铁粉生产趋势-1

粉末冶金铁基粉末生产趋势

为制造高性能粉末冶金铁基零件，Joseph 博士详细分析了全球铁粉生产能力和进展以及材料特性，更新了我们在铁粉发展趋势上的一些观念。进展包含有:合金粉末的开发及预混合粉末(专用粘结剂和润滑剂粘结，用粉末冶金锻造封闭孔隙)。最近金属价格的飙升业已引起用最低材料成本达到目标特性的注意。

粉末冶金零件生产用铁粉和钢粉按照生产工艺可分三种:

1. 化学分解法，例如，还原铁氧化物，或者羟基铁气态化合物的分解。

2. 雾化法，如高压水雾化，内塞气雾化。

3. 混合法，液态铸造铁的制粒，球磨成粉，高温炉退火。

随着时间的推移，技术的进步以及粉末消费市场的需求，各种工艺的普及状况已经发生变化。归因于成本因素以及规模经济，现在已采用水雾化法，还原法以及混合法大量生产粉末冶金零部件所需的铁粉和钢粉。摩擦零件所需的不锈钢和工具钢粉末生产工艺采用水雾化或气雾化法，但这只现在很小的范围内。金属注射成型(MIM)方面的应用所需的超细粉和不锈钢粉末更限制在一个很小的范围内。现仍主要采用羟基碳分解法制铁粉和气、水雾化法制不锈钢粉末。直到最近，日本JFE Steel 公司利用氧化铁制得了一种新型的特细粉末(平均粒径1um),这是通过喷射煅烧清洗过冷轧钢板的工业废盐酸得到的。

目前工艺路线

在过去30多年中，用雾化法制取铁粉和钢粉所占比重稳固增长。现在，全球超过12家之多的，拥有最大粉末冶金结构零件客户的工厂采用水雾化法(见此版IPMD 部分Powder Metallurgy-A Global Market Review).典型地，在电弧炉中熔化经过拣选的废钢，在通过垂直的漏斗形喷嘴前精炼并除杂(见图1)。液态金属流被高压水打散成颗粒，并被水快速冷却(见图

2)。水/颗粒浆状物从喷嘴底部喷出并干燥。过筛除去大颗粒之后，通过网带炉将刚制得的 图1赫格纳斯田纳西加勒廷工厂内钢水熔化及雾化工序 图2水雾化铁粉生产工艺(瑞典赫格纳斯AB 工艺) 粉末退火，网带炉的气氛是富氢气氛，如分解氨等。经过退火后的制品再经过碾碎，筛分以及合批后就制得成品了。

图3瑞典赫格纳斯AB 水雾化生产的铁粉(ASC 100.29)颗粒的典型形貌 图4左图为海面粉颗粒(Ancor MH-100)的典型形貌，右图显示为剖面空袭形貌(美国赫格纳斯工艺)

在一些场合下(如加拿大QMP 及赫格纳斯中国分公司)，液态金属直接从邻近钢厂中获取

。

-80目(小于180um)的高压制性粉末可能要采用二次退火工艺以纯化铁粉，增加压缩性(见图3)。雾化法工艺灵活，既能经济地生产合金粉，又能生产普通铁粉。

采用还原工艺生产海绵粉在粉末冶金工业发展早期扮演了一个十分重要且具历史意义的角色。赫格纳斯(瑞典)海绵粉生产工艺(见图4)，已经应用近一个世纪了，包含了高纯度磁铁矿(Fe3O4)的碳还原。矿石首先碾碎成粉，然后通过和碳加热到1200℃以上还原出金属。这是通过把矿石和焦碳、石灰石混合物塞满在一个大的陶瓷管内，并将其放在窑车上通过一气加热的隧道窑完成的。

氧化铁以空心圆柱体形式装料下被还原成海绵铁。石灰石分解并与焦炭中的硫反应。

赫格纳斯海绵铁粉最初是用作钢铁工业中的熔剂，但最终被用作铁粉原料。将制得的粉块碾碎，研磨，磁选，过筛之后，再进行纯化并经网带炉退火软化之后就制得铁粉成品了。海绵粉具有不规则的孔隙(图4)和适度的压缩性，而且用其连续生产粉末冶金件有70多年的历史了。虽然现在大量被高压缩性的雾化铁粉所取代，但用海绵铁粉制作粉冶重载荷件已有多年历史了，而且在摩擦结构件和含油自润滑轴承中仍具有重要地位。

粉末冶金应用中，采用粉末颗粒脱碳和将高碳粉研磨细化等措施来提高压缩性。这种工艺自20世纪50年代就被采用，但现在只有QMP和最近的Domfer公司熟练掌握。QMP自1969年起就在其位于索列尔-特雷西的Quebec工厂中生产高纯铁粉了。此工艺包括了来自邻近姊妹公司QIT-Feret的钛铁矿高纯液态铁水的转化。QIT矿石稳定的低杂质含量使其特别适合生产高纯钢粉和铁粉。

图5 左图为还原铁粉颗粒，右图为还原颗粒剖面(日本JFE公司)

日本JFE公司(图5)和美国北美赫格纳斯尼亚加拉工厂(以前的Pyron公司)以及一些中国，俄罗斯，乌克兰的粉末生产商采用轧钢铁鳞生产铁粉。

生产设备方面的发展趋势

过去20年，在粉末冶金铁基粉末生产中出现了三种大的趋势：

1．扩大生产范围

2．建设或者扩大雾化铁粉生产线以服务当地市场

3．粉末生产厂商的合并

20世纪90年代初，赫格纳斯AB在瑞典开设了一家新的雾化铁粉生产工厂，通过利用一台55吨的电弧融解炉将产能提升到每年20万吨。1999年QMP采用新型22MVA的钢包炉，升级了其索列尔-特雷西的Quebec工厂的铁粉雾化模块，现已具有大批量生产的能力。此钢包炉批次熔融能力从80Ton增加到110Ton，将工厂的产能提升至每年20万吨。

也就在1999年，赫格纳斯公司升级了其在加勒廷，TN的设备，将产能提升至每年32吨。一家日本Kobe的子公司，美国Kobelco公司，2000年完成了设备改造，将其水雾化铁粉产能提升至6万吨每年。Kobe公司1987年在印第安纳州西摩尔成开始生产铁粉。最近，北美赫格纳斯公司将在约翰斯敦stony creek一家小钢厂转产成一家铁粉生产工厂，拥有每年20

万吨的产能，初始退火热处理能力为每年9万吨。

在日本，罗马尼亚，中国，印度，俄罗斯，巴西等世界其它市场，已经建立或者提升了雾化铁粉生产线。过去几年来，此中的发展业已引起了所有权的变化。赫格纳斯AB早期在中国，印度，日本建立了生产工厂，以及1999年在获得巴西利亚Belgo准许后，在巴西建立了水雾化铁粉生产公司(即现在的赫格纳斯巴西公司)。这个在Mogi das Cruzes的工厂，准备在2008中期将其产能翻一番。2000年瑞典工厂减持了其在新泽西新那明森赫格纳斯20%的股份，并且并购了尼亚加拉Pyron公司。Pyron是一家专业生产海绵铁粉的工厂。2003年，赫格纳斯并购了Ductil公司在罗马尼亚的年产能1万吨水雾化铁粉工厂，并且将其产能扩大两倍，退火能力翻一番，以供应欧洲和中东的客户。

在日本有两家大的粉末生产厂商：一是JFE，即以前的川崎制铁，既生产还原铁粉又生产雾化铁粉，二是Kobe，生产标准水雾化铁粉，也生产MIM和铁磁体应用的超细粉-用高压水雾化法生产。赫格纳斯有一个工厂生产成品粉。现在有许多厂家生产MIM，铁磁体和热喷涂应用的有色粉末和超细水雾化铁粉。2006年日本铁基粉末总产量超过22.4万吨，其中12.7万吨供应粉末冶金零部件制造业。

由于最近的行业合并和增产，现在有三大集团力求成为全球供应商的领导者：赫格纳斯AB,赫格纳斯和QMP。单赫格纳斯就有年产50万吨水雾化铁粉和17.5万吨海绵铁粉的产能。这三家一起能够满足全球粉末市场的需求，而且价格适中。西欧和北美的产能明显过剩。这部分归因于2007年两家小公司的关闭：QMP在德国的moenchengladbach工厂，以及在加拿大的Domfer公司。

同时，世纪之交的中国铁基粉末生产能力快速扩张。从上一年报表中可以看出，2002年至2005年间，30家最大的还原铁粉、雾化铁粉以及钢粉的总产量已经翻了一番。中国钢结构协会粉末冶金分会的崔健民，袁勇，葛利强等在上海2007年粉末冶金亚洲会议上指出，2005年95%的产能为22.5万吨。其中，6.15万吨(27%)为水雾化铁粉，其余几乎全部是由铁矿石或轧钢铁鳞制得的还原铁粉。烧结零部件制造业消耗了不到中国铁粉生产总量一半的份额。中国最大的生产商，莱芜钢铁集团现在有超过每年8万吨的产能。其中4万吨是雾化粉。其它三家生产厂商各拥有每年2万吨(山西阳泉市林里粉末冶金有限公司，武汉钢铁股份有限公司，赫格纳斯中国分公司)。按照这些介绍，此三年中的进一步的扩张使得中国铁基粉