JPWO2017056510A1 - Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy - Google Patents
Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2017056510A1 JPWO2017056510A1 JP2017500091A JP2017500091A JPWO2017056510A1 JP WO2017056510 A1 JPWO2017056510 A1 JP WO2017056510A1 JP 2017500091 A JP2017500091 A JP 2017500091A JP 2017500091 A JP2017500091 A JP 2017500091A JP WO2017056510 A1 JPWO2017056510 A1 JP WO2017056510A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- atomized iron
- based powder
- alloy steel
- content
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 284
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 37
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 345
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 164
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 74
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 12
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 18
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 5
- 238000009692 water atomization Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 2
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 graphite powder Chemical compound 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000010405 reoxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/14—Treatment of metallic powder
- B22F1/142—Thermal or thermo-mechanical treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
Abstract
移動床炉を用いた粉末冶金用合金鋼粉の製造方法であって、煩雑な維持管理が必要となるガス分析を必要とせずに、ＣｒおよびＭｎを含有する鉄基粉末を熱処理し、Ｃ含有量およびＯ含有量を安定して低減することができる粉末冶金用合金鋼粉の製造方法を提供する。特定の成分組成を有するアトマイズ鉄基粉末を用意し、前記アトマイズ鉄基粉末を、必要に応じて炭素成分と混合した後、厚さｄ（ｍｍ）の充填層を形成するように移動床炉内へ供給し、前記移動床炉内に、不活性ガスを平均ガス流速ｖ（ｍｍ／ｓ）となるように供給し、前記アトマイズ鉄基粉末を前記移動床炉内で熱処理することによって還元し、粉末冶金用合金鋼粉とする、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法であって、前記ｄおよびｖが下記の式を満足する、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。ｄ／√ｖ≦３．３（ｍｍ１／２・ｓ１／２）This is a method for producing alloy steel powder for powder metallurgy using a moving bed furnace, and heat treatment is performed on iron-based powder containing Cr and Mn without requiring gas analysis that requires complicated maintenance and management. Provided is a method for producing alloy steel powder for powder metallurgy that can stably reduce the amount and O content. An atomized iron-based powder having a specific component composition is prepared, and the atomized iron-based powder is mixed with a carbon component as necessary, and then in a moving bed furnace so as to form a packed bed having a thickness d (mm). Into the moving bed furnace, an inert gas is supplied so as to have an average gas flow velocity v (mm / s), and the atomized iron-based powder is reduced by heat treatment in the moving bed furnace, A method for producing an alloy steel powder for powder metallurgy, the alloy steel powder for powder metallurgy, wherein d and v satisfy the following formula: d / √v ≦ 3.3 (mm1 / 2 · s1 / 2)
Description
本発明は、アトマイズ鉄基粉末を還元して粉末冶金用合金鋼粉とする、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法に関し、特に、前記アトマイズ鉄基粉末が、酸化されやすい元素であるＣｒおよびＭｎを含有していても、合金鋼粉中のＣ（炭素）含有量およびＯ（酸素）含有量を効果的に下げることができる粉末冶金用合金鋼粉の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an alloy steel powder for powder metallurgy by reducing atomized iron base powder to produce an alloy steel powder for powder metallurgy, and in particular, the atomized iron base powder is an easily oxidizable element such as Cr and Mn. The present invention relates to a method for producing alloy steel powder for powder metallurgy that can effectively reduce the C (carbon) content and O (oxygen) content in the alloy steel powder.
粉末冶金技術は、複雑な形状の部品を、製品形状に極めて近い形状（いわゆるニアネット形状）で、しかも高い寸法精度で製造することができる。よって、粉末冶金技術を用いて部品を作製すると、大幅な切削コストの低減が可能となる。このため、粉末冶金技術を適用した粉末冶金製品は、各種の機械用部品として、多方面に利用されている。さらに、最近では、部品の小型化、軽量化のために、粉末冶金製品の強度の向上が強く要望されており、特に、鉄基粉末冶金製品（鉄基焼結体）に対する高強度化の要求が強い。 The powder metallurgy technique can manufacture a component having a complicated shape in a shape very close to a product shape (so-called near net shape) and with high dimensional accuracy. Therefore, if a part is produced using powder metallurgy technology, the cutting cost can be greatly reduced. For this reason, powder metallurgy products to which powder metallurgy technology is applied are used in various fields as various machine parts. Recently, there has been a strong demand for improving the strength of powder metallurgy products in order to reduce the size and weight of parts. In particular, there is a demand for higher strength in iron-based powder metallurgy products (iron-based sintered bodies). Is strong.
この高強度化の要求に応じるため、粉末冶金に用いられる鉄基粉末に対して合金元素が添加される。前記合金元素としては、例えば、焼入れ性向上効果が高く、比較的安価であることから、ＣｒやＭｎが使用される。 In order to meet this demand for higher strength, an alloy element is added to the iron-based powder used in powder metallurgy. As the alloy element, for example, Cr and Mn are used because they have a high effect of improving hardenability and are relatively inexpensive.
上記のような合金元素を含む粉末冶金用合金粉としては、例えば、Ｃｒ−Ｍｏ系合金鋼粉（特許文献１）、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｍｏ系合金鋼粉（特許文献２、特許文献３）が知られている。 Examples of the alloy powder for powder metallurgy containing the above alloy elements include Cr—Mo alloy steel powder (Patent Document 1) and Cr—Mn—Mo alloy steel powder (Patent Document 2, Patent Document 3). Are known.
また、粉末冶金用鉄基粉末の製造においては、原料としての鉄基粉末中のＣ含有量およびＯ含有量を低減するために熱処理が行われる。前記熱処理は、一般的に移動床炉（moving bed furnace）を用いて連続的に実施され、前記鉄基粉末としては、アトマイズしたままの粗鉄基粉末や、ミルスケールを粗還元した粗還元鉄基粉末などの粗鉄基粉末が用いられる。そして、前記熱処理においては、粉末の用途に応じて、脱炭、脱酸、および脱窒の少なくとも１つの処理が行われる。 Moreover, in manufacture of the iron-base powder for powder metallurgy, heat processing is performed in order to reduce C content and O content in the iron-base powder as a raw material. The heat treatment is generally performed continuously using a moving bed furnace, and the iron-based powder may be a crude iron-based powder that has been atomized, or a coarsely reduced iron obtained by roughly reducing a mill scale. A crude iron-based powder such as a base powder is used. In the heat treatment, at least one treatment of decarburization, deoxidation, and denitrification is performed according to the use of the powder.
上記熱処理を行うための装置としては、例えば、特許文献４に記載された装置が知られている。特許文献４に記載の装置では、原料粉末の走行方向に垂直となるように設けられた仕切壁によって、移動床炉内の空間が複数に分割されている。そして、分割された各空間の上部には、雰囲気ガスを流すための流路が設けられている。熱処理は、前記流路に、向流的に（countercurrently）、すなわち、原料粉末の走行方向と反対の方向に、雰囲気ガスを流しながら、連続的に行われる。
As an apparatus for performing the heat treatment, for example, an apparatus described in
しかし、特許文献１〜３に記載されているような合金元素を含む粉末冶金用合金粉の製造において、Ｃ含有量やＯ含有量を低減するために特許文献４に記載されているような熱処理法を用いた場合、次のような問題があった。すなわち、ＣｒおよびＭｎは、Ｆｅに比べて酸化されやすい性質を有する元素（以下、「易酸化性元素」という）である。そのため、アトマイズ法（特に水アトマイズ法）によりＣｒやＭｎを含有する鉄基粉末を製造すると、得られた鉄基粉末にはアトマイズの際にＣｒやＭｎが酸化されてできた酸化物が含まれることとなる。前記酸化物は、前記熱処理においても十分に還元されることなく残留する。また、場合によっては、熱処理の際にさらにＣｒやＭｎが酸化され、かえって酸化物の量が増加する。一般にＣ含有量やＯ含有量が多いと加圧成形時における前記合金鋼粉の圧縮性が低下するので、酸化物が多く残留するのは問題である。
However, in the production of alloy powders for powder metallurgy containing alloy elements as described in Patent Documents 1 to 3, heat treatment as described in
そこで、特許文献５および特許文献６では、ＣｒおよびＭｎなどの易酸化性元素を含む合金鋼粉の製造の際に、脱炭や脱酸を可能とする方法が提案されている。 Therefore, Patent Document 5 and Patent Document 6 propose a method that enables decarburization and deoxidation when manufacturing alloy steel powder containing easily oxidizable elements such as Cr and Mn.
しかし、特許文献５で提案されている処理方法では、気密性のバッチ炉を使用して、不活性ガス雰囲気下で熱処理が行われる。前記方法ではバッチ炉が用いられるため、ベルト炉を含む移動床炉を用いて連続的に熱処理を行う場合に比べて生産性が低く、したがって大量生産に不向きである。 However, in the treatment method proposed in Patent Document 5, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere using an airtight batch furnace. Since a batch furnace is used in the method, the productivity is low as compared with the case where continuous heat treatment is performed using a moving bed furnace including a belt furnace, and thus is not suitable for mass production.
一方、特許文献６で提案されている方法は、ベルト炉を用いて連続的に熱処理を行う方法であるため、量産に適している。しかし、前記方法では、熱処理を行う間、雰囲気ガス中のＣＯまたはＣＯ２濃度、あるいは酸素ポテンシャル（Ｏ２濃度またはＨ２／Ｈ２Ｏ濃度比）を連続的に測定することが必須であり、さらにこれらの測定値が目標の値になるよう炉内に注入する水蒸気量を調節する必要がある。このようなガス分析のための装置を、実際に、鉄粉等を製造する工場において連続的に使用する場合、センサー部分の汚れやガス取り込み口の詰まりが発生し、測定が正常に行えなくなるという問題がある。そのため、特許文献６の方法を連続的に実施する上で、分析装置の維持管理が大きな負担となる。On the other hand, the method proposed in Patent Document 6 is a method of performing heat treatment continuously using a belt furnace and is therefore suitable for mass production. However, in the above method, it is essential to continuously measure the CO or CO 2 concentration or the oxygen potential (O 2 concentration or H 2 / H 2 O concentration ratio) in the atmospheric gas during the heat treatment, Furthermore, it is necessary to adjust the amount of water vapor injected into the furnace so that these measured values become target values. When such a device for gas analysis is actually used continuously in a factory that manufactures iron powder, etc., the sensor part is soiled and the gas intake port is clogged, making it impossible to perform measurement normally. There's a problem. Therefore, when the method of Patent Document 6 is continuously performed, maintenance of the analyzer is a heavy burden.
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、移動床炉を用いた粉末冶金用合金鋼粉の製造方法であって、煩雑な維持管理が必要となるガス分析を必要とせずに、ＣｒおよびＭｎを含有する鉄基粉末を熱処理し、Ｃ含有量およびＯ含有量を安定して低減することができる粉末冶金用合金鋼粉の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a method for producing alloy steel powder for powder metallurgy using a moving bed furnace, without requiring gas analysis that requires complicated maintenance management, It aims at providing the manufacturing method of the alloy steel powder for powder metallurgy which can heat-process the iron-base powder containing Cr and Mn, and can reduce C content and O content stably.
本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、
Ｃ ：０．８％以下、
Ｏ ：１．０％以下、
Ｍｎ：０．０８％超０．３％以下、
Ｃｒ：０．３〜３．５％、
Ｍｏ：０．１〜２％、
Ｓ ：０．０１％以下、および
Ｐ ：０．０１％以下を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避不純物であるアトマイズ鉄基粉末を用意し、
前記アトマイズ鉄基粉末を、厚さｄ（ｍｍ）の充填層を形成するように移動床炉内へ供給し、
前記移動床炉内に、不活性ガスを平均ガス流速ｖ（ｍｍ／ｓ）となるように供給し、
前記アトマイズ鉄基粉末を前記移動床炉内で熱処理することによって還元し、粉末冶金用合金鋼粉とする、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法であって、
前記ｄおよびｖが、下記（１）式を満足し、
前記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］（質量％）と前記アトマイズ鉄基粉末のＯ含有量［Ｏ］（質量％）とが、下記（２）式を満足し、
前記アトマイズ鉄基粉末の移動床炉への供給において、前記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］およびＯ含有量［Ｏ］が下記（３）式を満たす場合には、該アトマイズ鉄基粉末をそのまま前記移動床炉に供給し、下記（３）式を満たさない場合には、下記（４）式を満足するように該アトマイズ鉄基粉末に炭素成分をさらに混合したのち、前記移動床炉に供給する、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。
記
ｄ／√ｖ≦３．３（ｍｍ１／２・ｓ１／２）…（１）
［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５…（２）
４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］…（３）
４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）＋０．２８≧［Ｏ］…（４）
（ここで、［ＭＸＣ］は、（前記アトマイズ粉末に混合される炭素成分の質量／該アトマイズ鉄基粉末の質量）×１００（質量％）とする）The gist of the present invention is as follows.
