JPS5959810A - 粉末冶金用鋼粉及びその製造法 - 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】 本発明は成形性の良い中密度粉末冶金用鋼粉並びにその
製造方法に関するものである。

粉末冶金用の水アトマイズ鋼粉は見掛密度が高く圧縮性
が良好である為、高密度焼結部品の原料粉として広く利
用されている。しかし圧粉密度が比較的低い中・低密度
焼結鋼の領域（６，０〜６．８／ｉ／ｃｒｄ程度）では
、鉄粉粒子相互のからみ合いが弱く、成形抜出時の割れ
やハンドリング中の欠損等が起こシ易い。即ち成形性が
劣るという難点があシ、９中・低密度焼結部品の原料粉
としてはほとんど利用されていなかった。

しかし鉄粉粒子相互のからみ合いを増大させようとすれ
ば、鉄粉の真球性が低下し圧縮性を犠牲にせざるを得な
いという問題がある。従って圧縮性を高レベルに維持し
ながら成形性を向上するということが必要と考えられ、
各方面で種々研究されている。例えば本出願人は先に特
公昭５６−４５９６６号を開示し、鉄粉粒子の不フ４（
４則性を向上させれば成形性が改善されることを示唆し
た。

又同公報においては、不規則性を向上する為の手段とし
て、■水ジェット吐出流速を高める、■水ジェット交角
を大きくする、■アトマイズノズル径を小さくする、の
解粒回数を少なくする、等の手段も示唆した。又これら
とは別に微粉粒はど不規則性は低くなり、それによって
成形性も悪くなるということが１９７４年に発表されて
おり、還元温度や時間、或は解粒条件が成形性の良し悪
しと密接に関係するということも知られている。

しかし本発明者等は溶鋼成分或は粒度構成という面での
解析を進め、これらの要因が成形性に対してどの様に影
響するがということを検討し、従来全く知られていなか
った面からアプローチした結果として一定の成果を挙げ
ることに成功し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、圧縮性に悪影響を与えることなく成形性
を向上することを目的とし、この様な条件を満足する粉
末冶金用鋼粉を主として粒度構成の面から検削し、全く
新規な粒度構成がらなシ且つ種々の特性によって特定さ
れる様な中密度粉末冶金用鋼粉を提供し、又その様な銅
粉を効果的に製造することのできる方法を提供しようと
するものである。

即ち上記目的を満足するに至った本発明の粉末冶金用鋼
粉とけ、金属鉄が９９％以上、炭素が０．０１％以下で
ある水アトマイズ鋼粉であって、−６０メツシユが９９
％以上、−６０７＋８０メツシユが３〜１０％、＝ａＳ
Ｏメツシュが２７％以下の粒度分布を有し、更に見掛密
度が２．４〜２．８ｇ／ｃｒ／ｌ　、粒子の不規則度が
１．４以上、ＥＥ圧粉密度、０！！／　ｃｒｉｌにおけ
る圧粉体強度が０．２５　Ｋｙ／ｃｒ１以上であること
を要旨とする成形性の傍れた中密度粉末冶金用鋼粉であ
る。

ただし上記において （ロ）圧粉体強度は、グラファイト（０，９％）、銅（
２％）及びステアリン酸亜鉛（０，８％）を添加した銅
粉について求めた値。

を夫々意味する。一方上述の銅粉を製造する為に特に提
供される本発明の製造方法とは、Ｃ：０．１〜０．２５
％、Ｍｎ：０．１５〜０．３５％、残部が本質的にＦｅ
からなる溶鋼を水アトマイズして生銅粉となし、次いで
還元焼なまし及び解粒して粉末冶金用鋼粉を製造するに
当り、 （Ｉｌ水アトマイズ条件を下記の様にすること溶鋼／水
の重量比：　（１／６　）〜 （１／２０　） 水ジエツト交角：４０〜５０度 吐出水圧：　１１０　Ｋｙ／ａｎｔ以」三水吐出口から
水ジエツト交点間距離： １００〜２００■ アトマイズノズル径：５〜１２Ｔｕｌ ［１）水アトマイズ生鋼粉を還元焼な才しして金属鉄９
９％以上、炭素０．０１％以下とした後、還元焼な捷し
によって粗粉に焼結された銅粉を１次解粒、次いで２次
解粒し、得られた解粒鋼粉を６０メツシユのふるいを用
いてふるい分けするに当り、ふるい上分は、２次解粒に
戻さす争にふるい工程へ戻して処理する軽解粒処理を行
なうことで示されるｆｌ）、（Ｉ）のいずれか一方又は
両方の条件を採用して製造を行なう点に要旨を有するも
のである。

