[發明專利]低溫服役環境下3D打印用高強不銹鋼粉末及制備工藝

有效

• 申請號: 201810714496.7
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108588582B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 王長軍;梁劍雄;劉振寶;楊志勇;蘇杰;楊卓越;孫永慶;李文輝;曹呈祥;寧靜;雍兮;胡家齊
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 11207 北京華誼知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉月娥<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.低溫服役環境下3D打印用高強不銹鋼粉末，其特征在于，該粉末的化學成分按重量百分比為：C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.015％、N：≤0.010％，余量為Fe及不可避免的雜質；

基于上述粉末成分，經SLM增材制造與熱處理后，標準件室溫抗拉強度達到1300MPa，屈服強度達到1250MPa，延伸率超過15％，斷面收縮率超過60％的前提下，室溫夏比U型沖擊功達到160J以上，-196℃沖擊功仍保持在80J以上；

該低溫服役環境下3D打印用高強不銹鋼粉末的制備工藝如下：

(1)母合金制備：采用真空感應冶煉+真空自耗重熔制備母合金，母合金成分為C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.0025％、N：≤0.003％，余量為Fe及不可避免的雜質；隨后將母合金鍛造或軋制成φ50mm、φ75mm合金棒材，經過扒皮、打孔攻絲處理后制成PREP制粉用合金棒材；

(2)PREP制粉：霧化室抽真空后，向霧化室充入純度99.995％以上的高純氬氣與99.995％以上高純氦氣的混合氣體，氬和氦配比為4～8:1，制粉工藝參數為電機棒轉速15000～20000r/min，等離子鎢極槍加載1000～1800A電流起弧，等離子弧距控制在3～8cm，合金棒進料速度為0.5～2.0mm/s；所制備的金屬粉末化學成為C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.015％、N：≤0.010％，余量為Fe及不可避免的雜質；

(3)粉末篩分與收集：將集粉罐中的粉末進行機械振動篩分，15～53μm粉末用于激光選區熔化，50～100μm粉末用于電子束熔融50～150μm粉末用于激光工程化凈成形，同時對篩分好的金屬粉末進行抽真空密封包裝；

(4)基于SLM技術的標準件制備：將所發明的15～53μm粒度范圍的高強度不銹鋼金屬粉末放入SLM激光增材制造設備中進行力學性能標準件制備，激光打印的工藝參數為：光斑直徑70～100μm、激光功率200～300W、掃描速度800～1200mm/s，道次間距80～120μm，單層鋪粉厚度20～30μm，此打印工藝可使零部件的致密度達到99.9％以上；

(5)標準件熱處理：增材制造后的標準件需經固溶+深冷+時效熱處理：固溶溫度為700～800℃，保溫時間1～2小時，空冷或水冷至室溫；深冷溫度為-70～-80℃，保溫時間2～4小時，空冷至室溫；時效溫度為480～540℃，保溫時間為3～5小時，空冷到室溫。

2.一種權利要求1所述的低溫服役環境下3D打印用高強不銹鋼粉的制備工藝，其特征在于：

(1)母合金制備：采用真空感應冶煉+真空自耗重熔制備母合金，母合金成分為C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.0025％、N：≤0.003％，余量為Fe及不可避免的雜質；隨后將母合金鍛造或軋制成φ50mm、φ75mm合金棒材，經過扒皮、打孔攻絲處理后制成PREP制粉用合金棒材；

(2)PREP制粉：霧化室抽真空后，向霧化室充入純度99.995％以上的高純氬氣與99.995％以上高純氦氣的混合氣體，氬和氦配比為4～8:1，制粉工藝參數為電機棒轉速15000～20000r/min，等離子鎢極槍加載1000～1800A電流起弧，等離子弧距控制在3～8cm，合金棒進料速度為0.5～2.0mm/s；所制備的金屬粉末化學成為C：≤0.02％、Si：≤0.5％、Mn：≤0.5％、P：≤0.01％、S：≤0.003％、Cr：10.0～12.5％、Ni：7.5～9.5％、Mo：2.5～3.5％、V：0.05～0.15％、Co：4.0～6.0％、O：≤0.015％、N：≤0.010％，余量為Fe及不可避免的雜質；

(3)粉末篩分與收集：將集粉罐中的粉末進行機械振動篩分，15～53μm粉末用于激光選區熔化，50～100μm粉末用于電子束熔融50～150μm粉末用于激光工程化凈成形，同時對篩分好的金屬粉末進行抽真空密封包裝；

(4)基于SLM技術的標準件制備：將所發明的15～53μm粒度范圍的高強度不銹鋼金屬粉末放入SLM激光增材制造設備中進行力學性能標準件制備，激光打印的工藝參數為：光斑直徑70～100μm、激光功率200～300W、掃描速度800～1200mm/s，道次間距80～120μm，單層鋪粉厚度20～30μm，此打印工藝可使零部件的致密度達到99.9％以上；

(5)標準件熱處理：增材制造后的標準件需經固溶+深冷+時效熱處理：固溶溫度為700～800℃，保溫時間1～2小時，空冷或水冷至室溫；深冷溫度為-70～-80℃，保溫時間2～4小時，空冷至室溫；時效溫度為480～540℃，保溫時間為3～5小時，空冷到室溫。