JPS607681B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、成形性に優れた低見解度のアトマィズ鉄粉な
らびにその製造方法に係り、詳しくは、高圧水を用いて
アトマィズ鉄粉を製造する際にそのアトマィズ贋霧条件
を薄生に保持して溶鋼流を粉化させて粉状アトマィズ粉
をつくってから、仕上還元する低見掛密度で成形性の良
いアトマイズ鉄粉とその製造方法に係る。

一般に、粉末冶金用に使用されている鉄粉は、還元鉄粉
とアトマイズ鉄粉とに大別され、前者の還元鉄粉は、鉱
石やミルスケールを還元して製造され、後者のアトマィ
ズ鉄粉は水やガスなどの高圧流を溶鋼流に噴射し、その
後、仕上還元してケーキ状とし、このケーキを解除して
擬似粒子化することによって製造されている。

また、還元鉄粉は製造法の特性から粒子に多くの気孔を
有し、概して表面形状が複雑で見掛密度が低い。従って
、煉綾部品製造時には、還元鉄粉を圧扮して圧粉体を成
型するが、この圧粉体の密度が低く鉄粉粒子間の結合が
良好で強度が高い圧粉体が得られて成形性が優れており
、広く低密度の暁結部品の製造に用いられている。これ
に対し、後者のアトマィズ鉄粉は溶鋼流を高圧水等によ
り霧化して製造されるため、粒子内には気孔が少なく、
見掛密度は高く、簾結部品製造時に得られる圧粉体の密
度が高い。更に、アトマィズ粉は製造上の特性から還元
鉄粉と相違して球形に近く、還元鉄粉からの圧粉体に較
べて強度の低い圧粉体しか得られない。この点から、後
者のアトマィズ鉄粉では、強度の高い圧粉体が得られる
よう、成形性を改善しかつ品質を向上させることが望ま
れている。とくに、アトマィズ鉄粉であっても、市販の
還元鉄粉とは競合し、これら両鉄粉は同種の目的に使用
することも要求されている折から、アトマイズ鉄粉でも
還元鉄粉に類似した性質を持つものの開発が要望されて
いる。本発明は上記の背景をうけて成立したものであっ
て、成分的には、鉄分ＴＦｅが重量で９８％以上、炭素
分Ｃが重量で０．０２％以下の低炭素鋼のアトマイズ鉄
粉を対象とするが、高圧水によって霧化されたアトマイ
ズ鉄粉であるが、還元鉄粉と略々近い特性を持つ、すな
わち、低密度で、強度が高い圧粉体が得られて成形性に
優れるアトマィズ鉄粉ならびにその製造方法を提案する
。

なお、これら粉末により種々の焼縞部品製造時に、粉末
を加圧成形して所要形状の氏粉体を得るが、この圧粉体
の強度（抗折力）は以下において加圧力４．２／地、潤
滑剤なしで成形した圧縮体のＡＳＴＭＢ３１２−６４の
測定値による強度とする。

次に、本発明について詳しく説明する。まず、高圧水を
使用してアトマイズ鉄粉を製造する際に、この高圧水と
いう圧力媒体は直綾溶鋼流に衝突させることなく、高圧
水は以下の如く沿面ガイドで整流してから、港鋼流に衝
突させ、アトマィズ鉄粉を製造する。

すなわち、一般には、高圧水は、環状ノズル式、Ｖ型ノ
ズル式、ペンシル型ノズル式等の高圧水ノズルから噴射
し、これを直酸溶鋼流に当ててアトマイズしている。

これに反し、本発明は、このような一般的な高圧水ノズ
ルから噴射した水流で直接溶鋼流を粉化する方法と異っ
て、噴出後の高圧水流を直接漆鋼流と衝突させることな
く二次的に、第１図で示す如く沿面ガイド３によって整
流化してから溶鋼流を粉化してアトマィズ鉄粉を製造す
る。なお、第１図で符号１は溶鋼流、２は高圧水ノズル
、４は高圧水円錐膜の．焦点、５は鉄粉を示す。従って
、高圧水ノズル２から噴出した水流はそれら複数個の水
流で円錐膜を形成し、溶鋼流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。すなわち、一般
に水流は高圧水ノズルから離れるのにしたがって拡大す
る煩向があり、その上、水流間の衝突によって水膜が乱
れ、時には、上方に水が飛散し、噴き上げる現象が呈す
る。このため、この水流で直綾溶鋼を粉化すると、水膜
が不安定となり、粒度、粒形、品質等のバラッキの多い
ものしか得られない。これに対し、本発明の如く、沿面
ガイド３によって上記の如く水流を整流化すると、水流
の沿面ガイド３の相綾によってある程度の圧力損力が生
じるが、粉化作用を起す水膜はきわめて安定し、製品の
粒度、粒形ひいては品質の安定をもたらす大きな利点を
もっている。しかし、上記の如く製造されたものであっ
ても、そのアトマィズ鉄粉の成形性を向上させるのには
、単体の粒子の形状の影響が大きく、この形状の粒子を
得るには、第１に上記のアトマイズ時の贋霧条件、第２
に贋霧後のアトマィズ粉を還元する還元条件を適正に設
定することが重要である。

