JPS589801B2

JPS589801B2 - 低酸素、低炭素鉄系粉末の製造方法

Info

Publication number: JPS589801B2
Application number: JP51016525A
Authority: JP
Inventors: 一哉遠藤; 重彰高城; 俊治伊藤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1976-02-19
Publication date: 1983-02-23
Also published as: JPS52100308A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、とくに粉末冶金用の粉末原料に適する低炭素
、低酸素鉄系粉末の製造方法に関する。

粉末冶金用の鉄系粉末の製造においては、非金属介在物
を含めて含有酸素量および炭素量を極力少なくすること
が非常に重要である。

すなわち、鉄系粉末に酸化物を多く含むと、焼結部品を
製造する際にそれが原因で圧粉体および焼結体の密度が
向上しないばかりでなく、成形時に金型を傷めたり、部
品に切削を施す場合には被削性を低下させる等の種々の
問題を発生する。

また、焼結鍛造用鉄系粉末にあっては、高密度化および
高強度化した部品においても、この酸化物の存在のため
に疲労強度や衝撃靭性等の機械的特性が著しく低下する
。

一方、鉄系粉末に炭化物を多く含むと、含有酸素量が多
い場合と同様に部品を成形する際に圧粉体の密度が向上
しないばかりでなく、圧粉体の成形性が著しく低下し、
極端な場合にはこれら圧粉体の角が欠ける等の大きな問
題を発生する。

そのため、含有酸素量および炭素量の低い鉄系粉末の製
造方法の開発が要求されている。

一般に、従来から知られている粉末冶金用の鉄系粉末を
製造する方法としては、還元法、噴霧法、機械的粉砕法
および電解法などがある。

これらの製造方法においては、含有酸素量および炭素量
の少ない鉄系粉末とするために、いずれも仕上還元工程
を取り入れ、脱酸または脱炭もしくはこれらの両者の処
理を施さなければならない。

ところが合金成分を含まない純鉄粉の製造においては前
記仕上還元は比較的容易であるが、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等
の合金成分を含む鉄系粉末においては、製造方法の違い
にもよるが、多少なりともこれら合金成分の酸化物が原
料粉に含有されるので仕上還元が非常に困難となる。

そこで、従来技術における仕上還元工程においては、低
酸素粉末とするために、原料粉を露点（Ｄ．Ｐ．）が非
常に低い（−５０℃以下）水素を含む還元性雰囲気か、
またはＣＯ２ガス分圧が非常に低いＣＯガスを含む還元
性雰囲気中で７５０〜１４００℃の温度範囲内で仕上還
元を行う必要があった。

しかし、このように露点またはＣＯ２ガス分圧の低い還
元性雰囲気を工業的に得ることは困難でもあるし，また
、これら還元性雰囲気は水素ガスあるいはＣＯガスを含
むものであるから還元後のガスには必ず幾分かの水蒸気
またはＣＯ２ガスを含むことになり、結局，露点または
ＣＯ２ガス分圧が上昇する還元性雰囲気となる。

従って、工業的には難還元性酸化物，とくにＣｒ，Ｍｎ
，Ｓｉ等からなる金属酸化物またはこれら金属の複合酸
化物を含む原料粉の脱酸には多量の水素ガス又はＣＯガ
スを含む露点またはＣＯ２ガス分圧の低い還元ガスを用
いることが必要となる。

また、仕上還元温度を高くすることにより露点を低くお
さえながら脱酸する方法も可能であるが，高温還元のた
め後工程の半焼結した脱酸ケーキの粉砕が困難となるの
で、このような方法も採用できない。

さらにこのような露点の低い還元性雰囲気下では、原料
粉の脱炭が困難であり，従来方法ではとくに難還元性酸
化物を含む原料粉から低酸素かつ低炭素の鉄系粉末を製
造することは非常に困難とされている。

一方、前記した低酸素、低炭素の鉄系粉末を得る目的で
、原料粉にあらかじめ炭素を合金化させるかまたは黒鉛
粉、油もしくは炭化水素化合物等の炭素源となる物質を
混合し、中性雰囲気または減圧下で加熱し、脱酸および
脱炭させる方法も考えられる。

この場合、脱酸速度および脱炭速度を大きくするために
は、熱力学から推定されるように高温かつ高真空下での
加熱が必要であるが、この場合には含有酸素モル量より
も添加炭素モル量を多くしなければならない。

なぜならば、炭素による直接還元反応のみが進行してい
るために炭素の消費量が多いからである。

このように直接還元反応のみにより粉末に要求される含
有炭素量、酸素量がそれぞれ０．３０重量係未満、０．
２０重量％未満となる制約条件を満たす脱酸を行うには
種々の試、験の結果から明らかになったのであるが、原
料粉の含有炭素量と酸素量とのモル比（Ｃ／Ｏモル比）
が２．０を超える必要がある。

理想的な直接還元ではこの比は１．０であるが、実際に
は、混粉法又は母合金法により添加した炭素が減圧開始
時および加熱時に遊離し、炭素のロスが発生するからで
ある。

特に、高真空及び高温下での加熱ほどこのロス量は多い
。

また、後述するように高真空下で高周波により直接粉末
を誘導加熱する場合には鉄系粉末粒子間にアークが飛び
、このためカーボン蒸着現象に見られる如く炭素のロス
が発生し、このロス量は非常に多い。

これ故に炭素の直接還元反応のみにより脱酸することは
好ましいことではない。

さらに、直接還元反応のみにより脱酸させる場合には、
添加すべき炭素量はＣ／Ｏモル比で２．０を超える必要
があるから、水噴霧前の溶湯に炭素を添加するいわゆる
母合金法により粉末を得る場合、このように炭素が多い
水噴霧粉は中空球体状となり粉末冶金用に適する粉末と
はならない。

それでは、混合法により黒鉛粉等の炭素粉を混合すれば
よいと考えられるが、Ｃ／Ｏモル比が２．０を超えると
混合すべき炭素粉の量は多くなり比重の大きい鉄粉と比
重の小さい炭素粉の均一混合は非常に困難となる。

この場合、たとえ両者が均一に混合されたように見えて
もミクロ的には不均一となり、高温加熱の下では、この
ミクロ的不均一が原因で局部的に粉末原料粉の融点が低
下し、得られた脱酸ケーキは液相焼結の発生した半溶融
状態となり、後の粉砕が困難となる故に粉末製造には不
適当である。

さらに、Ｃ／Ｏモル比が大きいためにどうしても脱酸さ
れた粉末中の残留炭素量及び酸素量を調整することが難
しくなる。

従って、このように炭素の直接還元のみによる脱酸を行
わせるには種々の欠点がある。

それ故、粉末治金用鉄系粉末の仕上還元に要求される低
酸素含有量および低炭素含有量を実現することが困難で
ある。

一方、実際に減圧状態を得る場合には、油回転ポンプ、
メカニカルブースター、またはこれら排気装置と油もし
くは水銀拡散ポンプ等の併用で行われるのが常である。

このような装置により排気を行うと容易に０．０５Ｔｏ
ｒｒ程度の高真空度が得られ、このような減圧下では酸
化物の還元はＭｘＯｙ＋ｙｃＯ→ｘＭ＋ｙｃＯ２
（１）の炭素による間接還元は進行しずらく、ＭｘＯｙ＋ｙＣ→ｘＭ＋ｙｃＯ（２）
の直接還元が支配的となる。

ここで、Ｍは金属元素である。

従って、前記難還元性酸化物の還元が可能となるが、直
接還元のみにより還元速度を増大させるには高温加熱は
勿論のこと、原料粉中のＣ／Ｏモル比を前記した理由の
ため２．０を超えるようにしなければ還元率の向上すな
わち所望の低酸素とすることは極めて困難である。

この直接還元により含有炭素量も同時に低減されるが、
前記したように残留炭素および酸素のコントロールが難
しいことから、還元された粉末の酸素量が所望の目的を
満足しても、逆に炭素量が好ましい含有量までに低下せ
ず、炭化物の形で残留する場合が多い。

