[发明专利]一种节镍高氮奥氏体不锈钢制品的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢制造技术领域，尤其涉及一种节镍高氮奥氏体不锈钢制品的制备方法。

背景技术

目前节镍型高氮不锈钢的制备方法主要有高压熔炼法和粉末冶金法。高压熔炼包括热等静压熔炼、加压感应熔炼、加压等离子熔炼、加压电渣重熔等工艺，虽能获得高的氮含量和强韧性，但所需设备复杂、投资巨大，工艺控制较困难，阻碍了它们的工业化发展和应用。与高压熔炼相比，粉末冶金生产高氮钢具有很多优势，如设备简单，成本低，细晶强化、弥散物强化等强化了材料性能，另外氮在固态奥氏体不锈钢中的固溶度远大于在液态中的溶解度，因而粉末冶金固态渗氮工艺已成为当前高氮钢制备领域的热点之一。但传统的粉末冶金模压-烧结工艺只能压制形状比较简单的不锈钢零部件，且其密度、力学和耐蚀性能都不高，因而并不适合形状复杂的高性能节镍高氮不锈钢制品的制备。

金属注射成形作为当今最先进的粉末冶金近终成形技术，在低成本、大批量生产具有三维复杂几何形状、高性能、高精度的产品方面具有独特的优势，还可以完全实现自动化连续作业，被认为是未来最具发展潜力的高氮钢工业化制备技术之一。目前金属注射成形制备高氮节镍不锈钢的一般工艺路线为：首先通过惰性气体雾化技术获得球形的不锈钢原料粉末，然后将不锈钢粉末与粘结剂混合制成喂料并进行注射成形得到预成形坯，经脱脂后在氮气氛中进行烧结和氮化得到高氮不锈钢制品。然而上述工艺的缺点在于气雾化制粉的成本较高，细粉产出率低，粉末的粒度难以准确控制，此外烧结氮化过程中由于受到氮原子扩散动力学的影响，氮的分布往往不够均匀，且难以获得很高的烧结密度，从而影响不锈钢的组织和性能。

球磨技术是制备高氮节镍不锈钢粉末的一个有效途径，通过原始粉末与含氮介质(如氮气，氨水、氮化物等)之间发生固-气、固-液或固-固反应，形成非平衡态的高氮过饱和固溶体超细粉末甚至纳米晶粉末，由于粉末内部存在大量的晶格畸变和晶体缺陷，烧结活性较高，容易获得高的烧结致密度和性能。近年来，利用球磨技术制备出了多种超细、超饱和氮的高氮钢粉末，然而其颗粒形状多为不规则片状或多角形，表层氧含量及硬度高，粉末流动性和摇实密度很低，成形性较差，不能满足后续金属注射成形的工艺需要，只能采用热等静压、热挤压、粉末锻轧等复杂昂贵的工艺进行成形，难以实现工业化大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节镍高氮奥氏体不锈钢制品的制备方法，旨在解决现有节镍型高氮不锈钢的制备方法存在设备要求高、氮分布不均匀、成形较差等问题。

本发明是这样实现的，一种节镍高氮奥氏体不锈钢制品的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原材料在氮气环境下用Φ7～Φ9mm的钢球以400～500r/min转速球磨12～72h，得到球形粉末，其中，所述原材料与钢球的球料比为(10∶1)～(14∶1)；

(2)将步骤(1)得到的高氮节镍不锈钢球形粉末与黏结剂按体积比(54～60)∶(40～46)混合后在混炼机中混炼得到注射喂料，其中，混炼温度为175～185℃，混炼时间为60～90min；将所述注射喂料在注塑机中进行注射成形，得到形状无缺陷的成形坯，其中，注射温度为180～190℃，注射压力为80～120MPa；

(3)将步骤(2)得到的成形坯在催化脱脂炉中且在氮气和HNO₃气体环境下进行脱脂，得到脱脂坯体，其中，脱脂温度为120℃～130℃，脱脂时间为4～6h；

(4)将步骤(3)得到的脱脂坯体置于真空管式炉中顺序进行残余黏结剂的脱除处理，烧结致密化处理，以及固溶热处理，得到节镍高氮奥氏体不锈钢制品。

优选地，在步骤(1)中，所述原材料为铁粉、铬粉、锰粉、钼粉和石墨粉按质量比(66～72)(16～18)∶(10～12)∶(2.0～3.5)∶(0.1～0.3)混合均匀后得到。

优选地，所述铁粉、铬粉、锰粉、钼粉和石墨粉的粒度均为200目。

优选地，在步骤(1)中，所述球料比为10∶1；在步骤(1)中，所述铁粉、铬粉、锰粉以及钼粉的纯度均不小于99.0％；在步骤(1)中，所述氮气流量为1.0～1.5L/min。

优选地，在步骤(2)中，所述黏结剂包括以下按质量份计各组分：

优选地，在步骤(3)中，所述氮气的通入速度为400～500mL/min，所述HNO₃气体通入速度为0.05～0.10mL/min。

优选地，所述残余黏结剂的脱除处理包括以下步骤：