[发明专利]提高含锰钢粉压制性的方法

说明书

本发明公开了一种提高含锰钢粉压制性的方法，1）在带有搅拌的反应器中，加入调配好的亚铁盐溶液，再加入还原后的含锰钢粉，进行置换反应，利用含锰钢粉中的锰置换亚铁盐溶液中的亚铁离子，以在含锰钢粉表面形成多孔镀铁层和疏松脱锰层，置换结束后水洗；亚铁盐为氯化亚铁或者硫酸亚铁，反应时间1‑2小时；2）对步骤1）置换后的含锰钢粉在600‑800℃，露点低于‑40℃的H₂气氛中进行低温还原退火处理即可，处理时间1‑2h。本发明能够控制Mn含量为1.0‑5.0%的含锰钢粉表层显微硬度≤80 HV，压缩性≥7.1g cm^‑3（600MPa压制）。

技术领域

本发明涉及含锰预合金钢粉的制备，具体指提高含锰钢粉压制性的方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

我国铁基粉末冶金制品发展空间广阔，以汽车行业为例，我国年产汽车2000多万辆，但由于技术水平制约，我国每辆汽车上使用的铁基粉末冶金零件量不到5Kg，而欧洲、美国等发达国家每辆汽车上使用的铁基粉末冶金零件量已达14-19.5Kg。若我国每辆汽车增加9Kg铁基粉末冶金零件，每年将至少增加18万吨钢铁粉末和铁基粉末冶金零部件的需求。因此，提高我国钢铁粉末和铁基粉末冶金零件的制备水平对于我国铁基粉末冶金及相关产业发展具有重要意义。

传统粉末冶金铁基材料一般采用Ni、Cu等作为强化元素，由于Ni对人身体可能造成危害，Cu循环回收利用困难，且有色金属价格高昂，促使科研工作者寻求适合于烧结钢的新合金元素。Mn元素在地球上储量丰富，价格低廉，对钢铁的强化效果最好，作为合金元素已成功用于煅钢多年，且含Mn铁基材料致密化可灵活选用常温烧结、高温烧结或烧结硬化技术，因此将Mn引入到铁基粉末中作为合金元素成为研究的热点。

阻碍这类材料发展的主要因素是锰元素亲氧性强，在粉末制备和烧结过程中锰易氧化，较难还原。锰作为合金元素引入有三种方式：元素粉末法、母合金法和雾化法。以元素粉末形式加入锰其氧化最明显；为抑制锰在粉末冶金过程的氧化，可采用将锰与铁、铬、钼、碳等元素熔炼形成母合金的方式引入锰，通过形成复杂碳化物使锰免受氧化，但该方法在成本、压制性能和制品尺寸控制方面存在不足；水雾化是一种含锰合金钢粉末的低成本制备技术, 铁和锰在水雾化生粉中已合金化，活度降低，一定程度抑制了锰在后续工艺中的氧化和升华。

在水雾化过程中，高温钢液在水的冲击下形成金属液滴，高温液滴与水接触发生剧烈氧化反应，在金属液滴表面形成一层氧化膜。研究表明氧化膜主要含有铁氧化物Fe_xO_y、铁锰复合氧化物FeMn₂O₄及MnO等氧化物。其中铁氧化物和铁锰复合氧化物分别在400-700℃和700℃以上可以被H₂和CO还原，而MnO难以被H₂还原，需要在1200-1300℃才能完全被C还原，还原后粉末氧含量仍然很高。因此控制粉末原料和烧结材料中的氧含量一直是含Mn低合金粉末冶金材料研究和开发的焦点。

日本川崎制钢公司针对含锰雾化粉末中氧含量高的问题，开发了水雾化-真空还原技术。但真空还原对设备要求很高，且无法实现大规模的连续化生产。Hoeganaes则开发了水雾化-高温还原技术，其采用了至少在1120℃以上的还原退火工艺。然而在1120℃以上的高温退火将使粉末结块严重，大大增加后续工艺的破碎难度，强制破碎也易使粉末形成加工硬化，降低粉末的可压缩性能。针对我国水雾化铁粉最高还原温度为970℃的还原系统，四川理工学院与中南大学共同开发了两阶段还原技术，在低温还原阶段先还原易还原的铁氧化物，以降低高温阶段的氧化转移和调控高温还原气氛的露点，也能把粉末的氧含量降低到0.2%以下，但970℃的还原温度对锰氧化物的还原效果较差，表面有较多的氧岛。