この結果、これら従来法により得られた製品粉末の硬さ
が増し、粉末の成形性が低下するばかりでなく、圧粉体
の密度も低下する等の理由により粉末治金用鉄系粉末に
は適さない。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を解消し、純鉄粉
あるいは鉄合金元素や酸化物とくにＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等
の難還元性の酸化物またはこれら金属の隼合酸化物を含
む鉄合金粉の鉄系原料粉から、とくに粉末治金世に適し
た低酸素、低炭素鉄系粉末を得ることができる製造方法
を提案することにある。

本発明者等は従来法の欠点を解決するため、純鉄粉並び
に前記とくに難還元性酸化物を含む鉄系粉末素材の脱炭
を伴った脱酸方法につき各種の研究を重ねた結果、つぎ
のことを見い出した。

即ち海綿鉄粉砕粉、噴霧粉、機械的粉砕粉等の原料粉の
表面および内部には合金元素及び鉄の酸化物が形成され
ている。

これら酸化物の還元においては原料粉に予め炭素を合金
化（母合金法）させるか、原料粉に炭素源となる物質を
添加混合（混合法）するかして、これら原料粉を直接減
圧下又は少量の中性ガスもしくは還元性ガスをキャリャ
ーガスとして注入した減圧下で加熱し、加熱中の真空度
を適切な範囲内に調整して前記直接還元および間接還元
を同時に進行させると、鉄系原料粉の脱酸および脱炭を
効率よく行うことができるのである。

つまり、本発明の低酸素、低炭素鉄系粉末の製造方法は
、純鉄系粉末あるいは鉄合金元素の酸化物たとえばＳｉ
の酸化物を含めこれよりも熱力学的に還元されやすい金
属酸化物およびこれら酸化物を構成する金属の複合酸化
物のうちの１種または２種以上を含む鉄合金系粉末の鉄
系原料粉に、あらかじめ炭素を合金化させるかまたは黒
鉛粉、油その他液体状もしくは粉末状の炭化水素等の炭
素源を添加混合するかして、仕上還元前のこれら原料粉
の含有酸素量を４．０重量％以下かっこの原料粉のＣ／
Ｏモル比を０．７−２．０の範囲内とし、これら原
料粉を平均圧力が１００Ｔｏｒｒ以下の高真空度（本明
細書では１００Ｔｏｒｒ以下の真空度と略称する
）下に保ち、仕上還元温度７５０〜１４００℃の範囲内
で加熱することにより脱炭と同時に脱酸を行い、含有酸
素量が０．２０重量％未満でかつ含有炭素量が０．３０
重量係未満の鉄系粉末を得ることを特徴とする。

なお上記１００Ｔｏｒｒ以下の真空度下での加熱に際し
て、還元保持温度の８割までは大気中、中性または還元
性雰囲気中にて予備加熱した後、直ちに前記の平均真空
度下および仕上げ還元温度その他の条件下で仕上還元す
る方法も本発明法に属する。

本発明法において、鉄系原料粉の仕上還元加熱中の平均
真空度を１００Ｔｏｒｒ以下の範囲に限定したの
は次の理由による。

すなわち，１００Ｔｏｒｒを超える低真空中では原料粉
の脱酸および脱炭が十分に行われないからである。

これは、直接還元に引続き起こる間接還元が活発になり
（前記（Ｉ）（２）式参照），発生したＣ０２ガスの分
圧が高くなる閣係上相対的にＣＯガス分圧が低くなる結
果、粉末表面または内部め酸化物がもはや還元されない
ためと考えられる。

これに対し、本発明における加熱中の．平均真空度が１
００Ｔｏｒｒ以下の範囲の真空度下では、直接および間
接還元が同時に進行する領域であり、仕．上還元工程と
して有効となるに十分な原料粉の脱酸率および脱炭率を
得ることができることがわかった。

ここに脱酸率及び脱炭率はつぎの（３），（４）式
により定義する。

また、前記の如く加熱中に少量の中性ガス又は還元性ガ
スをキャリャニガスとして注入し、平均真空度を１００
Ｔｏｒｒ以下の範囲内に保つことによっても本発明法は
有効に適用されることについて説明を加える。

まず、中性ガスとしては９９％以上の純度の良いヘリウ
ム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ），窒素（Ｎ２）等のガス
が考えられる。

これらのガスの注入によってＣＯガス分圧が低くおさえ
られる結果、直接還元による脱酸が進行すると考えられ
る。

しかし、これら中性ガスを注入して還元する場合には注
入しない時よりも脱酸率および脱炭率が向上することは
ない。

だが、真空排気装置の能力が低く、又は排気系の容積が
大きい場合には、中性ガスを注入して排気系の能力の許
す範囲で加熱中の平均真空度を１００Ｔｏｒｒ以
下に適宜調整して直接還元と間接還元とを同時｛こ進行
させることができる利点がある。

次に示す還元性ガスの注入は中性ガスの場合よりももつ
と有効である。

この場合には、露点が−３０℃以下の水素ガスを注入す
る。

これにより炭素の直接還元と間接還元及び水素による還
元の相乗作用により脱酸は効率よく進行する。

ここで、注意せねばならないことは注入水素の露点を−
３０℃以下にとどめることである。

このようにしないと、真空系内の露点を上昇させる原因
となるからである。

次に、仕上還元前の原料粉の含有酸素量を４．０重量％
以下かつこの原料粉のＣ／Ｏモル比を０．７〜２．０の
範囲内に限定した根拠について詳しく説明する。

先ず、原料粉のＣ／Ｏモル比の下限については、一つに
は減圧を開始する時におよび加熱中に、フリーの炭素が
舞い上ってロスを生ずること、特に高周波加熱によると
きは粉末粒子同志のアーク放電によって炭素の蒸着現象
が起り炭素のロスが多いこと、二つには母合金法により
原料粉中に合金化した炭素（原子）は加熱中に原料粉末
粒子の表面にまで拡散し、１００Ｔｏｒｒ以下の
真空度といっても系内には若干の酸素が存在するため、
この酸素と直接反応してガス化すること、また、混合法
により原料粉に炭素源を混合した炭素粉についても同様
な現象を生じて炭素のロスを生ずること、などから定め
られる。

このような状況により脱酸に関与する以外の炭素のロス
が発生するので（１）式および（２）式の還元が理想的
に進行する場合のＣ／Ｏモル比の下限は０．５の値より
も大きくする必要がある。

この点に関し、本発明者等が海綿鉄粉砕粉、機械的粉砕
粉、低合金および高合金の噴霧粉の鉄系原料粉を用いて
、加熱中の平均真空度１００Ｔｏｒｒでの種々の
試験を重ねた結果、Ｃ／Ｏモル比の下限は０．７であり
、これ未満では含有酸素量が０．２０重量％未満の所望
の低酸素鉄系粉末が得られないことを確認した。

また、Ｃ／Ｏモル比の上限については、鉄系原料粉の表
面または内部に存在する金属酸化物の還元が前記（２）
式の直接還元のみにより進行すること、すなわち、ＣＯ
ガスの生成と同時にこのＣＯガスが排気されるとすれば
、理論上は還元に必要な炭素量は原料粉に含有する酸素
量に等しいモル数となる。

すなわち、原料粉のＣ／Ｏモル比が１．０となるときで
ある。

しかし、実際には前記の如く炭素のロスが発生するので
現実に炭素の直接還元のみにより脱酸する場合のＣ／Ｏ
モル比についても理論的な値である１．０より大きくせ
ねばならず、本発明者等が平均真空度０．０５Ｔｏｒｒ
において種種の実験を行った結果、現実の粉末充填層に
おけるＣ／Ｏモル比の上限を２０とする必要があること
がわかった。

つまり，Ｃ／Ｏモル比が２．０を超えると、製品鉄系粉
末中の残留炭素量が増加し、所望の含有炭素量が０．３
０重量係未満の低炭素鉄系粉末が得られないためである
。

したがって、加熱中の平均真空度が１００Ｔｏｒ
ｒ以下の範囲内において炭素による直接還元および間接
還元を同時に進行させるためには、仕上還元処理すなわ
ち脱酸前の鉄系原料粉末のＣ／Ｏモル比を０．７〜２．
０の範囲内とする必要がある。

