[发明专利]一种含氮无镍不锈钢及其粉末冶金成形工艺

说明书

技术领域

本发明涉及不锈钢生产领域，特别是涉及一种含氮无镍不锈钢及其粉末冶金制备工艺。

背景技术

目前广泛使用的镍铬奥氏体不锈钢存在着以下主要问题：(1)硬度偏低，无法进行相变强化，耐磨性较差；(2)不锈钢产量的快速增长及品种结构的不合理，导致镍资源严重短缺，价格不断上涨，成本压力加大；(3)含镍不锈钢作为人体植入体和各种人体直接接触的器械会产生“镍敏”效应，对人体健康造成损害。这些不利因素限制了含镍不锈钢的应用。因此，研究以其它元素取代镍制备资源节约型无镍不锈钢成为材料科学工作者努力寻求的一个新领域。氮能够代替奥氏体不锈钢中的镍，节约资源，环境友好，经济环保。含氮奥氏体不锈钢已经成为未来可持续发展的首选材料。

高氮不锈钢的制备方法主要有熔炼法和粉末冶金方法。通过高压熔炼能够获得高的氮含量和高强高韧高氮不锈钢材料，但高压熔炼方法设备复杂、投资大，发展受到限制，所制得含氮无镍不锈钢材料的氮元素分布不均匀，容易产生偏析现象。文献Simmons J W.Overview：high-nitrogen alloying of stainless steels[J].Materials Science and Engineering，1996，A207：159-169和文献Simmons J.W，Kemp W E，Dunning J S.The PM processing ofhigh-nitrogen stainless steels[J].JOM，1996，48(4)：20-23分析了粉末冶金制备高氮不锈钢能够细化晶粒、减少成分和组织偏析，获得均匀的合金组元和氮的分布，能较为容易地获得更高氮含量，可以实现近终成形，还可制备利用铸锻方法难以制造的高氮不锈钢制品。而且此方法工艺灵活、资金投入少，成本较低。

文献[李松林，曲选辉，李益民，黄伯云.国外注射成形不锈钢研究的进展[J].粉末冶金工业，2001，11(3)：18-20]和文献[Tandon R，Simmons JW，Russell J H，Covino B S.Properties of high-strength nitrogen-alloyed stainless steel consolidated by metal injectionmolding[J].Advances in Powder Metallurgy and Particulate Materials，1997，3(18)：123-134]报道了采用金属注射成形(Metal Injection Molding，简称MIM)的方法，可以生产出形状复杂、性能优良的不锈钢零件。其制品相对密度可达95％以上，且晶粒细小，组织均匀，其屈服强度、抗拉强度、韧性、耐腐蚀性等都高于或相当于铸造和锻造制品，并且MIM技术制品无须后续机加工或只需少量的机加工。但是MIM技术要求粉末的粒度<20μm，此种条件下容易获得高致密性的烧结体；而获得粒度极细气雾化粉末需要更高要求的高压设备，雾化制粉成本较大。

因此，为制得高性能、高致密性、复杂形状、高氮含量并且氮元素均匀分布的无镍不锈钢材料，降低整个工艺成本，需要对以较粗粉末为原料的粉末冶金MIM工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氮无镍不锈钢材料及其粉末冶金成形工艺，解决含镍不锈钢存在的镍价格昂贵以及医用含镍不锈钢对人体健康的危害等问题，获得了致密化程度高，力学性能、耐腐蚀性能优异的资源节约型无镍不锈钢材料，降低工艺成本。

本发明含氮无镍不锈钢的成分质量百分比为：Cr16.5％～17.5％，Mn10％～12％，Mo2.0％～2.5％，C≤0.02％，Si≤0.5％，P+S≤0.025％，N0.6％～1.0％，余量为铁及微量杂质。