1. % By mass
C: 0.8% or less,
O: 1.0% or less,
Mn: more than 0.08% and 0.3% or less,
Cr: 0.3 to 3.5%,
Mo: 0.1 to 2%,
S: 0.01% or less, and P: 0.01% or less,
Prepare the remaining Fe and atomized iron-based powder which is an inevitable impurity,
Supplying the atomized iron-based powder into a moving bed furnace so as to form a packed bed of thickness d (mm);
In the moving bed furnace, an inert gas is supplied so as to have an average gas flow velocity v (mm / s),
The atomized iron-based powder is reduced by heat treatment in the moving bed furnace to obtain an alloy steel powder for powder metallurgy, a method for producing an alloy steel powder for powder metallurgy,
The d and v satisfy the following formula (1):
The C content [C] (% by mass) of the atomized iron-based powder and the O content [O] (% by mass) of the atomized iron-based powder satisfy the following formula (2):
In the supply of the atomized iron-based powder to the moving bed furnace, when the C content [C] and the O content [O] of the atomized iron-based powder satisfy the following formula (3), the atomized iron-based powder Is supplied to the moving bed furnace as it is, and if the following formula (3) is not satisfied, the atomized iron-based powder is further mixed with a carbon component so as to satisfy the following formula (4), and then the moving bed furnace A method for producing alloy steel powder for powder metallurgy, which is supplied to the company.
D / √v ≦ 3.3 (mm 1/2 · s 1/2 ) (1)
[O] ≧ 4/3 [C] −2/15 (2)
4/3 [C] + 0.28 ≧ [O] (3)
4/3 ([C] + [MXC]) + 0.28 ≧ [O] (4)
(Here, [MXC] is (mass of carbon component mixed with the atomized powder / mass of the atomized iron-based powder) × 100 (mass%))
２．前記還元されたアトマイズ鉄基粉末を、水素ガスまたは水素含有気体を用いて冷却する、上記１に記載の粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。 2. 2. The method for producing alloy steel powder for powder metallurgy according to 1 above, wherein the reduced atomized iron-based powder is cooled using hydrogen gas or a hydrogen-containing gas.
３．前記不活性ガスの露点を５℃以下とする、上記１または２に記載の粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。 3. 3. The method for producing alloy steel powder for powder metallurgy according to 1 or 2 above, wherein a dew point of the inert gas is 5 ° C. or less.
４．前記熱処理において、雰囲気温度Ｔ：１０５０℃以上、保持時間ｔ：１０４−０．００３７・Ｔ（ｈ）以上の条件で脱酸が行われる、上記１〜３のいずれか一項に記載の粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。4). The powder according to any one of the above 1 to 3, wherein deoxidation is performed under the conditions of an atmospheric temperature T: 1050 ° C. or higher and a holding time t: 10 4−0.0037 · T (h) or longer in the heat treatment. Manufacturing method of alloy steel powder for metallurgy.
本発明によれば、易酸化性元素であるＣｒおよびＭｎを含有する合金鋼粉であっても、煩雑な維持管理が必要となるガス分析を行うことなく移動床炉を用いて熱処理し、Ｃ含有量およびＯ含有量を安定して低減することができる。そしてその結果、低コストで、かつ加圧成形時の圧縮性に優れた合金鋼粉を製造することができる。また、本発明の製造方法によって得られる粉末冶金用合金鋼粉を用いて製造される焼結部品は、優れた強度、靭性、疲労特性などの機械的特性を有することから、粉末冶金用合金鋼粉および焼結体の用途を拡大できる。 According to the present invention, even alloy steel powder containing Cr and Mn, which are easily oxidizable elements, is heat-treated using a moving bed furnace without performing gas analysis that requires complicated maintenance and management. The content and the O content can be stably reduced. As a result, it is possible to produce alloy steel powder that is low in cost and excellent in compressibility during pressure forming. In addition, sintered parts produced using the alloy steel powder for powder metallurgy obtained by the production method of the present invention have excellent mechanical properties such as strength, toughness and fatigue properties. Applications of powders and sintered bodies can be expanded.
以下、本発明を具体的に説明する。本発明においては、原料となるアトマイズ鉄基粉末を、移動床炉を用いて熱処理することによって粉末冶金用合金鋼粉（以下、単に「合金鋼粉」という場合がある）が製造される。具体的には、本発明の製造方法は、次の各処理を含む；
（１）アトマイズ鉄基粉末を用意する、
（２）前記アトマイズ鉄基粉末を、厚さｄ（ｍｍ）の充填層を形成するように移動床炉内へ供給する、
（３）前記移動床炉内に、不活性ガスを平均ガス流速ｖ（ｍｍ／ｓ）となるように供給する、および
（４）前記アトマイズ鉄基粉末を前記移動床炉内で熱処理することによって還元し、粉末冶金用合金鋼粉とする。Hereinafter, the present invention will be specifically described. In the present invention, alloy steel powder for powder metallurgy (hereinafter sometimes simply referred to as “alloy steel powder”) is produced by heat-treating atomized iron-based powder as a raw material using a moving bed furnace. Specifically, the production method of the present invention includes the following treatments;
(1) Prepare atomized iron-based powder.
(2) supplying the atomized iron-based powder into a moving bed furnace so as to form a packed bed having a thickness of d (mm);
(3) by supplying an inert gas in the moving bed furnace so as to have an average gas flow velocity v (mm / s); and (4) by heat-treating the atomized iron-based powder in the moving bed furnace. Reduce to alloy steel powder for powder metallurgy.
上記各処理は、それぞれ独立して、任意のタイミングで行うことができ、複数の処理を同時に行うこともできる。 Each of the above processes can be performed independently at an arbitrary timing, and a plurality of processes can be performed simultaneously.
さらに、本発明においては、前記充填層の厚さｄおよび前記平均ガス流速ｖが上述した条件を満たす必要がある。また、アトマイズ鉄基粉末を移動床炉内へ供給する際、該アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量およびＯ含有量に応じて、該アトマイズ鉄基粉末に炭素成分をさらに混合したのち、前記移動床炉に供給する。 Furthermore, in the present invention, the thickness d of the packed bed and the average gas flow velocity v must satisfy the above-described conditions. In addition, when supplying the atomized iron-based powder into the moving bed furnace, the atomized iron-based powder is further mixed with a carbon component according to the C content and O content of the atomized iron-based powder, and then the moving bed Supply to the furnace.
以下、各処理の詳細と、上記条件の限定理由について説明する。 The details of each process and the reasons for limiting the above conditions will be described below.
［アトマイズ鉄基粉末］
本発明においては、原料としてアトマイズ鉄基粉末を使用する。アトマイズ鉄基粉末の製造方法は特に限定されず、常法に従って製造することができる。なお、「アトマイズ鉄基粉末」とは、アトマイズ法によって製造された鉄基粉末を意味する。また、「鉄基粉末」とは、Ｆｅを５０質量％以上含有する粉末を意味する。[Atomized iron-based powder]
In the present invention, atomized iron-based powder is used as a raw material. The manufacturing method of the atomized iron-based powder is not particularly limited, and can be manufactured according to a conventional method. “Atomized iron-based powder” means an iron-based powder produced by the atomizing method. The “iron-based powder” means a powder containing 50% by mass or more of Fe.
前記アトマイズ鉄基粉末としては、ガスアトマイズ法によって得られるガスアトマイズ鉄基粉末と、水アトマイズ法によって得られる水アトマイズ鉄基粉末の、いずれをも使用することができる。前記ガスアトマイズ法では、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。ただし、ガスは水に比べて冷却能力に劣るため、ガスアトマイズ法で鉄基粉末を製造する場合には、多量のガスを使用する必要がある。そのため、量産性や製造コストの観点からは、水アトマイズ法を用いることが好ましい。また、水アトマイズ法は、通常大気が混入するような雰囲気でアトマイズが行われるため、ガスアトマイズ法に比べて製造過程における鉄基粉末の酸化が生じやすい。そのため、本発明の方法は、水アトマイズ鉄基粉末を用いる場合に特に有効である。 As the atomized iron-based powder, either a gas atomized iron-based powder obtained by a gas atomizing method or a water atomized iron-based powder obtained by a water atomizing method can be used. In the gas atomization method, it is preferable to use an inert gas such as nitrogen or argon. However, since gas is inferior in cooling capacity compared to water, it is necessary to use a large amount of gas when producing iron-based powder by the gas atomization method. Therefore, it is preferable to use the water atomization method from the viewpoint of mass productivity and manufacturing cost. In addition, since the water atomization method is normally performed in an atmosphere in which air is mixed, the iron-based powder is more easily oxidized in the production process than the gas atomization method. Therefore, the method of the present invention is particularly effective when a water atomized iron-based powder is used.
（成分組成）
次に、本発明においてアトマイズ鉄基粉末の成分組成を上記のように限定する理由について説明する。なお、特に断らない限り、以下の説明において「％」は「質量％」を意味するものとする。(Component composition)
Next, the reason for limiting the component composition of the atomized iron-based powder in the present invention as described above will be described. Unless otherwise specified, “%” in the following description means “mass%”.
本発明において、ＣおよびＯは、後述する熱処理によって低減させるべき元素である。そして、最終的に得られる粉末冶金用合金鋼粉の圧縮性を向上させるという観点からは、該合金鋼粉のＣ含有量およびＯ含有量を可能な限り低減することが望ましく、具体的には、Ｃ：０．１％以下、Ｏ：０．２８％以下とすることが好ましい。これらＣおよびＯの適正量を達成するために、本発明に従う熱処理で低減できる量を見込み、アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量およびＯ含有量の適正範囲を以下のように定める。 In the present invention, C and O are elements to be reduced by a heat treatment described later. And from the viewpoint of improving the compressibility of the finally obtained alloy steel powder for powder metallurgy, it is desirable to reduce the C content and O content of the alloy steel powder as much as possible, specifically, C: 0.1% or less, O: 0.28% or less are preferable. In order to achieve these appropriate amounts of C and O, the amount that can be reduced by the heat treatment according to the present invention is anticipated, and the appropriate ranges of the C content and O content of the atomized iron-based powder are determined as follows.
Ｃ：０．８％以下
Ｃは、主にセメンタイトなどの析出物として、あるいは固溶状態でアトマイズ鉄基粉末中に存在する。アトマイズ鉄基粉末中のＣ含有量が０．８％を超えると、本発明の熱処理においてＣ含有量を０．１％以下まで下げることが困難となり、優れた圧縮性を有する合金粉末を得ることができない。そのため、アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量を０．８％以下とする。一方、Ｃ含有量が低ければ低いほど、熱処理時のＣ含有量の低減（脱炭）が容易になる。そのため、Ｃ含有量の下限は特に限定されず、０％であって良く、工業的には０％超であってよい。C: 0.8% or less C is present in the atomized iron-based powder mainly as a precipitate such as cementite or in a solid solution state. When the C content in the atomized iron-based powder exceeds 0.8%, it becomes difficult to lower the C content to 0.1% or less in the heat treatment of the present invention, and an alloy powder having excellent compressibility is obtained. I can't. Therefore, the C content of the atomized iron-based powder is set to 0.8% or less. On the other hand, the lower the C content, the easier the reduction (decarburization) of the C content during heat treatment. Therefore, the lower limit of the C content is not particularly limited, and may be 0% or industrially greater than 0%.
Ｏ：１．０％以下
Ｏは、主にＣｒ酸化物やＦｅ酸化物として鉄基粉末表面に存在する。アトマイズ鉄基粉末中のＯ含有量が１．０％を超えると、熱処理においてＯ含有量を０．２８％以下まで下げることが困難となり、優れた圧縮性を有する合金粉末を得ることができない。そのため、アトマイズ鉄基粉末のＯ含有量を１．０％以下とする。Ｏ含有量は、０．９％以下とすることが好ましい。一方、Ｏ含有量が低ければ低いほど、熱処理時のＯ含有量の低減（脱酸）が容易になる。そのため、Ｏ含有量の下限は特に限定されないが、過度の低減は製造コストの増加を招くため、Ｏ含有量は０．４％以上とすることが好ましい。O: 1.0% or less O is present on the surface of the iron-based powder mainly as Cr oxide or Fe oxide. If the O content in the atomized iron-based powder exceeds 1.0%, it becomes difficult to reduce the O content to 0.28% or less during heat treatment, and an alloy powder having excellent compressibility cannot be obtained. Therefore, the O content of the atomized iron-based powder is set to 1.0% or less. The O content is preferably 0.9% or less. On the other hand, the lower the O content, the easier the reduction (deoxidation) of the O content during heat treatment. Therefore, the lower limit of the O content is not particularly limited, but excessive reduction leads to an increase in manufacturing cost, so the O content is preferably 0.4% or more.