次に、脱酸前の原料粉の含有酸素量を４．０重量係以下
に限定する理由ζこついて詳記する。

実際には、含有酸素量が４．０重量係を超えても、脱酸
および脱炭は可能であるが、本発明法の目的は鉄系原料
粉の二次還元とも言うべき仕上還元にあり、所定の低酸
素と低炭素の鉄系粉末を安価にしかも犬量に製造すると
ころにあること、および含有酸素量が４．０重量係を超
えると炭素のロス分をも含めて添加すべき炭素量が多く
なり、還元時間を長く要するほか製品粉末に残留する酸
素および炭素量が一定とならず、粉末治金用の鉄系粉末
に要求される残留酸素量および炭素量を所定量に容易に
制御するのが困難になり、従って、事前に設定した還元
条件から脱炭率および脱酸率を想定するのが困難になる
こと、などの理由により、含有酸素量を４．０重量係以
下に制限するのである。

ここで、鉄系原料粉に含有する酸素とは、この粉末粒子
表面の酸化物、水酸化物の皮膜のほかに鉄系粉末粒子内
に介在する酸化物および合金金属の酸化物、水酸化物と
なっているものをすべて指す。

また、酸化鉄や水酸化鉄の形態もＦｅＯ，Ｆｅ３Ｏ
４，Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ（ＯＨ）２，Ｆｅ（ＯＨ）３など
その如何を問わず、これと他の合金金属の酸化物、水酸
化物と複合した化合物や混合物もここでの含有酸素量の
範ちゅうに入る。

もちろん、酸洗により酸化被膜が一部除去された鉄系原
料粉にも本発明は適用される。

一方，鉄系原料粉に含有する炭素とはこの形態が如何な
るものであっても差支えない。

つまり、黒鉛粉の如き粉体状のものを混合してもよく、
油の如き液体を添加してもよく、また、炭化水素、炭化
物等の炭素源となるものであってもよい。

たとえば、噴霧法で製造される粉末にあっては予め炭素
を噴霧前の溶湯中に合金化しておいて粉末化せしめたと
きの合金化炭素およびコークス等による鉄酸化物の粗還
元によって製造された海綿鉄に浸炭した炭素等などでも
よい。

要するに本発明法では混合法又は母合金法もしくはこの
両方法により含有せしめられた合計の炭素量と前記含有
酸素量とのモル比すなわちＣ／Ｏモル比が０．７〜２．
０の範囲内にあればよいのである。

次に、加熱保持温度（還元保持温度）については７５０
〜１４００°Ｃの範囲が適切である。

すなわち、上限温度が１４００゜Ｃを越えると、とくに
添加炭素量が多い場合には液相が発生し、脱酸後のケー
キの粉砕が困難となる。

特に、黒鉛粉等を混粉した場合には炭素の混合がマクロ
的に均一になされても、ミクロ的には均一とならず、炭
素の偏折が多い部分から液相が発生し、液相焼結が進み
、後工程の粉砕が非常に困難となる。

また、７５０℃未満の温度では所望の脱酸率および脱炭
率を得るには長時間加熱が必要となり、生産能力が非常
に低下する。

また、予備加熱として酸素含有量が４．０重量係以下か
つＣ／Ｏモル比が０．７〜２．０の範囲内にある鉄系原
料粉末を、還元保持温度の８割までの温度の間は排気系
を閉じて大気圧もしくは１気圧の中性または還元性雰囲
気中で昇温し、その後直ちに仕上温度において平均真空
度が１００Ｔｏｒｒ以下の範囲内になるようにして所定
の仕上還元条件下で還元しても所望の目的である低酸素
かつ低炭素の粉末製品が得られる。

この理由として、還元保持温度の８割を越える温度域か
ら残りの保持温度までの温度の区域は脱酸及び脱炭速度
が大きいので予備加熱の影響が打消されるからである。

それ故に、加熱開始を平均真空度が１００Ｔｏｒ
ｒ以下の範囲内となるまで待つ必要はなく、原料粉の装
入が完了した後、直ちに真空排気と昇温とを同時に開始
することが可能となり、仕上還元工程に費やされる時間
が短縮される長所がある。

還元温度７５０〜１４００°Ｃの範囲に保持する時間は
、粉末中の酸素量に応じて任意に設定すればよいが、保
持時間が従来法に比べて短いにも拘らず所望の脱酸が行
われる。

なぜならば、従来の還元法はＨ２，ＣＯ等のガス還元で
行っているのに対し、本発明法によればＣＯガスの間接
還元すなわちガス還元も伴うが、炭素による直接還元も
起るのである。

また、加熱手段として、炭化珪素発熱体等による真空系
の外部から加熱する所謂電気炉加熱よりも、高周波誘導
加熱ζこよる昇温手段を採用すれば保持温度までの昇温
時間が短縮できる。

この場合自己発熱を伴うので表面酸化物を還元する場合
粒子内炭素の拡散を促進しさらに都合がよい。

要するに脱酸後のケーキの粉砕が困難とならない程度の
保持時間および所望の脱酸率および脱炭率が得られる程
度の時間があればよい。

そのためには、７５０℃程度の低温では比較的長時間、
１４００℃程度の高温では短時間でよい。

この加熱保持時間について種々の試験を行った結果、４
時間以下とするが適当であることが判明した。

前記外部からの電気炉加熱による場合には昇温時間が長
いため、保持時間が４時間程度としても全体としての加
熱時間は比較的長くなる。

これに反し、高周波誘導加熱の場合には粉末そのものが
加熱されるので所定の温度までの昇温時間は非常に短く
できる。

加熱手段については７５０〜１４００℃までの昇温が可
能となる方式であればよく、電気、ガス等からの熱エネ
ルギーにより外部から加熱してもよいし、前記した高周
波誘導加熱により鉄系原料粉末そのものを加熱してもま
ったく同様な結果が得られる。

鉄系原料粉に添加する炭素源としては、灰分や硫黄分等
の粉末治金用鉄系粉末に好ましくない成分が少ないこと
、およびその添加混合が炭素の偏析を極力おさえるため
ミクロ的にも均一となるものほど望ましい。

また、油等の炭化水素化合物を添加する場合には原料粉
末をまんべんなく濡らすものがよい。

本発明法により目的が達せられる鉄系原料粉末素材の種
類と合金成分の種類および添加量について記すと、まず
、本発明法に使用される鉄系粉末素材としては海綿鉄の
粉砕粉、切削等で発生した切粉の機械的粉砕粉、噴霧粉
、さらに脱酸を必要とする場合には市販鉄系粉末等も含
まれすべての鉄系粉末が対象となる。

要は、酸素含有量が４．０重量係以下かつＣ／Ｏモル比
が０．７〜２．０の範囲内にすればよい。

合金成分の種類については、種々の合金鋼粉を製造し、
脱酸、脱炭試験を行った結果、純鉄系粉末並びにＣｕ，
Ｐｂ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｗ，Ｍｏおよび難還元性酸化物を構
成するＮｂ，Ｂ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｓｉの１種類または
２種類以上の合金元素を含む鉄合金系粉末が本発明によ
り処理されうる。

さらに、これら金属酸化物の還元の難易度の順序は熱力
学から推定されるものと一致する。

これらの中でも、最も難還元性のＳｉ０２が一部還元さ
れることから、本発明法により還元可能な金属酸化物の
種類はＳｉ０２を含め、Ｓｉ０２より還元されやすいす
べての金属酸化物およびこれらの金属の複合酸化物に有
効である。

これら合金元素の添加量は低合金および高合金鋼粉、フ
エロアロイ粉等に及んでおり非常に広範囲の鉄系金属粉
末を対象とすることが出来る。

前記の諸条件を満たす本発明法によると、Ｓｉ０２を含
む低合金および高合金鋼粉の脱酸率および脱炭率は共に
６４．０〜９９．４％の範囲内となり、含有酸素量が４
．０重量％，含有炭素量が６．０重量％（Ｃ／Ｏモル比
が２．０）と最高の水準にある場合にも鉄系粉末として
市販されている製品の含有酸素量および炭素量の上限値
未満となる。

従って、本発明法は粉末冶金用鉄系粉末の仕上還元に適
した方法であるといえる。

以下、実施例により本発明法が如何に有効かを具体的に
説明する。

まず、第１表は仕上還元に使用した鉄系粉末素材（原料
粉）の化学組成と非金属介在物量などを示すものであり
、第２表はこれら粉末素材の本発明法および従来法によ
る仕上還元条件を示すものである。

