一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，通過(guò)將200目、純度≥99.0％的鐵粉、鉻粉、錳粉、鉬粉作為原料與200目石墨粉按照質(zhì)量份比(66～72)∶(16～18)∶(10～12)∶(2.0～3.5)∶(0.1～0.3)混合后，在氮?dú)猸h(huán)境下研磨，然后再通過(guò)與黏結(jié)劑混合后進(jìn)行混煉注射成形、催化脫脂、殘余黏結(jié)劑脫除、燒結(jié)致密化以及固溶熱處理后得到節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品。本發(fā)明的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品具有較高的燒結(jié)密度、氮含量和尺寸精度，優(yōu)良的力學(xué)性能、耐腐蝕性能等特點(diǎn)，適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化制造。
【專利說(shuō)明】一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于不銹鋼制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前節(jié)鎳型高氮不銹鋼的制備方法主要有高壓熔煉法和粉末冶金法。高壓熔煉包括熱等靜壓熔煉、加壓感應(yīng)熔煉、加壓等離子熔煉、加壓電渣重熔等工藝，雖能獲得高的氮含量和強(qiáng)韌性，但所需設(shè)備復(fù)雜、投資巨大，工藝控制較困難，阻礙了它們的工業(yè)化發(fā)展和應(yīng)用。與高壓熔煉相比，粉末冶金生產(chǎn)高氮鋼具有很多優(yōu)勢(shì)，如設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，細(xì)晶強(qiáng)化、彌散物強(qiáng)化等強(qiáng)化了材料性能，另外氮在固態(tài)奧氏體不銹鋼中的固溶度遠(yuǎn)大于在液態(tài)中的溶解度，因而粉末冶金固態(tài)滲氮工藝已成為當(dāng)前高氮鋼制備領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。但傳統(tǒng)的粉末冶金模壓-燒結(jié)工藝只能壓制形狀比較簡(jiǎn)單的不銹鋼零部件，且其密度、力學(xué)和耐蝕性能都不高，因而并不適合形狀復(fù)雜的高性能節(jié)鎳高氮不銹鋼制品的制備。
[0003]金屬注射成形作為當(dāng)今最先進(jìn)的粉末冶金近終成形技術(shù)，在低成本、大批量生產(chǎn)具有三維復(fù)雜幾何形狀、高性能、高精度的產(chǎn)品方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，還可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)作業(yè)，被認(rèn)為是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ母叩摴I(yè)化制備技術(shù)之一。目前金屬注射成形制備高氮節(jié)鎳不銹鋼的一般工藝路線為:首先通過(guò)惰性氣體霧化技術(shù)獲得球形的不銹鋼原料粉末，然后將不銹鋼粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料并進(jìn)行注射成形得到預(yù)成形坯，經(jīng)脫脂后在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行燒結(jié)和氮化得到高氮不銹鋼制品。然而上述工藝的缺點(diǎn)在于氣霧化制粉的成本較高，細(xì)粉產(chǎn)出率低，粉末的粒度難以準(zhǔn)確控制，此外燒結(jié)氮化過(guò)程中由于受到氮原子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的影響，氮的分布往往不夠均勻，且難以獲得很高的燒結(jié)密度，從而影響不銹鋼的組織和性能。