また、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓ、およびＰの含有量は、いずれも本発明の熱処理によって変化はしない。したがって、アトマイズ鉄基粉末中に含まれるこれらの元素は、熱処理後の粉末冶金用合金鋼粉中にそのまま残留する。このことを踏まえ、アトマイズ鉄基粉末におけるこれらの元素の含有量を、それぞれ以下のように規定する。 Further, the contents of Mn, Cr, Mo, S, and P are not changed by the heat treatment of the present invention. Therefore, these elements contained in the atomized iron-based powder remain as they are in the alloy steel powder for powder metallurgy after the heat treatment. Based on this, the contents of these elements in the atomized iron-based powder are respectively defined as follows.
Ｍｎ：０．０８％超０．３％以下
Ｍｎは、焼入性向上、固溶強化などによって、焼結体の強度を向上させる作用を有する元素である。前記効果を得るために、Ｍｎ含有量を０．０８％超とする。Ｍｎ含有量は０．１０％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が０．３％より高いと、Ｍｎ酸化物の生成量が多くなり、合金鋼粉の圧縮性が低下する。また、Ｍｎ酸化物が、焼結体内部の破壊の起点となって、疲労強度および靱性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有量を０．３％以下とする。Ｍｎ含有量は０．２８％以下とすることが好ましく、０．２５％以下とすることがより好ましい。Mn: more than 0.08% and not more than 0.3% Mn is an element having an action of improving the strength of the sintered body by improving hardenability and strengthening solid solution. In order to obtain the effect, the Mn content is more than 0.08%. The Mn content is preferably 0.10% or more. On the other hand, if the Mn content is higher than 0.3%, the amount of Mn oxide generated increases, and the compressibility of the alloy steel powder decreases. Further, the Mn oxide serves as a starting point for destruction inside the sintered body, and reduces fatigue strength and toughness. Therefore, the Mn content is 0.3% or less. The Mn content is preferably 0.28% or less, and more preferably 0.25% or less.
Ｃｒ：０．３〜３．５％
Ｃｒは、焼入性を向上させて、焼結体の引張強度および疲労強度を向上させる作用を有する元素である。さらにＣｒは、焼結体の焼入れ・焼き戻しなどの熱処理後の硬さを高め、耐摩耗性を向上させる効果を有している。これらの効果を得るために、Ｃｒ含有量を０．３％以上とする。一方、Ｃｒ含有量が３．５％を超えると、Ｃｒ酸化物の生成量が多くなる。Ｃｒ酸化物は、焼結体内部の疲労破壊の起点となるため、焼結体の疲労強度を低下させる。したがって、Ｃｒ含有量を３．５％以下とする。Cr: 0.3-3.5%
Cr is an element that has the effect of improving hardenability and improving the tensile strength and fatigue strength of the sintered body. Further, Cr has the effect of increasing the hardness after heat treatment such as quenching and tempering of the sintered body and improving the wear resistance. In order to obtain these effects, the Cr content is set to 0.3% or more. On the other hand, when the Cr content exceeds 3.5%, the amount of Cr oxide generated increases. Since the Cr oxide serves as a starting point for fatigue failure inside the sintered body, the fatigue strength of the sintered body is reduced. Therefore, the Cr content is 3.5% or less.
Ｍｏ：０．１〜２％
Ｍｏは、焼入性向上、固溶強化、析出強化などによって、焼結体の強度を向上させる作用を有する元素である。前記効果を得るために、Ｍｏ含有量を０．１％以上とする。一方、Ｍｏの含有量が２％を超えると、焼結体の靭性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量を２％以下とする。Mo: 0.1 to 2%
Mo is an element having an action of improving the strength of the sintered body by improving hardenability, solid solution strengthening, precipitation strengthening, and the like. In order to acquire the said effect, Mo content shall be 0.1% or more. On the other hand, when the content of Mo exceeds 2%, the toughness of the sintered body decreases. Therefore, the Mo content is 2% or less.
Ｓ：０．０１％以下
本発明では、アトマイズ鉄基粉末中のＭｎ含有量を０．３％以下としている。そのため、アトマイズ鉄基粉末に含有されているＳのうち、ＭｎＳとして存在する量は少なくなり、固溶Ｓとして存在する量が多くなる。最終的に得られる合金鋼粉のＳ含有量が０．０１％を超えると、固溶Ｓが増え、粒界強度が低下する。そのため、アトマイズ鉄基粉末の段階でのＳ含有量を０．０１％以下とする。一方、Ｓ含有量は低ければ低いほど、固溶Ｓが減るため好ましい。そのため、Ｓ含有量の下限は特に限定されず、０％であって良いが、工業的には０％超であってよい。しかし、過度の低減は製造コストの増加を招くため、Ｓ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。S: 0.01% or less In the present invention, the Mn content in the atomized iron-based powder is set to 0.3% or less. Therefore, among S contained in the atomized iron-based powder, the amount present as MnS decreases, and the amount present as solute S increases. If the S content of the finally obtained alloy steel powder exceeds 0.01%, the solid solution S increases and the grain boundary strength decreases. Therefore, the S content at the stage of atomized iron-based powder is set to 0.01% or less. On the other hand, the lower the S content, the more the solute S decreases, which is preferable. Therefore, the lower limit of the S content is not particularly limited, and may be 0%, but industrially it may be more than 0%. However, since excessive reduction leads to an increase in manufacturing cost, the S content is preferably 0.0005% or more.
Ｐ：０．０１％以下
Ｍｎ、Ｓの含有量が多いときは、Ｐの含有量は靭性に影響を及ぼさないが、合金鋼粉のＭｎ量が０．３％以下、Ｓ含有量が０．０１％以下のときは、Ｐ含有量を０．０１％以下にすることによって、粒界強度が増加し、靭性が向上する。そのため、アトマイズ鉄基粉末の段階でのＰ含有量を０．０１％以下とする。一方、Ｐ含有量は低ければ低いほど粒界強度が増加し、靭性が向上するため好ましい。そのため、Ｐ含有量の下限は特に限定されず、０％であってよいが、工業的には０％超であってよい。しかし、過度の低減は製造コストの増加を招くため、Ｐ含有量は０．０００５％以上とすることが好ましい。P: 0.01% or less When the contents of Mn and S are large, the content of P does not affect the toughness, but the Mn content of the alloy steel powder is 0.3% or less and the S content is 0.00. When the content is 01% or less, the grain boundary strength is increased and the toughness is improved by setting the P content to 0.01% or less. Therefore, the P content at the stage of atomized iron-based powder is set to 0.01% or less. On the other hand, the lower the P content, the greater the grain boundary strength and the better the toughness. Therefore, the lower limit of the P content is not particularly limited and may be 0%, but industrially it may be more than 0%. However, excessive reduction leads to an increase in manufacturing cost, so the P content is preferably 0.0005% or more.
本発明におけるアトマイズ鉄基粉末の成分組成は、上記元素と、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる。 The component composition of the atomized iron-based powder in the present invention is composed of the above elements, the remaining Fe, and inevitable impurities.
さらに本発明においては、上記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］（質量％）と前記アトマイズ鉄基粉末のＯ含有量［Ｏ］（質量％）とが、下記（２）式を満足する必要がある。
［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５…（２）Furthermore, in the present invention, the C content [C] (mass%) of the atomized iron base powder and the O content [O] (mass%) of the atomized iron base powder satisfy the following formula (2). There is a need.
[O] ≧ 4/3 [C] −2/15 (2)
アトマイズ鉄基粉末に含まれるＣとＯは、主にＣ＋Ｏ＝ＣＯの反応によって一酸化炭素ガスとなって鉄基粉末から除去される。その際、前記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］（質量％）と前記アトマイズ鉄基粉末のＯ含有量［Ｏ］（質量％）とが、下記（２）式を満足していれば、熱処理によって粉末中のＣ量を、例えば、０．１質量％以下といった十分に低い量まで低減することができる。 C and O contained in the atomized iron-based powder are removed from the iron-based powder as carbon monoxide gas mainly by the reaction of C + O = CO. At that time, if the C content [C] (mass%) of the atomized iron-based powder and the O content [O] (mass%) of the atomized iron-based powder satisfy the following formula (2): By the heat treatment, the amount of C in the powder can be reduced to a sufficiently low amount, for example, 0.1% by mass or less.
さらに本発明においては、以下に述べるように、必要に応じて前記アトマイズ鉄基粉末に炭素成分をさらに混合して用いる。 Furthermore, in the present invention, as described below, a carbon component is further mixed with the atomized iron-based powder as necessary.
・（３）式を満たす場合
前記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］およびＯ含有量［Ｏ］が下記（３）式を満たす場合には、該アトマイズ鉄基粉末をそのまま前記移動床炉に供給する。なお、「そのまま供給する」とは、炭素成分などの他の成分と混合することなく、アトマイズ鉄基粉末のみを移動床炉へ供給することを意味する。
４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］…（３）When the formula (3) is satisfied When the C content [C] and the O content [O] of the atomized iron base powder satisfy the following formula (3), the atomized iron base powder is used as it is in the moving bed furnace. To supply. “Supply as it is” means that only the atomized iron-based powder is supplied to the moving bed furnace without being mixed with other components such as a carbon component.
4/3 [C] + 0.28 ≧ [O] (3)
アトマイズ鉄基粉末の［Ｃ］および［Ｏ］が（３）式の条件を満たしている場合には、酸素に対して十分な量の炭素が存在しているため、熱処理によって粉末中のＯ量を、例えば、０．２８質量％以下といった十分に低い量まで低減することができる。 When [C] and [O] of the atomized iron-based powder satisfy the condition of the formula (3), a sufficient amount of carbon is present with respect to oxygen, so the amount of O in the powder by heat treatment Can be reduced to a sufficiently low amount, for example, 0.28 mass% or less.
・（３）式を満たさない場合
一方、アトマイズ鉄基粉末の［Ｃ］および［Ｏ］が（３）式の条件を満たしていない場合には、熱処理によって粉末中のＯ量を十分に低減することができない。そこで、下記（４）式を満足するように該アトマイズ鉄基粉末に炭素成分をさらに混合したのち、移動床炉に供給する。
４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）＋０．２８≧［Ｏ］…（４）
（ここで、［ＭＸＣ］は、（前記アトマイズ粉末に混合される炭素成分の質量／該アトマイズ鉄基粉末の質量）×１００（質量％）とする）-When the formula (3) is not satisfied On the other hand, when [C] and [O] of the atomized iron-based powder do not satisfy the condition of the formula (3), the amount of O in the powder is sufficiently reduced by heat treatment. I can't. Therefore, the atomized iron-based powder is further mixed with a carbon component so as to satisfy the following expression (4), and then supplied to the moving bed furnace.
4/3 ([C] + [MXC]) + 0.28 ≧ [O] (4)
(Here, [MXC] is (mass of carbon component mixed with the atomized powder / mass of the atomized iron-based powder) × 100 (mass%))
このように炭素成分を混合することによって、アトマイズ鉄基粉末に含まれる炭素の不足を補うことができる。そしてその結果、熱処理によって粉末中のＯ量を、例えば、０．２８質量％以下といった十分に低い量まで低減することができる。 By mixing the carbon components in this way, the shortage of carbon contained in the atomized iron-based powder can be compensated. As a result, the amount of O in the powder can be reduced to a sufficiently low amount such as 0.28% by mass or less by heat treatment.
なお、炭素成分を添加する場合、次の（５）式をさらに満足することが、より好ましい。
［Ｏ］≧４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）−２／１５…（５）In addition, when adding a carbon component, it is more preferable that the following formula (5) is further satisfied.
[O] ≧ 4/3 ([C] + [MXC]) − 2/15 (5)
なお、アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量とＯ含有量を調整する方法は、特に限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量およびＯ含有量が上記条件を満たすように、アトマイズ鉄基粉末の製造に用いる溶鋼の成分組成を調整すればよい。溶鋼の成分組成の調整は、一般的な転炉を使用した鉄鋼の精錬・製鋼技術によって行うことができる。 In addition, the method of adjusting C content and O content of atomized iron-based powder is not specifically limited, Arbitrary methods can be used. For example, what is necessary is just to adjust the component composition of the molten steel used for manufacture of an atomized iron base powder so that C content and O content of atomized iron base powder may satisfy the said conditions. Adjustment of the composition of the molten steel can be performed by a steel refining and steelmaking technique using a general converter.