第３表は本発明法を実施した場合および従来法ｌこよっ
て仕上還元して得られた鉄系粉末に残留する炭素量（以
下Ｃ量と略す）、酸素量（以下Ｏ量と略す）、非金属介
在物量および脱炭率、脱酸率を示すものである。

第１表において素材Ａは鋼板の圧延で発生するリムド鋼
ミルスケールを原料として製造した市販還元鉄粉であり
素材Ｂはキルド鋼ミルスケールを原料としてコークスで
粗還元して得られた海綿鉄を粉砕し、粒度を１００メッ
シュ以下としたものである。

Ｂは合金成分としてＳｉ，Ｍｎを比較的多く含むので、
非金属介在物の分析は行わなかったがＳｉ，Ｍｎの酸化
物を多く含んでいると推定される。

素材Ｃは鋼板の塩酸酸洗での廃酸を噴霧焙焼して製造さ
れた副生へマタイトを原料とし、Ｂと同様に粗還元した
粒度１００メッシュ以下の粗還元粉である。

これらのうち、Ａ，Ｂでは黒鉛粉を混合してＣ／Ｏモル
比をそれぞれ０．７６，１．６２とした、、Ｃでは菜種
油を添加してＣ／Ｏモル比を０．９４とした。

素材Ｄは水噴霧純鉄系原料粉末であり、素材Ｅは合金成
分としてＭｎＯ．３９，Ｎｉ２．０９，Ｍｏ０．５０各
重量％を含む水噴霧低合金鋼原料粉である。

素材Ｆは同様に水噴霧原料粉末であり、合金成分として
ＭｎＯ．２３，ＮｉＯ、５１，Ｃｒ０．５４，Ｍｏ０．
５３各重量係を含有する低合金鋼原料粉である。

素材Ｇも水噴霧粉であり、合金成分としてＭｎＯ．７３
，Ｃｒ１．０８，Ｍｏ０．３３各重量％を含み、かつ非
金属介在物としてＳ１０２０．１８６，Ｍｎ００．３３
７，Ｃｒ２０３０．０５０３，Ｆｅ０６．２４各重量％
を含む低合金鋼原料粉である。

これらのうちＤ．Ｅ．Ｆでは黒鉛粉を混合してＣ／Ｏモ
ル比をすべて１．００とし、Ｇでは同様にして１．５０
とした。

素材Ｈ，Ｉは水噴霧のままの状態であり、混合法により
黒鉛粉を添加せず、水噴霧直前の溶湯中に炭素を約１．
０重量％合金化せしめ水噴霧したものすなわち母合金法
により予め炭素を固溶せしめた低合金鋼原料粉である。

Ｈ．Ｉ粉末の特徴は合金成分としてＭｎを約１．３重量
％と多く、このほかＣｒを約０．５重量％、Ｍｏを約０
．５重量％とし、■においてはさらにＮｉを約０．５重
量％含有するところにある。

これらの粉末ではＭｎＯ，ＦｅＯの非金属介在物量が比
較的多くなっている。

これら粉末のＣ／Ｏモル比はほぼ１．５程度である。

素材Ｊは■にＳｉを多く添加した粉末に相当するもので
あり、母合金法による炭素量は０．２２８重量％であり
、これに菜種油を０．８重量％添加してＣ／Ｏモル比を
０．８２とした低合金鋼原料粉である。

素材ＫはＳｉのみを合金成分とした水噴霧低合金鋼原料
粉であり、Ｈ，Ｉと同様に水噴霧のままのものであり、
Ｃ／Ｏモル比は１．６６である。

素材Ｌは溶湯中の炭素量を多くして噴霧した高速度鋼Ｓ
ＫＨ−９相当の水噴霧のままの高合金鋼原料粉であり、
合金成分としてＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，ＭｏのほかにＷ，■
を含み、このＣ／Ｏモル比は１．６４である。

このようにＣ／Ｏモル比はすべて０．７〜２．０の範囲
内におさまるようにした。

以上のＡ−Ｌの素材に第２表に示す条件の仕上還元処理
を施すのであるが以下これらの条件について簡単に説明
を加える。

まず、素材Ｂ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，ＫおよびＬを高周波に
より直接加熱する場合には、それぞれ約２３０ｇを取り
出し、内径３０ｍｍφの石英管に充填する。

このときの充填高さは約１００ｍｍであった。

この充填層管を真空系内に装入し、油回転ポンプで減圧
する。

その後、周波数３８０ＫＨｚ、出力５ＫＷの高周波発生
装置で徐々に誘導加熱する。

ただし、素材Ｈの一部については後述する如く減圧開始
と加熱開始の順序を逆とした。

高周波誘導加熱の場合には、所定の還元温度までの昇温
時間はすべて４０分以内とした。

また、昇温を含めた加熱中に所定の平均真空度を得るに
は油回転ポンプの排気量をコックにより調整した。

次に、素材Ａ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦを電気炉により外部
から加熱する場合にはそれぞれ約２３０ｇの粉末を取り
、巾５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの石英製
角形ボートに自由落下により充填し、これらを耐火物の
炉芯管に装入し、油回転ポンプおよび油拡散ポンプの２
段の排気装置で減圧する。

その後、炭化珪素発熱体の出力２０ＫＷの電気炉で炉芯
管の外部から加熱する。

所定の還元温度までの昇温時間はすべてほぼ３時間とし
た。

また、所定の平均真空度を得るには高周波加熱の場合と
まったく同様にコックにより排気量を訓療した。

これら高周波および電気炉による加熱後の冷却において
は、所定の還元保持時間に達した後、加熱用の電源を切
り、１００℃になるまで所定の平均真空度に保ちながら
炉冷した。

従来法の水素ガスによる仕上還元においてはＡ−Ｌ素材
を前記石英ボートにそれぞれ約２３０ｇを自由落下によ
り充填し、これらをステンレス炉芯管に装入し、市販ボ
ンベの水素ガスを純化装置により高純度かつ低露点（Ｄ
．Ｐ．−５０℃）として用い、その流量を２ｌ／ｍｉｎ
と比較的大きくした。

この場合にも前記と同様に炭化珪素発熱体電気炉により
外部から加熱した。

所定の還元温度までの昇温時間はほぼ３時間とした。

冷却は炉冷とし、１００℃以下になるまで還元状態のま
まとし、Ｄ．Ｐ．の低い水素ガスを流し続けた。

このときの還元温度、還元時間および加熱雰囲気等の還
元条件は第２表に示すとおりである。

このような３種類の方法により仕上還元して得られた半
焼結した粉末ケーキをハンマーミルで粉砕し、炭素、酸
素および非金属介在物の分析を行った。

素材Ａ−Ｌの本発明法および従来法の仕上還元によって
製造された後の結果を示す第３表の粉末性状につき、第
２表を参照しながら具体的（こ説明する。

第２表で実施例１と２は素材Ａの仕上還元例であるが、
Ａ−１は本発明法によったもの、Ａ−２は従来法の水素
還元によったものである。

Ａ−１は素材Ａを８〜１０Ｔｏｒｒの平均真空度下で電
気炉により加熱し、１１００℃×２ｈｒの還元条件で脱
酸したものである。

Ａ−１で得られた粉末のＣおよびＯ量は第３表に示す如
くそれぞれ０．０４０，０．０９５各重量％であった。

また、脱炭率および脱酸率はそれぞれ９３．３％，６４
．０％であった。

１方、従来法のＡ−２ではＣおよびＯ量はそれぞれ０．
０６５，０．１０２各重量％でＡ−１のものに比べて多
かった。

従来法では用いた水素ガスが高純度かつそのＤ．Ｐ．が
−５０゜Ｃと低いため、還元に５時間かけても脱炭は不
充分で高々５３％の脱炭率であった。

しかし脱酸率はＤ．Ｐ．が低いため脱酸はＡ−１のもの
ほど進行しないが比較的高くなり、６１．４％となった
。

なお、従来法で１１００℃を超える温度を使用しなかっ
た理由は、純鉄粉系ではこのような高温を用いると、粉
末粒子間の焼結が進み後工程のケーキの粉砕が困難とな
るためである。

