本发明涉及一种制备铁粉的方法及由其制备的铁粉，并且更具体地涉及制备铁粉的以下方法及由其制备的铁粉，所述方法能够在制备含铬的铁粉时使用以下铸锭来改进铬的回收率，所述铸锭包含含量适当地高于目标含量的铬。
背景技术：
一般而言，使用水雾化装置等通过以下方式来制备铁粉：将废铁与在炼铁过程中产生的熔融铁混合并液化于炼钢炉中以制备经调节具有期望含量的熔融钢，然后将熔融钢供应至中间包。本铁粉已用于各种用途，例如用于制造汽车部件等的粉末冶金材料、各种添加剂等。
在汽车部件中，由于经济原因，通过上述的一般粉末制造工艺制得包含Cr的铁粉。但是，由于在最终的粉末中含有的Cr成分具有与氧很强的亲和力，因此通常在空气气氛中液化Cr时，会形成诸如Cr2O3的Cr系氧化物，从而使得难以控制Cr在最终的产品中的含量。
因此，在制造包含Cr的铁粉时，使用电炉或感应炉来制备熔融钢。在使用电炉进行液化处理的情况中，会增加用以满足钢包炉中成分含量的处理时间；而在使用感应炉进行感应处理的情况中，在熔融钢中含有的Cr会由于从外部引入的空气而被持续氧化，从而通过Fe-Cr-O反应形成复合氧化物，这个复合氧化物会变成浮在熔融钢表面上或浮在熔融钢里的浮渣或熔渣，并且在将熔融钢供应至用于水雾化处理(作为后续的处理)的中间包时，随着这个复合氧化物被引入到中间包的喷嘴中，引起喷嘴的堵塞现象或因堵塞现象造成的熔融钢的积聚(增长)，从而使得难以进行水雾化处理。
公开于该发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不可被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的各个方面旨在提供一种制备铁粉的方法以及制备的铁粉，所述方法被配置为用于在制备包含铬的铁粉时使用以下铸锭来改进铬(Cr)的回收率，所述铸锭包含含量适当地高于目标含量的铬。
本发明的各个方面旨在提供一种制备铁粉的方法及由其制备的铁粉，所述方法被配置为用于在制备包含铬的铁粉时使用以下铸锭来防止中间包中喷嘴的堵塞现象或熔融钢的积聚(增长)，所述铸锭包含含量适当地高于目标含量的铬。
根据本发明中的示例性实施方案，提供一种制备包含铬(Cr)的铁粉的方法，所述方法包括：制备进一步包含铬(Cr)的铸锭，以使得所述铸锭中铬(Cr)的含量比最终制得的铁粉中铬(Cr)的目标含量高1至30％(S1-1)；液化铸锭以制备熔融钢(S1-2)；通过对熔融钢进行水雾化来形成铁粉(S2)；以及通过对铁粉进行还原处理来调节铁粉中碳(C)的含量(S3)。
在制备铸锭(S1-1)中，铁粉中铬(Cr)的目标含量可以优选为1.3至3.3重量％。
在制备铸锭(S1-1)中，铸锭可以优选地进一步包含碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)。
在制备铸锭(S1-1)中，铸锭可以优选地进一步包含0.1至0.4重量％的碳(C)、0.1至0.25重量％的硅(Si)和0.3重量％或更少的锰(Mn)。
在制备熔融钢(S1-2)中，铸锭可以在空气气氛下液化。
在调节碳含量(S3)中，通过对铁粉进行氢还原热处理，可以将铁粉中碳(C)的含量调节为0.01重量％或更少。
在碳含量的调节(S3)中，氢还原热处理可以优选地在900至1200℃下进行。
根据本发明中的另一个示例性实施方案，提供一种制备包含铬(Cr)的铁粉的方法，所述方法包括：制备包含0.1至0.4重量％的碳(C)、0.1至0.25重量％的硅(Si)和0.3重量％或更少的锰(Mn)的熔融钢，所述熔融钢进一步包含含量比最终制得的铁粉中铬(Cr)的目标含量高1至30％的铬，并且包含不可避免的杂质，而余量为铁(Fe)(S1)；通过对熔融钢进行水雾化来形成铁粉(S2)；以及通过对铁粉进行还原处理来调节铁粉中碳(C)的含量(S3)。
在制备熔融钢(S1)中，铁粉中铬(Cr)的目标含量可以优选为1.3至3.3重量％。
在制备熔融钢(S1)中，可以通过熔融成分经调节的铸锭来制备熔融钢。
本发明的方法和装置具有其它的特征和优点，这些特征和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行更详细的陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1示出根据本发明示例性实施方案制备铁粉的方法的流程图；
图2示出各种比较例和实施例中熔融钢的回收率的曲线图；