更に、詳しく説明すると、ｉ アトマィズ条件 鉄粉の粘度、粒形を変化させるのは、一般に綾鋼流を粉
化する高圧水の円錐膜の焦点近傍での圧力と流量が影響
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流を整
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、
沿面ガイド角度が大きな支配要因として作用することが
わかった。また、このァトマィズ段階では、鉄粉の徴粉
量増が仕上還元後の製品の見掛密度低下、成形性向上に
有効であることもわかった。五 仕上還元条件 上記の通りに霧化された微粒化アトマィズ鉄粉（以下、
生鉄粉という）は仕上還元すると、生鉄粉の粒子間で擬
結が進行し、ケーキ状となり、このケーキを解砕（軽破
砕）すると、粒子同志が結合した状態の大きな粒子（所
謂擬似粒子）がアトマィズ鉄粉製品として得られる。

この製品による圧粉体の強度を高め成形性を向上させる
には、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、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、第１ならぴに第
２の条件によって本発明では、見掛密度の低い成形性の
よい鉄粉を生産することができる。

すなわち、本発明においては、第１図に示す如〈例えば
、電気炉で目標成分に合わせて精製した溶鋼を所定寸法
の落陽ノズルより溶鋼流１として落下させる。

高圧水ノズル２から高圧水を噴出し、沿面ガイド３の下
部テーパ部分（長さＬ、角度３ｏ）に接触させて整流化
し、その高圧水円錐膜の焦点４に溶鋼流１を落下させて
粉化させる。成品である生鉄粉５の特性は、円錐膜．焦
点４での水圧水量と注入溶鋼流速によって変化する。更
に詳しく説明すると、一般の沿面ガイド３の設置されて
いないアトマイズ方法では、高圧水ノズル２での水圧、
水量とその角度Ｑｏと高圧水ノズルから円錐膜」焦点ま
での飛距離等で定まってくるが、本発明においては、沿
面ガイド３で二次的に高圧水が整流化されるため、前記
の条件の他に沿面ガイド３のテーパ角８ｏ、ナーパ面長
さＬ、接点Ｐが関係する、焦点における圧力流量からく
る粉化力を高めるには沿面ガイド３内を安全に溶鋼流が
通過できるだけの沿面ガイド内蓬ｄぐを確保し、高圧水
円錐膜８ｏは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を短か〈して高圧
水の沿面ガイドへの当り点Ｐを円錐部分にとることによ
り圧力損失を少なくする事が必要である。しかし、本発
明のごとく、沿面ガイド３で二次的に整流する方法では
、以上述べた条件だけでは十分といえず、水ノズル角度
Ｑｏと沿面ガイド角度８ｏとの相互関係、つまり、角度
差（Ｑ−Ｂ）ｏを６ｏ以下（ただし６ｏを含む）に保つ
ことがアトマィズ後の生鉄粉の見掛密度の低下および微
粒化を促進する上で重要であることが解つた。第１表は
、炭素分０．１１％の低炭素溶鋼を原料とし、上記角度
差（Ｑ−８）〇を８０、６０、４０に保持して製造した
アトマイズ生鉄粉の品質を示す｛（Ｑ−６）ｏ以外の綾
鋼ノズル径、水圧、水量等は全て同一条件でアトマィズ
した。