さて前述Ａ−１の如く、本発明法の適用により低酸素か
つ低炭素粉末を得ることができるが、この理由は混粉し
た黒鉛が脱酸剤として作用したからである。

これを確かめるために、素材Ａから黒鉛粉を除いたもの
をＡ−１とまったく同様に８〜１０Ｔｏｒｒの平均真空
度で加熱したところ、得られた粉末のＯ量は０．３０重
量％で、加熱前のＯ量よりも多くなった。

このように炭素をほとんど含有しない粉末素材では、単
に真空中で加熱しても脱酸することはできなかった。

また、Ａ−１の脱酸率がＡ−２のものより大きい理由は
、加熱中の平均真空度を８〜１０Ｔｏｒｒに保ち炭素の
直接還元および間接還元により脱酸したからである。

だが、Ａ−２のものでは還元は水素によるから混合した
炭素はＡ−１に比べて消費される量が少なかったためで
ある。

実施例３と４は粗還元粉Ｂを仕上還元した場合であって
、Ｂ−１は本発明法、Ｂ−２は従来の水素還元法を適用
したものである。

素材Ａに比べてＢのＯ量およびＣ量は多く、Ｃ／Ｏモル
比は１．６２とＡより大きい。

Ｂ−１では電気炉により外部から加熱し、加熱中の平均
真空度を０．０５Ｔｏｒｒとし、仕上還元条件は１３０
０℃×１５ｍｍとした。

Ｂ−２ではＤ．Ｐ．−５０℃の水素雰囲気で従来法によ
り１１００°Ｃ×３ｈｒの条件で還元した。

この結果、粉末のＣおよびＯ量はＢ−１でそれぞれ０．
２０２，０．１１４各重量％、Ｂ−２でそれぞれ２．１
３，０．１９５各重量％となり、本発明法での脱炭率お
よび脱酸率が共に従来法に比べて大きくなる。

Ｂ−１のように高温で加熱したものでも、保持時間が短
いので粉末粒子間の焼結はそれほど進行せず、比較的簡
単に粉砕できた。

実施例５と６は素材Ｂと同様粗還元粉末の仕上還元例で
ある。

素材Ｃは粗還元後の海綿鉄のＣ量が０．２１重量％、Ｏ
量が１．７２重量％の粉末に菜種油を２重量％添加混合
し、Ｃ／Ｏモル比を０．９４としたものである。

Ｃ−１は電気炉により外部から加熱し、加熱中の平均真
空度を８〜１０Ｔｏｒｒに保ち、１１００℃×１ｈｒの
仕上還元を行った本発明法のものである。

Ｃ−２は従来法Ｃこ属する水素還元（Ｄ．Ｐ．−５０℃
）の例である。

Ｃ−２の仕上還元条件は１１００℃×３ｈｒとした。

Ｃ−１粉末のＣおよびＯ量はそれぞれ０．０１２，０．
１９８各重量％、Ｃ−２粉末のそれらはそれぞれ０．３
４３，０．３７０各重量％であった。

この例の如く、本発明法では還元剤として例えば油のよ
うな液状のものも使用でき、固体および気体の還元剤と
併せて使用可能であり、要するに炭素源となる物質が添
加されればよく、この還元剤の種類は極めて多い。

実施例７と８は水噴霧した純鉄粉系原料粉Ｄ（黒鉛粉を
混合してＣ／Ｏモル比を１．００としたもの）の仕上還
元で、Ｄ−１は本発明法に属し、Ｄ−２は従来法によっ
たものである。

Ｄ−１は平均真空度８〜１０Ｔｏｒｒ中（こおける例で
ある。

還元条件は電気炉加熱により１１００’Ｃ×２ｈｒとし
た。

Ｄ−２では水素（Ｄ．Ｐ．−５０°Ｇ）を用い、１１０
０゜Ｃ×５ｈｒの還元を行った。

還元後の粉末のＣおよびＯ量は、Ｄ−１がそれぞれ０．
１０１，０．１９８各重量％であるのに対し、Ｄ−２で
はＣおよび０量がそれぞれ０．９６９，０．３９０各重
量％で、これまで示した例と同様に、本発明法では脱炭
率および脱酸率がそれぞれ９５．７％，９３．７％とな
り優れていることが判る。

実施例９と１０はＮｉ添加量の多いＭｎ−Ｎｉ−Ｍｏ系
低合金鋼原料粉Ｅに対する本発明法（Ｅ−１）と従来法
（Ｅ−２）の適用例である。

還元条件としてはＥ−１では平均真空度８〜１０Ｔｏｒ
ｒ中で電気炉により１１００℃×２ｈｒとし、これに対
してＥ−２では水素中（Ｄ．Ｐ．−５０°Ｇ）、１１０
０゜Ｃ×５ｈｒの長時間還元を行った。

その結果、Ｅ−１粉末のＣおよびＯ量はそれぞれ０．０
１０，０．０８５各重量％、Ｅ−２のこれらはそれぞれ
０．５３４，０．１７０各重量％の値が得られ、低合金
鋼粉の脱酸に対しても本発明法が優れでいることがわか
る。

この素材Ｅの場合にはＭｎの酸化物を除いては比較的還
元されやすいＦｅ，Ｎｉ，Ｍｏ等の酸化物であると推定
されるため、本発明法および従来法では比較的低酸素粉
末が得られたのである。

しかし、脱炭に関しては本発明法が優れていることが明
らかである。

従来法により脱炭が進行しないとなれば炭素の混粉は不
要と考えられるが、水噴霧前の溶湯に適量の炭素を添加
すればＦｅＣ系状態図から明らかなように溶解温度が低
くなり、水噴霧原料粉の製造が比較的低温で行われ得る
という利点がある。

その結果、どうしてもＣ量の多い水噴霧原料粉末が得ら
れるから、Ｃ量の多いこれら粉末を脱炭および脱酸する
本発明法が有効となるのである。

次に、実施例１１と１２は水噴霧された粉末に黒鉛粉を
混合し、Ｃ／Ｏモル比が１．０となル粉末素材Ｆに対す
る本発明法（Ｆ−１）および従来法（Ｆ−２）の例であ
る。

素材Ｆは素材Ｅに合金成分としてＣｒを０．５４重量％
添加しかつＮｉを０．５１重量％としたＭｎ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｍｏ系低合金鋼原料粉である。

還元条件としてはＦ−１では電気炉にて平均真空度０．
０５Ｔｏｒｒ中で１１００°Ｃ×２ｈｒでありＦ−２で
は水素中（Ｄ．Ｐ．−５０℃）で１１００℃×３ｈｒと
した。

仕上還元後の粉末Ｆ−１ではＣおよびＯ量がそれぞれ０
．０３２０、１９６各重量％，Ｆ−２ではこれらの値が
それぞれ０．８７０，０．３９９各重量％となった。

素材Ｆの０量はＡ〜Ｌの１２種類の素材の内でも最も多
く、３．５６重量％となっていることおよび難還元性酸
化物を構成する合金成分としてＣｒが添加されているこ
となどにもかかわらず、杢発明法（Ｆ−１）のＯ量は従
来法（Ｆ−２）のものより少なくなった。

またＦのＣ量が多いためにＦ−２では残留するＣ量は多
くなった。

実施例１３から１９までは水噴霧されたままの粉末に黒
鉛粉を混合し、Ｃ／Ｏモル比を１．５０と比較的大きく
した場合の素材Ｇに対する適用例である。

ＧはＭｎ−Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼原料粉であるこの素材
には第１表に示す如く非金属介在物Ｓｔ０２，ＭｎＯ，
Ｃｒ２０３，ＦｅＯがそれぞれ０．１８６，０．３３７
，０．０５０３，６．２４各重量％含むものである。

従来法Ｇ−７は電気炉により加熱し，還元条件は水素中
（Ｄ．Ｐ．−５０℃）で１１００℃×５ｈｒとした。

本発明法Ｇ−１からＧ−６までは高周波誘導加熱により
、平均真空度８〜１０Ｔｏｒｒ中で１３００℃×１５ｍ
ｍ還元したものである。

この内、Ｇ−１では昇温開始前から平均真空度を８〜１
０Ｔｏｒｒ｝こ保ちながら加熱した場合の例であり、Ｇ
−２，Ｇ−３，．Ｇ−４，Ｇ−５ではそれぞれ４００，
６００，８００．１０００℃まで排気できるようセット
してあるが減圧にせず，排気コックを閉じ大気中１気圧
に保ち、それぞれこれらの温度に達した後、平均真空度
を前記の８〜１０Ｔｏｒｒに保ちながら、それぞれこれ
らの温度以上に昇温を続けそれぞれｌ３００’Ｃ×１５
ｍで加熱還元した例である。