图3示出各种比较例和实施例中最终的铁粉中铬(Cr)的回收率和含量的曲线图；以及
图4A和图4B是比较例和实施例中铁粉的扫描电子显微镜(SEM)照片。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些附图中，在贯穿附图的多幅图形中，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施方案，在附图中和以下的描述中示出了这些实施方案的示例。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等同形式以及其它实施方案。
在下文中，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施方案。然而，本发明并不限于这里包括的示例性实施方案，而是将以各种形式来实施。这些示例性实施方案使得本发明完全公开并且被提供为使得本领域技术人员能够容易地理解本发明的范围。
首先，根据本发明示例性实施方案制备的铁粉为Fe-Cr系粉末，其为主要包含铬(Cr)的铁粉，但是本发明的技术精神可以应用于制备所有具有含Cr组合物的铁粉的情况。
图1示出根据本发明示例性实施方案制备铁粉的方法的流程图。
如在图1中所示，根据本发明的示例性实施方案制备铁粉的方法大致可以包括：制备熔融钢(S1)；通过对熔融钢进行水雾化来形成铁粉(S2)；以及通过对铁粉进行还原处理来调节铁粉中碳(C)的含量(S3)。
作为调节形成熔融钢的成分的含量或改变制备熔融钢的方法以改进Cr的回收率和熔融钢的回收率的步骤，熔融钢的制备(S1)大致可以分为：制备铸锭(S1-1)；以及液化铸锭以制备熔融钢(S1-2)。
在制备铸锭(S1-1)，即制备成分和含量(作为用于制备熔融钢的基本材料)经调节的铸锭的步骤中，制备铸锭以使得铸锭中铬(Cr)的含量比最终制得的铁粉中铬(Cr)的目标含量高1至30％。此处，制备的铸锭可以以各种形状制得，包括圆锭(billet)、方坯、板坯等。
使用成分经调节的铸锭来制备熔融钢而不是如在现有技术中使熔融铁和废料熔融的原因在于，在如现有技术中使熔融铁和废料熔融的情况中，熔融铁中的成分不是合金化的，而是各自以不稳定的状态单独地存在，这样使得这些成分与空气中的氧结合，从而形成氧化物，因此在最终的铁粉中无法以期望的含量回收各个成分。相反，在如本发明的示例性实施方案中使用成分经调节的铸锭的情况中，由于在铸锭中的成分已经合金化并保持稳定状态，因此在空气中与氧反应形成氧化物的成分比率明显减小。
同时，在本发明的示例性实施方案中，根据示例性实施方案制备的铁粉为用在包括连杆、同步器毂等的车用烧结部件中的材料，并且在最终的铁粉中Cr的目标含量为1.3至3.3重量％。此外，在包括连杆、同步器毂等的车用烧结部件中所需的拉伸强度为约900MPa，并且为了保持该拉伸强度，将Cr的目标含量限定为1.3至3.3重量％。另外，在作为材料用在包括连杆、同步器毂等的车用烧结部件中的铁粉中，需要控制夹杂物以确保成型性。因此，根据本发明的示例性实施方案制备的铁粉包含0.01重量％或更少的硅(Si)、0.1重量％或更少的锰(Mn)以及1.3至3.3重量％的铬(Cr)，而余量为铁和不可避免的杂质。
同时，为了满足在最终的铁粉中Cr的目标含量1.3至3.3重量％，在铸锭中铬(Cr)的含量与1.3至3.3重量％相比增加了1至30％，从而变为1.313至4.29重量％。
此外，为了抑制铸锭中Cr的氧化，铸锭进一步包含碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)，在液化铸锭的温度范围内这些成分对氧的亲和力高于或类似于Cr对氧的亲和力。在此，铸锭包含0.1至0.4重量％的碳(C)、0.1至0.25重量％的硅(Si)以及0.3重量％或更少的锰(Mn)。因此，铸锭包含0.1至0.4重量％的碳(C)、0.1至0.25重量％的硅(Si)以及0.3重量％或更少的锰(Mn)，其进一步包含含量比最终制得的铁粉中铬(Cr)的目标含量1.3至3.3重量％高1至30％的铬，并且包含不可避免的杂质，而余量为铁(Fe)。