[0004]球磨技術(shù)是制備高氮節(jié)鎳不銹鋼粉末的一個(gè)有效途徑，通過(guò)原始粉末與含氮介質(zhì)(如氮?dú)?，氨水、氮化物?之間發(fā)生固-氣、固-液或固-固反應(yīng)，形成非平衡態(tài)的高氮過(guò)飽和固溶體超細(xì)粉末甚至納米晶粉末，由于粉末內(nèi)部存在大量的晶格畸變和晶體缺陷，燒結(jié)活性較高，容易獲得高的燒結(jié)致密度和性能。近年來(lái)，利用球磨技術(shù)制備出了多種超細(xì)、超飽和氮的高氮鋼粉末，然而其顆粒形狀多為不規(guī)則片狀或多角形，表層氧含量及硬度高，粉末流動(dòng)性和搖實(shí)密度很低，成形性較差，不能滿足后續(xù)金屬注射成形的工藝需要，只能采用熱等靜壓、熱擠壓、粉末鍛軋等復(fù)雜昂貴的工藝進(jìn)行成形，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，旨在解決現(xiàn)有節(jié)鎳型高氮不銹鋼的制備方法存在設(shè)備要求高、氮分布不均勻、成形較差等問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將原材料在氮?dú)猸h(huán)境下用Φ7?Φ9ι?πι的鋼球以400?500r/min轉(zhuǎn)速球磨12~72h，得到球形粉末，其中，所述原材料與鋼球的球料比為(10: I)~(14: I)；
[0008](2)將步驟⑴得到的高氮節(jié)鎳不銹鋼球形粉末與黏結(jié)劑按體積比(54~60): (40~46)混合后在混煉機(jī)中混煉得到注射喂料，其中，混煉溫度為175~185°C，混煉時(shí)間為60~90min ;將所述注射喂料在注塑機(jī)中進(jìn)行注射成形，得到形狀無(wú)缺陷的成形坯，其中，注射溫度為180~190°C，注射壓力為80~120MPa ；
[0009](3)將步驟(2)得到的成形坯在催化脫脂爐中且在氮?dú)夂虷NO3氣體環(huán)境下進(jìn)行脫月旨，得到脫脂坯體，其中，脫脂溫度為120°C~130°C，脫脂時(shí)間為4~6h;
[0010](4)將步驟(3)得到的脫脂坯體置于真空管式爐中順序進(jìn)行殘余黏結(jié)劑的脫除處理，燒結(jié)致密化處理，以及固溶熱處理，得到節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品。
[0011]優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述原材料為鐵粉、鉻粉、錳粉、鑰粉和石墨粉按質(zhì)量比(66 ~72) (16 ~18): (10 ~12): (2.0 ~3.5): (0.1 ~0.3)混合均勻后得到。
[0012]優(yōu)選地，所述鐵粉、鉻粉、錳粉、鑰粉和石墨粉的粒度均為200目。
[0013]優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述球料比為10: I ;在步驟(1)中，所述鐵粉、鉻粉、錳粉以及鑰粉的純度均不小于99.0% ;在步驟(1)中，所述氮?dú)饬髁繛?.0~1.5L/min。
[0014]優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述黏結(jié)劑包括以下按質(zhì)量份計(jì)各組分:
[0015]
聚曱醛85 ~ 90份
聚乙烯5~8份
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2~5份
硬脂酸1~3份。
[0016]優(yōu)選地，在步驟(3)中，所述氮?dú)獾耐ㄈ胨俣葹?00~500mL/min，所述HNO3氣體通入速度為0.05~0.10mT,/mi η。
[0017]優(yōu)選地，所述殘余黏結(jié)劑的脫除處理包括以下步驟: [0018]在真空度≥IOPa下，從室溫開(kāi)始以5°C/min速率升溫到350°C時(shí)保溫30min后，繼續(xù)以2V /min速率升溫至420°C保溫時(shí)40min后，繼續(xù)以2°C /min升溫速率加熱至500°C時(shí)保溫40min后，繼續(xù)以2V /min速率升溫到550°C保溫60min。
[0019]優(yōu)選地，所述燒結(jié)致密化處理包括以下步驟:
[0020]在所述殘余黏結(jié)劑的脫除步驟之后，調(diào)整真空度≥1.0X10_2Pa，繼續(xù)以8°C /min速率升溫到1150°C保溫30min后，繼續(xù)以5°C /min的速度升溫到1270°C時(shí)關(guān)閉真空并在氮?dú)饬髁繛?.0~1.2L/min環(huán)境下燒結(jié)90min后隨爐冷卻得到燒結(jié)制品。
[0021]優(yōu)選地，所述固溶熱處理包括以下步驟:將所述燒結(jié)制品重新加熱至1100°C保溫60min,而后水淬冷卻。