Ｇ−６は（Ａｒ＋３％Ｈ２）をキャリャーガスとし少量
注入し、平均真空度が８０〜１００Ｔｏｒｒになるよう
にして室温から１３００℃まで昇温し、１５分間保持し
て還元した例である。

本発明法Ｇ７１からＧ−６までは残留ＣおよびＯ量がそ
れぞれ０．１重量％以下、０．０６重量％以下となり、
脱炭および脱酸が進行している。

しかし、従来法Ｇ−７では残留ＣおよびＯ量は多くなっ
ている。

これらの例から昇温開始するときの真空度は必ずしも１
００Ｔｏｒｒ以下に保つ必要はなく、減圧が得られる状
態にセットできたら直ちに加熱を開始して還元温度の８
割に達するまでに排気し、所定の平均真空度に保てばよ
い。

従って、所定の平均真空度が得られるまで昇温を待つこ
ともなく、それだけ仕上還元時間が短縮されることにな
る。

ただしこの場合、１気圧下での加熱が可能となる温度は
仕上還元を行おうとする７５０〜１４００℃の範囲の８
割以下の温度までである。

それ以上の温度まで１気圧下で加熱すると、この後のよ
り高温の還元でも所望の残留ＣおよびＯ量は得られなく
なる。

このように仕上還元温度の８割以下の温度まで１気圧下
に保っても所望の目的が達せられる理由は８割を超える
温度での還元能力が非常に大きいためによるものである
。

つぎに、Ｇ粉における還元前後の粉末中の非金属介在物
分析値の変化について見ると、素材ＧではＳｉＯ２，Ｍ
ｎＯ，Ｃｒ２０３，ＦｅＯがそれぞれ０．１８６，０．
３３７，０．０５０３，６．２４各重量％のものが、本
発明法を実施すると第３表に示す如くＧ−１〜Ｇ−５で
はこれらの介在物量はそれぞれ０．０３３２，０．０３
５５，０．０００９，０．０６８６各重量％以下となり
、本発明法は如何に還元能力が大きいかが分かるはずで
ある。

このように、本発明法では難還元性金属酸化物であるＳ
１０２，ＭｎＯ，Ｃｒ２０３なども速かに還元されるこ
とが明らかとなった。

このように難還元性物質が還元可能となる理由は前記し
たように、炭素による直接還元が進行しているからであ
り、かっ残留Ｏ量が少ナくナることはＣＯガスによる還
元（すなわち間接還元）も含まれていることによる。

実施例２０から２７までは水噴霧したままの粉末でＣ／
Ｏモル比が１．４６である低合金鋼素材Ｈについての例
である。

ＨはＳｉ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｍｏ系鉄系原料粉末である。

この素材Ｈは第１表に示す如＜Ｓｉ０２，ＭｎＯ，Ｃｒ
２０３，ＦｅＯ等の非金属介在物をそれぞれ０．０３８
２，０．２９８，０．００６４，３．４５各重量％含む
ものである。

Ｈ−１〜Ｈ−７は高周波により誘導加熱した例（Ｈ−１
〜Ｈ−４およびＨ−７は本発明法、Ｈ−５およびＨ−６
は従来法）であり、還元条件は１３００℃×１５ｍｉｎ
（ただし、Ｈ−１のみ５ｍｍ）である。

Ｈ−８は水素（Ｄ．Ｐ．−５０°℃）による従来法のも
のであり、この還元条件は１１００℃×５ｈｒである。

Ｈ−１〜Ｈ−７は加熱中の平均真空度の影響について調
べたものであり、Ｈ−１とＨ−２では８〜１０Ｔｏｒｒ
，Ｈ−３，Ｈ−４，Ｈ−５，Ｈ−６，Ｈ一７では平均真
空度がそれぞれ０．０５，３０〜５０，２００〜３００
，６００〜７００．８０〜１００Ｔｏｒｒで仕上還元し
たものである。

ただし、Ｈ−７では中性ガス（Ａｒ）をキャリャーガス
とした例である。

Ｈ−２の仕上還元時間は１５分間であり、Ｈ−１のもの
は５分間であるため、Ｈ−２のように還元時間をより長
くすれば脱炭率および脱酸率が向上し、本発明法はより
有効となる。

また、本発明法による仕上還元後の粉末の非金属介在物
量は第３表に示す如く、還元前の素材Ｈのものより低下
していることがわかり、特に、ＭｎＯ，ＦｅＯの還元が
著しい。

さらに、ＳｉＯ２の還元もわずかではあるが認められ、
Ｓｉ０２の還元が可能となることについては素材℃およ
び後述する素材Ｉ，Ｊについて見ればより明らかとなる
だろう。

第１図は素材Ｈを本発明法および従来法により仕上還元
した場合の脱炭率、脱酸率、残留Ｃおよび残留Ｏ量と加
熱中の平均真空度との関％（１３００’Ｃ×１５ｍｍ保
持）を示すグラフである。

この図において脱炭率、脱酸率は平均真空度が数＋Ｔｏ
ｒｒを超える低真空度に保つと急激（こ低下することが
認められる。

また、残留Ｃ量が所望の０．３０重量％未満となるとき
の平均真空度は１００Ｔｏｒｒ以下の高真空度のときで
ある。

一方、素材Ｈに適用した本発明法および従来法での残留
Ｏ量は所望の値０．２０重量％未満が得られた。

また、第２図は素材Ｈを本発明法により仕上げ還元した
場合のＳｉＯ２量、ＭｎＯ量、ＦｅＯ量と加熱中の平均
真空度との関％（１３００℃×１５ｍｉｎ保持）を示す
グラフである。

従って，本発明法が有効に実施されるには１００Ｔｏｒ
ｒ以下の高真空度が必要になる。

実施例２８から３４までは水噴霧したままの粉末でＣ／
Ｏモル比が１．４８である低合金鋼粉素材■についての
ものである。

■には素材Ｆと同様な種類の合金成分を有するが、Ｆに
比較して、Ｍｎ量がより多く含有する粉末であるＭｎ−
Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼原料粉である。

この素材にはＳｉ０２，ＭｎＯ，Ｃｒ２０３，ＦｅＯ等
の非金属介在物がそれぞれ０．００５０，０．３８０，
０．０２３８，３．７４各重量％含むものであり、Ｉ−
１からＩ−６までは本発明法に属するものであり、加熱
手段として高周波を用い、加熱中の平均真空度を８〜１
０Ｔｏｒｒとしたときの例である。

これらの実施例は還元保持温度と還元保持時間とが異な
る例である。

Ｉ−１からＩ−４までは還元保持温度が１３００℃で還
元保持時間がそれぞれ０，５，１５．６０ｍｉｎである
。

Ｉ−５，Ｉ−６はそれぞれ１２５０°Ｃ×５ｍｉｎ，１
３５０℃×５ｍｉｎの仕上還元条件で行ったものである
。

従来法であるＩ−７においてはＤ．Ｐ．−５０℃の水素
により１１００°Ｃ×５ｈｒの還元を行った例である。

これらの本発明法では残留ＣおよびＯ量がそれぞれ０．
０７５，０．１３０各重量％以下となり、従来法のそれ
ぞれ０．６２４，０．１７６各重量％よりともに低くな
る。

しかるに、当然本発明法では高い脱炭率および脱酸率が
得られる。

また、本発明法の粉末中のＭｎＯ，Ｃｒ２０３，ＦｅＯ
等の非金属介在物においても素材■に比べて低い値とな
る。

さらに、Ｓｉ０２についても素材の０．００５０重量％
から還元後には０．００３９重量％以下となり、ＳｉＯ
２の１還元が可能となることが判明した。

還元後の残留Ｃ，Ｏ量および非金属介在物量は高温度、
長時間の還元ほど低下し、本発明法が非常（こ有効であ
ることが認められる。

高周波加熱によると粉末そのものの発熱により昇温する
から炭化珪素発熱体等による外部からの加熱よりは短時
間で高温度が得られ、このような場合Ｃこは特に本発明
法が有利である。

