[發明專利]一種3D打印用雙相不銹鋼粉末及其制備和打印方法

有效

• 申請號: 202111492875.4
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114107827B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 向紅亮;俞榮鑫
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;B22F1/065;B33Y70/00;B22F9/08;B33Y10/00;C22C33/02;B22F10/28
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 俞舟舟;蔡學俊

本發明公開了一種3D打印用雙相不銹鋼粉末及其制備和打印方法。粉末的化學成分按質量百分比分為：C≤0.02%、Si≤0.45%、Mn≤1.0%、S≤0.02%、P≤0.03%、Ni：4.5~6.5%、Cr：21~23%、Mo：2.5~3.5%、N：0.1~0.3%，余下成分為Fe以及不可避免的雜質。本發明的制造工藝包括：采用真空感應爐制備母合金，真空感應熔煉氣霧化法制粉，超聲波振動篩分粉末，選區激光熔化成形零件。本發明具有粉末純度高、球形度好，3D打印過程中變形小無開裂，打印成品力學性能好等特點，滿足裝備制造業，航天航空，海洋工程，汽車工業等相關領域對高品質鋼的需求，具有顯著的經濟和社會效益。

技術領域

本發明屬于金屬材料及3D打印技術領域，具體涉及一種3D打印用雙相不銹鋼粉末及其制備和打印方法。

背景技術

雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，DSS）兼具鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優點，具有良好的綜合力學性能和優秀的耐腐蝕性能，廣泛運用于石油化工、裝備制造業、航天航空、海洋工程、汽車工業等行業。隨著工業的高速發展，對高品質雙相不銹鋼的需求日益增長，開發高品質雙相不銹鋼在復雜零件上的應用技術已成為時下的研究熱點。

選區激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術是基于計算機系統構建的三維模型，采用激光作為能量源，由下而上逐層累積材料以成形實體零件的工藝過程。其在成形金屬零件上具有顯著優勢，如成形件致密度高，機械性能優異；成形件尺寸精度高，能直接成形復雜精密結構；原料利用率高等優勢，已廣泛應用于航空航天、汽車工業等領域。因此，采用選區激光熔化技術成形雙相不銹鋼為成形高品質雙相不銹鋼指出了一條新方向，極大推動了雙相不銹鋼在寬領域、深層次的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印用雙相不銹鋼粉末及其制備和打印方法，通過母合金設計以及適當的制粉工藝，制備出一種3D打印用雙相不銹鋼粉末，并通過合理的3D打印工藝成形材料。為實現上述目的，本發明采用如下技術路線：

所述的雙相不銹鋼粉末的成分及其質量百分比為：C≤0.02%、Si≤0.45%、Mn≤1.0%、S≤0.02%、P≤0.03%、Ni：4.5~6.5%、Cr：21~23%、Mo：2.5~3.5%、N：0.1~0.3%，其余為Fe以及不可避免雜質。

下面，對本發明的3D打印用雙相不銹鋼粉末的化學成分作用作詳細敘述：

C：C元素具有提高雙相不銹鋼強度以及擴大奧氏體相區的作用，但對雙相不銹鋼的塑韌性以及耐蝕性有不利影響。因此，碳含量應控制在0.02%以下。

Si：Si元素具有提高雙相不銹鋼耐蝕性的作用，但過高的Si含量會使鋼加快析出有害相如σ相，導致材料使用性能下降。因此，硅含量應控制在0.45%以下。

Mn：Mn元素具有穩定奧氏體相和改善雙相不銹鋼熱塑性的作用，能部分代替Ni元素，從而降低生產成本，但過高的Ni含量會促進σ等有害相形成并損害鋼的耐蝕性。因此，錳含量應控制在1.0%以下。

S和P：S元素和P元素會顯著降低雙相不銹鋼的塑韌性和焊接性能。因此，硫含量和磷含量應分別控制在0.02%以及0.03%以下。

Ni：Ni元素具有強促進奧氏體形成的作用，對于維持雙相不銹鋼的相平衡有重要作用，但市場上鎳的價格較高。綜合考慮，鎳含量應控制在4.5~6.5%。

Cr和Mo：Cr元素和Mo元素都具有穩定鐵素體相和改善雙相不銹鋼耐蝕性的作用，但兩者含量過高時會使雙相不銹鋼中脆性相析出增多，影響鋼的使用性能。綜合考慮，鉻含量應該控制在21~23%，鉬含量應該控制在2.5~3.5%。

N：N元素具有強穩定奧氏體的作用，可部分替代Ni，進一步降低雙相不銹鋼的生產成本。因此，氮含量應該控制在0.1~0.3%