なお、本発明では、アトマイズ鉄基粉末が、アトマイズまま（as-atomized）で、上記（２）および（３）式の条件を満たしていれば、該アトマイズ鉄基粉末をそのまま熱処理に供することができるため、好ましい。ただし、アトマイズ鉄基粉末におけるＣ含有量が過剰となり、（２）式の条件を満たさなくなると、熱処理前の調整を行って（２）式を満足するようにすることができない。したがって、アトマイズ鉄基粉末を製造する際には、必ず（２）式を満足するようにする必要があり、そのためには酸素が過剰となることも許容される。酸素が過剰であり、（３）式を満たさない場合であっても、上述したように炭素成分を添加することによって、最終的な合金鋼粉におけるＣ量とＯ量を低減できるためである。 In the present invention, if the atomized iron-based powder is as-atomized and satisfies the conditions of the above formulas (2) and (3), the atomized iron-based powder can be directly subjected to heat treatment. This is preferable because it is possible. However, if the C content in the atomized iron-based powder becomes excessive and the condition of the formula (2) is not satisfied, the adjustment before the heat treatment cannot be performed to satisfy the formula (2). Therefore, when producing atomized iron-based powder, it is necessary to satisfy the formula (2), and oxygen is allowed to be excessive for that purpose. This is because even if oxygen is excessive and the formula (3) is not satisfied, the amount of C and O in the final alloy steel powder can be reduced by adding the carbon component as described above.
（平均粒径）
アトマイズ鉄基粉末の平均粒径は特に限定されず、アトマイズ法によって得られた鉄基粉末であれば、任意の粒径のものを用いることができる。しかし、アトマイズ鉄基粉末の平均粒径が３０μｍを下回ると、アトマイズ鉄基粉末の流動性が低下し、ホッパなどを用いて移動床炉へ供給することが困難となる場合がある。また、アトマイズ鉄基粉末の平均粒径が３０μｍを下回ると、熱処理後の合金鋼粉の流動性も低下するため、該合金鋼粉をプレス成形する際の金型への充填の作業効率が低下する場合がある。そのため、アトマイズ鉄基粉末の平均粒径を３０μｍ以上とすることが好ましく、４０μｍ以上とすることがより好ましく、５０μｍ以上とすることがさらに好ましい。(Average particle size)
The average particle size of the atomized iron-based powder is not particularly limited, and any particle size can be used as long as it is an iron-based powder obtained by the atomization method. However, when the average particle size of the atomized iron-based powder is less than 30 μm, the fluidity of the atomized iron-based powder is lowered, and it may be difficult to supply to the moving bed furnace using a hopper or the like. In addition, if the average particle size of the atomized iron-based powder is less than 30 μm, the fluidity of the alloy steel powder after heat treatment also decreases, so the work efficiency of filling the mold when the alloy steel powder is press-formed decreases. There is a case. For this reason, the average particle size of the atomized iron-based powder is preferably 30 μm or more, more preferably 40 μm or more, and even more preferably 50 μm or more.
一方、アトマイズ鉄基粉末の平均粒径が１２０μｍより大きいと、得られた合金粉末を用いて得られる焼結体に粗大な空孔が生じて焼結体の密度が低下し、強度や靭性が不足する場合がある。そのため、アトマイズ鉄基粉末の平均粒径を１２０μｍ以下とすることが好ましく、１００μｍ以下とすることがより好ましく、９０μｍ以下とすることがさらに好ましい。なお、ここで平均粒径とは、メジアン径（いわゆるd50、体積基準）を指すものとする。 On the other hand, if the average particle size of the atomized iron-based powder is larger than 120 μm, coarse pores are generated in the sintered body obtained using the obtained alloy powder, the density of the sintered body is lowered, and the strength and toughness are reduced. There may be a shortage. Therefore, the average particle size of the atomized iron-based powder is preferably 120 μm or less, more preferably 100 μm or less, and even more preferably 90 μm or less. Here, the average particle diameter means a median diameter (so-called d50, volume basis).
（見掛密度）
アトマイズ鉄基粉末の見掛密度は、特に限定しないが、２．０〜３．５Ｍｇ／ｍ３とすることが好ましく、２．４〜３．２Ｍｇ／ｍ３とすることがより好ましい。(Apparent density)
Apparent density of the atomized iron-based powder is not particularly limited and is preferably 2.0~3.5Mg / m 3, and more preferably to 2.4~3.2Mg / m 3.
［移動床炉］
上記成分組成を有するアトマイズ鉄基粉末を、移動床炉に供給し、該移動床炉の移動床上に厚さｄ（ｍｍ）の充填層を形成する。前記移動床炉としては、アトマイズ鉄基粉末を熱処理できるものであれば任意のものを用いることができるが、搬送用のベルトを備えた移動床炉（以下、「ベルト式移動床炉」または「ベルト炉」ともいう）を用いることが好ましい。ベルト炉を用いて熱処理を行う場合には、ベルト上にアトマイズ鉄基粉末を供給して、充填層を形成することができる。アトマイズ鉄基粉末の供給は、任意の方法で行うことができるが、ホッパを用いて行うことが好ましい。また、移動床炉におけるアトマイズ鉄基粉末の搬送方向は特に限定されないが、移動床炉の入り口側から出口側へ直線的に搬送することが一般的である。なお、充填層の厚さについては後述する。[Moving floor furnace]
Atomized iron-based powder having the above component composition is supplied to a moving bed furnace, and a packed bed having a thickness d (mm) is formed on the moving bed of the moving bed furnace. As the moving bed furnace, any one can be used as long as it can heat treat the atomized iron-based powder, but a moving bed furnace (hereinafter referred to as a “belt type moving bed furnace” or “ It is preferable to use a belt furnace). When heat treatment is performed using a belt furnace, an atomized iron-based powder can be supplied onto the belt to form a packed bed. The atomized iron-based powder can be supplied by any method, but it is preferable to use a hopper. Moreover, the conveyance direction of the atomized iron-based powder in the moving bed furnace is not particularly limited, but it is generally conveyed linearly from the inlet side to the outlet side of the moving bed furnace. The thickness of the filling layer will be described later.
上記移動床炉の加熱方式は特に限定されず、アトマイズ鉄基粉末を加熱することができるものであれば、任意の方式を用いることができるが、雰囲気制御の観点からは、間接加熱式とすることが好ましく、ラジアントチューブを用いた加熱を用いることがより好ましい。また、マッフル炉も、間接加熱式の炉として好適に用いることができる。 The heating system of the moving bed furnace is not particularly limited, and any system can be used as long as it can heat the atomized iron-based powder. However, from the viewpoint of atmosphere control, the indirect heating system is used. It is preferable to use heating using a radiant tube. A muffle furnace can also be suitably used as an indirect heating furnace.
なお、上記移動床炉としては、特許文献４に記載されているような移動床炉を用いることができる。そこで、参考のために、特許文献４における移動床炉について、以下に説明する。ただし、本願発明で用いられるアトマイズ鉄基粉末や雰囲気ガスは、以下に説明する特許文献４における処理とは異なる。本発明で用いられるアトマイズ鉄基粉末や雰囲気ガスについては後述する。
As the moving bed furnace, a moving bed furnace as described in
特許文献４の記載では、連続式移動床炉を用いて、脱炭、脱酸または脱窒のうちの１種以上の処理を連続的に行い、鉄基粉末の熱処理を行うとされている。また、特許文献４の記載では、移動床炉の分割された空間を利用して、脱炭、脱酸、脱窒の各処理工程を独立させ、脱炭工程では６００〜１１００℃、脱酸工程では７００〜１１００℃、脱窒工程では４５０〜７５０℃に独立に温度制御して、鉄基粉末の熱処理を行うとされている。さらに、特許文献４では、雰囲気ガスとして、脱炭ゾーンではＨ２やＡＸガスなどの還元性ガス、または、Ｎ２やＡｒなどの不活性ガス、脱酸ゾーンではＨ２やＡＸガスなどの還元性ガス、さらに脱窒ゾーンではＨ２主体のガスが用いられる、とされている。In the description of
ここで、特許文献４に記載された連続式移動床炉と同型の熱処理装置を、図１に示す。図１に示した熱処理装置１００は、仕切壁１により複数のゾーン、すなわち脱炭ゾーン２、脱酸ゾーン３、脱窒ゾーン４に分割された炉体３０と、炉体３０の入側に設けられたホッパ８と、炉体３０の入出側に設けられたホイール１０と、該ホイール１０により連続回転し、炉体３０内の各ゾーンを巡回するベルト９と、ラジアントチューブ１１と、を有する。ホッパ８から、ホイール１０の連続回転により連続的に移動するベルト９上に所定の充填層厚（ベルト上に積載される粗製鉄基粉末の厚み）にて供給された粗製鉄基粉末７は、ラジアントチューブ１１により適正温度に加熱された各ゾーン２，３，４を移動しながら熱処理され、脱炭、脱酸、脱窒されて製品粉１３とされる。なお、製品粉１３は製品タンク１４に貯められる。
Here, FIG. 1 shows a heat treatment apparatus of the same type as the continuous moving bed furnace described in
そして、特許文献４に記載された技術において、各ゾーンでの反応はつぎのように考えられている。 脱炭ゾーン２では、ラジアントチューブ１１により雰囲気温度を６００〜１１００℃に制御し、脱炭ゾーン２の下流側に設けられた水蒸気吹込み口１２から導入された水蒸気（Ｈ２Ｏガス）により、次ゾーンである脱酸ゾーン３の雰囲気ガスを露点：３０〜６０℃に調整しつつ、粗製鉄基粉末から脱炭を行うとしている。
脱炭ゾーン２の上流側には、雰囲気ガスの排出口６が設けられ、雰囲気ガスを装置外に排出している。なお、脱炭の反応式は、次式（Ｉ）で表される。
Ｃ（ｉｎ Ｆｅ）＋ Ｈ２Ｏ（ｇ）＝ＣＯ（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）…（Ｉ）And in the technique described in
At the upstream side of the decarburization zone 2, an atmospheric gas discharge port 6 is provided to discharge the atmospheric gas to the outside of the apparatus. The decarburization reaction formula is represented by the following formula (I).
C (in Fe) + H 2 O (g) = CO (g) + H 2 (g) (I)
脱酸ゾーン３では、ラジアントチューブ１１により雰囲気温度を７００〜１１００℃に制御し、脱窒ゾーン４からの雰囲気ガス（露点：４０℃以下の水素ガス）を用いて、粗製鉄基粉末から脱酸を行うとしている。なお、脱酸の反応式は、次式（ＩＩ）で表される。
ＦｅＯ（ｓ）＋ Ｈ２（ｇ）＝Ｆｅ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）…（ＩＩ）In the
FeO (s) + H 2 (g) = Fe (s) + H 2 O (g) (II)
脱窒ゾーン４では、ラジアントチューブ１１により雰囲気温度を４５０〜７５０℃に制御し、この脱窒ゾーン４の下流側に設けられた雰囲気ガス導入口５から反応ガスである水素ガス（露点：４０℃以下）を導入して、粗製鉄基粉末から脱窒するとしている。なお、脱窒の反応式は、次式（ＩＩＩ）で表される。
Ｎ（ｉｎ Ｆｅ）＋ ３／２Ｈ２（ｇ）＝ＮＨ３（ｇ）…（ＩＩＩ）
水封槽１５は、炉外ガスの炉内ガスへの混入や炉内ガスの炉外への漏洩を遮断する働きを果たしている。In the
N (in Fe) + 3 / 2H 2 (g) = NH 3 (g) (III)
The water sealing tank 15 functions to block the mixing of the outside gas into the furnace gas and the leakage of the inside gas to the outside of the furnace.
また、特許文献４に記載されたベルト炉タイプの熱処理装置による熱処理温度パターンの典型例を図２に示す。処理される鉄基粉末は、（イ）または（ロ）に示したように、炉に入るとまず脱炭ゾーンで昇温され、続いて脱酸ゾーンで均熱され、最後に脱窒ゾーンで冷却される。鉄基粉末の流れと逆向きに導入される水素ガスは、まず脱窒ゾーンに入って昇温されながら鉄基粉末の脱窒を行い、次に脱酸ゾーンに入って一定の温度に保たれながら鉄基粉末の脱酸を行い、最後に脱炭ゾーンに所定量の水蒸気とともに入り、冷却されながら鉄基粉末の脱炭を行う。
Moreover, the typical example of the heat processing temperature pattern by the belt furnace type heat processing apparatus described in
［不活性ガス］
本発明において、上記不活性ガスとしては、特に限定されず、任意の不活性ガスを用いることができる。好適に用いることのできる不活性ガスの例としては、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、およびそれらの混合ガスが挙げられる。[Inert gas]
In the present invention, the inert gas is not particularly limited, and any inert gas can be used. Examples of the inert gas that can be suitably used include argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas, and a mixed gas thereof.