高温では還元速度が大きくなるので６０ｍｉｎ以下の保
持時間でも十分に脱酸が進行する。

しかし、電気炉による加熱の場合には比較的低温還元と
なるため２〜５ｈｒの還元時間が必要である。

これを超える長時間加熱では仕上還元ケーキの粉砕が困
難となり粉末を得る目的には合致しない。

実施例３５と３６は水噴霧したままの粉末に炭素源とし
て菜糧油を０．８重量％添加し、加熱前のＣ／Ｏモル比
を０．８２とした素材Ｊの例である。

ＪはＳｉ−■−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ系低合金鋼原料粉であ
り、素材■に比べて、Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ等の合金成分の
量を矛＜含宥するものである。

Ｊ−１は高周波により１３００℃×１５ｍｉｎの仕上還
元を行った本発明法に属し，Ｊ−２は電気炉により水素
中（Ｄ．Ｐ．一５０°Ｃ）で１１００℃×５ｈｒの仕上
還元を行った従来法のものである。

素材ＪにはＳｉ０２，ＭｎＯ，Ｃｒ２０３，ＦｅＯの非
金属介在物が０．１６８０．１９４，０．００８４，１
．９６各重量％含有していたが、本発明法による仕上還
元後のＪ−１ではそれぞれ０．１２５，０．０３０，０
．０００４，０．００５４各重量％となり、難還元性酸
化物Ｓｉ０２，ＭｎＯ，Ｃｒ２０３，等９還元が可能と
なっている。

このときの残留ＣおよびＯ量も従来法のものよりも低い
値となり、本発明法の有効性が明らかとなった。

また，１．３Ｍｎ−０．５Ｎｉ−０．５Ｃｒ−０．５Ｍ
ｏ系低合金鋼原料粉（素材Ｈ，Ｉ，Ｊに粕当するもの。

しかし、ＨにはＮｉ成分がなく、ＪにはＳｉを０．３８
重量％含んでいる）において、水素ガスによる仕上還元
ではＨ−８，１−７，Ｊ−２などの従±法から推定され
るように、１還元保持時間が５時間程一の従来法では残
留Ｏ量がせいぜい０．１５重量％止りであることがわか
る。

しかし、本発明によるとＩ−４に示す如＜０．０５５重
量％程度であり、このと今の残留Ｃ量も０．００７重量
％となり、粉末に関する限りこれらの値は現在達成でき
る最低の値であり、他のとんな従来法でもこの類の実施
例は見られない。

実施例３７と３８はこれまでの例とは導って、Ｓｉ含有
量の多い水噴霧したままの原料粉であり、母合金法によ
りＣ／０モル在を１．６６とした訂どの素材Ｋは合金成
分としてＳｉのみ０．９４重量％含むＳｉ系低合金鋼原
料粉である。

Ｋ−１，Ｋ−２はそれぞれ本発明法、従来法により仕上
還元したものである。

Ｋ−１は加熱中の平均真空度を８〜１０Ｔｏｒｒとし、
高周波により×３００℃×１５ｍｉｎ，Ｋ−２は水素中
（Ｄ．Ｐ．−５０°Ｃ）で電気炉により１１００℃×５
ｈｒ仕上還元したものである。

素材ＫにはＳｉＯ２が０．０９０８重量％存在していた
が、本発明法（Ｋ−１）によるとこの値が０．０２０１
重量％となり、また、残留ＣおよびＯ量はそれぞれ０．
０７６，０．０４５各重量％となり、本発明法の有効性
が著しい。

このことは、大変意義深く、Ｓｉを合金化した合金鋼原
料粉の脱酸が本発明法によりのみ可能となることが裏付
けられる。

実施例３９と４０は高合金鋼原料粉の脱酸例であり、高
速度鋼ＳＫＨ−９に相当する水噴霧原料粉末（Ｃ／Ｏモ
ル比１．６４）を本発明法（Ｌ−１）と従来法（Ｌ−２
）で仕上還在したものである。

Ｌ＝１は、平均真空度０．０５Ｔｏｒｒ中で高周波によ
り加熱し、１３００℃×１５ｍｉｎの還元を行った。

Ｌ−２は水素中（Ｄ．Ｐ．−５０℃）で１１００°Ｃ×
３ｈｒの還元例で、これらの結果、粉末Ｌ−１のＣおよ
びＯ量はそれぞれ０．２７１，０．１０５各重量％であ
ったのに対して、Ｌ−２の粉末ではそれそれ１．１８，
０．３４７各重量％であり、高合金鋼粉の場合において
も本発明法が有効であることが分かった。

第４表は△Ｃ／△Ｏモル比（還元前後のＣモル量の減量
（△Ｃ）と還元前後の０モル量の減量（△Ｏ）との．比
）と粉末素材のＣ／Ｏモル比との関％を示すものである
。

第３図は△Ｃ／△Ｏモル比と粉本素材のＣ／０モル比と
の関％を示すものである。

誠５表は加熱中の平均真空度とＣ０２を生成する一元反
応形式の比率との関％を示すものである。

本発明法の還元機構が従来法のものと異ぴる点は第４表
に示す如く△Ｃ／△Ｏモル比と粉末素材のＣ／Ｏモル比
との関係にある。

すなわち、．これらの表からわかるように本発明法では
△Ｃ／△Ｏが常に１．０より大きくなることおよび△Ｃ
／△ＯとＣ／Ｏとの間には正の相関があることである。

これに対して、水素ガスによる従来法では△Ｃ／△Ｏが
常に１．０より小さくなることおよび△Ｃ／△ＯとＣ／
Ｏとの間には負の相関があることである。

けれども実施例（従来法）のＨ−５およびＨ−６におい
てはＣ／Ｏモル比が１．４６と太きいにもかかわらず、
△Ｃ／△Ｏが１．０８〜１．１８となっていることはこ
の実施例が加熱中の平均真空度が２００Ｔｏｒｒ以上の
低真空度下で行ったことを除いては本発明法と同様に還
元したからである。

△Ｃ／△Ｏが１．０を超えることは（１）および（２）
式の還元反応以外に炭素のロスが発生したことを意味す
る。

このロスとなる原因としては粉末に付着していたフリー
の炭素が減圧開始時にどうしても飛散することが考えら
れ、特に炭素粉を混合する場合にこの飛散が激しい。

また減圧雰囲気中でもこの雰囲気にはわずかではあるが
空気を含む場合があって、この酸素分と反応してロスす
ることがあり、特に排気速度の大きい真空ポンプで排気
する場合には少々の真空もれがあっても所望の圧力１０
０Ｔｏｒｒ以下が得られるので、この種のロスが大きい
。

さらに粉末累材のＣ／Ｏモル比が大きくなると粉末に合
金化した炭素が加熱中に表面まで拡散し、粉末表面の酸
化物と反応せずフリーとなったカーボンの蒸発すなわち
減圧下であるからカーボン蒸着の現象によるロスがある
。

特に高周波加熱の場合には鉄系粉末粒子間にアークが飛
ぶのでこのロスが助長され、第４表に示す如く本発明法
の実施例では高周波加熱を行っているのでＢ−１，Ｇ−
１〜Ｇ−６，Ｈ−１〜Ｈ−４，Ｈ−７，Ｉ−１〜Ｉ−６
，Ｋ−１，Ｌ−１のように△Ｃ／△Ｏが１．０より大き
くなり１．１２〜１．６０の範囲内となり、炭素のロス
が大きくなる。

しかし、本発明法の実施例（、Ａ−１，Ｃ−１，Ｄ−１
，Ｅ−１，Ｆ−１）の電気炉加熱では前記のアーク発生
は認められないので△Ｃ／△Ｏの値が１．０よりは大き
くなるが１．０２〜１．１０の範囲内となり、炭素のロ
スは少ない。

