专利名称：一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法
技术领域：
本发明公开了一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法，属于粉末冶金(金属材料) 技术领域，适用于生产高性能形状复杂零件，如汽车中的高性能结构件发动机部件、变速箱传动齿轮、链轮等。
背景技术：
压缩性是钢铁粉末产品最重要的工艺性能之一，在压制压力、模具工装等条件不变的情况下，粉末压缩性直接决定着零件的密度及其力学性能。随着汽车、摩托车、家电、机械制造等行业的快速发展，对钢铁粉末的需求量急剧增加。现代粉末冶金制品正朝着高密度、高强度、形状复杂方向发展，对钢铁粉末产品及其原材料钢铁粉末提出了更高更严的要求。一般钢铁粉末经一次常规压制和烧结后能达到的密度为6. 4 7. Ig κπΓ3。通过增加压制压力、采用特殊的压制方法，可使粉末压制密度达到7. 20g · cm-3以上，如温压、复压后的制品其密度在7. 20g · cm-3以上，但这些压制方法需要添置新的设备，增加模具的成本和损耗，而且对压制的工件形状有一定的限制。我国目前采用水雾化方法生产的纯铁粉600MPa 下单向压制密度为7. 05 7. 12g · cm_3，铁粉经压制/烧结后的性能和应用范围受到较大限制。目前水雾化铁粉的基本生产工艺为原料选择处理一钢水冶炼一水雾化一脱水一干燥 —磁选一筛分一二次还原一粉碎一碾磨一筛分一合批一检验。其中钢水冶炼和二次还原是决定最终产品性能最重要的工序。一般生产厂家在二次还原时采用分解氨作还原气氛，分解氨的露点小于45°C，这样得到的铁粉中含有较多的氧、硫、氮等杂质。另外原料废钢中一般含有一定量的Si，Mn, P等杂质，原料中可能含有的Cr，Ni, Cu等金属元素也会对铁粉的压缩性产生不利影响。瑞典赫格纳斯和加拿大魁北克金属粉末公司曾披露了在600MPa压力下压缩性为 7. 15 7. 25g · cm-3的高压缩性铁粉的生产流程，生产流程为原料配制一水雾化一脱水一干燥一磁选一筛分一退火一粉碎一碾磨一筛分一合批一检验，但瑞典赫格纳斯采用的原料是瑞典特有的高纯度铁精矿石。而加拿大的魁北克金属粉末公司采用的原料为冶炼钛铁矿的副产品-高碳纯铁水，原料铁水的品质高、杂质含量低，魁北克金属粉末公司对原料的苛刻要求限制了其生产工艺不适合在我国进行规模化生产，且国内外目前对600MPa压力下压坯密度大于7. 20g · cm-3的高压缩性铁粉生产工艺和关键工序质量控制技术均没有公开报道。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术之不足而提供一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法，本发明制备的高压缩性铁粉在600MI^压力下单轴向压制压缩性彡7. 20g · cm_3，适用于制造高密度、高强度、形状复杂的粉末冶金结构件。本发明一种高压缩性水雾化铁粉，按质量百分比，在铁基体中杂质含量为 C ^ 0. 01%, 0 ^ 0. 15%, S 彡 0. 01%, Mn+P+Si 彡 0. 20%, Cr+Ni+Cu ^ 0. 1 % ；平均颗粒
3直径70 90 μ m，粒度大于50 μ m的颗粒质量占铁粉总质量的70%以上；颗粒的显微硬度彡 90HV。本发明一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法，包括以下步骤水雾化铁粉的选择、一次还原、一次磁选、脱水、烘干、二次磁选、二次还原、解碎、筛分、合批；其特征在于所述水雾化铁粉的选择要求所选用的原料铁粉中S ( 0. 01 %、Mn+P+Si ^ 0. 20%, Cr+Ni+Cu ^ 0. 1 % ；所述原料铁粉经一次还原、一次磁选、脱水、烘干、二次磁选后生粉的成分中C O^ 1 8 ；所述二次还原工艺为还原温度930°C 1000°C，还原时间 1 3h，还原剂露点为-60 °C -75 °C的氢气，还原剂流量5 lOL/min，炉内压力 0. 02-0. 03MPa ；所述生粉经二次还原后随炉冷却至室温，进行解碎、筛分、合批，得到高压缩性水雾化铁粉。本发明一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法中，所述水雾化铁粉利用废钢原料冶炼后，采用水雾化制备；所述废钢原料中Cr+Ni+Cu ^0.1% ；所述废钢原料冶炼后钢液的化学成分满足:C :0. 18 0. 25%，S 彡 0. 015%，含氧量< lOOppm，Mn+P+Si ^ 0. 20%, Cr+Ni+Cu 彡 0. 1%。本发明一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法中，所述二次还原工艺为还原温度 930°C 1000°C，还原时间1 汕，还原剂露点为_60°C _75°C的氢气，还原剂流量5 10L/min，炉内压力0. 