本発明の銅粉は原則としてｐｅを主体とするものであシ
、本発明においてはＦｅ：９９％以上と定めたが、残部
は一般にＣ及び不可避不純物である。このうちＣについ
ては次に述べる様な理由から、０．０１％以下と定めた
。即ち銅粉を粉末冶金力に加圧成形し、更に焼結するに
当っては、焼結梗品中のＣ量を目標％（夫々の用途や適
用分野に忘じた最適Ｃ％）に連中させる必要があｐ、焼
結界囲気中に黒鉛を共存させて積極的な浸次を行なって
いる。従って原料鋼粉中Ｃ％は可及的に一定であること
が望まれ、その為には０％を少なくすることが有利であ
る。即ち原料鋼粉中の０％を、測定精度を考慮した上で
可及的に少なくすることが望ましく、本発明では０．０
１％を上限と定めた。

該銅粉の粒度構成については、前述の如く、−６０メツ
シュ：９９％以上 一６０／＋８０メツシユ：８〜１０９６−８５０メツシ
ュ：２７％以下 と定めたが、この理由は下記の通りである。即ち６０メ
ツシユふるいを通過するものは９９％以上テするべきで
あυ、６０メツシユを通過しない粗粒が１％以上混入し
ていると、圧縮成形品の均質性が損なわれ、且つ強度上
の欠陥原因を内包するので好ましくない。次に６０メツ
シユふるい下であっても８０メツシユふるい上のものは
少なくとも８％は存在しなけれはならず、８％未満しか
存在しないときは圧縮時の圧粉体強度（抗折力）が不十
分となり、成形性を改善したいという所期の目的は達成
されない。しかし１０％金越えて混在しているときは、
均質性が低下すると共に強度上の欠陥原因を内包し且つ
成形性が却って悪くなるので本発明から排除される。他
方８５０メツシユふるい下となる極微粗品は、真球状に
近くなり不規則性が少なくなるので、従来技術の説明に
おいて述べた如く、粒子間のからみが少なくなって成形
性が低下するので本発明の目的にそぐわず、種々検討し
７た結果２７９６以下に抑制すべきであるとの結論を得
た。

次に見掛密度は、本発明の主旨が中密度粉末の改善にあ
るところから明白である様に、従来の高密度粉末（２，
９ｆ／ｃｙｘ８以上）より低密度側のもの、即ち２．４
〜２．８９／ＣＨＩ３の見掛密度を有するものが本発明
の対象となる。つまヤ２．８　ｆｌｃｔｔ８２越えるも
のは、本発明の対象外でちゃ、逆に２．４ｆ／α８未満
のものは、本発明の条件を満足する範囲では成形体の強
さが不足するので、やはり本発明の範囲外として除外し
た。

次に粒子の不規則度は前記計算式によって与えられるも
のであり、この値は例えば特公昭５６−４５９６６に開
示されたものと同じ概念を有するものである。この不規
則度は１．４以上でなければならず、これによって銅粉
相互の刀１らみ合い力が夾質的に高まり、圧粉体の強度
が向上する。

最後に圧粉体強ＪＸ（抗折力）は、圧粉密度が６、　Ｏ
ｆｌａｘ８（０時にｏ、’　２５　Ｋ９／ｚ”　以上テ
アルコトカ必要であり、この値に及ばないものは成形性
が悪く、本発明の所期の目的が達成されない。尚ここに
言う圧粉体強度は、グラフアイ）（０，９％）、銅（２
％）及びステアリン酸亜鉛（０，８％）を添加した銅粉
について求めた値である。

