[發(fā)明專利]低溫服役環(huán)境下3D打印用高強(qiáng)不銹鋼粉末及制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810714496.7
• 申請(qǐng)日: 2018-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108588582B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王長(zhǎng)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?kù)o;雍兮;胡家齊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105
• 代理公司: 11207 北京華誼知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉月娥<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

一種低溫服役環(huán)境下3D打印用高強(qiáng)不銹鋼粉末及制備工藝，屬于增材制造用金屬材料領(lǐng)域。該粉末的化學(xué)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(zhì)。制造工藝：母合金制備，等離子旋轉(zhuǎn)電極制粉，粉末篩分與收集。優(yōu)點(diǎn)在于，經(jīng)SLM增材制造與配套熱處理后，發(fā)明粉末制備的標(biāo)準(zhǔn)件具備了極為優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，特別是低溫韌性。可直接作為低溫與航天工程領(lǐng)域3D打印用高性能復(fù)雜精密零件的粉末耗材，也可推廣至醫(yī)療、海洋工程等相關(guān)領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造用金屬材料領(lǐng)域，特別是提供了一種低溫服役環(huán)境下3D打印用高強(qiáng)不銹鋼粉末及制備工藝。

背景技術(shù)

增材制造(3D打印)具有不受零件復(fù)雜程度約束、材料利用率高與顯著縮短研制周期等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已成為未來(lái)最具潛力的制造技術(shù)之一。但是相比于增材制造技術(shù)最為領(lǐng)先的美國(guó)而言，國(guó)內(nèi)金屬3D打印技術(shù)還有較大差距，其中3D打印金屬粉末耗材供給不足已成為制約其在我國(guó)發(fā)展的最主要障礙之一。由于增材制造技術(shù)的特殊性，金屬粉末耗材在整個(gè)制造過(guò)程中起到了決定性的作用。國(guó)內(nèi)目前受制粉設(shè)備與技術(shù)所限，高球形度細(xì)粒徑粉末制備困難，粉末的氧含量與雜質(zhì)物含量較高，最終導(dǎo)致了3D打印制品性能較差。這已嚴(yán)重限制了增材制造產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)的做大做強(qiáng)，因此研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并具備批生產(chǎn)能力的高品質(zhì)金屬粉末耗材已迫在眉睫。

目前增材制造球形金屬粉末的制備技術(shù)主要包括：惰性氣體霧化(簡(jiǎn)稱“氣霧化”)、等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化(PREP)、旋轉(zhuǎn)盤(pán)霧化、等離子熔絲霧化及等離子球化等。相比其他制粉技術(shù)，PREP法制備的球形金屬粉末具有空心粉少、無(wú)氣體夾雜、球形度高、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，是制備高品質(zhì)球形金屬粉末的最有效技術(shù)手段之一，非常適用于作為3D打印高性能復(fù)雜精密零件的粉末耗材。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低溫服役環(huán)境下3D打印用高強(qiáng)不銹鋼粉末及制備工藝，通過(guò)合金成分、制粉工藝、打印工藝以及配套的熱處理工藝設(shè)計(jì)，制造出一種低溫服役環(huán)境下3D打印用高強(qiáng)不銹鋼粉末，以解決國(guó)內(nèi)增材制造領(lǐng)域，特別是低溫服役環(huán)境下高品質(zhì)金屬粉末耗材的選材瓶頸問(wèn)題。

本發(fā)明高強(qiáng)不銹鋼粉末的化學(xué)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(zhì)。

可見(jiàn)，相比于傳統(tǒng)不銹鋼金屬粉末化學(xué)成分而言，本發(fā)明添加了合金元素鉬、釩、鈷，同時(shí)控制了極低的氧、氮含量。其主要作用及配比如下：

鉬：鉬元素一方面可以改善基體組織的耐蝕性，特別是材料的抗點(diǎn)蝕性能。另一方面，在時(shí)效過(guò)程中還可以析出Fe2Mo、Ni3Mo、Mo2C等納米析出相，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性與二次硬化效應(yīng)。但過(guò)高的鉬含量會(huì)促進(jìn)δ鐵素體的形成，對(duì)性能產(chǎn)生不利影響。綜合考慮，本發(fā)明鉬含量為2.5～3.5％。

釩：釩元素可以在高溫形成VN粒子，從而釘扎晶界細(xì)化晶粒。同時(shí)在中溫還可以析出納米第二相，起到沉淀析出強(qiáng)化的作用，綜合考慮，本發(fā)明釩含量為0.05～0.15％。

鈷：鈷元素是本發(fā)明金屬粉末具有較高強(qiáng)度級(jí)別的最重要合金元素之一，其作用為抑制延緩馬氏體位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)回復(fù)，在保持基體強(qiáng)度的同時(shí)促進(jìn)更多納米析出相在時(shí)效過(guò)程中析出，但添加過(guò)多的鈷，會(huì)造成金屬粉末的成本顯著提高。綜合考慮，本發(fā)明的鈷含量為4.0～6.0％。