｝。第１表第１表より沿面ガイド角３ｏと水ノズル角Ｑ
。

との差（Ｑ−８）ｏにより大中に生鉄粉の粒度が異なり
（Ｑ−６）ｏＳ６ｏのときは、６０以上に比べ大中に細
くなっている。この点本発明において一般にアトマイズ
では微粉のほど見鶏密度が高くなるのにも拘らず、（Ｑ
−８）ｏＳ６ｏの条件では、粒径が細くなっても見鶏密
度が低い。上記の通りに高圧水を整流させてアトマィズ
することにより生鉄粉を製造してから、これら生鉄粉は
（ｉｉ）仕上還元条件の如くに仕上還元する。すなわち
、種々の生鉄粉を使用し、これらを仕上還元しケーキ状
のものを常法で鱗砕したところ、第２表に示す通りアト
マィズ鉄粉が得られた。第２表においては炭素分０．１
〜０．１５％の低炭素溶鋼を原料としてアトマィズした
ものでＮｏ．１〜５は（Ｑ−８）ｏ ＝８ｏ で製造し
た生鉄粉、Ｎｏ．６〜１０は（Ｑ−８）ｏ ＝４ｏで製
造した生鉄粉を使用した鉄粉である。

第２表から明らかな通り、仕上還元温度が高くかつ保持
時間の長いほど見掛密度は低くなり、かつ圧粉体抗折力
も上昇する。また、仕上還元条件が同一の場合（Ｎｏ．
１とＮｏ．６、Ｎｏ．２とＮｏ．７、Ｎｏ．３とＮｏ．
９、Ｎｏ．４とＮｏ．１０）はいずれも本発明による生
鉄粉を原料として、製造した鉄粉の方が見掛密度が低〈
圧粉体の抗折力がはるかに高い値を示す。見鶏密度と圧
粉体抗折力（ＡＳＴＭＢ−３１２−６４にて成形圧力４
．２／めで潤滑剤の添加なしで、金型潤滑法により成形
した圧粉体の強度）の関係を示すと、第２図に示す通り
、本発明凶の方が従来例【Ｂ｝と同一見鶏密度で比較す
れば、高い圧粉体抗折力を示す。また、本発明によると
、３２５メッシュ（径４４山ｍ以下）以下の多い生鉄粉
を使用したのにも拘らず、製品の徴粉（一３２５メッシ
ュ）が大中に減少し、この事からもわかる通り粒子間の
暁結による付着が十分に進行し、良好に擬似粒化してい
ることがわかる。

第２表 ＊ ＡＳＴＭ−Ｂ−３１２−６４ＴＫ従い型押圧４．２
ｔイめで漣郭骨剤をしで成形しえ圧粉体の抗折力なお、
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
説明すると次の通りである。

上誌の通りのアトマィズ条件で製造された生鉄粉を９０
０００〜１０００午０の水素を含む還元性雰囲気下で３
０分〜１２０分熱処理をするのは９００〜１０００ｏｏ
で仕上還元処理をほどこすことにより粉末粒子間の暁結
を進行させ、見掛密度の低下を起させるからである。す
なわち、熱処理温度９００ｏ○禾満、時間３び分未満で
は粒子の軟化暁鈍は可能であるが、粒子間の焼結が進み
にくく、時間１２０分を越えると逆に粒子間の暁結が進
みすぎ、仕上還元後のケーキの解砕が難しくなり、無理
に粉砕すると、粉末にひずみが残り好ましくない。

また、熱処理温度を１０００℃を越える高温では、粉末
粒子間の焼結が進み、後の解砕工程に負担がかかる上、
成品の粉末給金上の物理特性が悪化するし、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
同一、つまり、同じ方法で製造した生鉄粉では、辻上還
元条件を変化させると、仕上還元温度が高くかつ保持時
間の長い程、粒子間の暁結が進行し、鉄粉中の徴粉量が
少なくなり、見掛密度が低下し庄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原料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、本発明方
法によってアトマィズされて製造した生鉄粉であっても
、Ｎｏ．６の如く９００こ０未満の温度の低いときは、
粒子間の焼結がほとんど進行せず、鉄粉中の徴粉量は生
鉄粉中の徴粉量とほぼ同じで見掛密度の低下が少く、圧
粉体抗折力も低い値を示す。

また、第２表のＮｏ．５とＮｏ．６の比較において還元
処理はＮｏ．５の方がはるかに高い温度と時間をかけて
処理しているため、見頚密度は０．被ノの低いにもかか
わらず圧粉体抗折力は同じ値を示している。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。

以上の通り、水ノズル角はｏと沿面ガイド角８ｏとの差
角（Ｑ−８）ｏを６ｏ以下の条件でアトマィズして生鉄
粉を製造すると、粒形が不規則で見掛密度が低い生鉄粉
が得られ、その粒度が徴粉側により、この霧化時の歩留
が向上する。