02-0. 03MPa。本发明一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法中，所述解碎、筛分、合批后，铁粉平均颗粒直径70 90 μ m，其中粒度大于50 μ m的颗粒质量占铁粉总质量的70%以上。本发明一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法中，所述铁粉形貌为类树枝状不规则形貌，颗粒的显微硬度彡90HV。本发明一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法中，所述二次还原中，装料方式为散装装填，料层厚度< 30mm。本发明由于采用上述工艺方法控制铁粉的杂质含量，所制备的高压缩性水雾化铁粉，在常规压机600MI^单向压制下所得的压坯密度> 7. 20g.cm-3 ；本发明相对于现有技术的主要技术特征在于二次还原前冶炼钢水成分、碳氧比和二次还原工艺参数范围的革新。装料完成后通入氢气进行二次还原时生粉与气氛发生的主要反应如下
权利要求
1.一种高压缩性水雾化铁粉，按质量百分比，在铁基体中杂质含量为C 彡 0. 01%,0 彡 0. 15%,S 彡 0. 01%,Mn+P+Si 彡 0. 20%,Cr+Ni+Cu 彡 0. ；平均颗粒直径70 90 μ m，粒度大于50 μ m的颗粒质量占铁粉总质量的70%以上；颗粒的显微硬度；^ 90HV。
2.制备如权利要求1所述的一种高压缩性水雾化铁粉的方法，包括以下步骤水雾化铁粉的选择、一次还原、一次磁选、脱水、烘干、二次磁选、二次还原、解碎、筛分、合批；其特征在于所述水雾化铁粉的选择要求所选用的原料铁粉中S ( 0. 01%,Mn+P+Si ^O. 20%, Cr+Ni+Cu ^ 0. 1 % ；所述原料铁粉经一次还原、一次磁选、脱水、烘干、二次磁选后生粉的成分中C O^ 1 8 ；所述二次还原工艺为还原温度930°C 1000°C，还原时间 1 3h，还原剂露点为-60°C -75 °C的氢气，还原剂流量5 lOL/min，炉内压力 0. 02-0. 03MPa ；所述生粉经二次还原后随炉冷却至室温，进行解碎、筛分、合批，得到高压缩性水雾化铁粉。
3.根据权利要求2所述的一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法，其特征在于所述水雾化铁粉利用废钢原料冶炼后，采用水雾化制备；所述废钢原料中Cr+Ni+Cu ( 0. 1%;所述废钢原料冶炼后钢液的化学成分满足C :0. 18 0. 25%，S彡0. 015%，含氧量< lOOppm， Mn+P+Si 彡 0. 20%, Cr+Ni+Cu 彡 0. 1%。
4.根据权利要求3所述的一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法，其特征在于 所述二次还原工艺为还原温度930°C 1000°C，还原时间1 3h，还原剂露点为-60_75°C的氢气，还原剂流量5 10L/min，炉内压力0. 02-0. 03MPa。
5.根据权利要求4所述的一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法，其特征在于所述解碎、筛分、合批后，铁粉平均颗粒直径70 90 μ m，其中粒度大于50 μ m的颗粒质量占铁粉总质量的70%以上。
6.根据权利要求5所述的一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法，其特征在于所述二次还原中，装料方式为散装装填，料层厚度< 30mm。
7.根据权利要求6所述的一种高压缩性水雾化铁粉的制备方法，其特征在于所述铁粉形貌为类树枝状不规则形貌，颗粒的显微硬度< 90HV。
全文摘要
本发明涉及一种水雾化法制备高压缩性铁粉的方法，该方法以废钢为原料，通过对原料选用时合金元素杂质含量控制、冶炼钢水成分控制、以及二次还原过程的气氛、时间和温度等因素的控制，使铁粉纯度提高到99.5％以上、粉末的显微硬度降低、粉末形貌改变，从而提高铁粉的压缩性，使得处理后的铁粉压缩性达到7.20g·cm-3以上(600MPa下单轴向压制)。本发明以废钢或不合格水雾化铁粉为原料，生产出的高压缩性铁粉可广泛用于高密度、高强度的粉末冶金结构件的生产。
文档编号C22C38/42GK102350497SQ201110275149
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者于永亮, 崔建民, 张德金, 徐从京, 李松林, 袁勇 申请人:中南大学, 莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司