JPS5935602A - 低酸素低炭素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】 この発明は、ＣｒとＭＨの１種または２種を含む水アト
マイズ合金鋼粉を熱処理して低酸素低炭素合金鋼粉を製
造する方法に関する。

粉末冶金製品の原料となる銅粉は、その酸素含有量が低
いことと共に、極く特殊な用途を除いて炭素含有量の低
いことが要求される。銅粉中の酸素および炭素は、銅粉
の圧縮性、成形性、焼結性等に悪影響をおよぼすからで
ある。

ところで、水アトマイズ法で製造された合金鋼粉は、噴
霧媒である水によって容易に酸化され、その酸素含有量
が高いことである。特に、Ｃｆ、Ｍｎ等の易酸化性元素
を含む銅粉は酸化され−やすく、得られた酸化鋼粉の還
元処理でも必要な程雇まで酸素量をＦげることは困難で
ある。１０００°Ｃ以上、５時間という高温、長時間の
還元処理でもたかだか０．４ｗｔ％程度までしか酸素含
有量を下げることができない。また、他の脱酸法として
、アトマイズ鋼粉自体に還元剤としての炭素を故意に添
加しておいて、真空中で高温加熱することにより、Ｃ＋
０→ＣＯの反応で酸素と炭素を除去するという特殊な方
法が提案されている。しかし、この方法は酸素含有ｌｅ
ｔをかｌす「げられるが、酸素をＦげるために最終成品
銅粉中に残留する炭素晴を一定臆以上に作つ必要があり
、その装置ａおよび操柴が複雑になっている。また、還
元処理後の銅粉中には炭素が０．１％程度残存し、これ
以上下げることはできなかった。なお、このＣ還元法を
ｌ■２を含む雰囲気中でｆ−ｊなわしめる方法も最近開
発されているが、この方法でも鋼粉中にはＣが０．０５
〜０．１０％程度残存している。

この発明は、ＣｒとＭｌｌの１種または２種を含み、炭
素０．０３％以下、酸素０．１５チ以Ｆの低酸素低炭素
合金鋼粉を得る方法を提案するものであり、その゛特徴
は、炭素含有量／（酸素含有ＩＭ　−０，１重置チ）が
モル比で１．０以上の水アトマイズ鋼粉を、Ｈ２、Ｈ２
Ｏを含む雰囲気中において、 １１００“０　＜、　ｔ　＜、　１８００°ＣＰ　Ｈ２
／　［’　ｌ１２０≧１８０ Ｈ２０（Ｎｙｚ？）≧３５〔酸素％）（Ｋ−１）＋８．
８５ただし、ｔ　：熱処理湿度 に＝Ｃゝ１０（モル比） ＰＨ２：水素分圧 ＰＨ２０：水蒸気分圧 の条件で熱処理することにある。

粉末冶金製品の原料となる銅粉中の炭素は、粉末冶金法
により合金鋼粉を金型内で加圧成形する際、圧粉密度め
低下をもたらすため低い程良い。しかし、従来の方法で
は前記したとおり、最高０．０５％程度までしか脱炭で
きなかった。この発明は圧粉密度をより高めるためにさ
らに低炭素化をはかるものであり、その目標としてＣく
０．０８チとした。また、合金銅粉中の酸素は、圧粉密
度、成形性に影響をおよぼす他、焼結材の浸炭性、焼入
性等の熱処理特性に大きな影響をおよばず元素でおるた
め、その含有量は低い程良く、均一な組織を得るために
は０．１５　％以下、望ましくは０．１０％以下にする
ことが不可欠である。

以上の理由によシ、この発明ではＣ≦０．０８％、０＜
、０．１５％の低酸素低炭素合金鋼粉の製造を目的とし
た。

次に、この発明者らは、銅粉中に含有する０、１′ｗｔ
％以上の炭素を脱炭する雰囲気について倹討した。鋼粉
中の炭素を脱炭するには、比較的炭素と反応しやすい酸
素を可及的に添加した雰囲気にすることが考えられる。

しかしながら、酸素を含む雰囲気中では、銅粉の主成分
であるＦｅ、あるいはＦｅよりも酸化しゃすいＣｙ、Ｍ
ｔｌ、■等の易酸化性元素の酸化を招く結果となる。従
って、脱炭を促進し、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。しかも、水蒸気には酸化性があるため５、水
素の分圧に対する水蒸気の分圧比を適正に選定すると１
．Ｆｅおよび易酸化性元素を酸化させることなく効率の
よい脱炭が行なわれる。

