[发明专利]一种高氮合金钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高氮合金钢及其制备方法，属于铁基合金的制造技术领域。本发明的高氮合金钢的制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：1)将混合原料粉体进行机械合金化处理，得到复合粉体；所述混合原料粉体包括氮化物粉体、碳源粉体和铁粉；所述碳源粉体为碳化物粉体、碳粉中的至少一种；2)将所得的复合粉体压制成型、烧结，冷却，即得。本发明的高氮合金钢的制备方法，将机械合金化、粉末冶金工艺有机结合，能够快速、高效地获得高氮合金钢，并有效降低生产成本；并且氮化物颗粒弥散分布，对位错、晶界起到钉扎作用，有效提高基体强度及硬度，控制晶粒长大，最终获得高性能的高氮合金钢。

技术领域

本发明涉及一种高氮合金钢及其制备方法，属于铁基合金的制造技术领域。

背景技术

传统观念认为，氮在钢中为有害元素，可能会导致钢的脆性断裂。到20世纪初，氮在钢中的有利作用才被发现，特别是在二战时期，由于金属镍的缺乏，科研人员将锰与氮元素相配合来代替昂贵的镍元素以达到稳定钢中的奥氏体的目的。近年来，随着人们对钢中氮元素研究的不断深入，氮元素在钢中的作用越来越受到重视。

氮是强烈的奥氏体稳定元素，不仅如此，氮还可以大幅扩大奥氏体相区，氮的稳定奥氏体能力仅次于碳，约为镍的18倍。氮在钢中的强化作用与碳类似，均为固溶强化，但氮能够引起基体更高的畸变，因此，氮的强化作用要大于碳。此外，碳过高时容易在晶间析出碳化物，降低材料的韧性及抗腐蚀能力，氮则不存在这类问题。

但是，氮在铁素体中的溶解度很小，在钢液凝固过程中必然会从基体中溢出，因此，很难通过传统的熔炼方法得到高氮钢，目前常见做法是通过提高钢中固氮元素如铬、锰、镍等的含量，或通过提高凝固过程中氮气分压来提高氮在钢中的溶解度。如授权公告号为CN104862447B的中国发明专利公开了一种高氮钢的制备方法，是将奥氏体不锈钢在真空下加热至熔化后，控制钢液的过热度，充入氮气，待金属液中氮达到饱和后开始冷却；将金属冷却到半固态温度区间内进行保温，保温结束后，随炉冷却至室温得到高氮钢。以上两种办法或需要加入较多的贵重合金元素，或需要特殊的加压熔炼装置，使得高氮钢的制造成本及制造工艺的复杂程度均高居不下。

发明内容

为了克服传统熔炼工艺制备高氮合金钢工艺难度大、生产成本高的问题，本发明提供了一种高氮合金钢的制备方法。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的高氮合金钢。

为了实现以上目的，本发明的高氮合金钢的制备方法所采用的技术方案是：

一种高氮合金钢的制备方法，包括以下步骤：

1)将混合原料粉体进行机械合金化处理，得到复合粉体；所述混合原料粉体包括氮化物粉体、碳源粉体和铁粉；所述碳源粉体为碳化物粉体、碳粉中的至少一种；

2)将所得的复合粉体压制成型、烧结，冷却，即得。

本发明的高氮合金钢的制备方法，将机械合金化、粉末冶金工艺有机结合，通过机械合金化处理使混合原料粉体组织、成分均匀、粒径规则，然后再进行烧结能够快速、高效地获得高氮合金钢，并有效降低生产成本；将混合原料粉体进行机械合金化处理过程后，合金元素分布均匀，特别是氮元素作为合金元素加入低合金钢中，与基体形成固溶体，能够起到固溶强化的作用，有效提升低合金钢的强度；并且氮化物颗粒弥散分布，对位错、晶界起到钉扎作用，有效提高基体强度及硬度，控制晶粒长大，最终获得高性能的高氮合金钢；此外，还能大幅度提高低合金钢中的氮元素的含量，获得力学性能及耐腐蚀性能优异的高氮合金钢。