JPS59173201A

JPS59173201A - 高圧縮性合金鋼粉の製造方法

Info

Publication number: JPS59173201A
Application number: JP58045297A
Authority: JP
Inventors: Masahide Unno; 正英海野; Eijiro Tamura; 田村　英二郎; Isamu Karasuno; 烏野　勇; Yasufumi Shiromata; 白又　靖文
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-03-19
Filing date: 1983-03-19
Publication date: 1984-10-01

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】本発明は圧縮性のすくれた合金鋼粉の製造方法に関する
。

合金鋼粉の代表的な鋼種は、Ａｌ５Ｉ４１００　（０，
８５％Ｍｎ−１，０％Ｃｒ−０，２５％Ｍ　ｏ　）であ
り、我が国でも製造されている。その他の合金鋼粉とし
ては、Ａｌ５Ｉ４６００　　（０，２％Ｍｎ−２，０％
Ｎｉ　−０，５％Ｍｏ）のような高価なＮｉ−Ｍｏ鋼粉
、より安価なＡＩＳ＋９４００　（０，２５％Ｍ　ｎ−
０，２５％Ｃｒ−０，２％Ｍ　ｏ　）などが知られてい
る。しかし、これらはいずれも圧縮性がよくなく、５　
Ｔ　／　ｃａで圧縮成形したときの圧粉密度が６．７ｇ
／ｃｎ！またはそわ以下と低い。

このように従来の合金鋼粉の圧縮性が低い原因としては
次のことが考えられる。

（１）炭素（Ｃ）含有量が高い：従来の一般的な合金鋼粉は、Ｃ含有量が０．０５〜０．
１０％（重量％、以下、特に指定がなけれは％はすべて
重量％である）と高い。Ｃは侵入型に固溶してフェライ
ト地を硬化させ、或いは炭化物を形成する元素であり、
Ｃ含有量が高くなると圧縮性は著しく低下する。

（２）フェライト結晶粒が微細である：従来の合金鋼粉
はほとんどが水アトマイス法により製造されており、噴
霧媒として使用する水による酸化のために、鋼中のＳ　
ｉ、Ｍｎ、　Ｃｒ、■のような易酸化性元素が酸化され
、製造された合金鋼粉は比較的多量の酸素を含有してい
る。このような水アトマイス鋼粉の酸素（酸化物）は大
部分粒子表面に存在するが、２割程度は内部に存在する
と言われている。この内部酸化物の存在のため、水アト
マイス鋼粉の結晶粒は、油アトマイス鋼粉（油を噴霧媒
として製造した鋼粉、噴霧媒による酸化かほとんど皆無
）に比較して成長しにくい。結晶粒が微細であれば、圧
縮性は低下する。

（３）熱処理後の冷却速度が大きい；従来の合金鋼粉の製造法においては、熱処理後の冷却速
度が比較的大きいのが普通である。この冷却速度が大き
いと、転位密度の増加あるいは炭化物の析出により粒子
は硬化し、圧縮性が低下する。

本発明の目的は、５　Ｔ　／　ｃａの成形圧での圧粉密
度が６．９ｇ／ｃｆｆ１以上と圧縮性が従来品よりずく
れている合金鋼粉の製造方法を提供することである。

ごこに、本発明は、１種または２種以上の合金元素を含
有する合金鋼粉を、水素を含有する還元雰囲気中で９０
０°Ｃ以上の温度に１０分間以上加熱して、炭素含有Ｍ
Ｏ，０３％以下、酸素含有量０．１５％以下まで脱炭還
元し、次いて（１）６００°Ｃまでの冷却速度を３０°
Ｃ／分以下て徐冷するか、或いは（２）一旦室温まで冷
却し、さらに再び水素を含有する雰囲気中で８００〜６
００℃に１０分間以上加熱保持することを特徴とする高
圧縮性合金鋼粉の製造方法を要旨とする。

以下、本発明を詳述する。

本発明で処理原料として用いる合金鋼粉は、水アトマイ
ズ法および油アトマイズ法のいずれで得たものでもよい
。ただし、圧縮性の改善は、油アトマイス粉を使用した
方が、（１）結晶粒が成長しやすい、（２）低炭素、低
酸素の鋼粉が得やすいという理由により、水アトマイス
粉を使用した場合より一般に大きくなる。

かかる合金鋼粉は一般にマンガン（Ｍｎｌｌ、クロム（
Ｃｒ）、バナジウム（■）、ホウ素（Ｂ）、ゲイ素（Ｓ
ｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ
（Ｎｂ）、リン（Ｐ）、スズ（Ｓｎ）なとの合金元素を
１種または２種以上含有し、残部は実質的に鉄である。

各合金元素の量が一般にいずれも２％を越えない低合金
鋼粉であるのが好ましい。

本発明の好適態様にあっては、原料鋼粉は、Ｍｎ：　６
．３〜２．０％、Ｃｒ　：　０．１〜２．０％、Ｍｏ：
０．０５〜１．０％、Ｃｕ：　０．２〜２．０％、Ｎ　
ｉ　：　０．１〜２．０％、Ｐ　：　０．０２−０．１
０％、およびＳ　ｎ　：　０．０１−０．１％から選は
れた１種または２種以上の元素を含め８．残部が実質的
に鉄からなる。原料鋼粉の組成がこの範囲内であると、
次に述べる理由により、合金鋼粉の圧縮性のめならずそ
の他の特性も改善され、目的とする６、９ｇ／ｃｍ以上
の圧粉密度（潤滑剤として０．８％のステアリン酸亜鉛
を用いて成形圧５　Ｔ　／　ｃ♂で測定した値、以下間
し）を有し、しかも焼入性や成形性にもすくれた合金鋼
粉の製造が可能となる。

Ｍｎ、Ｃｒ　：ＭｎとＣｒはともに焼入性を向上させる
元素であるが、ＭｎＯ，３％未満、Ｃｒ０．１％未満て
はその９Ｊ＋果が少ない。一方、それぞれ２．０％を越
えると、残留オーステナイトの生成および圧粉密度の低
下を生ずる。

Ｍｏ：Ｍｏは焼入性向」二効果のほか、焼戻抵抗、焼戻
脆性緩和に有効であるか、００５％以下では効果か少な
い。しかし、ＭＯは高価であり、また多ずぎると圧粉密
度の低下をきたすため、１．０％以下であるのが好まし
い。

Ｃｕ：Ｃｕは焼入性向上のほか、合金相析出による硬化
元素でもあるが、０．２％以下ではその効果はあまりな
く、２．０％を越えると圧縮性の低下をもたらす。

Ｎｉ　：Ｎｉは焼入性向上効果のばか靭性も向上させる
元素である。しかし、その量が０．１％以下では効果か
小さく、２．０％を越えると圧粉密度の低下を生ずる。

Ｐ、Ｓｎ：ＰとＳｎはとも乙こフェライ１−地を硬化さ
せる元素であり、強度の改善に有効であるが、その量か
それぞれ０．０２％および０．０１％以下では効果か小
さく、一方それぞれ０，１％を越えると圧粉密度の低下
および粒界脆化をもたらす。

本発明の方法では、原料鋼粉をまず水素（Ｎ７）を含有
する還元雰囲気中で９００°Ｃ以上に１０分間以上加熱
して、炭素（ｊｔｏ、０３％以下、酸素量０．１５％以
下となるように脱炭還元する。この熱処理の雰囲気はＨ
２ほかにＮ２、Ａｒなどの不活性ガスを含有しうる。ま
た、Ｎ７○などの酸化性成分も、雰囲気が全体として還
元性である範囲内で、少量なら存在させうる。

本発明者らは、この熱処理温度が圧縮性向上に大きな影
響を与えることを見出した。添イ」図面の第１図に、加
熱温度と圧縮性の関係を示す。このブラフは、Ａｌ３１
４１００の鋼粉（原組成０．３１％Ｃ−０，６７％Ｍｎ
−１，０３％Ｃｒ−０，２２％Ｍ　Ｏ−０，０６％酸素
、残部Ｆｅ）について、加熱時間３０分、雰囲気組成９
６％ｌ−１２−４％ｌ−１２０の熱処理で得られたもの
である。なお、熱処理１多の鋼粉糾或は、０．００５％
Ｃ−０６７％Ｍｎ　−１，０３％Ｃｒ　−０，２２％Ｍ
　ｏ　−０，１５％酸素、残部Ｆｅてあった。このグラ
フから、加熱温度の七昇乙こ伴って圧縮性は向上し、加
熱温度か９００“Ｃより低くなると圧縮性は／！Ｒ，第
に低下することがわかる。

加熱温度を１０分間としたのは、熱処理の効果を得るに
は最低１０分間の保持時間が必要なこと、および所望の
脱炭還元にも少なくともその程度の熱処理時間が必要で
あるからである。

ごの９００　’Ｃ以上の還元雰囲気中での熱処理により
炭素＠０．０３％以下、酸素量０．１５％以下まで脱炭
還元することが必要である。

Ｃは、前述したように、鋼中に侵入型に固溶してフェラ
イト地の硬化あるいは炭化物の形成を生じるので、鋼粉
の圧縮性を改善するにはＣ量の低いことか望まれる。６
．９ｇ／Ｃｎｔ以」二の圧粉密度を得ようとする場合、
Ｃ量を０．０３％以下とする必要かある。

酸素は、圧粉密度、成形性に悪影響を及・ぼすほか、鋼
粉焼結材の浸炭性、゛焼入性などの熱処理特性にも大き
な影響を及ぼし、その含有量は可及的に低くすべきであ
る。圧粉密度を６．９　ｇ／ｃ翳以上とし、また均一な
組織を得るには、酸素’＃Ｏ，１５％以下とすることが
不可欠である。

不発Ｉす１の１態様によると、」二連したような熱処理
により脱炭還元した鋼粉を、次いて、６００′Ｃまての
冷却速度を３０°Ｃ／分以下の速度で徐冷する。熱処理
後の冷却速度がこれより大きくなると、たとえ熱処理に
よりｃ：ｏ、ｏ３％以下、酸素：　０．１５％以下に脱
炭還元が行われても、冷却後に得られた鋼粉は圧縮性が
改善されず、目的とする６、９　ｇ　／ｃａ以上の圧粉
密度は得られにくい− 第２図に、前記と同一の原組成を有するＡ　ｊ　Ｓ　１
４１００鋼粉を、９６％Ｈ２−４％Ｈ２０の雰囲気中で
９００°Ｃの温度に３０分間加熱して０．００８％Ｃ１
０，０９％酸素まで脱炭還元した後、９００〜６００°
Ｃ２間の冷却速度を変えて冷却した場合の、得られた鋼
粉の圧粉密度と冷却速度との関係を示す。この図から明
らかなように、９００〜６００°Ｃでの冷却速度と鋼粉
の圧粉密度との層間にははっきりした相関関係が認めら
れ、冷却速度が遅くなるほど圧粉密度は向上する。６．
９　ｇ　／ｃｎｔ以上の圧粉密度を得るには、前記温度
範囲での冷却速度を３０°Ｃ／分以下としなりればなら
ないことが、このグラフかられかる。

冷却速度が大きいと鋼粉の圧縮性が悪化するのは、既に
述べたように、転位密度の増加または炭化物の析出によ
る粒子の硬化に起因するものと思われる。

このような観点から、本発明者らは、粒子の硬化を緩和
する焼きなましの効果についても検討した結果、上記熱
処理後に一旦室温まで冷却した鋼粉を、Δ３変態点直下
の８００〜６００°Ｃの温度に再加熱することによって
も、徐冷と同様の圧粉密度の向北りｌ果が達成されると
の知見を得た。この再加熱温度への等温保持は１０分間
以上行うことがゼ・要である。

次に実施例により本発明を例示する。

ブ」［例− 浦アトマイス法または水アトマイズ法により得た合金鋼
粉を、油ア１−マイス粉は４％１１２０９６％■１２、
水アトマイス粉は１００％Ｈ２の還元雰囲気中でそれぞ
れｆ；熱処理し、室温まで冷却後、その−Ｒ１（につい
ては同し雰囲気中で再加熱して焼きなましを行なった。

得られた鋼粉に０．８％のステアリン酸亜鉛を潤滑剤と
して加えて５Ｔ／ｃＩδの圧力で成形し、成形体の圧粉
密度を１＋１定した。第１表に、ｑ４Ｈ処理後の鋼粉の
化学組成、熱処理条件（加熱温度、加熱時間、冷却速度
）、再加熱条件（温度、時間）を、得られた鋼粉の圧粉
密度と共に示す。

この表の結果が示すように、例えば例１と例１３を比較
すると、これらは熱処理後の冷却速度が異なるだけであ
るが、冷却速度を２０℃／分の徐冷とすることによって
圧粉密度の大幅な向上が得られる。

また、例２と例１３を比べると、例１３のような冷却速
度が大きいために圧粉密度の向上が得られなかった鋼粉
でも、冷却後に適当な温度に再加熱して等温保持するこ
とにより、やはり大幅に圧粉密度が向上することがわか
る。例、１４はＣ量と酸素量が高いと圧粉密度が著しく
低下することを、また例１５および例１６は熱処理の加
熱温度が低すぎると圧粉密度の向上をもたら今ないこと
５をそれぞれ実証している。

本発明によると、例３が示すように、水アトマイス法に
よって得た合金鋼粉からも圧粉密度が６．９ｇ／　Ｃａ
以上の高圧縮性鋼粉を製造することができる。

しかし、第１表かられかるように、油アトマイズ法／　
で得た合金鋼粉を原料とする方が、脱炭還元のための熱
処理の加熱温度を低くすることができ、また圧粉密度も
一般により高く、なる傾向があるため有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、合金鋼粉の還元雰囲気中での熱処理温度が鋼
粉の圧粉密度に及ばず影響を示すグラフ、および第２図は、と記熱処理後の冷却速度（横軸、対数目盛）
が鋼粉の圧粉密度に及ぼす影響を示すグラフである。出願人　　住友金属工業株式会社代・埋入　　弁理士　広　瀬　章　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１種または２種以上の合金元素を含有する合金鋼
粉を、水素を含有する還元雰囲気中で９００　’Ｃ以上
の温度に１０分間以上加熱して、炭素含有量０．０３重
量％以下、酸素含を量０．１５重量％以下まで脱炭還元
し、次いで６００′Ｃまでの冷却速度を３０°Ｃ／分以
下で徐冷することを特徴とする、高圧縮性合金鋼粉の製
造方法。
（２）１種または２種以上の合金元素を含有する合金鋼
粉を、水素を含有する還元雰囲気中で９００°Ｃ以上の
温度に１０分間以上加熱して、炭素含有量００３重量％
以下、酸素含有量０．１５重量％以下まで脱炭還元し、
次いで一旦室温まで冷却した後、再び水素を含有する雰
囲気中で８００〜６００　’Ｃに１０分間以上加熱保持
することを特徴とする高圧縮性合金鋼粉の製造方法。