[發明專利]一種新型控氮奧氏體不銹鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 201710440345.2
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107740002A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 郭志光
• 申請（專利權）人: 劉紅賓
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C38/54;C22C38/52;C22C38/42;C22C38/02;C22C38/04;B22F1/00;C23C24/10
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技術領域

本發明屬于材料加工與激光制造領域，涉及一種新型控氮奧氏體不銹鋼及其制備方法。

背景技術

控氮奧氏體不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能，且強度和耐腐蝕性良好配合，結構制造工藝性好，是工程結構件的首選材料。RCC—M標準中的Z2CN19—10(N)奧氏體不銹鋼以其良好的化學成分、力學性能、耐腐蝕性能、組織穩定性和良好的抗中子輻照性能而廣泛用于核電站的關鍵設備，如核島反應堆內的堆內構件、控制棒驅動機構、安注箱以及一些配套的支撐件。

Z2CN19—10(N)奧氏體不銹鋼產品主要是通過鑄造、鍛造、軋制和焊接等工藝進行制造，工藝較為成熟，產品性能已經制定了相關標準。但是傳統工藝制造超厚超重控氮奧氏體不銹鋼板材時，存在著鑄錠成分不均勻的問題。

激光增材制造技術是一種全新的制造技術。該技術以高質量激光光源為熱源，以粉末或者絲材為原材料，在計算機控制下按照既定的形狀和規則逐層堆積累加的方法制造實體產品。相對于傳統先鑄/鍛/焊制造毛坯再機加工減材制造方式，該技術流程短，從局部鑄造到整體成形一步到位，減少大量中間工序；產品晶粒尺寸細小，成分均勻，組織致密，具有良好的綜合力學性能；對產品設計快速響應，高度柔性，省卻了傳統技術中浪費在制模方面的時間；激光熱源能力密度集中，可以實現傳統工藝中極難加工的W、Nb、Ta、Ti、Zr、Mo等難熔、高活性金屬的加工成形；還可以實現多材料、梯度復合等產品構件的制造。

發明內容

本發明提供一種利用激光增材制造技術制造新型控氮奧氏體不銹鋼產品及其制造方法。此方法通過對原料成分的有效控制及激光增材制造技術工藝的合理選擇，制備的奧氏體不銹鋼性能顯著，其室溫和高溫力學性能均高于鍛件；具有顯著的抗晶間腐蝕性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下。

一種新型控氮奧氏體不銹鋼，該不銹鋼成分為：0.02 wt%≤C≤0.035 wt%,Si≤1.00 wt%，Mn≤2.00 wt%，P≤0.03 wt%，S≤0.015 wt%，18.50 wt%≤Cr≤20.00wt%，9.00 wt%≤Ni≤10 wt%，B≤0.0018wt％，Co≤0.1 wt%，Cu≤1.00 wt%，0.06 wt.%≤N≤0.08 wt%，余量為Fe和不可避免雜質，且雜質總量不超過0.05wt％；顯微組織為純奧氏體。

本發明所述新型控氮奧氏體不銹鋼的優選技術方案為，所述不銹鋼，室溫屈服強度R_p0.2≥300 MPa，350℃屈服強度R_p0.2≥190 MPa，室溫沖擊韌性KV₂≥260 J；經500～650℃保溫1~2小時敏化處理后無晶間腐蝕現象。

本發明所述新型控氮奧氏體不銹鋼的優選技術方案為，所述奧氏體不銹鋼的奧氏體組織為柱狀晶，晶粒直徑小于10μm；相同取向的柱狀晶組成一個團簇，每個團簇尺寸為0.5~1.0mm。

本發明所述新型控氮奧氏體不銹鋼的優選技術方案為，所述奧氏體不銹鋼的奧氏體組織柱狀晶相鄰晶簇夾角10°~45°之間。

本發明所述新型控氮奧氏體不銹鋼的優選技術方案為，所述奧氏體不銹鋼采用激光熔覆沉積制造技術制備。

本發明還涉及所述新型控氮奧氏體不銹鋼的制備方法，所述制備方法采用制粉技術將成分合格奧氏體不銹鋼錠制成球形粉末；采用激光熔覆沉積制造技術制備產品；對產品進行熱處理，制成成品。

本發明所述制備方法的優選技術方案為，所述制粉技術制得的奧氏體不銹鋼球形粉末的粒度為75μm~250μm，D50為150μm，D90≤200μm，空心粉率小于0.1%。

本發明所述制備方法的優選技術方案為，所述激光熔覆沉積制造技術的工藝為，激光功率為1000W~10000W，光斑大小為φ3~φ6mm，激光掃描速度為6mm/s~20mm/s，沉積效率為300g/h~800g/h，搭接率30%~40%。

本發明所述制備方法的優選技術方案為，所述激光熔覆沉積制造技術的工藝為，激光功率2000W~3000W，光斑直徑φ3mm，激光掃描速度6mm/s~12mm/s，[y1] 沉積效率為500 g/h~700 g/h，搭接率30%~40%。

本發明所述制備方法的優選技術方案為，所述熱處理工藝為300℃~550℃到溫入爐，保溫30min~120min，空冷。