调节铸锭成分的原因，特别是将Cr的含量调节为比目标含量高1至30％的原因是为了补偿以下Cr的量，所述Cr未被回收而是在空气气氛下液化熔融钢时形成包含Cr2O3的Cr系氧化物。但是，在如现有技术中使用熔融铁和废料来制备熔融钢以制造铁粉的情况中，Cr的回收率通常为60％或更小。然而，在本发明的示例性实施方案中，使用铸锭的原因在于通过使用铸锭而使Cr的回收率得以改进。在此，将铸锭中Cr的含量仅增加1至30％的原因在于，铸锭进一步包含适当含量的碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)，这些成分相当于抑制Cr系氧化物形成的成分。
另外，由于在液化过程中与空气反应，碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量降低，从而使得在最终的铁粉中碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的目标含量可以得以保持。在此，由于在液化过程中与空气反应，碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量降低。其原因在于，由各个成分与氧的反应形成的氧化物因比重不同而浮在熔融钢中并与熔融钢分离，从而使得氧化物不包含在最终的铁粉中。因此，鉴于以氧化物形式从熔融钢中浮出并分离的碳(C)、硅(Si)和锰(C)的量，在铸锭中碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量保持为略高于在最终的铁粉中所需的碳(C)、硅(Si)和锰(C)的含量。
然而，当在铸锭中碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量超过上述含量时，则在最终的铁粉中碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量超过所期望的含量，这使得铁粉的成型性变差。因此，在铸锭中碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量不超过所建议的含量。
同时，在制备熔融钢(S1-2)，即液化成分经调节的铸锭以制备熔融钢的步骤中，所制备的铸锭可以在1450℃至1700℃左右的液化温度下熔融，从而制得熔融钢。
在此，铸锭可以在空气阻断气氛下熔融以抑制熔融钢与氧之间的反应，但是根据本发明的示例性实施方案，由于使用铸锭并且在铸锭中进一步含有碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)用以防止因铬与空气中的氧反应而导致回收率下降，所以铸锭可以在空气气氛下熔融。例如，熔融钢可以通过在空气气氛下在感应炉中熔融铸锭来制得。当然，由于铸锭可以既在空气阻断气氛下熔融又可以在空气气氛下熔融，所以可以使用包括配置为用于制备熔融钢的电炉、转炉等的各种装置，以及感应炉。
当如上所述制得熔融钢时，可以进行通过进行水雾化来形成铁粉(S2)。
在形成铁粉(S2)中，将所制备的熔融钢供应至中间包并使用水雾化装置来使其水雾化，从而形成铁粉。
在通过水雾化处理制得的铁粉中，碳(C)的含量保持为0.1至0.25重量％，硅(Si)的含量保持为0.01重量％或更少，并且锰(m)的含量保持为0.1重量％或更少。
由于通过水雾化处理制得的铁粉中碳(C)的含量过高，因此可以进行通过对铁粉进行还原处理来调节铁粉中碳(C)的含量(S3)。
碳含量的调节(S3)被配置为通过以下方式确保铁粉的成型性：通过氢还原热处理将铁粉中碳(C)的含量调节为0.01重量％或更少。此处，氢还原热处理在900至1200℃下进行。
在下文中，将通过比较例和实施例来描述本发明。
首先，将通过对比较例和实施例进行比较来描述在本发明的示例性实施方案中使用铸锭来制备熔融钢的原因，在所述比较例中如在现有技术中那样使用熔融铁和废料，在所述实施例中随着制备熔融钢的方法调节铸锭的成分。
为了使在最终的铁粉中铬(Cr)的含量保持为1.35至1.65重量％，将在最终的铁粉中铬(Cr)的目标含量设定为1.5重量％，并由此，分别在比较例和实施例中将铬(Cr)、碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量经调节(如下表1中所示)的熔融钢在1650℃下熔融并使其水雾化。如此，测量通过水雾化而变成粉末的熔融钢的回收率，并且结果示于图2中。
[表1]
如在图2中所示，可以确定，在未使用铸锭制备熔融钢的比较例1至3中，粉末化熔融钢的回收率，即有效铁粉的回收率为至多25％左右，但是在使用铸锭制备熔融钢的实施例1至3中，有效铁粉的回收率为100％左右。