そこで、この発明者らは、易酸化性元素を酸化させるこ
とがない条件を調べるため、初期炭素含有１０．０１　
ｗｔ％、初期酸素含有１ｉ０．１２ｗｔ％（ｌＪｃｒ−
Ｍｎ系低合金銅粉（Ｏｒ　：　１．２０　ｗ’ｔ％、Ｍ
ｎ　：　０．９５ｗｔ％、）をステンレス製の容器に５
００Ｐ／チヤージ装入し、容器内をｎ、ｏ、ｉｔ、を含
む雰囲気とし、この雰囲気内でＰ　Ｈ，Ｏ／　Ｐ　Ｈ２
の値と雰囲気温度を種々変化させて、８０分作持後の酸
素含有量を測定し、酸化還元におよぼすＰＨ２０／ＰＨ
２と雰囲気温度の関係を調査した。その結果を第１図に
示す。また、第２図に示すアトマイズのままの銅粉を用
い雰囲気温度と炭素含有量および酸素含有量の関係を調
べた。

この際の雰囲気露点は一６０°Ｃであった。その結果を
第２図に示す。なお、Ｃ／（０−０，１％）がモル比で
１．０以上は第２図の斜線部Ａの範囲内にある場合であ
る。

第２図より、合金鋼粉中の酸素含有量を０．１５％以下
におさえるためには雰囲気温度（処理温度）を１１００
℃以上に保つ必要があり、また易酸化性元素が１１００
°Ｃ以上において酸化しないようにするためには、第１
図より、ＰＨ２０／ＰＨ２の値を１８０以Ｆの条件に保
つとよいことが判明した。また、雰囲気温度が１８００
°Ｃを越えると銅粉の相庁固着が急速に強固になり、処
理鋼粉の粉砕が田螺となり得策でないことも判明した。

以上、第１図および第２図の結果より、合金鋼粉中の酸
素含有縁を０．１５％以Ｆにおさえるための鋼粉処理の
雰囲気温度（ｔ”Ｃ）は、１１００°Ｃりｔり１８００
”Ｃの範囲が好ましく、また雰囲気条件は、ＰＨ，，０
／ｐＨ２＜　１８０が好ましいことになる。

また、この発明者らは、本然も気はと脱炭はの関係にり
い゛Ｃ検討した。

第２図の結果より、雰囲気温度１１００°Ｃにかける酸
素はは約０．１５　％である。従って、Ｃ還元における
過剰（残留）ＣＩｉｌは下記（１）式のとおりとなる。

＝０．７５Ｃ％０　）（Ｋ−１）　＋０．１１２５（％
）・・・（１）今１．脱炭すべき０社は、 （脱炭量）＝（残留Ｃ量）　−０，−０８−０，７５（
％０）（Ｋ−１）＋０．０８２５　（％）−（２）処理
鋼粉１トン当りの脱炭すべきｃ踵は、従って、脱炭に必
要な理論Ｉ２０量は、＝　　１４　　Ｃｌ０）（Ｋ−１
）＋　　Ｃ５４ＣＮｎｆ／トン　〕となる。

第８図は、水蒸気量と脱炭量の関係を調べた結果を示す
もので、初期酸素含有臆０．２８ｗｔ％、初期酸素含有
！ｔｏ、８２ｗｔ％のｃ、−Ｍ、系低合金鋼粉（Ｃｒ：
１．２０ｗｔ％、Ｍｎ　０．９５　Ｗｊ　％　）をステ
ンレス製の容器に６００ｆ／チヤージ装入し、Ｈ！Ｏｆ
ｉを種り変化させて脱炭量を調べたものである。ただし
、この時の雰囲気温度は１１５０’ｃ！、処理時間は８
０分であった。

この第８図の結果より、脱炭に必要なＨ，０量は前記理
論値の２．５倍必要なことが判明した。従って、ｃりｏ
、ｏａ％の合金鋼粉を得るためのＨ２Ｏ１ｉは、次式の
とおりとなる。

Ｉ２０（Ｎゴ）≧８５〔チ酸素）　（Ｋ−１）　＋　８
．８５ただし、Ｋ　−Ｃ１０（モル比） ｐｓ２ｏ：水蒸気分圧 以上の知見より、水アトマイズ法によって製造されたＣ
ｒとＭｎの１種または２種を含有し、炭素含有ハ／（酸
素含有Ｊｔ−０，１重肘％）がモル比で１．０以上の合
金鋼粉を、１１２、Ｉ２０を含む還元雰囲気中において
、 １１００°Ｃ＜ｔ＜、１８００″Ｃ ｐＨ２／　ＰＨ２０’２１８０ Ｈ２０（Ｎｍ’）≧３５〔酸素％　）　（Ｋ−１）　＋
　８．８５ただし、ｔ　：雰囲気温度 Ｋ　＝　Ｃ１０（モル比） Ｐ）Ｉ２：水素分圧 ＰＨ２０：水蒸気分圧 の条件で熱処理することにより、鋼粉の相互固着を防止
しつつ酸素および炭素含有臆をそれぞれ０．１５％以下
、ｏ、ｏａｓ以下まで低下させることが可能となる。

