JP2749267B2 - Fe−Cr−Al−REM系合金粉末の製造方法 - Google Patents

Fe−Cr−Al−REM系合金粉末の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アトマイズによるFe
−Cr−Al−REM系合金粉末の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、Alを含むFe基合金(Fe−1
5〜40%Cr−3〜10%Al合金)は、耐熱性,耐
酸化性に優れていることから、ヒータ電熱線用,溶射
用,PTA(肉盛り溶接)用,あるいは自動車の排気ガ
ス浄化用触媒の担体用材料として広く利用されている。
これは合金粉末の原料が、材料送給性,組織制御性,薄
板化の面で特性向上に寄与しているからである。
【0003】上記Fe−Cr−Al系合金粉末を工業的
規模で製造する場合、製造コストの点から大気溶解又は
真空溶解と、水又はガス噴射との組み合わせによるアト
マイズ法が採用されている。なお、上記真空溶解は高純
度粉末の製造のみに限定されている。このアトマイズ法
は、ノズル径2〜10mmφの溶湯ノズルから溶融金属
を細く流下させ、これに高圧ガス又は高圧水を噴射する
ことにより合金粉末を製造する方法である。この場合、
上記溶湯ノズル部分の温度が低下すると溶融金属が凝固
してノズルを閉塞する場合があることから、上記溶融金
属の温度,タンディッシュ及び溶湯ノズルの予熱温度を
制御してノズルの閉塞を制御するのが一般的である。
【0004】また、例えば上記Alのような活性金属元
素を含む合金粉末を製造する場合、溶融金属中に、大
気,耐火物等が酸素,窒素の供給源となって酸化物,窒
化物が生成し易く、これらが溶湯ノズルの内壁に生成,
成長し、アトマイズの途中で溶融金属が流下しなくな
り、その結果ノズルを閉塞する場合がある。これは、溶
湯ノズル内壁の温度が溶融金属の温度より低下すること
により、過飽和状態となった溶融金属中の酸素,窒素が
酸化物,窒化物となるためであり、これらの酸化物等は
熱力学的に安定したものとなる。これらの酸化物,窒化
物は、温度が低くなった溶湯ノズルの内壁から溶融金属
中に生成,成長する。そしてこの晶出物の融点が溶融金
属の温度より高い場合、あるいは晶出物がクラスター状
に成長した場合、溶融金属が流下し難くなり、その結果
ノズルの閉塞に至ることとなる。
【0005】このような晶出物の生成による溶湯ノズル
の閉塞を防止するために、従来、ノズルの径を大きくし
たり,溶融金属の温度を晶出物の融点より高くしたりす
る方法がある。またノズルの壁面からガス等をバブリン
グさせて晶出物の生成を抑制したり,上記ノズルを加熱
したりする方法も試みられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のノズル径を大きくしたり、溶湯温度を高くしたりする
方法は、合金粉末の粒度分布が大きくなり、溶融金属中
の酸素が増大することから限界がある。また、溶湯ノズ
ルにガス等をバブリングさせる方法では、その構造が複
雑となり、製造コストがアップするという問題がある。
【0007】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、合金粉末粒のばらつきや溶融金属中の酸素増
大を回避しながら、かつ製造コストを上昇させることな
く溶湯ノズルの閉塞を防止できるFe−Cr−Al−R
EM系合金粉末の製造方法を提供することを目的として
いる。
【0008】
【課題を解決するための手段】ここで、上述のノズル内
壁に生成する晶出物に含まれる組成を分析したところ、
窒素とAlとの反応による多量のAlNが形成されてお
り、このAlNがノズル閉塞の原因となっていることが
わかった。そこで本件出願人は、先にこのAlNの生成
を抑制するために、溶融金属中の窒素含有量を300p
pm以下に保持した状態でアトマイズを行う方法を提案
した。
【0009】一方、近年のFe−Cr−Al系合金粉末
では、耐酸化性の改善を図るためにLa,Ce,Y等の
希土類元素(以下、REと称する)を添加することが注
目されている。このREを添加することによって、合金
の耐酸化性を始め、耐硫化性,熱間加工性等の各種の特
性を向上できる(日本金属学会会報 第18巻 第3号
(1979)「RE添加による耐熱合金の性能向上」参
照)。
【0010】ところで、上記Fe−Cr−Al系溶融金
属にREを添加し、かつ該溶融金属中の窒素含有量を3
00ppm以下に保持した状態でアトマイズを実施した
ところ、上記窒素量を制御しても溶湯ノズルの内壁に晶