前記不活性ガスは、上記移動床炉においてアトマイズ鉄基粉末の熱処理を行う間、平均ガス流速ｖ（ｍｍ／ｓ）となるように該移動床炉内へ供給される。不活性ガスは、移動床炉内に、原料粉末の移動方向と反対の方向に流すことが好ましい。例えば、移動床炉の一端（上流側）からアトマイズ鉄基粉末を供給し、該アトマイズ鉄基粉末をベルト等の搬送手段により該移動床炉の他端（下流側）へ搬送する場合には、不活性ガスを前記他端（下流側）から導入し、前記一端（上流側）より排気することが好ましい。そのため、移動床炉は、一端にアトマイズ鉄基粉末供給口および雰囲気ガス排出口を備え、他端に処理済みの粉末（合金鋼粉）の排出口および不活性ガス供給口を備えることが好ましい。 The inert gas is supplied into the moving bed furnace so as to have an average gas flow velocity v (mm / s) during the heat treatment of the atomized iron-based powder in the moving bed furnace. The inert gas is preferably flowed in the moving bed furnace in a direction opposite to the moving direction of the raw material powder. For example, when supplying atomized iron-based powder from one end (upstream side) of the moving bed furnace, and transporting the atomized iron-based powder to the other end (downstream side) of the moving bed furnace by a conveying means such as a belt, It is preferable that the inert gas is introduced from the other end (downstream side) and exhausted from the one end (upstream side). Therefore, it is preferable that the moving bed furnace is provided with an atomized iron-based powder supply port and an atmosphere gas discharge port at one end, and a discharge port and an inert gas supply port for treated powder (alloy steel powder) at the other end.
［熱処理］
上記のように不活性ガスを供給した状態で、前記アトマイズ鉄基粉末を前記移動床炉内で熱処理することにより、粉末冶金用合金鋼粉を得ることができる。前記熱処理により、アトマイズ鉄基粉末に含まれるＣおよびＯは、後述する脱炭および脱酸（還元）の反応により、除去される。[Heat treatment]
The alloy steel powder for powder metallurgy can be obtained by heat-treating the atomized iron-based powder in the moving bed furnace with the inert gas supplied as described above. By the heat treatment, C and O contained in the atomized iron-based powder are removed by a decarburization and deoxidation (reduction) reaction described later.
・ｄ／√ｖ≦３．３
本発明においては、上記熱処理を行う間、前記充填層の厚さｄ（ｍｍ）および平均ガス流速ｖ（ｍｍ／ｓ）の両者を、下記（１）式を満足するように制御する。
ｄ／√ｖ≦３．３（ｍｍ１／２・ｓ１／２）…（１）・ D / √v ≦ 3.3
In the present invention, during the heat treatment, both the thickness d (mm) of the packed bed and the average gas flow velocity v (mm / s) are controlled so as to satisfy the following expression (1).
d / √v ≦ 3.3 (mm 1/2 · s 1/2 ) (1)
上記条件で熱処理を行うことにより、アトマイズ鉄基粉末が易酸化性の元素であるＣｒおよびＭｎを含むにもかかわらず、アトマイズ鉄基粉末に含まれるＣおよびＯを安定して低減することができる。そしてその結果、熱処理後の合金鋼粉におけるＣ含有量およびＯ含有量を、例えば、Ｃ≦０．１％、Ｏ≦０．２８％といった極めて低い値とすることができる。以下、その理由について説明する。 By performing the heat treatment under the above-mentioned conditions, it is possible to stably reduce C and O contained in the atomized iron-based powder even though the atomized iron-based powder contains Cr and Mn which are easily oxidizable elements. . As a result, the C content and the O content in the alloy steel powder after the heat treatment can be set to extremely low values such as C ≦ 0.1% and O ≦ 0.28%. The reason will be described below.
アトマイズ鉄基粉末に含まれるＦｅ、Ｃｒ、およびＭｎの酸化物と炭素との反応（脱酸反応）は、次の（ａ）〜（ｃ）式で表される。
ＦｅＯ（ｓ）＋Ｃ＝Ｆｅ（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）…（ａ）
Ｃｒ２Ｏ３（ｓ）＋３Ｃ＝２Ｃｒ（ｉｎ Ｆｅ）＋３ＣＯ（ｇ）…（ｂ）
ＭｎＯ（ｓ）＋Ｃ＝Ｍｎ（ｉｎ Ｆｅ）＋ＣＯ（ｇ）…（ｃ）The reaction (deoxidation reaction) of Fe, Cr, and Mn oxides and carbon contained in the atomized iron-based powder is represented by the following formulas (a) to (c).
FeO (s) + C = Fe (s) + CO (g) (a)
Cr 2 O 3 (s) + 3C = 2Cr (in Fe) + 3CO (g) (b)
MnO (s) + C = Mn (in Fe) + CO (g) (c)
上記反応ではＣＯガスが生成するため、脱酸反応を効率よく進めるためには、炉内雰囲気におけるＣＯ分圧を低く保つ必要がある。 Since CO gas is generated in the above reaction, in order to advance the deoxidation reaction efficiently, it is necessary to keep the CO partial pressure in the furnace atmosphere low.
そのためには、移動床炉内へ装入する鉄基粉末の量すなわち充填層厚を抑制することが考えられる。また、上記反応により発生したＣＯガスを除去する、あるいは移動床炉に導入する不活性ガスで希釈することによってＣＯ分圧を低下させることが考えられる。そこで、本発明では、充填層の厚さｄと、不活性ガスを炉内へ導入したときの炉内での平均ガス流速ｖを、上記（１）式を満たすように制御することとした。 For this purpose, it is conceivable to suppress the amount of iron-based powder charged into the moving bed furnace, that is, the packed bed thickness. It is also conceivable to reduce the CO partial pressure by removing the CO gas generated by the reaction or diluting with an inert gas introduced into the moving bed furnace. Therefore, in the present invention, the thickness d of the packed bed and the average gas flow velocity v in the furnace when the inert gas is introduced into the furnace are controlled so as to satisfy the above formula (1).
上記（１）式を満たすように充填層厚ｄと平均ガス流速ｖを制御することにより、脱酸が効率的に進む理由については、必ずしも明確ではないものの、次のように推定される。 By controlling the packed bed thickness d and the average gas flow velocity v so as to satisfy the above formula (1), the reason why deoxidation proceeds efficiently is not necessarily clear, but is estimated as follows.
すなわち、移動床炉内での熱処理中、充填層の表面上部の空間には流している不活性ガスの速度境界層ができる。この速度境界層の厚さは√ｖに反比例することが境界層に関する理論から導かれる。また、還元反応により発生したＣＯの拡散速度は、速度境界層の厚さによらず一定であると考えられるので、拡散時間は速度境界層の厚さに比例する。したがって、速度境界層厚さを半分にして同じ拡散時間を与えると充填層表面でのＣＯの濃度は１／２になると考えられ、そうすると、充填層の厚さを２倍にしても充填層の最下層でのＣＯの濃度を同じ濃度にできると推定される。したがって、濃度を一定と仮定すれば充填層厚と速度境界層の厚さは反比例することになり、つまりは、充填層厚と√ｖが比例関係にあると推定される。よって、本発明のように、熱処理において、ｄ／√ｖ≦３．３の条件が満たされるように充填層厚とガス流速の調整を行えば、煩雑な維持管理が必要となるガス分析装置を使わなくても、上記（ａ）〜（ｃ）式の反応によって決まる平衡ＣＯ分圧よりも炉内雰囲気におけるＣＯ分圧が低い状態が維持されることになる。 That is, during the heat treatment in the moving bed furnace, a velocity boundary layer of the inert gas flowing is formed in the space above the surface of the packed bed. It is derived from the theory regarding the boundary layer that the thickness of the velocity boundary layer is inversely proportional to √v. Further, since the diffusion rate of CO generated by the reduction reaction is considered to be constant regardless of the thickness of the velocity boundary layer, the diffusion time is proportional to the thickness of the velocity boundary layer. Therefore, if the velocity boundary layer thickness is halved and the same diffusion time is given, it is considered that the concentration of CO on the surface of the packed layer is halved. Then, even if the thickness of the packed layer is doubled, It is estimated that the CO concentration in the lowermost layer can be made the same. Therefore, assuming that the concentration is constant, the packed layer thickness and the velocity boundary layer thickness are inversely proportional, that is, it is estimated that the packed layer thickness and √v are in a proportional relationship. Therefore, as in the present invention, if the packed bed thickness and the gas flow rate are adjusted so that the condition of d / √v ≦ 3.3 is satisfied in the heat treatment, a gas analyzer that requires complicated maintenance management is required. Even if it is not used, a state in which the CO partial pressure in the furnace atmosphere is lower than the equilibrium CO partial pressure determined by the reactions of the above formulas (a) to (c) is maintained.
なお、粉末冶金用合金鋼粉におけるＯ含有量をさらに低減するという観点からは、ｄ／√ｖ≦２．９（ｍｍ１／２・ｓ１／２）とすることがより好ましい。一方、ｄ／√ｖの下限は特に限定されず、低ければ低いほどよいが、ｄを過度に小さくすると生産効率が低下し、また、ｖを過度に大きくするとコストが増大するため、０．１以上とすることが好ましく、０．３以上とすることがより好ましい。From the viewpoint of further reducing the O content in the powder metallurgical alloy steel powder, it is more preferable that the d / √v ≦ 2.9 (mm 1/2 · s 1/2). On the other hand, the lower limit of d / √v is not particularly limited. The lower the better, the lower the better. However, if d is excessively decreased, the production efficiency decreases, and if v is excessively increased, the cost increases. It is preferable to set it as above, and it is more preferable to set it as 0.3 or more.
［冷却］
本発明の一実施形態においては、前記熱処理によって還元されたアトマイズ鉄基粉末を、さらに、水素ガスまたは水素含有気体を用いて冷却することが好ましい。その理由は次の通りである。[cooling]
In one embodiment of the present invention, it is preferable that the atomized iron-based powder reduced by the heat treatment is further cooled using hydrogen gas or a hydrogen-containing gas. The reason is as follows.
還元されたアトマイズ鉄基粉末には、不純物としてＮが含まれている場合がある。特に、上記還元を、Ｎ２含有雰囲気中で行った場合、最終的に得られる粉末冶金用合金鋼粉のＮ含有量が、０．００５質量％を超えるような、高濃度となる場合がある。合金鋼粉にＮが含まれていると圧縮性が低下するため、合金鋼粉のＮ含有量をできるだけ低減することが好ましい。そこで、還元されたアトマイズ鉄基粉末を、水素ガスまたは水素含有気体を用いて冷却すれば、下記（ｄ）式の反応により、粉末中に含まれるＮを除去することができる。なお、最終的に得られる粉末冶金用合金鋼粉のＮ含有量は、０．００５質量％以下とすることが好ましい。
２Ｎ（ｉｎ Ｆｅ）＋３Ｈ２（ｇ）＝２ＮＨ３（ｇ）…（ｄ）The reduced atomized iron-based powder may contain N as an impurity. In particular, when the above reduction is performed in an N 2 -containing atmosphere, the N content of the finally obtained alloy steel powder for powder metallurgy may be as high as exceeding 0.005% by mass. . When the alloy steel powder contains N, the compressibility is lowered. Therefore, it is preferable to reduce the N content of the alloy steel powder as much as possible. Therefore, if the reduced atomized iron-based powder is cooled using hydrogen gas or a hydrogen-containing gas, N contained in the powder can be removed by the reaction of the following formula (d). In addition, it is preferable that N content of the alloy steel powder for powder metallurgy finally obtained shall be 0.005 mass% or less.
2N (in Fe) + 3H 2 (g) = 2NH 3 (g) (d)
上記（ｄ）式の反応を効果的に進めるという観点からは、上記冷却を、水素ガスを用いて行うことがより好ましい。 From the viewpoint of effectively advancing the reaction of the formula (d), it is more preferable to perform the cooling using hydrogen gas.
上記冷却に用いるガスは、任意の方法で供給すればよい。例えば、移動床炉内の、鉄基粉末の還元が完了した位置、または前記位置よりも搬送方向の下流側において、移動床炉内の不活性ガスを排気するとともに、冷却用のガスを移動床炉内へ導入することができる。上記タイミング（移動床炉中の排気および導入位置）については、厳密に冷却が始まる位置でなくともよく、均熱中であっても鉄粉の還元が完了している位置以降であれば問題はない。また、反対に、冷却（粉末の温度低下）が始まった後に、上記雰囲気ガスの入れ替えを行うこともできる。ただし、反応効率の観点からは、上記（ｄ）式の反応を、４５０〜７５０℃の温度域で進行させることが望ましいため、粉末の温度が４５０℃未満となる前、言い換えれば、粉末の温度が４５０℃以上である時点で、上記不活性ガスの排気と冷却用ガスの導入を行うことが好ましい。 The gas used for the cooling may be supplied by any method. For example, the inert gas in the moving bed furnace is exhausted at the position where the reduction of the iron-based powder in the moving bed furnace is completed, or at the downstream side in the transport direction from the position, and the cooling gas is transferred to the moving bed furnace. It can be introduced into the furnace. The timing (exhaust and introduction position in the moving bed furnace) does not have to be strictly the position where cooling starts, and there is no problem as long as it is after the position where the reduction of iron powder is completed even during soaking. . On the other hand, after the cooling (powder temperature decrease) starts, the atmosphere gas can be replaced. However, from the viewpoint of reaction efficiency, since it is desirable to proceed the reaction of the above formula (d) in a temperature range of 450 to 750 ° C., before the temperature of the powder becomes less than 450 ° C., in other words, the temperature of the powder When the temperature is 450 ° C. or higher, it is preferable to exhaust the inert gas and introduce a cooling gas.
