劉世民   趙晶
(萊鋼集團粉末冶金有限公司  萊蕪   271105)

 1、前言
    水霧化鋼鐵粉末的生產(chǎn)是用高壓水將熔融的鋼液在霧化器內(nèi)切斷、分散、裂化而成為微小液滴，再經(jīng)脫水、烘干、篩分、生粉高溫還原、粉餅破碎、篩分、合批等工序精制而成。用該種方法生產(chǎn)水霧化鐵粉始于二十世紀六十年代中期，美國A•0史密斯公司用高壓水霧化技術(shù)霧化低碳鋼液生產(chǎn)低碳鋼粉。由于用該種方法生產(chǎn)的粉末顆粒具有內(nèi)部密實、純度高、易于合金化等優(yōu)勢引起粉末冶金界極大重視。但是，由十該種水霧化原生粉末的松裝密度大、粉末表面光滑導(dǎo)致粉末成形性差，粉末生坯強度低，應(yīng)用上存在困難，致使用高壓水霧化技術(shù)生產(chǎn)的水霧化鐵粉推廣應(yīng)用受到限制。到七十年代初期，德國曼內(nèi)斯曼采用高溫還原工藝，使水霧化鐵粉在高溫還原狀態(tài)下產(chǎn)生局部燒結(jié)，改善了粉末顆粒形狀，這一。重大技術(shù)進步，
生產(chǎn)出了雜質(zhì)含量低、壓縮性高、成形性好的水霧化鐵粉，用其制造的粉末冶金零件的密度、強度、形狀復(fù)雜性都上了新臺階，為汽車使用高密度、高強度、高精度、形狀復(fù)雜的粉末冶金件奠定了基礎(chǔ)，由此，也使水霧化制取鐵粉生產(chǎn)技術(shù)得到推廣應(yīng)用并迅猛發(fā)展。

2、水霧化法制取鐵粉的技術(shù)特點
2．1水霧化法生產(chǎn)鐵粉技術(shù)優(yōu)勢
    與還原鐵粉生產(chǎn)方法相比，用水霧化法生產(chǎn)鐵粉的優(yōu)勢為：
    ①工序流程短，生產(chǎn)效率高，適于規(guī)模化生產(chǎn)；
    ②可以用廉價原料(廢鋼)生產(chǎn)成份純度高、組織均勻且工藝性能好的高附加值優(yōu)質(zhì)粉末；
    ③用水霧化法生產(chǎn)的水霧化純鐵粉顆粒形狀大小和粒度分布等均可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。
    ④用水霧化法生產(chǎn)的純鐵粉不僅壓縮性值高、化學(xué)純凈度高，而且能用于生產(chǎn)高密度、高強度、高尺寸精度和耐磨、耐蝕性、形狀復(fù)雜的粉末冶金結(jié)構(gòu)件，優(yōu)于用還原粉生產(chǎn)的同類型產(chǎn)品。

2．2水霧化鐵粉生產(chǎn)的不足
①設(shè)備一次性投資大；
②不利于生產(chǎn)低松裝密度鐵粉；

2．3水霧化鐵粉生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)
2．3．1高壓水霧化技術(shù)
    高壓水霧化技術(shù)的關(guān)鍵是通過高壓水將鋼液在霧化器內(nèi)破碎成微小液滴，而噴咀是霧化裝置中使霧化介質(zhì)獲得高能量、高速度的部件，也是對霧化效率和霧化過程穩(wěn)定性起重要作用的關(guān)鍵性部件。好的噴咀設(shè)計要滿足以下要求[1]：①能使霧化介質(zhì)獲得盡可能大的出口速度和所需要的能量：②能保證霧化介質(zhì)與金屬液流之間形成*合理的噴射角度；③使金屬液產(chǎn)生*大的紊流；④工作穩(wěn)定性好，噴咀不易堵塞；⑤加工制造簡單。
    目前，在水霧化鋼鐵粉末生產(chǎn)中所用噴咀類型主要為環(huán)縫型噴咀和“V”型噴咀。
    在水霧化過程中，鋼液的出鋼溫度、霧化開始溫度、霧化終止溫度、鋼液液流直徑、鋼液霧化速度、高壓水水壓、流量、噴射角度等構(gòu)成了主要水霧化工藝參數(shù)。