以上で本発明の中密度粉末冶金用銅粉ｆ！：説明したが
、該銅粉は種々の方法によって製造することができる。

しかしもつとも有利な方法について説明すれば下記の通
ｐである。

まず第１点は原料となるべき溶鋼組成の問題であるが、
水アト・マイズ鋼粉の原料となる溶鋼中には脱酸剤が存
在しなければならず、通常はＣとＭｎに該作用が期待さ
れる。即ち一般に脱酸剤と考えられているＳｌは、アト
マイズ時の酸化によって難還元性のＳ　ｔＯ２皮膜とな
シ焼結性を劣化させるという欠点があｐ、又同じくＡｇ
はアトマイズ時にアトマイズノズル部まわりに堆積して
これを閉塞させるという欠点があシ、いずれも使用でき
ない。従ってＣとＭｎに頼らねばならないが、これらの
含有量が余少過大であると溶鋼の粘性が低下し、水ジエ
ン１−噴化カのｔＲ対的な増加による生成粉の微小化が
進み過ぎ、−８２５メツシユのものが過剰になると共に
、粒内のＣは還元を行なっても除去され難く、上述の目
標上限（０，０１％）以下に抑えることができない。そ
して還元時の脱次量は、還元すべき銅粉の酸素量や還元
雰囲気、更に還元温度や時間によって変るが、還元後の
Ｃを０．Ｏ１形以下にする為には、溶銅中のＣ量を０．
２５％以下としなければならない。尚下限については粘
性が過大になるのを防止する為、０．１％以上とすべき
である。Ｍｎも同様の意味から下限を０．１５％とする
が、上限については酸化物が難還元性であることを考慮
し、焼結性の劣化を防ぐ意味から、０．８５％と定めた
。尚溶鋼温度については成分ｉｔどに重大な制限要素は
ないが、高温であるほど低粘性になって作業性が良くな
る。しかし工業的には１６８０″Ｃが限界である。尚下
限については、後述の如く５〜Ｎ２Ｗφの小径ノズルを
利用することとの関係において、溶鋼の流出性を確保す
る為１５８０”０以上とすることが望まれる。

本発明の製造工程は、上記溶鋼全水アトマイズして生銅
粉とした後還元焼なましを行ない、更に解粒することか
らなるものであるが、本発明においては、水アトマイズ
条件及び解粒条件の一方又は両方が次の様に制限される
。

まず水アトマイズ条件について述べる。

アトマイズ噴化力にもつとも強い影響を与えるのは、溶
銅／水の重量比と交点動圧でおる。前者については一般
に小さい程良いと考えられるが、設備面や操茅時間等の
要因から総合的に判断すれは＋　１／６　）〜（１／２
０３とすべきであり、水に対して溶鋼が少な過ぎると操
業時間が長くなって生産性が低下し、他方溶鋼を過剰に
すると噴化力を確保する為に他の要因に負担がかかり、
設備コストが高騰する。尚更に好ましい範囲は、（１／
７　）〜（１／１０）である。

次に水ジエツト交角は４０〜５０度が採用てれる。即ち
４０度よυ小さいと、粉末冶金用鋼粉としての必要な特
性が得られず、逆に５０度を越すと水ジェツトの上向き
分力が増加し、アトマイズ操業自体が不可能となる。尚
吐出水圧としては、水アトマイズ機能が十分に発揮され
る為の下限、即ち１１０　Ｋｇ／ｃｘ２以上とすること
が必要である。

又水吐出口から水ジエツト交点間の距離については、噴
化力確保の意味から２００Ｈ以下とすることが望まれる
が、溶鋼の流れ及び噴化を滑らかに行なわせる為には、
１００ｆｆ以上としｌけれはならない。最後にアトマイ
ズノズル径は、溶鋼／水の重量比並びに溶鋼の流出状況
の関係から５〜１２φ Ｍ肩　とすることが必要であり、５罰φ未満では溶鋼の
スムースな流れが得られず、逆に１２ｆｌφを越えると
、溶鋼流入量が多過ぎて大量の噴出水量″ＩＣ：確保し
なければならず、設備上の問題がある。