（露点）
・不活性ガスの露点：５℃以下
炉内に導入する不活性ガスの露点を５℃以下とすることが好ましい。不活性ガスの露点があまりに高いと、脱酸反応（還元反応）が進みにくくなる。本来、上式（ｂ）および（ｃ）の反応においてＣｒ２Ｏ３およびＭｎＯの還元に使われるはずのＣが雰囲気中の水蒸気と反応して消費されたり、一旦還元されたＣｒやＭｎが雰囲気の水蒸気によって再酸化されたりするためである。熱処理での還元反応を効率よく進めるためには、このようなＣの無駄な消費や、ＣｒおよびＭｎの再酸化を抑制することが必要である。上記観点で、本発明者らが検討を行った結果、充填層厚ｄと不活性ガスの平均ガス流速ｖが上記の条件を満足する場合においては、不活性ガスの露点を５℃以下とすることにより、還元反応を効率的に進めることができることを見出した。(Dew point)
Inert gas dew point: 5 ° C. or less It is preferable that the dew point of the inert gas introduced into the furnace is 5 ° C. or less. If the dew point of the inert gas is too high, the deoxidation reaction (reduction reaction) is difficult to proceed. Originally, in the reaction of the above formulas (b) and (c), C that should be used for reduction of Cr 2 O 3 and MnO reacts with water vapor in the atmosphere and is consumed, or once reduced Cr and Mn are in the atmosphere This is because it is reoxidized by water vapor. In order to efficiently advance the reduction reaction in the heat treatment, it is necessary to suppress such wasteful consumption of C and reoxidation of Cr and Mn. From the above viewpoint, as a result of investigations by the present inventors, when the packed layer thickness d and the average gas flow velocity v of the inert gas satisfy the above conditions, the dew point of the inert gas is set to 5 ° C. or less. Thus, it has been found that the reduction reaction can proceed efficiently.
なお、従来のように、ＣｒやＭｎといった易酸化性元素を含まない鉄基粉末では、特許文献４にあるように、露点を４０℃以下とすれば問題はない。しかし、本発明ではＣｒやＭｎを含む鉄基粉末を用いるため、上記のように不活性ガスの露点を５℃以下とすることが好ましく、−５℃以下とすることがより好ましい。
Note that, as in the prior art, there is no problem if the dew point is set to 40 ° C. or less in the iron-based powder that does not contain an easily oxidizable element such as Cr and Mn as in
脱酸反応の進みやすさの点では、不活性ガスの露点は低いほどよい。しかし、露点が低いガスは高価であり、過度に露点が低いガス使用することは製造コストの増加を招くため、通常は前記露点を−４０℃以上とすることが好ましい。 The lower the dew point of the inert gas, the better the deoxidation reaction proceeds. However, a gas having a low dew point is expensive, and the use of a gas having an excessively low dew point causes an increase in production cost. Therefore, it is usually preferable to set the dew point to −40 ° C. or higher.
上記のような低い露点を達成するためには、炉外ガスの炉内への侵入や炉内ガスの炉外への漏洩を遮断することが好ましい。そのため、上記移動床炉は、ガスの漏洩および侵入を防止するための封止手段を備えることが好ましい。前記封止手段としては、例えば、特許文献４に記載されているような水封槽（図１の１５）を用いることができるが、シールロールなどの水を使わない方式とすることがより好ましい。前記封止手段は、搬送方向の上流側と下流側の両端に設けることが好ましい。
In order to achieve the low dew point as described above, it is preferable to block the penetration of the gas outside the furnace into the furnace and the leakage of the gas inside the furnace outside the furnace. Therefore, it is preferable that the moving bed furnace includes a sealing unit for preventing gas leakage and intrusion. As the sealing means, for example, a water-sealed tank (15 in FIG. 1) as described in
（雰囲気温度、保持時間）
さらに、上記熱処理では、雰囲気温度Ｔ：１０５０℃以上、保持時間ｔ：１０４−０．００３７・Ｔ（ｈ）以上の条件で脱酸を行うことが好ましい。言い換えれば、上記熱処理では、雰囲気温度Ｔ：１０５０℃以上で、保持時間ｔ：１０４−０．００３７・Ｔ（ｈ）以上保持する時間を設けることが好ましい。以下、その理由について説明する。(Atmosphere temperature, holding time)
Further, in the heat treatment, it is preferable to perform deoxidation under conditions of an atmospheric temperature T: 1050 ° C. or higher and a holding time t: 10 4−0.0037 · T (h) or longer. In other words, in the heat treatment, it is preferable to provide a time for holding at an atmospheric temperature T: 1050 ° C. or higher and a holding time t: 10 4−0.0037 · T (h) or longer. The reason will be described below.
・雰囲気温度Ｔ：１０５０℃以上
従来のように、ＣｒやＭｎといった易酸化性元素を含まない鉄基粉末を還元する場合には、還元すべき酸化物はＦｅＯのみである。そのため、特許文献４に記載されているように脱酸ゾーンにおける雰囲気温度を７００℃以上とすれば、上式（２）の平衡反応から決まる平衡露点は７０℃以上と高い温度になる。このとき、導入する不活性ガスの露点を特許文献４にあるように４０℃以下とすれば、十分な速度で脱酸反応（還元反応）が進むために問題は発生しなかった。-Atmosphere temperature T: 1050 degreeC or more As usual, when reducing the iron-based powder which does not contain easily oxidizable elements, such as Cr and Mn, the oxide which should be reduced is only FeO. Therefore, as described in
これに対して、ＣｒやＭｎを含む鉄基粉末を還元する場合、雰囲気温度を１０５０℃以上とすることが好ましい。一方、雰囲気温度の上限は、特に限定されないが、装置の耐熱性能、製造コスト等を考慮すれば、１２００℃程度とすることが好ましい。なお、ここで「雰囲気温度」とは、移動床炉内の鉄基粉末（充填層）の表面から直上２０ｍｍの位置で、熱電対により測定した温度とする。 On the other hand, when reducing the iron-based powder containing Cr or Mn, it is preferable to set the atmospheric temperature to 1050 ° C. or higher. On the other hand, the upper limit of the ambient temperature is not particularly limited, but is preferably about 1200 ° C. in consideration of the heat resistance performance of the apparatus, the manufacturing cost, and the like. Here, the “atmosphere temperature” is a temperature measured by a thermocouple at a position 20 mm immediately above the surface of the iron-based powder (packed bed) in the moving bed furnace.
・保持時間ｔ：１０４−０．００３７・Ｔ（ｈ）以上
保持時間ｔを、雰囲気温度Ｔ（℃）に応じて、１０４−０．００３７・Ｔ（ｈ）以上とすれば、Ｏをより低減することができるため好ましい。なお、前記ｔおよびＴの間の関係は、様々なＴおよびｔで合金鋼粉を製造する実験を行った結果から決定した。具体的には、得られた合金鋼粉のＯ含有量を、Ｔ−ｔ図上へプロットし、同一酸素量を結ぶ曲線（等高線）を近似式として定めた。一方、保持時間の上限は特に限定されないが、脱酸反応完了に必要な時間以上に保持を行っても製造コストが増加するだけであるため、 前記保持時間は４時間以下とすることが好ましい。· Retention time t: a 10 4-0.0037 · T (h) above the retention time t, depending on the ambient temperature T (° C.), if 10 4-0.0037 · T (h) above, the O Since it can reduce more, it is preferable. In addition, the relationship between the said t and T was determined from the result of having conducted the experiment which manufactures alloy steel powder with various T and t. Specifically, the O content of the obtained alloy steel powder was plotted on a Tt diagram, and a curve (contour line) connecting the same oxygen content was determined as an approximate expression. On the other hand, the upper limit of the retention time is not particularly limited, but the retention time is preferably 4 hours or less because the production cost only increases even if the retention time is longer than the time required for completion of the deoxidation reaction.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to the following examples at all.
（実施例１）
水アトマイズ法にて、表１に示す成分組成を有するアトマイズ鉄基粉末を製造した。アトマイズ鉄基粉末記号：Ａ〜ＧおよびＪとＬについては、［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５を満たしているが、４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］を満たしておらずＯ過剰であるため、熱処理後のＣ量およびＯ量を適正範囲に調整するためには、熱処理前に、適正量の炭素成分、例えば、黒鉛粉などの炭素粉末の混合が必要である。アトマイズ鉄基粉末記号：Ｈについては、［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５および４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］をともに満たしており、熱処理前での炭素粉末の混合は必要ない。アトマイズ鉄基粉末記号：Ｉについては、［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５を満たしておらずＣ過剰である。アトマイズ鉄基粉末記号：ＫおよびＬについては、Ｃ量またはＯ量がアトマイズ鉄基粉末での適正範囲を外れている。Example 1
An atomized iron-based powder having the component composition shown in Table 1 was produced by the water atomization method. Atomized iron-based powder symbols: A to G and J and L satisfy [O] ≧ 4/3 [C] −2/15, but 4/3 [C] + 0.28 ≧ [O] In order to adjust the C amount and O amount after heat treatment to an appropriate range, it is necessary to mix an appropriate amount of carbon components, for example, carbon powder such as graphite powder, etc. before the heat treatment because it is not satisfied and O is excessive. It is. Atomized iron-based powder symbol: For H, [O] ≧ 4/3 [C] −2/15 and 4/3 [C] + 0.28 ≧ [O] are satisfied, and carbon powder before heat treatment No mixing is necessary. For atomized iron-based powder symbol I, [O] ≧ 4/3 [C] −2/15 is not satisfied and C is excessive. Atomized iron-based powder symbol: For K and L, the amount of C or O is outside the proper range for atomized iron-based powder.
これらのアトマイズ鉄基粉末を、移動床炉を用いて熱処理し、解砕して粉末冶金用合金鋼粉を得た。使用したアトマイズ鉄基粉末と、熱処理条件を表２、３に示す。一部の例においては、炭素成分としての黒鉛粉を前記アトマイズ鉄基粉末に混合した後に、移動床炉へ供給した。前記炭素成分の混合量を、表２、３に合わせて示した。 These atomized iron-based powders were heat-treated using a moving bed furnace and crushed to obtain alloy steel powder for powder metallurgy. The used atomized iron-based powder and heat treatment conditions are shown in Tables 2 and 3. In some examples, graphite powder as a carbon component was mixed with the atomized iron-based powder and then supplied to the moving bed furnace. The mixing amounts of the carbon components are shown in Tables 2 and 3.
また、前記熱処理においては、前記アトマイズ鉄基粉末を表２、３に示した充填層厚さｄとなるように移動床炉内へ供給し、表２、３に示した平均ガス流速ｖとなるように不活性ガスを供給しながら、連続的に熱処理を実施した。得られた粉末冶金用合金鋼粉の成分組成は表２、３に示した通りであった。なお、各表および以下の説明における不活性ガスの組成における％表示は、ｖｏｌ％を意味する。 In the heat treatment, the atomized iron-based powder is supplied into the moving bed furnace so as to have the packed bed thickness d shown in Tables 2 and 3, and the average gas flow velocity v shown in Tables 2 and 3 is obtained. Thus, the heat treatment was continuously performed while supplying the inert gas. The component composition of the obtained alloy steel powder for powder metallurgy was as shown in Tables 2 and 3. In addition,% display in the composition of the inert gas in each table | surface and the following description means vol%.
・Ａｒ含有ガスを用いた場合
表２は、不活性ガスとしてＡｒ含有ガスを用いた場合の例である。粉末記号：ＡおよびＪを使用し、炭素粉末を混合していないもの（粉末記号：Ａ１０、Ｊ１０）については、アトマイズ鉄基粉末がＯ過剰であるため、熱処理条件を適正に調整した上でもこれらを熱処理した後のＯ量が適正値を外れている。したがって、アトマイズ鉄基粉末記号：ＡおよびＪについては、４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）＋０．２８≧［Ｏ］を満たすような適正量の炭素粉末の混合が必要である。アトマイズ鉄基粉末記号：Ｂ〜Ｇについても、アトマイズ鉄基粉末がＯ過剰であるため、同様である。これらについて、４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）＋０．２８≧［Ｏ］を満たすように表２に示したような黒鉛粉の混合を行った例が、粉末記号：Ａ１１〜Ａ１９、Ｂ１１〜Ｂ１５、Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｄ１１〜Ｄ１３、Ｅ１１〜Ｅ１３、Ｆ１１、Ｇ１１、Ｊ１１、およびＬ１１に示されている。-When Ar containing gas is used Table 2 is an example at the time of using Ar containing gas as an inert gas. For powder symbols: A and J, which are not mixed with carbon powder (powder symbols: A10, J10), the atomized iron-based powder has an excess of O. The amount of O after heat-treating is out of the proper value. Therefore, for the atomized iron-based powder symbols: A and J, an appropriate amount of carbon powder that satisfies 4/3 ([C] + [MXC]) + 0.28 ≧ [O] is required. The same applies to the atomized iron-based powder symbols: B to G because the atomized iron-based powder is O-excessive. About these, the example which mixed graphite powder as shown in Table 2 so that 4/3 ([C] + [MXC]) + 0.28> = [O] was carried out is a powder symbol: A11-A19, B11 to B15, C11 to C14, D11 to D13, E11 to E13, F11, G11, J11, and L11.