可以确定，在未含有用于抑制铬(Cr)与氧反应的碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)而仅含有目标含量的铬的比较例1中，有效铁粉的回收率几乎为零。
此外，在碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量满足本发明的示例性实施方案中所必需的含量但未使用铸锭的情况中，如在比较例2和3中，有效铁粉的回收率不超过至多25％左右。
相反，可以确定，在即使未含有碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)但使用满足铬(Cr)含量的铸锭的实施例1中，有效铁粉的回收率为约90％左右。
此外，可以确定，在碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量满足本发明的示例性实施方案中所必需的含量并且使用铸锭的情况中，如在实施例2和3中，有效铁粉的回收率为约100％左右。
接下来，测量比较例和实施例中制得的铁粉的Cr目标含量达到率，以及铁粉中Cr成分的含量，并且结果示于图3中。
如在图3中所示，可以确定，在未使用铸锭制备熔融钢的比较例1至3中，铁粉的Cr目标含量达到率为约50至70％左右，但是在使用铸锭制备熔融钢的实施例1至3中，铁粉的Cr目标含量达到率为约100％左右。
可以确定，在未含有用于抑制铬(Cr)与氧反应的碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)而仅含有目标含量的铬的比较例1中，铁粉的Cr目标含量达到率为约50％左右。
此外，在碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量满足本发明的示例性实施方案中所必需的含量但未使用铸锭的情况中，如在比较例2和3中，铁粉的Cr目标含量达到率不超过至多70％左右。
相反，可以确定，在即使未含有碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)但使用满足铬(Cr)含量的铸锭的实施例1中，铁粉的Cr目标含量达到率为约90％左右。
此外，可以确定，在碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)的含量满足本发明的示例性实施方案中所必需的含量并且使用铸锭的情况中，如在实施例2和3中，铁粉的Cr目标含量达到率为约100％左右。
因此，可以确定，在比较例中，在铁粉中铬(Cr)的含量不超过目标含量1.35至1.65重量％，但是在实施例中，在铁粉中铬(Cr)的含量满足目标含量1.35至1.65重量％。
接下来，在比较例3和实施例3中制得的铁粉的扫描电子显微镜(SEM)照片示于图4A和图4B中。
图4A是在比较例3中的铁粉的SEM照片，而图4B是在实施例3中的铁粉的SEM照片。
如在图4A中所示，可以确定，在未使用铸锭的情况中，有大量的异物粉末形成，同时在熔融钢中形成的Fe-Cr-O系复合氧化物(在图4A中由箭头所示)被粉末化。相反，如在图4B中所示，可以确定，在使用铸锭的情况中，在铁粉中几乎没有Fe-Cr-O系复合氧化物。
根据本发明的示例性实施方案，由于通过使用成分和含量经调节的铸锭来制备熔融钢，所以能够抑制熔融钢中所含的铬(Cr)在制备熔融钢的过程中与空气中的氧反应形成氧化铬，从而使得能够改进在制备铁粉时铬(Cr)和熔融钢的回收率。
此外，在制备熔融钢时，除了铬之外，熔融钢还包含抑制铬与氧之间反应的适当含量的碳(C)、硅(Si)和锰(Mn)，从而能够抑制熔融钢中所含的铬(Cr)在制备熔融钢的过程中与空气中的氧反应形成氧化铬，从而使得能够改进在制备铁粉时铬(Cr)和熔融钢的回收率。
已呈现的前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了例证和说明的目的。这些描述并非旨在穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多修改和变型。对示例性实施方案进行选择和描述是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案以及它们的各种替换和修改。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。