[發明專利]具有回轉體形式的含氮不銹鋼制品及其制備方法

有效

• 申請號: 201410016941.4
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103801691A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 況春江;周少雄;王學兵;鐘海林;霍光;匡星
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司
• 主分類號: B22F3/14
• 分類號: B22F3/14;B22F3/24
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;張向琨

技術領域

本發明屬于粉末冶金領域，特別涉及一種具有回轉體形式的含氮不銹鋼制品及其制備方法。

背景技術

20世紀30年代及40年代后期，鎳資源的緊缺刺激了以氮代鎳制備不銹鋼的研究。研究者發現，氮不僅能提高鋼材料的強度，而且對提高材料的耐蝕性，尤其是耐氯離子點腐蝕方面也有重要影響。含氮不銹鋼產品的制備工藝主要有：加壓感應熔煉、熱等靜壓熔煉、高壓等離子熔煉、加壓電渣熔煉、反壓鑄造、電渣加熱－高壓滲氮、粉末冶金等。同熔煉含氮不銹鋼相比，粉末冶金法制備含氮不銹鋼具有眾多優點，例如可以獲得均勻化學成分及微觀結構的產品，可以在不同階段添加氮，具有達到很高氮含量的可能性、工藝靈活等優點。因此，此方法正被廣泛應用于含氮不銹鋼的研究。

目前，粉末冶金制備含氮不銹鋼粉末的主要方法有：高壓氮氣熔煉－氮氣霧化法；流化床滲氮法；機械合金化法等。在獲得含氮不銹鋼后，關鍵的一步是粉末的成形，由于含氮不銹鋼粉末表面覆蓋有硬度較大的氮化物，阻礙了壓制過程中粉末顆粒的變形，從而使含氮不銹鋼粉末的成形性和燒結性變差。

在制備粉末冶金含氮不銹鋼中所使用的粉末成形方法主要包括：

（1）注射成形法，例如，Rawers等運用粉末注射成形技術制出含氮的316L不銹鋼(Rawers?J.,Croydon?F.,Krabbe?R.,Duttinger?N.Tensile?Characteristics?of?Nitrogen?Enhanced?Powder?Injection?Moulded316L?Stainless?Steel.Powder?Metallurgy,1996,39:125-129.)。

（2）熱擠壓法:Simmons等人將一定量的含氮粉末裝在一定尺寸的碳鋼鋼管內壓實、干燥，然后把鋼管加熱到與含氮鋼固溶熱處理相應的溫度。保溫一段時間后，在一定擠壓力下熱擠壓到所需要尺寸，結束后進行熱處理（Simmons?J.W.,Kemp?W.E.,Dunning?J.S.The?P/M?Processing?of?High-Nitrogen?Stainless?Steel.JOM,1996;(4):20）。

（3）粉末鍛軋法:瑞典ASP公司利用粉末鍛軋技術制成性能十分優異的含氮高速鋼，并投入生產（瑞典ASP公司內部資料）。

（4）爆炸成形法:周燦棟等利用爆炸成形法制備含氮35CrMoV鋼（周燦棟.含氮35CrMoV鋼的制備和研究[D].上海：上海大學出版社，2002：52.）。

（5）熱等靜壓法:美國Crucible公司采用此法生產了粉末冶金含氮不銹鋼材料，其所采用的工藝參數為1130℃，100MPa，保溫4小時（G.O.Rhodes,W.B.Eisen.“High?Nitrogen?Corrosion?Resistant?Austenitic?Stainless?Steels?Produced?by?HIP?P/M?Processing,”Materials?Science?Forum1999,pp.635-648.）。

上述方法對于含氮不銹鋼粉末的成形，均存在一些缺點。注射成形法缺點是：對粉末的流動性、顆粒尺寸要求嚴格，粉末中氮含量不易控制，容易引起滲氮或脫氮，樣品致密性差；熱擠壓缺點是能耗高、樣品尺寸小，無法制備含有凹形、空心等復雜形狀的制品；粉末鍛軋法缺點是一般只用于生產板帶材且帶材厚度一般不超過10mm，無法生產大尺寸、形狀復雜樣品；爆炸成形法缺點是產業化困難。

熱等靜壓法便于大規模工業化生產，但不同的熱等靜壓工藝參數將對含氮不銹鋼的性能及組織產生影響，其中工藝參數主要包括燒結溫度、燒結壓力及保溫時間。美國Crucible公司采用熱等靜壓法制備含氮不銹鋼材料時存在燒結溫度低、燒結壓力低和保溫時間長等問題。

因此，適合的熱等靜壓工藝參數既能使含氮不銹鋼獲得良好的力學及微觀組織，同時也能提高生產效率，降低生產成本，從而使含氮不銹鋼產品更具競爭力。

另外，采用熱等靜壓工藝制備不銹鋼零件時，一般采用等截面的圓柱形或長方體形包套，粉末通過熱等靜壓致密化后，還需要較大的加工量才能獲得最終的零件產品，原材料利用率低，特別是對于原料成本高和難于機加工的不銹鋼材料，傳統的包套形式制約其應用和推廣。

發明內容