これに対し、水素ガスで還元する従来法の実施例（Ｈ−
５，Ｈ−６を除くすべての従来法の実施例）では△Ｃ／
△Ｏの値は０．４４〜０．７７の範囲内にある。

けれども、Ｈ−５，Ｈ−６では低真空度中の加熱であり
、本発明法ではないが高周波加熱を行ったために△Ｃ／
△Ｏは１．０より大きくなり、１．０８〜１．１８であ
る。

要するに減圧加熱では△Ｃ／△Ｏは１．０より大きくな
り、水素等のガス還元では１．０より小さくなることで
ある。

しかし、減圧加熱でも１００Ｔｏｒｒを超える低真空度
での還元は本発明法に含まれない。

この結果、すなわち△Ｃ／△Ｏと粉末素材のＣ／Ｏとの
関係を示したものが第３図である。

本発明法の減圧加熱ではＣ／Ｏモル比が大きくなると△
Ｃ／△Ｏは１．０を超え、ますます大きくなる。

減圧加熱でも１００Ｔｏｒｒ以上の低真空加熱ではＣ／
Ｏモル比が大きくなっても第３図に示すＨ−５，Ｈ−６
の如く△Ｃ／△Ｏは高々１．１８となり本発明法の傾向
からはずれる。

更に、粉末素材Ｈを例にとって加熱中の平均真空度が変
ると脱酸形式（還元形式）が如何に変化するかを説明す
る。

まず第５表に示すＣＯ２を生成する還元形式の比率を求
める方法（こついて記す。

（１）式と（２）式とから（５）式が得られる。

（２）式，（５）式の反応が進行する比率をそれぞれｍ
，ｎ％とすると、一般の還元反応では（２）式と（５）
式との混合で進行するから（６）式が成立する。

ｍ＋ｎ−＝１００（６）このときの還元操作で失われるＣの変化量△Ｃモル数は
（７）式で表わされる。

（６）式を用いて（７）式から（８）式が得られる。

ここで，△Ｃｌとは粉末素材中の炭素分が還元反応に関
与しないでロスするモル量である。

（８）式からｎ値は（９）式のように表現される。

真空ポンプで、常時排気しながら素材Ｈを加熱する場合
には、真空度は０．０１Ｔｏｒｒ以下の高真１．５０と
なる。

ここで、素材ＨのＣ／Ｏモル比がは１．５０程度となっ
た。

また、このような高真空度下では（１）式の反応は進行
せず、（２）式の直接還元のみにより還元が進行すると
考えられるからｎ＝なる。

それ故に０．０１Ｔｏｒｒ以上での低真空度でのｎ。

は（１０）式により計算で求められる。ように表現でき
る。

従って、任意の平均真空度でこる比率ｎｐが求められ、
これらを第５表に示した。

この表によるとＨ−５，Ｈ−６の従来法では（５）式の
反応が進行する比率は５０％以上となり、ＣＯ２ガスが
発生する間接還元が支配的となる。

このような場合には真空系内は（５）式の反応により生
成したＣＯ２ガスで満たされることになり、ＣＯ２分圧
が高くなるので還元は進行しずらくなる。

また水素ガスによる従来法での還元のｎ値が１６８％
となっているがこの還元の本質は水素が△Ｃに比べ大き
くなり、脱炭は起こりにくいことを示唆するものである
。

それ故、このときのｎｐは見掛上の値であって１００％
を超えるのである。

要するに本発明法が従来法と異なる点は昇温および降温
中も含めて加熱中の真空度を１００Ｔｏｒｒ以下の範囲
内めある一定の値に常に保つため、（２）式による炭素
の直接還元と（５）式によるＣＯ２が発生する還元が適
度に進行し、（５）式による還元反応が５０％を超えな
いことにある。

すなわち、本発明法ではＣＯガスまたはＨ２ガスの平衡
に近い状態での還元が支配的でなく、ガス還元の伺倍も
還元能力のある炭素による非平衡状態での直接還元とＣ
ＯガスまたはキャリャーガスとしたＨ２ガスの還元が適
度に進行しているからである。

このことを別な面から見ると、（２）式および（５）式
が同時に進行する本発明去では高真空中での直接還元の
みのときよりも同一Ｃ量でより多くの酸素量が脱酸でき
ること、すなわち最終的に同一Ｏ量の粉末を得るのに添
加Ｃ量（母合金法、混合法など総ての方法を含む）を少
なくできるということ、及び本発明法では炭素の直接還
元反応が伴っているので１００Ｔｏｒｒを超える低真空
度中での仕上還元および１気圧のＣＯまたはＨ２ガス中
での還元の従来法に比べてＣｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｓｉ等から
成る難還元性金属酸化物が還元できることなどの特徴が
ある。

これが本発明法が従来法に比較して優れる点である。

以上、本発明法の適用範囲は純鉄粉、低合金鋼粉、高合
金鋼粉、フエロアロイ粉なと非常に広範囲の鉄系金属粉
末の仕上還元に及ぶもので、低酸素、低炭素鉄系粉末を
得ることが出来る。

さて、このような実施例から本発明法が鉄系粉末素材（
原料粉）の仕上還元方法として如何に有力かつ有効な方
法であるかが理解されるであろうが、これはひとえに鉄
系粉末素材を脱酸力の非常に強い炭素による直接還元と
ＣＯガスによる間接還元とが適度に重なって起こる相乗
作用によるものである。

このように本発明法により粉末治金用の低酸素、低炭素
鉄系粉末の製造が可能となった。

従来技術ではこの目的が達せられなかったため、Ｃｒ，
Ｍｎ，Ｓｉ等を合金化した焼入性およびその他の機械的
特性の優れる粉末治金用、特に焼結鍛造用鉄系粉末の製
造が不可能とされていた。

仮に製造されても含有酸素量が０．２０重量％以上とな
り、所望の目的は達成できなかった。

しかし露点の非常に低い還元性雰囲気中での還元では０
．２０重量％未満の含有酸素量となるが、工業的にこの
種の還元性雰囲気を得ることは極めて困難であった。

従って従来はＭｎを０．３重量％未満を含む純鉄粉及び
Ｎｉ，Ｍｏの合金成分を主体とする低合金鋼粉のみが製
造販売されていたと申しても過言ではない。

だが、このうち、Ｎｉ，Ｍｏを含む鉄系粉末は高価であ
るばかりでなく、これら合金成分を主体とする低合金鋼
粉からの焼結部品は前記機械的特性にそれほど優れるも
のではない。

そこで、本発明法が実施されるとＮｉ，Ｍｏを主体とす
る低合金鋼粉に代り、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等を合金化した
比較的安価でかつ特性の優れる粉末治金用、特に焼結鍛
造用低合金鋼粉を製造され得る。

また、本発明法は低合金鋼粉ばかりでなく、０．３重量
％程度のＭｎを含む純鉄声の仕上還元にも応用でき、脱
酸かつ脱炭が迅速に進行することおよびＨ２，ＣＯ等の
還元ガスを必ずしも必要としないことなどの理由のため
コスト的にも安価であるから実用化した場合には利点が
多い。

さらに、実施例にも示した如く、高合金鋼粉の仕上還元
にも適用でき、本発明の用途は実に広範囲となる。

特に高周波誘導加熱による方法を採用する場合には高温
、短時間の処理で難還元性酸化物が脱酸され、かつ粉末
の炭素量は低減できるから、いかなる鉄系粉末の仕上還
元にも適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例における脱炭率、脱酸率、残留Ｃ
量および残留Ｏ量と加熱中の平均真空度との関係を示す
グラフ、第２図は同じくＳｉＯ２量、ＭｎＯ、，ＦｅＯ
量と加熱中の平均真空度との関係を示すグラフ、第３図
は同じく△Ｃ／△Ｏモル比と粉末素材のＣ／Ｏモル比と
の関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１純鉄系粉末あるいは鉄合金元素の酸化物を含む鉄合
金系粉末の鉄系原料粉に、あらかじめ炭素を合金化させ
るかまたは液体状もしくは粉末状の炭素源を添加混合す
るかして、これら原料粉の含有酸素量を４．０重量係以
下かつこの原料粉のＣ／Ｏモル比を０．７〜２．０の範
囲内とし、これら原料粉を平均圧力が１００Ｔｏｒｒ以
下の真空度下でかつ仕上還元温度７５０〜１４００℃の
範囲内で加熱することにより脱炭と同時に脱酸を行い、
含有酸素量が０．２０重量％未満でかつ含有炭素量が０
．３０重量％未満の鉄系粉末を得ることを特徴とする低
酸素、低炭素鉄系粉末の製造方法。