[發明專利]一種高強、高韌馬氏體沉淀硬化不銹鋼的制備方法

在審

• 申請號: 202110761340.6
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113477928A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 劉世鋒;魏鋼;王巖;魏瑛康;楊鑫
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F1/00;B22F10/28;B22F10/62;B22F10/64;B33Y10/00;B33Y40/10;B33Y40/20;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/42;C22C38/48
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 潘衛鋒

本發明公開了一種高強、高韌馬氏體沉淀硬化不銹鋼的制備方法，涉及冶金技術領域，包括S1、選粉：選用氣霧化制粉設備制成的粒度為35?55μm的馬氏體沉淀硬化不銹鋼粉末；S2、濕磨：所選的馬氏體沉淀硬化不銹鋼粉末與保護劑按照質量比3:1加入研磨機中進行研磨；S3、烘干：將馬氏體沉淀硬化不銹鋼濕粉放置在真空干燥設備內進行干燥；S4、打印：將馬氏體沉淀硬化不銹鋼干粉置入鋪粉式3D打印機中進行打印；S5、滲氮處理：對不銹鋼鋼坯進行滲氮處理；本發明在不銹鋼的滲氮處理中能夠有效去除不銹鋼表面形成的鉻基氧化物薄膜及鈍化膜，進而能夠有效提高滲氮效率。

技術領域

本發明涉及冶金技術領域，具體是涉及一種高強、高韌馬氏體沉淀硬化不銹鋼的制備方法。

背景技術

17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)是典型的馬氏體沉淀硬化鋼，具有高強度和優異綜合機械性能，廣泛應用于水輪機組和汽輪機葉片等過流部件。然而，在長期服役過程中遭受空泡潰滅對表面反復沖擊造成嚴重空蝕破壞，制約其長期穩定服役。研究表明17-4PH抵抗空蝕破壞能力主要和材料表面硬度、加工硬化能力、韌性、抗疲勞性能及表面質量等因素相關，其中表面韌性不足和加工硬化能力低是制約其抗空蝕性能提升的主要瓶頸。需要通過表面技術引入保護層或強化層均可提高抵抗空蝕破壞能力，進而制備出一種高強、高韌的馬氏體沉淀硬化不銹鋼。

因此，本專利從17-4PH微觀組織結構設計出發，采用選區激光熔化(SelectiveLaser Melting，SLM)技術構筑具有“心部馬氏體+表面馬氏體和部分殘余奧氏體”微觀梯度組織17-4PH，實現表面增韌以改善空蝕性能，同時揭示梯度微觀組織對空蝕破壞的影響規律和抑制機制。本研究對耐空蝕馬氏體不銹鋼的組織設計及拓寬增材制造技術應用領域有重要指導意義。

金屬3D打印工藝具有材料利用率高，易成型復雜結構，定制化生產等優點，適合于復雜模型級金屬零件的制造。其中，選區激光熔化成型技術是一種主流的金屬3D打印工藝，可以獲得復雜結構、組織致密、高尺寸精度和良好力學性能的零件，使工業生產中產品的靈活性得到了很大的提升。首先，進行三維模型的設計，并導入打印設備中；其次，將金屬粉末均勻鋪設于金屬基板上，粉末高度為30～50μm；然后，聚焦的激光按設定好的軌跡在金屬粉末表面移動，聚焦后的激光束產生很高的能量，輻射金屬粉末并形成尺寸微小的熔池。激光束移除之后，熔池快速冷卻凝固，在不同掃描方式下形成了具有特定長度和方向的單一凝固熔道。最終，單一熔道在同一平面形成完整的成形層，如此往復至零部件成形結束。

鋼的滲氮是使氮原子滲入鋼的表面，形成富氮硬化層的一種化學處理工藝。將工件放在含有活性氮的氣氛中，在一定的溫度和壓力下使氮原子滲入工件表面并向內擴散，在工件表面一定深度形成具有較高硬度的氮化層。滲入鋼中的氮一方面由表及里與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。與滲碳工藝相比，滲氮處理后，因為這些氮化物具有很高的硬度、特穩定性和很高的彌散度，因而可使滲氮后的鋼件得到更高的表面硬度和耐磨性，以及低摩擦系數，高疲勞強度、較高的抗咬合性和較高的抗蝕性，還有就是抗大氣和過熱蒸汽腐蝕能力、抗回火能力，并降低缺口敏感性。

所有的鋼鐵材料都能滲氮，但是對于不銹鋼，由于鋼中含有大量的鉻及其它合金元素，其表面會形成致密的鉻基氧化物薄膜及鈍化膜。鈍化膜在起耐蝕作用的同時，也會阻礙滲氮原子的滲入，降低滲氮效率，影響滲氮效果。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高強、高韌馬氏體沉淀硬化不銹鋼的制備方法。

本發明的技術方案是：一種高強、高韌馬氏體沉淀硬化不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：

S1：選粉

選用氣霧化制粉設備制成的粒度為35-55μm的馬氏體沉淀硬化不銹鋼粉末，所述馬氏體沉淀硬化不銹鋼粉末的球形度大于85％；

S2：濕磨