次に還元及び解粒条件について説明する。

水アトマイズ生鋼粉のうち特に微粉のもの、例えば４４
　ｔｔ　ｍ以下のものは真球形に近く不規則性が低い。

従ってこの様な微小生銅粉が集合粉中に単体として存在
するときは、前に述べた様に成形性を著しく阻害する。

従って還元の実施に当っては上記微小生銅粉を粗粉表面
へ積Ｊｉ７ｉ的に焼結させると共に、解粒工程でこれを
分離させない様にするということが極めて重要ｉ対策と
なる。これらのうち焼結条件については、それほど限定
的ではないが、本発明においては９６０〜１０００°Ｃ
５２０〜６０分の均熱処理が推奨される。即ち９６０°
Ｃ未満或は２０分未満では、な１し効果が不足すると共
に、還元により活性化しπ粗粒相互の焼結化時間が不足
するという傾向があり、他方１０００℃以上或１６０金
以上では、熱の浪費という不経済の他、焼結が進み過ぎ
て強解粒を行なう必要が生じ、強解粒によって粒表面を
平滑化させるという危険がある。

一方解粒条件は極めて重要なポイントであり、上記還元
工程により粗粉に焼結された微小粒を解粒させないこと
が必要である。しかるに従来の解粒工程を見ると、１次
粉砕及び２次粉砕を終えた焼結粉が傾斜した振動ふるい
の上部に投入され、ふるい上を斜め下方へ降下する過程
でふるい分けが行なわれるが、ふるい上に乗ったまま下
方まで降下した粗粉量は再び２次粉砕工程に戻しており
、念の入った強い解粒が行なわれている。しかし本発明
においてはこの様な手法は好ましくないものであり、可
及的に軽解粒であることが望まれる。

そこで１次粉砕や２次粉砕の条件を緩和したり、ふるい
上に残ったもののみを対象とする８次粉砕等金検討した
がいずれも好ましいものではないことが分かった。そこ
で更に検討を進めたところ、ふるい上に残ったものを再
三再四ふるいの上方へ戻しＣ再びふるいをかけていけば
、ふるいの」二で振動を受ける間に軽解粒が行なわれ、
微粉粒を粗粒に焼結させたままでふるい下へ落下させる
ことが可能であυ、歩留シに悪影響を与えることなく本
発明の目的に適った水アトマイズ鋼粉を得るこＪ：が可
能になった。第１図及び第２図は一６０／−４−８０メ
ツシユの粉粒体金示す走査型電子顕微鏡写真であるが、
第１図は従来の様に強解粒全したもの、第２図は本発明
に従って軽解粒１７たものを夫々示す。これらを比較す
れば明白である様に、第１図のものでは粒表面が平滑に
っているのに対し、第２図のものでは不規則性が相当高
くなっておシ、圧粉強度の向上に大きく寄与する。尚本
発明の目的をもつとも確実に達成する為には、水アトマ
イズ条件及び解粒条件の両方を前述の条件に従わせる必
要があるが、いずれか一方の条件を満足するだけでも本
発明の目的は十分に達成される。

本発明は上記の如く構成されているので、圧粉体の圧縮
性を阻害することなく成形性の向上に資しており、良好
な抗折力やラトラー値を与える水アトマイズ鋼粉が製造
されることとなった。

次に本発明の詳細な説明する。

１０トン電気炉で溶製した溶鋼を水アトマイズ法により
粉末化した。溶鋼成分及びアトマイズ条件は第１表に示
す通りである。

得られた生銅粉の、前記計算式によって求められる不規
則度（各粒度毎）は第２表に示す通りでめった。

第１．２表を整理すると、溶鋼自体の粘性が高いか、水
アトマイズにおける噴霧力金高めたものでは、生銅粉の
不規則度が増大している。尚溶鋼温度と、溶鋼／水（重
景比）は、不規則度に列して余り■太な影響を及はさな
い様でおった。