出物がクラスター状に成長し、その結果ノズルが閉塞す
る場合のあることが判明した。図1は、溶湯ノズル内壁
の顕微鏡写真を示す。同写真からも明らかなように、ノ
ズル内壁に晶出物が生成,成長していることがわかる。
【0011】本件発明者は、上記REを添加した場合の
晶出物について調査,分析を行ったところ、硫化物が多
量に堆積していることがわかった。図2〜図5は、それ
ぞれX線マイクロアナライザー(EPMA)により上記
晶出物に含まれる組成を分析した分析写真を示す。
【0012】各写真からも明らかなように、上記晶出物
には酸化物はほとんど含まれておらず(図3参照)、Y
とSを多量に含有しており、これにより上記晶出物は
Y,Sの化合物であることがわかる(図4,5参照)。
このことから溶融金属中のS量を制御することによって
RE添加によるノズルの閉塞を防止できることに想到
し、本発明を成したものである。
【0013】請求項1の発明は、Alを含むFe系溶融
金属を溶湯ノズルから流下させ、該溶融金属に高圧ガス
又は高圧水を吹きつけて合金粉末を製造する方法におい
て、上記溶融金属中の硫黄含有量を10ppm以下にし
た後、希土類元素を添加し、次いでアトマイズを行うこ
とを特徴としている。
【0014】請求項2の発明は、請求項1と同様の合金
粉末の製造方法において、上記溶融金属中の硫黄含有量
を10ppm以下、かつ窒素含有量を300ppm以下
にした後、希土類元素を添加し、次いでアトマイズを行
うことを特徴としている。
【0015】請求項3の発明は、上記Fe系溶融金属
が、Cr15〜40wt%、Al3〜10wt%,酸素0.
10wt%以下,窒素0.03wt%以下,希土類0.00
05〜0.1wt%,残部が実質的にFeからなることを
特徴としている。
【0016】
【作用】請求項1の発明に係るFe−Cr−Al−RE
M系合金粉末の製造方法によれば、S含有量を10pp
m以下に保持した状態で希土類元素を添加したので、該
希土類とSとの硫化物の生成を抑制でき、該硫化物の堆
積による溶湯ノズルの閉塞を防止でき、ひいては合金粉
末の回収量を増大して歩留まりを向上できる。その結
果、上述した従来のノズル径を大きくしたり,溶融温度
を高くしたりする場合の粉末の粒度分布ばらつきや酸素
増大の問題を回避できるとともに、製造コストの上昇を
抑制できる。
【0017】請求項2の発明では、S含有量を規制する
とともにN含有量を規制した状態で希土類元素を添加し
たので、硫化物,AlN両方の生成を抑制でき、粉末回
収量をさらに向上できる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
では、本発明の製造方法の効果を確認するために行った
実験結果について説明する。
【0019】
【表1】
【0020】この実験は、表1に示すように、Fe−2
3%Cr−5%Al−0.03%Y合金(試料No. 1,
5)、Fe−23%Cr−5%Al−0.03%Hf合
金(試料No. 2,6)、Fe−27%Cr−7%Al−
0.03%Y合金(試料No.3,7)、Fe−27%C
r−7%Al−0.03%Hf合金(試料No. 4,8)
を採用した。
【0021】そして、S含有量に関しては、原材料の
配合段階でS含有量を5,及び7ppm以下に調整した
もの(本発明試料No. 2,3)、原材料の配合段階で
はS含有量が25,30ppmと若干高いものを、溶解
時にNi−Caを用いて脱硫処理を行い、これによりS
量を3,及び5ppm以下に調整したもの(本発明試料
No. 1,4)、配合段階でS量が15〜40ppm
で、かつ脱硫処理を行うことなくそのまま溶解したもの
(従来試料No. 5〜8)、この3種類の溶鋼をそれぞれ
500Kg溶製した。また、本実験では溶鋼中の窒素含
有量を300ppm以下にした後、希土類元素を添加し
た。
【0022】次に、直径8mmφのアルミナノズルから
上記溶鋼を流下させ、該溶鋼流に高圧窒素を噴射して合
金粉末を製造した。なお、今回の実験では、ノズル閉塞
の起こらない場合でもノロなどの混入を防止するため、
溶鋼をタンディッシュ内に約40kg残した状態でスト
ッパを用いアトマイズを完了した。そしてこれにより得
られた合金粉末の回収量を調べた。
【0023】表1からも明らかなように、Hf(希土
類)添加前のS含有量が42ppmと最も高い従来試料
No. 6の場合、投入原料500Kgに対して合金粉末は
230Kgと46%しか回収できておらず、硫化物の生
成による溶湯ノズルの閉塞が著しい。
【0024】また、S含有量を15〜30ppmと比較
的低く抑えた従来試料No. 5,7,8の場合は、S量の
低減に比例して粉末回収量も53〜75%と上昇してい