[0022]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，針對(duì)以往球磨技術(shù)制備的高氮節(jié)鎳不銹鋼粉末通常為不規(guī)則片狀，流動(dòng)性和搖實(shí)密度低，無(wú)法滿足后續(xù)金屬注射成形工藝要求這一缺點(diǎn)，本發(fā)明以純?cè)胤勰橹饕?，探索了最佳的攪拌球磨工藝路線來(lái)制備出球形度好、氮含量高、顆粒細(xì)小，能較好滿足后續(xù)注射成形要求的高氮不銹鋼粉末，隨后利用金屬注射成形獲得了具有較高的燒結(jié)密度和氮含量，優(yōu)良的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和尺寸精度高的高氮節(jié)鎳奧氏體不銹鋼制品，從而實(shí)現(xiàn)了球磨與粉末注射成形兩種制備技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。
[0023]此外，針對(duì)以往注射成形高氮不銹鋼主要采用溶劑脫脂+熱脫脂兩步脫脂工藝，存在工序復(fù)雜、脫脂速度慢、產(chǎn)生缺陷多、耗能高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)，本發(fā)明還提供了一種催化脫脂型的黏結(jié)劑，施行先進(jìn)的催化脫脂工藝，大大縮短脫脂時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了注射成形產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，而且使用的脫脂溫度低，脫脂時(shí)不出現(xiàn)液相，避免了產(chǎn)品發(fā)生變形和尺寸精度控制困難等弱點(diǎn)，脫脂坯質(zhì)量良好，沒(méi)有明顯缺陷。
[0024]最后，針對(duì)以往球磨高氮不銹鋼粉末的氧含量高，導(dǎo)致其注射燒結(jié)制品中氧化物多且難以還原，從而影響燒結(jié)性能的問(wèn)題，本發(fā)明采用在球磨原料粉末中加入適量的石墨碳作為內(nèi)還原劑，在高 真空條件下對(duì)注射成形脫脂坯進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，利用真空燒結(jié)的碳熱還原反應(yīng)來(lái)脫氧，有效地減少燒結(jié)體中的氧化物，全面提高了燒結(jié)制品的各項(xiàng)使用性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中攪拌球磨制備的球形粉末SM形貌圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中注射生坯實(shí)物照片及內(nèi)部斷口的SEM形貌圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中殘余黏結(jié)劑的脫除處理及致密化處理工藝曲線圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼燒結(jié)制品的實(shí)物照片；
[0029]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼固溶處理后的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]實(shí)施例
[0032]一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，包括以下步驟:
[0033](I)攪拌球磨制備高氮節(jié)鎳不銹鋼球形粉末
[0034]選用粒度為200目，純度≥99.0%的(66~72)質(zhì)量份鐵粉、(16~18)質(zhì)量份鉻粉、(10~12)質(zhì)量份錳粉、(2.0~3.5)質(zhì)量份鑰粉作為原料，并加入(0.1~0.3)質(zhì)量份的200目石墨粉作為潤(rùn)滑劑及脫氧還原劑，將所有粉末混合均勻后與磨球一起置于高能攪拌式球磨機(jī)的球磨筒內(nèi)，在流通的高純氮?dú)夥障虑蚰?2~72h，球筒容積為10L，磨球選用Φ7~Φ9ι?πι的軸承鋼球，轉(zhuǎn)速為400~500r/min，球料比為10:1~14: 1，氮?dú)饬髁繛?.0~1.5L/min。為了減少其它雜質(zhì)的不利影響，球磨過(guò)程中不使用過(guò)程控制劑。
[0035]在轉(zhuǎn)速為400r/min,球料比10:1,磨球直徑Φ7mm條件下,球磨不同時(shí)間粉末的主要特性如表1所示:
[0036]表1球磨不同時(shí)間粉末的特性