2．3．2 生粉高溫還原技術(shù)
    這項技術(shù)直接關(guān)系到成品粉末的主要化學(xué)成份(C、O含量)，影響著粉末顆粒形狀，并對成品粉末的*終綜合性能產(chǎn)生直接影響(粉末粒度組成、松裝密度、流動性、壓縮性、成形性)。
    在還原過程中，既進行脫碳、脫氧、降低粉末顆粒硬度、提高粉末塑性的過程，又要進行粉末顆粒團聚過程，使細的粉末顆粒之間或細的粉末粘結(jié)于粗的粉末顆粒表面進行粉末顆粒團聚，使粉末顆粒表面復(fù)雜，類似海綿狀，這是提高霧化鐵粉成形性的關(guān)鍵，也是生產(chǎn)高質(zhì)量水霧化鐵粉的重要方法之一。

2．3．3粉餅無加工硬化、無氧破碎技術(shù)
    生粉經(jīng)高溫還原生成的粉餅通過多級破碎方可制成*終產(chǎn)品粉末。但是，在多級破碎過程中，粉末既不能再氧化，又不能因受沖擊作用產(chǎn)生加工硬化而影響粉末的成形性，并且粉末顆粒本身及粉末顆粒形貌、密實度、尺寸大小、粒度組成、松裝密度、壓縮性、流動性等都應(yīng)達到生產(chǎn)高密度、高強度、形狀復(fù)雜的制品性能要求。

3、水霧化鋼鐵粉末生產(chǎn)概況
3．1  國外水霧化鋼鐵粉末生產(chǎn)概況
    目前世界水霧化鐵粉和鋼粉產(chǎn)量約70萬噸，占其鋼鐵粉末總產(chǎn)量的55％以上。目前，比較大的幾家水霧化鋼鐵粉末生產(chǎn)企業(yè)有瑞典赫格納斯、加拿大魁北克、日本川崎制鐵、日本神戶制鋼、美國赫格納斯。

3．1．1 從產(chǎn)量上看
    瑞典赫格納斯目前在瑞典、美國、比利時、巴西等均有自己的水霧化制粉廠，水霧化鋼鐵粉末年生產(chǎn)能力50萬噸，2004年產(chǎn)量約17—20萬噸；加拿大魁北克主要以冶煉鈦鐵礦的副產(chǎn)品——高碳鐵水做原料，生產(chǎn)水霧化鐵粉和鋼粉，此外本世紀初，收購德國曼內(nèi)斯曼水霧化鐵粉廠，2004年生產(chǎn)量約25萬噸；日本川崎制鐵是以轉(zhuǎn)爐鋼液為原料，用精煉爐進行化學(xué)成份處理及提溫，每爐制取鐵水量約100噸，用兩個噴咀同時霧化，每次霧化時問約3小時，生粉生產(chǎn)能力大，2004年生產(chǎn)量約8萬噸；日本神戶制鋼所用設(shè)備主要有30噸電爐及相應(yīng)的霧化、脫水、烘干、篩分、還原設(shè)備等，2004年實際產(chǎn)量約7萬噸；美國赫格納斯在美國和德國均有自己的水霧化制粉廠，2004年產(chǎn)量約7萬噸。

3．1．2 從品種上看
    上述水霧化鋼鐵粉末生產(chǎn)企業(yè)不僅生產(chǎn)規(guī)模大，而且產(chǎn)品品種多，并根據(jù)產(chǎn)品性能自成系列，較出名的產(chǎn)品類型為：
    (1)高壓縮性水霧化鐵粉
    從二十世界八十年代中期至九十年代，國外主要水霧化鋼鐵粉末生產(chǎn)企業(yè)通過對水霧化制粉工藝的改進和完善，不僅能制備化學(xué)成份更純的水霧化純鐵粉，而且其流動性、填充性更好，壓縮性更高、性能更一致。如瑞典赫格納斯公司牌號為ASCl00•29水霧化鐵粉不僅化學(xué)純凈度高，而且在600MPa壓制壓力下，可獲得7．20g／cm3的密度；而極優(yōu)化學(xué)純度的ABCl00•30粉在600MPa壓制壓力下，可獲得7．40g／cm3的密度。