同表から明らかなように、鉄粉の充填層厚ｄ（ｍｍ）と不活性ガスの流速ｖ（ｍｍ／ｓ）との関係がｄ／√ｖ≦３．３を満たすもの（粉末記号：Ａ１１〜Ａ１５、Ａ１７〜Ａ１９、Ｂ１２〜Ｂ１５、Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｄ１１〜Ｄ１３、Ｅ１１〜Ｅ１３、Ｆ１１、Ｇ１１、Ｈ１１、Ｉ１１、Ｊ１１）についてはＯ量が０．２８質量％以下となっており、逆にｄ／√ｖ≦３．３を満たさないもの（粉末記号：Ａ１６、Ｂ１１）についてはＯ量が０．２８質量％を超えている。さらに、不活性ガスが１００％Ａｒでｄ／√ｖ≦２．９のもの（粉末記号：Ａ１１〜Ａ１４、Ａ１７、Ｂ１２〜Ｂ１５、Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｄ１１〜Ｄ１３、Ｅ１１〜Ｅ１３、Ｆ１１、Ｇ１１、Ｈ１１、Ｉ１１、Ｊ１１）についてはＣ量が０．１質量％以下、Ｏ量が０．２３質量％以下となっており、Ｏ量がより低減されているので、ｄ／√ｖ≦２．９とすることが好ましい。 As is apparent from the table, the relationship between the packed bed thickness d (mm) of the iron powder and the flow velocity v (mm / s) of the inert gas satisfies d / √v ≦ 3.3 (powder symbol: A11 -A15, A17-A19, B12-B15, C11-C14, D11-D13, E11-E13, F11, G11, H11, I11, J11), the amount of O is 0.28% by mass or less, and vice versa In addition, for those not satisfying d / √v ≦ 3.3 (powder symbols: A16, B11), the amount of O exceeds 0.28% by mass. Further, the inert gas is 100% Ar and d / √v ≦ 2.9 (powder symbols: A11 to A14, A17, B12 to B15, C11 to C14, D11 to D13, E11 to E13, F11, G11, For H11, I11, J11), the C content is 0.1% by mass or less and the O content is 0.23% by mass or less, and the O content is further reduced, so d / √v ≦ 2.9. It is preferable that
また、粉末記号：Ａ１７〜Ａ１９については、導入ガスを１００％Ａｒから５０％Ａｒ−５０％Ｎ２まで変化させているが、いずれもＯ量で０．２８質量％以下が得られている。In addition, regarding the powder symbols: A17 to A19, the introduced gas was changed from 100% Ar to 50% Ar-50% N 2 , and in each case, the amount of O was 0.28% by mass or less.
さらに、粉末記号：Ｃ１１〜Ｃ１４については、露点が５℃以下のもの（粉末記号：Ｃ１２〜Ｃ１４）でＯ量が０．２０質量％以下と、良好な値が得られている。また、露点が−５℃以下のもの（粉末記号：Ｃ１４）ではＯ量が０．１５質量％以下と、一段と良好な値が得られている。さらに、粉末記号：Ｄ１１〜Ｄ１３およびＥ１１〜Ｅ１３については、均熱温度が１０５０℃以上でｔ≧１０４−０．００３７・Ｔを満たすもの（粉末記号：Ｄ１３、Ｅ１３）でＯ量が０．１５質量％以下と、一段と良好な値が得られている。Furthermore, regarding powder symbols: C11 to C14, good values were obtained with a dew point of 5 ° C. or less (powder symbols: C12 to C14) and an O amount of 0.20 mass% or less. In addition, when the dew point is −5 ° C. or less (powder symbol: C14), the amount of O is 0.15% by mass or less, which is a much better value. Furthermore, with respect to powder symbols: D11 to D13 and E11 to E13, the soaking temperature is 1050 ° C. or higher and t ≧ 10 4 -0.0037 · T is satisfied (powder symbols: D13, E13), and the O amount is 0.00 . An even better value of 15% by mass or less is obtained.
さらに、粉末記号：Ｈ１１については、アトマイズ鉄基粉末でのＣ量およびＯ量が［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５および４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］をともに満たしているので、熱処理前で炭素粉末を混合しなくとも、適正な熱処理条件を用い不活性ガス雰囲気で処理することで、熱処理後のＣ量およびＯ量について適正値が得られることを示している。 Furthermore, for the powder symbol: H11, the amounts of C and O in the atomized iron-based powder satisfy [O] ≧ 4/3 [C] −2/15 and 4/3 [C] + 0.28 ≧ [O]. Since both are satisfied, even if carbon powder is not mixed before heat treatment, it is shown that appropriate values can be obtained for the C and O amounts after heat treatment by treating in an inert gas atmosphere using appropriate heat treatment conditions. ing.
他方、粉末記号：Ｉ１１については、アトマイズ鉄基粉末でのＣ量およびＯ量が［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５を満たしておらず、Ｃ過剰であるため、適正な熱処理条件で処理しても、熱処理後のＣ量が適正範囲を外れていることを示している。 On the other hand, for the powder symbol: I11, the amount of C and O in the atomized iron-based powder does not satisfy [O] ≧ 4/3 [C] −2/15 and is excessive C, so that proper heat treatment is performed. This shows that the amount of C after the heat treatment is out of the proper range even if the treatment is performed under the conditions.
また、粉末記号：Ｋ１１およびＬ１１については、アトマイズ鉄基粉末のＣ量またはＯ量が高過ぎたために、熱処理によってもＣ量またはＯ量が規定の量まで低減できていない。 In addition, regarding the powder symbols: K11 and L11, the C amount or O amount of the atomized iron-based powder was too high, and therefore the C amount or O amount could not be reduced to the specified amount even by heat treatment.
・Ｎ２含有ガスを用いた場合
表３は、Ｎ２含有雰囲気で熱処理を行った場合の例である。アトマイズ鉄基粉末記号：Ａ〜ＧおよびＪについてはＯ過剰であるため、４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）＋０．２８≧［Ｏ］を満たすような適正量の炭素粉末の混合が必要である。そこで、表３に示したような黒鉛粉の混合を行い、種々の熱処理条件で処理した例が、粉末記号：Ａ２１〜Ａ２９、Ｂ２１〜Ｂ２５、Ｃ２１〜Ｃ２４、Ｄ２１〜Ｄ２３、Ｅ２１〜Ｅ２３、Ｆ２１、Ｇ２１、Ｈ２１、Ｉ２１、Ｊ２１に示されている。· N 2 containing case Table 3 using the gas is an example of a case of performing heat treatment in an N 2 containing atmosphere. Atomized iron-based powder symbol: A to G and J are O-excessive, so that an appropriate amount of carbon powder that satisfies 4/3 ([C] + [MXC]) + 0.28 ≧ [O] is mixed. is necessary. Therefore, examples of mixing graphite powder as shown in Table 3 and treating under various heat treatment conditions are powder symbols: A21 to A29, B21 to B25, C21 to C24, D21 to D23, E21 to E23, F21. , G21, H21, I21, J21.
同表から明らかなように、鉄粉の充填層厚ｄ（ｍｍ）と不活性ガスの流速ｖ（ｍｍ／ｓ）との関係がｄ／√ｖ≦３．３を満たすもの（粉末記号：Ａ２１〜Ａ２５、Ａ２７〜Ａ２９、Ｂ２２〜Ｂ２５、Ｃ２１〜Ｃ２４、Ｄ２１〜Ｄ２３、Ｅ２１〜Ｅ２３、Ｆ２１、Ｇ２１、Ｈ２１、Ｊ２１）についてはＯ量が０．２８質量％以下となっており、逆にｄ／√ｖ≦３．３を満たさないもの（粉末記号：Ａ２６、Ｂ２１）についてはＯ量が０．２８質量％を超えている。さらに、導入ガスが１００％Ｎ２でｄ／√ｖ≦２．９のもの（粉末記号：Ａ２１〜Ａ２４、Ａ２７、Ｂ２３〜Ｂ２５、Ｃ２１〜Ｃ２４、Ｄ２１〜Ｄ２３、Ｅ２１〜Ｅ２３、Ｆ２１、Ｇ２１、Ｈ２１、Ｊ２１）についてはＣ量が０．１質量％以下、Ｏ量が０．２３質量％以下となっており、Ｏ量がより低減されているので、充填層厚ｄ（ｍｍ）と不活性ガスの流速ｖ（ｍｍ／ｓ）との関係は、ｄ／√ｖ≦２．９とすることが好ましいことが分かる。As is apparent from the table, the relationship between the packed bed thickness d (mm) of the iron powder and the flow velocity v (mm / s) of the inert gas satisfies d / √v ≦ 3.3 (powder symbol: A21 -A25, A27-A29, B22-B25, C21-C24, D21-D23, E21-E23, F21, G21, H21, J21), the amount of O is 0.28% by mass or less, conversely d For those not satisfying /√v≦3.3 (powder symbol: A26, B21), the O amount exceeds 0.28 mass%. Further, the introduced gas is 100% N 2 and d / √v ≦ 2.9 (powder symbols: A21 to A24, A27, B23 to B25, C21 to C24, D21 to D23, E21 to E23, F21, G21, As for H21 and J21), the C amount is 0.1% by mass or less and the O amount is 0.23% by mass or less, and the O amount is further reduced. It can be seen that the relationship with the gas flow velocity v (mm / s) is preferably d / √v ≦ 2.9.
また、粉末記号：Ａ２７〜Ａ２９については、導入ガスを１００％Ｎ２から９０％Ｎ２−１０％Ｈｅまで変化させているが、いずれもＯ量で０．２８質量％以下が得られている。In addition, regarding the powder symbols: A27 to A29, the introduced gas was changed from 100% N 2 to 90% N 2 -10% He, and in each case, the amount of O was 0.28% by mass or less. .
さらに、粉末記号：Ｃ２１〜Ｃ２４については、露点が５℃以下のもの（粉末記号：Ｃ２２〜Ｃ２４）でＯ量が０．２０質量％以下と、良好な値が得られている。また、露点が−５℃以下のもの（粉末記号：Ｃ２４）ではＯ量が０．１５質量％以下と、一段と良好な値が得られている。さらに、粉末記号：Ｄ２１〜Ｄ２３およびＥ２１〜Ｅ２３については、均熱温度が１０５０℃以上でｔ≧１０４−０．００３７・Ｔを満たすもの（粉末記号：Ｄ２３、Ｅ２３）でＯ量が０．２０質量％以下と、一段と良好な値が得られている。Furthermore, regarding the powder symbols: C21 to C24, those having a dew point of 5 ° C. or less (powder symbols: C22 to C24) and an O amount of 0.20% by mass or less are obtained. In addition, when the dew point is −5 ° C. or less (powder symbol: C24), the amount of O is 0.15% by mass or less, which is a much better value. Furthermore, with respect to powder symbols: D21 to D23 and E21 to E23, soaking temperature is 1050 ° C. or higher and t ≧ 10 4 -0.0037 · T is satisfied (powder symbols: D23, E23), and the amount of O is 0.00 . A much better value of 20% by mass or less is obtained.
また、粉末記号：Ｈ２１については、アトマイズ鉄基粉末でのＣ量およびＯ量が［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５および４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］をともに満たしているので、熱処理前で炭素粉末を混合しなくとも、適正な熱処理条件で還元することで、熱処理後のＣ量およびＯ量について適正値が得られることを示している。 In addition, for the powder symbol H21, the amounts of C and O in the atomized iron-based powder satisfy [O] ≧ 4/3 [C] −2/15 and 4/3 [C] + 0.28 ≧ [O]. Since both are satisfied, it is shown that, even if the carbon powder is not mixed before the heat treatment, appropriate values can be obtained for the amount of C and O after the heat treatment by reducing the carbon powder under appropriate heat treatment conditions.