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將原材料在氮?dú)猸h(huán)境下用Φ7~C>9mm的鋼球以400~500r/min轉(zhuǎn)速球磨12~72h，得到球形粉末，其中，所述原材料與鋼球的球料比為(10: I)~(14: I)； (2)將步驟(1)得到的高氮節(jié)鎳不銹鋼球形粉末與黏結(jié)劑按體積比(54~60): (40~46)混合后在混煉機(jī)中混煉得到注射喂料，其中，混煉溫度為175~185°C，混煉時(shí)間為60~90min ;將所述注射喂料在注塑機(jī)中進(jìn)行注射成形，得到形狀無(wú)缺陷的成形坯，其中，注射溫度為180~190°C，注射壓力為80~120MPa ； (3)將步驟(2)得到的成形坯在催化脫脂爐中且在氮?dú)夂虷NO3氣體環(huán)境下進(jìn)行脫脂，得到脫脂坯體，其 中，脫脂溫度為120°C~130°C，脫脂時(shí)間為4~6h ; (4)將步驟(3)得到的脫脂坯體置于真空管式爐中順序進(jìn)行殘余黏結(jié)劑的脫除處理，燒結(jié)致密化處理，以及固溶熱處理，得到節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品。
2.如權(quán)利要求1所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述原材料為鐵粉、鉻粉、錳粉、鑰粉和石墨粉按質(zhì)量比(66~72): (16~18): (10~12): (2.0~3.5): (0.1~0.3)混合均勻后得到。
3.如權(quán)利要求2所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，所述鐵粉、鉻粉、錳粉、鑰粉和石墨粉的粒度均為200目。
4.如權(quán)利要求3所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述球料比為10:1 ; 在步驟(1)中，所述鐵粉、鉻粉、錳粉以及鑰粉的純度均不小于99.0% ； 在步驟(1)中，所述氮?dú)饬髁繛?.0~1.5L/min。
5.如權(quán)利要求4所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述黏結(jié)劑包括以下按質(zhì)量份計(jì)各組分: 聚曱醛85~90份 聚乙烯5~8份 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2~5份 硬脂酸I~3份。
6.如權(quán)利要求5所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述氮?dú)獾耐ㄈ胨俣葹?00~500mL/min，所述HNO3氣體通入速度為0.05~0.10mT ,/mi η η
7.如權(quán)利要求6所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，所述殘余黏結(jié)劑的脫除處理包括以下步驟: 在真空度≥IOPa下，從室溫開(kāi)始以5°C /min速率升溫到350°C時(shí)保溫30min后，繼續(xù)以2°C /min速率升溫至420°C保溫時(shí)40min后，繼續(xù)以2°C /min升溫速率加熱至500°C時(shí)保溫40min后,繼續(xù)以2 V /min速率升溫到550°C保溫60min。
8.如權(quán)利要求7所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)致密化處理包括以下步驟: 在所述殘余黏結(jié)劑的脫除步驟之后，調(diào)整真空度≥1.0X 10_2Pa，繼續(xù)以8 V /min速率升溫到11501:保溫301^11后，繼續(xù)以5°C /min的速度升溫到1270°C時(shí)關(guān)閉真空并在氮?dú)饬髁繛?.0~1.2L/min環(huán)境下燒結(jié)90min后隨爐冷卻得到燒結(jié)制品。
9.如權(quán)利要求8所述的節(jié)鎳高氮奧氏體不銹鋼制品的制備方法，其特征在于，所述固溶熱處理包括以下步驟:將·所述燒結(jié)制品重新加熱至1100°c保溫60min，而后水淬冷卻。
【文檔編號(hào)】B22F3/115GK103706793SQ201310692084
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】崔大偉, 王金龍, 姜軍生, 劉炳強(qiáng), 魏文慶, 劉均波, 王偉章 申請(qǐng)人:濰坊學(xué)院