次に、この発明の実施例について説明する。まず、実施
例を示すにあたって、使用した試験装置の概要について
説明する。

第４図はその試験装置の概要を示すもので、熱処理炉（
１）内へは、その雰囲気ガスを調整するために、Ｉ２０
（蒸気）、Ｈ２ガスのそれぞれの供給系にバルブおよび
圧力計（９）を設け、これらの供給系からのそれぞれの
ガスは、ガス混合ｌＩｉｇＱ＊にて均一に混合されて、
加熱ヒータ（８）で加熱されながら所望の雰囲気ガスが
前記熱処理炉（１）内に供給されるようになっている。

一方、サンプル鋼粉（７）は熱処理炉（１）の図示右端
のサンプル取出口（４）から該炉内に装入され、該炉天
井部に設けられた電気ヒーター（２）により所定の温度
まで加熱されるようになっている。このように雰囲気ガ
ス、雰囲気温度を保ちなから熱処理を行ない、発生する
排ガスは排ガス出口（３）より排出され、一定時間経１
尚したのち、加熱を止め、ヅンブル取出Ｅｌ　（４）部
近傍よりＮ２ガス供給系ＯＢよりＮ、ガスのみを供給し
、常温近くまで冷却し、冷えたシンブル鋼粉をナンブル
取出１コ（４）より炉外に１収出す（１４造となってい
る。なお、（６）は車軸イ：ｊきサンプル容Ｒｆ＋であ
り、（５）ｌｌ−１：前記ダンプル容器の搬入、搬出に
供する丈ンブル搬送用レールを示す−。

〔実施例１） 第１表に示ノ〜化学成分および粒度分布を付するＣｒ−
−Ｍｎ糸１氏合＆鋼鋼粉第４図に示す試験装置で熱９Ｊ
Ｉ、、　ｉｌｊ　シた。−仁の時の処理条ＦＴを第３表
に、熱夙理後の銅粉の炭素と酸素の含有ｔｉｔを、従来
法と比較し−Ｃ第４表に示ｔ０なお、従来法の処理条件
は第８表に示している。

第４表の結果より明らかなごとく、本発明法でＱ」−１
酸素含有１ｄを０．１５ｗｔ％以Ｆに１呆ち、しかも炭
素含有１１を従来法よりも低いＱ、Ｑ３ｗｔ％以「まで
脱炭することができた。

第１表　化学成分（係） 第２表　粒度分布（チ） 第３表　メル埋条件 第４表　処理結果（％） 以上の実施例からも明らかなごとく、Ｃｒ　、　Ｍｎ等
の易酸化性元素を１種以上含有し、Ｃ／（０−１）がモ
ル比で１以上の水アトマイズ鋼粉を、この発閣法により
ｃ＜ｏ、ｏａ％以ト、０＜、Ｏ，１５チ以丁まで脱炭、
脱酸することが可能となり、より高品質の合金鋼粉を効
率よく製置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱処理雰囲気を調べるだめのＰＨ７／ＰＨ２０
と雰囲気〆品度の関係を示す図表、第２図は同じく雰囲
気を黒度と炭素含有社および酸素含有はの関係を示す図
表、第３図ｔよ同じく本然気触と脱炭猷の関係を示す図
表、第４図はこの発明の実施例における試嘘装暇の概要
を示す説明図である。 ｌ・・・熱夙埋炉、２・・・電気ヒーター、３・・・排
ガス出１」、４・・・ヅンブル取出口、６・・・ザンブ
ル容詣、７・・・リンプル鋼扮、８・・・加熱ヒータ、
９・・・圧力ｄ［，１０・・・ガス混合器、１１・・・
Ｎ、ガス供給系。 出願ム　　住友金属工業株式会社 代理人　　押　　１）　良　　久ｉ：、）、・°１！Ｊ
１図 雰囲気温度Ｔ’ｃｌ 第２図 Ｃ（％） 第３図 理ｇ命値に対ｔ３北率（−） 第４図 Ｈ２ＯＨ２Ｎｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ，とＭｎの１種または２種を含有し、炭素含有量／（
   酸素含有量−０，１重は％）がモル比で１．０以」−の
   水アトマイズ合金鋼粉をＩＩ２．Ｈ２Ｏを含む還元雰囲
   気中において、 １１００”Ｃり【＜　ｔａｏｏ”ｃ Ｐ）Ｉ２／ｐＨ２０≧１８０ Ｈ，０（Ｎゴ）＞８５（酸素チ）　（Ｋ−１）　＋８．
   ８５ただし、　【　：雰囲気温度 Ｋ　＝　Ｃ１０（モル比） ＰＨ，：　水素分圧 ＰＨ２０：　水蒸気分圧 の条ビトで熱処理することを特徴とする低酸素低炭素合
   金鋼粉の製造方法。