次にこの生銅粉を、第８表に示す条件で還元、解粒及び
ふるい分けした後ブレンドしなおした。

得られた製品鋼粉の物性は第４，５表に示す通りである
。

尚還元時の均熱時間は、（Ａ−１）〜（Ａ−８）は４０
分、残υは８０分とした。又解粒条件のうち■は、本発
明の条件に従ったもの、■は従来方法（ふるい上分全２
次粉砕機に戻して再粉砕を行なう方法）に従ったものを
夫々意味する。

上記の実験結果をまとめると次の様に整理することがで
きる。

（１）（Ａ−１）〜（Ａ−８）　、　（Ｂ−１）及び（
Ｃ−１）は本発明の条件を満足するものであって、圧粉
密度６．０ｆ／ＣＩＩｔ８における圧粉強度（抗折力）
が０．２５　Ｋｇ／Ｉｌ＋２以上の値を示している。

（２）（Ｂ−２）　、　（Ｃ−２）は粒度分布が本発明
を満足せず、又製造条件奢見るとアトマイズ条件及び解
粒条件とも本発明を満足していないから、抗折力におい
て良好な成績を残すに至らなかった。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は銅粉の表面を示す走査型電子顯徽鋺写真で
ある。 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属鉄が９９％以上、炭素が０．０１％以下であ
   る水アトマイズ鋼粉であって１．−６０メツシユが９９
   ％以上、−６０／＋８０メツシユが３〜１０％、−３５
   ０メツシユが２７％以下の粒度分布を有し、更に見掛密
   度が２．４〜２．８９　／　ｃ１ｒｉｚ粒子の不規則度
   が１．４以上、圧粉密度６．ｏｇ／ｃｒｉｌにおける圧
   粉体強度が０．２５　Ｋｐ／ｃｒｉｔ以上であることを
   特徴とする成形性の優れた中密歴粉末冶金用鋼粉。 （ロ）圧粉体強度は、グラフアイ）（０，９％）、銅（
   ２％）及びステアリン酸亜鉛（０，８％）を添加した銅
   粉について求めた値。
2. （２）Ｃ二　０．１　〜０．２　５　　％、　Ｍｎ：　
   　Ｏ，ｔ　　ｓ　　〜　０．　３　　ｓ　　％、残部が
   本質的にＦｅからなる溶鋼を水アトマイズして生銅粉と
   なし、次いで還元焼なまし及び解粒して粉末冶金用鋼粉
   を製造するに当り、中水アトマイズ条件を下記の様にす
   ること溶鋼／水の重量比：　（１／６　）〜 （１／２０　） 水ジエツト交角：４０〜５０度 吐出水圧：　１１０Ｋｐ／ｃｒｉ以上 水吐出口から水ジエツト交点間距離＝ １００〜２００箪 アトマイズノズル径＝５〜１２覇 （Ｉ）水アトマイズ生鋼粉を還元焼なましして金属鉄９
   ９％以上、炭素０．０１％以下とした後、還元焼なまし
   によって粗粉に焼結された銅粉を１次解粒、次いで２次
   解粒し、得られた解粒鋼粉を６０メツシユのふるいを用
   いてふるい分けするに当り、ふるい上分は、２次解粒に
   戻さず単にふるい工程へ戻して処理する軽解粒処理を行
   なうことで示される中、（Ｉ）のいずれか一方又は両方
   の条件を採用することによシ、金属鉄が９９％以上、炭
   素が０．０１％以下である水アトマイズ銅粉であって、
   ・−６０メツシユが９９％以上、−６０／＋８０メツシ
   ユが３〜１０％、−３５０メツシユが２７％以下の粒度
   分布を有し、更に見掛密度が２．４〜２．８９　／　ｃ
   ｔｄ、粒子の不規則度が１．４以」二、圧粉密度６．０
   　ｇ／ｃｒｄにおける圧粉体強度が０、２　ｓ　Ｋｙ／
   ｄ以上である成形性の優れた中密度粉末冶金用鋼粉を製
   造する方法。 ただし く口）圧粉体強度は、グラフアイ）（０，９％）、銅（
   ２％）及びステアリン酸亜鉛（０８％）を添加した銅粉
   について求めた値。