更に、この生鉄粉の仕上還元時の条件が適正条件である
ため、見掛密度が低く圧粉体抗折力の大さし、圧粉体、
すなわち、強度の大きい圧粉体、つまり、ＡＳＴＭＢ３
１２−６４の測定値で３３０〜３８０ｋ９／ののものが
得られる。従って、還元鉄粉の分野となっていた低密度
の粉末冶金法を使用した嘘結部品への適用が可能となり
、アトマィズ鉄粉の使用分野が拡大する。

すなわち、この鉄粉は仕上還元時にケーキ状になったも
のを滋砕したもので、擬似粒子化したものであり、その
形状は不規則で複雑な形状となっている。従って、鉄粉
の１個の粒子が不規則で表面積が大であり、これまで不
向きとされていたカイロ用鉄粉、脱酸素剤用鉄粉の分野
にも適用されるほか、アトマィズ合金鋼粉一般にも適用
できる。更に、この鉄粉の粒度は８０メッシュ（径１７
７一ｍ）通過分が９８％以上、１００メッシュ（径１４
９仏ｍ）通過分が８５％以上の粒度特性を有するため、
圧粉体抗折力がＡＳＴＭＢ３１２−６４の測定値で３３
０〜滋ｏｋ９／めで還元鉄粉と同等の成形性を示す。第
３表に本発明にて造られた鉄粉の粒度別圧粉体抗折力（
ＡＳＴＭ・Ｂ・３１２−６４に従い、潤滑剤の添加なし
で、４．２／めで成形した圧粉体について）の例を示す
。この表より明らかに、圧粉体抗折力は、粗粉（十８０
＃（径１７７ｒｍ以上）、十１００＃（径１４９ｒｍ以
上））および、徴粉（一３２５＃（径−４４仏ｍ以下）
）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、庄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、合金元素の鉄粉中への拡
散が悪くなり、焼結体の強度が低下する。

一方、徴粉は比表面積が多いため「競給を進行させるた
め、少なくすることは望ましくない。この点、圧粉体強
度ならびに暁結体強度を低下させる粗粉（十８０＃（径
１７７〃ｍ以上）、十１００＃（径１４９仏ｍ以上））
が除外され、とくに、一８０＃（蚤１７７ムｍ以下）９
８％以上、一１００＃（径１４９一ｍ以下）８５％以上
に粒度調整されているため、この鉄粉であると、圧粉体
強度および、塚縞体強度が実質的に低下しない。なお、
上記の第１表ならびに第２表と以下の第３表の粒度のメ
ッシュ、ｍｅｓｈは、Ｔｙｌｅｒ標準節で示されたもの
で、６０８い１００１５０２５０３２５の各メツシユ（
ｍｅｓｈ）は２５０、１７７、１４９、１０５、７４、
６３４４山ｍの各自の関径、つまり径に対応する。第３
表図面の簡単な説明第１図は本発明を実施する場合の高
圧水による溶鋼噴霧概況の説明図、第２図は見掛密度と
圧粉体抗新力との関係を示すグラフである。

符号、１・・・溶鋼流、２…高圧水ノズル、３・・・沿
面ガイド、４・・・高圧水円錐膜焦点、５・・・アトマ
ィズ生鉄粉。

第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｔｙｌｅｒ標準篩で８０メツシユ（目開き１７７μ
   ｍ）通過分が９８％以上、１００メツシユ（目開き１４
   ９μｍ）通過分が８５％以上の粒度を有し、見掛密度が
   ２．７０〜２．９５ｇ／ｃｍ＾３であって、加圧力４．
   ２ｔ／ｃｍ＾２、潤滑剤の添加なしで成形した圧粉体の
   強度がＡＳＴＭＢ３１２−６４の測定値で３３０〜３８
   ０ｋｇ／ｃｍ＾２であり、しかも、高圧水によりアトマ
   イズされて得られる生鉄粉が仕上還元により粒子同志が
   付着結合して粒子化された複雑形状の粒子であることを
   特徴とする成形性に優れた低見掛密度のアトマイズ鉄粉
   。 ２ 高圧水流がテーパ部で整流化されて円錐膜を形成す
   る沿面ガイド内に溶鋼流を落下させ、この円錐膜の焦点
   部において溶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の角度差α−βを６°以下に
   おさえて溶鋼流を粉化さ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
   〜１０００℃で３０分以上保持して還元し、粉状鉄粉の
   粒子を付着結合した複雑形状の粒子とすることを特徴と
   する成形性に優れた低見掛密度のアトマイズ鉄粉の製造
   方法。