが判る。

次に第１表および第１図から、噴霧化鋼粉における平均
粒径が５０〜６０μｍの還元焼鈍噴霧鋼粉の圧粉密度に
およｔホす予合金元素の影響を見ると、それぞれｓｉ−
が０．１０重量％以下、ＡＪが０．０５重量％以下、Ｐ
が０．０５重量％以下、およびＴＦｅが９６．０重量％
以上のとき、それらの圧粉密度が還元鉄粉を用いた場合
よシ高いことが判る。このとき噴霧化鋼粉の０量はいず
れの例も１．０重量％以下である。

次に第２図および第８図から噴霧化鋼粉における平均粒
径が６０μｍの還元焼鈍噴霧鋼粉の圧粉体強度および焼
結体強度におよばずその噴霧化鋼粉の見掛密度の影響を
見ると、噴霧化鋼粉の見掛密度の低い万が高い強度値を
示すが％　８．２０９量ｃｍ８のとき還元鉄粉を用いた
場合と同じ強度値を示した。よって、これより高い見掛
密度の噴霧化鋼粉を用いるとその圧粉体強度および焼結
体強度は低下することが判る。

以上、説明したように本発明は、Ｓｉが０．１０重量％
以下、Ａ７！が０．０５重ｉチ以下、ＰがＯ’、０５重
量％以下、ＴＦｅが９６．０重量％以上、０が１．０重
量％以下で平均粒径が６０μｍ以下でかつ見掛密度が３
，２０９７Ｃｍ８以下のいわば高純度、多微粉、低−見
掛密度の噴霧化鋼粉であるため、還元焼鈍によシ粒子相
互を強く焼結させて凝集粒化する粉末冶金用の還元焼純
噴霧鋼粉の原料として好適で、圧粉体および焼結体の高
強度化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、それぞれ還元焼鈍した
噴霧鋼粉の圧粉密度比、圧粉体ラトラー値および焼結体
引張強度について、その噴霧化鋼粉の平均粒径との関係
を示すグラフ（なお、図中のマルカツコめ数字は実施例
のムを示し、第１゜２図の条件は、１００％Ｆ６−１−
１　％外枠Ｚｎ−８ｔ　、成形圧力５　ｔ４１”　、第
８図の条件は、９７．８　Ｆｅ　−１，５０ｕ１−０．
７　Ｇｒ、、＋１係外枠Ｚｎ−８ｔ、１１８０°ＯＸ２
０ｍｉｎ。 ＲＸガス雰囲気中、焼結密度’　””／ｅｌ１８）。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 １１図 噴霧１４岡ｓｎ乎均雑任（μ慴ン 幣２図 １０　２０３０　ｄｏ　５０６０７０８０　ｑ０噴＠生
＠粉の千乃草ｊ径６μ慴）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　Ｓｉを０．１重量％以下、ＡＪを０．０５重量％以
   下、Ｐを０．０５重量−以下そしてＯを１．０重量％以
   下°含み、不可避不純物とともに残部を構成・する主成
   分としてのＴ−ｒｅ！が９ｑ重量％以上のものからなシ
   、平均粒径が６０μｍ以下の値を示すと同時に見掛密度
   が３．２０ｐ７．８以下のもので構成される粉末冶金用
   噴霧化銅粉。