る。これはS量の低減によってY,Hf等の晶出物の生
成が少なくなったからである。しかし工業的規模から見
ると回収率75%でも満足できない。
【0025】これに対して、Y,Hfの添加前にS含有
量を3〜7ppm以下に制御した本発明試料No. 1〜4
の場合はノズル閉塞することなくアトマイズでき、何れ
も粉末回収量は460〜465Kgと大幅に向上してお
り、92〜93%の回収率となっている。
【0026】このように本実施例によれば、溶融金属中
のS量を10ppm以下にした状態で、Y,Hf等の希
土類元素を添加することによって、硫化物の生成,堆積
を抑制してノズルの閉塞を防止でき、ひいては合金粉末
の回収率を大幅に向上でき、歩留まりを向上できる。
【0027】また上記実施例では、希土類元素として
Y,Hfを採用したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、例えばLa,Ce等を添加しても同様の効果が
得られる。
【0028】
【発明の効果】以上のように請求項1の発明に係るFe
−Cr−Al−REM系合金粉末の製造方法によれば、
S含有量を10ppm以下に保持した状態で希土類元素
を添加し、この後アトマイズを行うようにしたので、硫
化物の生成を抑制して溶湯ノズルの閉塞を防止でき、ひ
いては合金粉末の回収率を向上できる効果がある。
【0029】請求項2の発明では、S含有量を10pp
m以下に保持するとともにN含有量を300ppm以下
に保持した状態で希土類元素を添加したので、硫化物,
AlN両方の生成を抑制でき、合金粉末の回収率をさら
に向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成立過程を説明するための溶湯ノズル
内壁に堆積した晶出物の金属組織を示す顕微鏡写真であ
る。
【図2】上記晶出物の金属組織を示す2次電子線像写真
である。
【図3】上記晶出物の金属組織(Oの分布状態)を示す
EPMA分析写真である。
【図4】上記晶出物の金属組織(Sの分布状態)を示す
EPMA分析写真である。
【図5】上記晶出物の金属組織(Yの分布状態)を示す
EPMA分析写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 9/08 B22D 11/00 B22D 11/10 320 B22D 41/54

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Alを含むFe系溶融金属を溶湯ノズル
    から流下させ、該溶融金属に高圧ガス又は高圧水を吹き
    つけて合金粉末を製造する方法において、上記溶融金属
    中の硫黄含有量を10ppm以下にした後、希土類元素
    を添加し、次いでアトマイズを行うことを特徴とするF
    e−Cr−Al−REM系合金粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】 Alを含むFe系溶融金属を溶湯ノズル
    から流下させ、該溶融金属に高圧ガス又は高圧水を吹き
    つけて合金粉末を製造する方法において、上記溶融金属
    中の硫黄含有量を10ppm以下、かつ窒素含有量を3
    00ppm以下にした後、希土類元素を添加し、次いで
    アトマイズを行うことを特徴とするFe−Cr−Al−
    REM系合金粉末の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、上記Fe系溶
    融金属が、Cr15〜40wt%、Al3〜10wt%,酸
    素0.10wt%以下,窒素0.03wt%以下,希土類
    0.0005〜0.1wt%,残部が実質的にFeからな
    ることを特徴とするFe−Cr−Al−REM系合金粉
    末の製造方法。
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SE513989C2 (sv) * 2000-01-01 2000-12-11 Sandvik Ab Förfarande för tillverkning av ett FeCrAl-material och ett sådant marerial
JP4025696B2 (ja) * 2003-08-18 2007-12-26 新日本製鐵株式会社 ノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法
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