  (2)水霧化擴散型合金鋼粉
  水霧化擴散型合金鋼粉是用擴散粘結(jié)法生產(chǎn)的，其生產(chǎn)是用高壓縮性的水霧化純鐵粉或還原鐵粉作母粉，添加合金元素(或其氧化物)經(jīng)均勻混合后，在電爐內(nèi)用氫氣(或氨分解氣)作保護性氣體進行擴散處理，其特點為：
    ①具有較高的壓縮性；
    ②合金元素在制品燒結(jié)過程中能進一步完全合金化；
    ③在運輸和混合處理過程中不產(chǎn)生合金元素成份偏析，避免了因成份偏析造成的件與件之間具有不同的化學(xué)組成，使其在燒結(jié)過程中造成尺寸變化，能保持尺寸公差穩(wěn)定，便于獲得顯微結(jié)構(gòu)均勻的鐵基合金產(chǎn)品；
    ④細的合金元素粉顆粒粘結(jié)到鐵粉顆粒表面上能減少隆起或團聚，在隨后用石墨和潤滑劑混合過程中添加的合金元素粉均勻分布，更有效的改善燒結(jié)件的機械性能。
    擴散粘結(jié)法是目前生產(chǎn)高性能鋼鐵粉末原料的重要發(fā)展方向。
    目前擴散型合金鋼粉較出名的種類有：
    DistoloyAB粉，他的基礎(chǔ)粉末是ASCl00•29，擴散粘結(jié)1．75％Ni，0．5％Mo，1．5％Cu，經(jīng)一次壓制燒結(jié)法后密度可達7．20 g／cm3，抗拉強度可達650MPa，經(jīng)熱處理后，強度可提高到1000MPa。
    DistoloyAE粉，是以ASCl00•29粉作母粉，添加4．0％Ni，0．5％Mo，1．5％Cu，經(jīng)一次壓制燒結(jié)后密度可達7．20 g／cm3，可用于生產(chǎn)淬硬性高的材料。
    KIPSIGMALOY2010粉擴散粘結(jié)了2．0％Ni，1．0％Mo，經(jīng)復(fù)壓復(fù)燒密度超過7．40g/cm3，抗拉強度達到2000MPa，沖擊功值達到60J，適于生產(chǎn)高強度粉末冶金件。
    KIPSIGMALOY415粉擴散粘結(jié)了2．0％Ni，0．5％Mo，1．5％Cu，經(jīng)復(fù)壓復(fù)燒密度超過7．40 g/cm3，抗拉強度達到1300MPa，沖擊功值達到40J，適于生產(chǎn)高強度粉末冶金件。
    (3)無偏析混合粉
    無偏析混合粉是用粘結(jié)化處理混粉工藝生產(chǎn)的。該種混粉工藝是20世紀80年代研究開發(fā)出的一種制備高性能待壓混合粉的新工藝�；旆蹠r加入一種特定的粘結(jié)劑，可使混合粉中的各種添加元素均勻分散且固定在基體鐵粉上，減少粉末污染和成份偏析，少或無碳損失，提高粉末流動性、模具填充性、質(zhì)量控制能力和粉末壓縮性及生坯強度等；減少零件的尺寸變化程度和減少待壓粉末化學(xué)成分的波動，從而減少了粉末冶金零件內(nèi)部和零件之間的物理性能差異。
    粘結(jié)化處理混粉工藝不同的企業(yè)采用的粘結(jié)劑和技術(shù)工藝是不同的，但其目的是一致的。如美國赫格納斯公司采用的是粘結(jié)劑ANCORBOND®商標混粉技術(shù)；瑞典赫格納斯公司的粘結(jié)化處理混合粉命名為STARMIX；日本神戶制鋼使用粘結(jié)化處理混合粉命名為Segregation-less powder；川崎制鐵公司的粘結(jié)化處理混合粉命名為Cleanmix powder。加拿大魁北克粉末公司使用粘結(jié)化處理混合粉命名為FLOMET Powder。
    粘結(jié)化處理混合粉中的添加劑，特別是潤滑劑也是近幾年研究的重點。新開發(fā)的具有增強潤滑作用的潤滑劑取代傳統(tǒng)的硬脂酸鋅，不僅增加了潤滑效果，降低了潤滑劑的添加量，提高壓縮性和壓坯強度，降低脫模力，而且燒結(jié)環(huán)境比用硬脂酸鋅要潔凈的多。
    (4)預(yù)合金鋼粉
    該種粉末的生產(chǎn)是將合金元素(鎳、鋁、銅、鉻、錳等)在鋼水冶煉過程或霧化前與鐵熔融，采用高壓水霧化技術(shù)生產(chǎn)而成。它的主要優(yōu)點是：①能更有效地利用合金元素；②粉

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