他方、粉末記号：Ｉ２１については、アトマイズ鉄基粉末でのＣ量およびＯ量が［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５を満たしておらず、Ｃ過剰であるため、適正な熱処理条件を用い不活性ガス雰囲気で処理しても、熱処理後のＣ量が適正範囲を外れていることを示している。 On the other hand, for the powder symbol: I21, since the amount of C and O in the atomized iron-based powder does not satisfy [O] ≧ 4/3 [C] −2/15 and is excessive in C, an appropriate heat treatment is performed. This shows that the amount of C after the heat treatment is out of the proper range even if the treatment is performed in an inert gas atmosphere using conditions.
（実施例２）
表１のアトマイズ鉄基粉末のうち、ＡおよびＨを、不活性ガスとしてＮ２を用いて熱処理することによって還元した。処理条件を表４に示す。その際、アトマイズ鉄基粉末Ａについては、表４に示した量の黒鉛粉と混合した後に、移動床炉へ供給した。一方、アトマイズ鉄基粉末Ｈについては、黒鉛粉と混合することなく、そのまま（アトマイズ鉄基粉末Ｈのみを）移動床炉へ供給した。(Example 2)
Of the atomized iron-based powders in Table 1, A and H were reduced by heat treatment using N 2 as an inert gas. Table 4 shows the processing conditions. At that time, the atomized iron-based powder A was mixed with the amount of graphite powder shown in Table 4 and then supplied to the moving bed furnace. On the other hand, the atomized iron-based powder H was supplied to the moving bed furnace without mixing with the graphite powder (only the atomized iron-based powder H).
さらに、上記還元終了後、移動床炉内の不活性ガスを排気するとともにＨ２ガスを供給し、還元された粉末を前記Ｈ２ガス雰囲気中で冷却した（Ａ３１、Ｈ３１）。冷却後、得られた粉末を解砕して粉末冶金用合金鋼粉を得た。得られた合金鋼粉の成分組成を表４に示す。なお、比較のために、実施例１におけるＡ２３、Ｈ２１の熱処理条件と合金鋼粉の成分組成を表４に併記した。前記Ａ２３、Ｈ２１では、還元後の冷却が、Ｎ２雰囲気中で行われている。Further, after the reduction was completed, the inert gas in the moving bed furnace was exhausted and H 2 gas was supplied, and the reduced powder was cooled in the H 2 gas atmosphere (A31, H31). After cooling, the obtained powder was crushed to obtain alloy steel powder for powder metallurgy. The component composition of the obtained alloy steel powder is shown in Table 4. For comparison, the heat treatment conditions of A23 and H21 in Example 1 and the component composition of alloy steel powder are also shown in Table 4. In A23 and H21, cooling after reduction is performed in an N 2 atmosphere.
Ｈ２雰囲気で冷却を行ったＡ３１およびＨ３１では、Ｃ量およびＯ量がそれぞれ０．１質量％以下、０．２８質量％以下まで低減できているとともに、Ｎ量は０．００２質量％（２０質量ｐｐｍ）以下であった。これに対して、Ｎ２雰囲気で冷却を行ったＡ２３およびＨ２１では、Ｎ量が０．００６質量％（６０質量ｐｐｍ）よりも高かった。In A31 and H31 cooled in an H 2 atmosphere, the C content and the O content can be reduced to 0.1 mass% or less and 0.28 mass% or less, respectively, and the N content is 0.002 mass% (20 Mass ppm) or less. On the other hand, in A23 and H21 cooled in an N 2 atmosphere, the N amount was higher than 0.006 mass% (60 mass ppm).
以上の結果から、還元されたアトマイズ鉄基粉末を、水素ガスまたは水素含有気体を用いて冷却することにより、合金鋼粉に含まれる不純物としてのＮをさらに低減できることがわかる。 From the above results, it can be seen that N as an impurity contained in the alloy steel powder can be further reduced by cooling the reduced atomized iron-based powder using hydrogen gas or a hydrogen-containing gas.
１ 仕切り壁
２ 脱炭ゾーン
３ 脱酸ゾーン
４ 脱窒ゾーン
５ 雰囲気ガス供給口（供給雰囲気ガス）
６ 雰囲気ガス排出口（排出雰囲気ガス）
７ 粗製鉄基粉末
８ ホッパ
９ ベルト
10 ホイール
11 ラジアントチューブ
12 水蒸気吹込み管
13 製品粉
14 製品タンク
15 水封槽
20 製品粉粉砕用装置
21 冷却器
22 循環ファン
30 炉体（加熱炉）
100 熱処理装置1 Partition Wall 2
6 Atmosphere gas outlet (exhaust atmosphere gas)
7 Crude iron-based powder 8 Hopper 9 Belt
10 wheel
11 Radiant tube
12 Steam blowing pipe
13 Product powder
14 Product tank
15 Water-sealed tank
20 Product powder crusher
21 Cooler
22 Circulation fan
30 Furnace (heating furnace)
100 Heat treatment equipment
Claims (4)
Ｃ ：０．８％以下、
Ｏ ：１．０％以下、
Ｍｎ：０．０８％超０．３％以下、
Ｃｒ：０．３〜３．５％、
Ｍｏ：０．１〜２％、
Ｓ ：０．０１％以下、および
Ｐ ：０．０１％以下を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避不純物であるアトマイズ鉄基粉末を用意し、
前記アトマイズ鉄基粉末を、厚さｄ（ｍｍ）の充填層を形成するように移動床炉内へ供給し、
前記移動床炉内に、不活性ガスを平均ガス流速ｖ（ｍｍ／ｓ）となるように供給し、
前記アトマイズ鉄基粉末を前記移動床炉内で熱処理することによって還元し、粉末冶金用合金鋼粉とする、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法であって、
前記ｄおよびｖが、下記（１）式を満足し、
前記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］（質量％）と前記アトマイズ鉄基粉末のＯ含有量［Ｏ］（質量％）とが、下記（２）式を満足し、
前記アトマイズ鉄基粉末の移動床炉への供給において、前記アトマイズ鉄基粉末のＣ含有量［Ｃ］およびＯ含有量［Ｏ］が下記（３）式を満たす場合には、該アトマイズ鉄基粉末をそのまま前記移動床炉に供給し、下記（３）式を満たさない場合には、下記（４）式を満足するように該アトマイズ鉄基粉末に炭素成分をさらに混合したのち、前記移動床炉に供給する、粉末冶金用合金鋼粉の製造方法。
記
ｄ／√ｖ≦３．３（ｍｍ１／２・ｓ１／２）…（１）
［Ｏ］≧４／３［Ｃ］−２／１５…（２）
４／３［Ｃ］＋０．２８≧［Ｏ］…（３）
４／３（［Ｃ］＋［ＭＸＣ］）＋０．２８≧［Ｏ］…（４）
（ここで、［ＭＸＣ］は、（前記アトマイズ粉末に混合される炭素成分の質量／該アトマイズ鉄基粉末の質量）×１００（質量％）とする）% By mass
C: 0.8% or less,
O: 1.0% or less,
Mn: more than 0.08% and 0.3% or less,
Cr: 0.3 to 3.5%,
Mo: 0.1 to 2%,
S: 0.01% or less, and P: 0.01% or less,
Prepare the remaining Fe and atomized iron-based powder which is an inevitable impurity,
Supplying the atomized iron-based powder into a moving bed furnace so as to form a packed bed of thickness d (mm);
In the moving bed furnace, an inert gas is supplied so as to have an average gas flow velocity v (mm / s),
The atomized iron-based powder is reduced by heat treatment in the moving bed furnace to obtain an alloy steel powder for powder metallurgy, a method for producing an alloy steel powder for powder metallurgy,
The d and v satisfy the following formula (1):
The C content [C] (% by mass) of the atomized iron-based powder and the O content [O] (% by mass) of the atomized iron-based powder satisfy the following formula (2):
In the supply of the atomized iron-based powder to the moving bed furnace, when the C content [C] and the O content [O] of the atomized iron-based powder satisfy the following formula (3), the atomized iron-based powder Is supplied to the moving bed furnace as it is, and if the following formula (3) is not satisfied, the atomized iron-based powder is further mixed with a carbon component so as to satisfy the following formula (4), and then the moving bed furnace A method for producing alloy steel powder for powder metallurgy, which is supplied to the company.
D / √v ≦ 3.3 (mm 1/2 · s 1/2 ) (1)
[O] ≧ 4/3 [C] −2/15 (2)
4/3 [C] + 0.28 ≧ [O] (3)
4/3 ([C] + [MXC]) + 0.28 ≧ [O] (4)
(Here, [MXC] is (mass of carbon component mixed with the atomized powder / mass of the atomized iron-based powder) × 100 (mass%))
In the said heat processing, deoxidation is performed on condition of atmospheric temperature T: 1050 degreeC or more and holding time t: 10 <4> -0.0037 * T (h) or more, The method as described in any one of Claims 1-3. A method for producing alloy steel powder for powder metallurgy.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015195146 | 2015-09-30 | ||
| JP2015195146 | 2015-09-30 | ||
| PCT/JP2016/004439 WO2017056510A1 (en) | 2015-09-30 | 2016-09-30 | Production method for alloy steel powder for powder metallurgy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP6112281B1 JP6112281B1 (en) | 2017-04-12 |
| JPWO2017056510A1 true JPWO2017056510A1 (en) | 2017-10-05 |
Family
ID=58423010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017500091A Expired - Fee Related JP6112281B1 (en) | 2015-09-30 | 2016-09-30 | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6112281B1 (en) |
| KR (1) | KR102023113B1 (en) |
| WO (1) | WO2017056510A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115055676A (en) * | 2022-05-25 | 2022-09-16 | 中国科学院赣江创新研究院 | Powder material in-situ heat treatment device |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5125158A (en) | 1974-08-26 | 1976-03-01 | Nippon Kuatsu System Co | Ryutaijikukeryono ryuryokei |
| JPS594298B2 (en) | 1977-01-13 | 1984-01-28 | 三菱重工業株式会社 | Packaging container shaping device |
| JPS6440881A (en) | 1987-08-07 | 1989-02-13 | Canon Kk | Hologram having protective layer |
| JP3224417B2 (en) | 1992-02-14 | 2001-10-29 | 川崎製鉄株式会社 | Alloy steel powder and sintered body for sintered body having high strength, high fatigue strength and high toughness |
| JP3272886B2 (en) * | 1994-04-15 | 2002-04-08 | 川崎製鉄株式会社 | Alloy steel powder for high strength sintered body and method for producing high strength sintered body |
| JPH09170002A (en) * | 1995-10-19 | 1997-06-30 | Kawasaki Steel Corp | Iron powder finish heat-treating method and device therefor |
| SE9602835D0 (en) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | Hoeganaes Ab | Process for the preparation of an iron-based powder |
| SE9800153D0 (en) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | Hoeganaes Ab | Low pressure process |
| JP2006016688A (en) * | 2004-05-31 | 2006-01-19 | Jfe Steel Kk | Finish-heat treatment method for iron powder and apparatus therefor |
| CN101384387B (en) * | 2006-02-15 | 2011-12-21 | 杰富意钢铁株式会社 | Iron-based powder mixture, and method of manufacturing iron-based compacted body and iron-based sintered body |
| BR112012030800A2 (en) | 2010-06-04 | 2016-11-01 | Hoeganaes Ab Publ | nitrified sintered steels |
-
2016
- 2016-09-30 KR KR1020187003335A patent/KR102023113B1/en active IP Right Grant
- 2016-09-30 JP JP2017500091A patent/JP6112281B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2016-09-30 WO PCT/JP2016/004439 patent/WO2017056510A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102023113B1 (en) | 2019-09-19 |
| KR20180022995A (en) | 2018-03-06 |
| JP6112281B1 (en) | 2017-04-12 |
| WO2017056510A1 (en) | 2017-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3124636A1 (en) | Rail and method for manufacturing same | |
| JP5093410B2 (en) | High carbon chromium bearing steel and manufacturing method thereof | |
| CN103757530B (en) | The thin strap continuous casting economy ultra-high strength package binding band of tensile strength >=1250MPa and manufacture method thereof | |
| JP6112281B1 (en) | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy | |
| JP6112283B1 (en) | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy | |
| US9815115B2 (en) | Finish heat treatment method and finish heat treatment apparatus for iron powder | |
| CN103614637A (en) | Rack steel wire rod for carding and production method thereof | |
| JP6112280B1 (en) | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy | |
| JP6112278B1 (en) | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy | |
| JP6112277B1 (en) | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy | |
| JP6112282B1 (en) | Method for producing alloy steel powder for powder metallurgy | |
| JPS61110701A (en) | Finish heat treatment of iron and steel powder | |
| KR101828719B1 (en) | Predicting method of nitrogen concentration in the molten steel after denitridification treatment | |
| JPH09263801A (en) | Finish heat treatment of iron and steel powder and finish heat treatment furnace | |
| JPH111701A (en) | Finish heat treatment for iron powder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170104 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20170104 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20170201 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170214 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170227 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6112281 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |