[发明专利]C-N-O过饱和固溶马氏体不锈钢粉末及制备、熔覆方法

说明书

C‑N‑O过饱和固溶马氏体不锈钢粉末及制备、熔覆方法，涉及激光增材及再制造技术领域。该粉末所含元素及各元素的重量份数如下：C：0.18～0.23份；N：0.09～0.12份；Si：0.75～0.90份；Cr：12.0～14.0份；Mn：0.80～0.95份；Ni：1.30～1.80份；Al：0.45～0.55份；V：0.22～0.30份；O：0.045～0.055份；Fe：81.1～84.16份。将上述元素按比例真空熔炼后，采用高纯氮气气雾化即得。基于该粉末的熔覆激光成型层的方法，步骤如下：1，原材料处理；2，参数设定；3，熔覆激光成型层。本发明利用激光快冷诱导非平衡相变，C‑N‑O三种间隙原子过饱和固溶于体心结构中，形成马氏体，并通过短程迁移形成较低能量状态的自组织间隙原子短程组合单元。

技术领域

本发明涉及激光增材及再制造技术领域，特别是一种C-N-O过饱和固溶马氏体不锈钢粉末及制备、熔覆方法。

背景技术

机械设备中的关键承力件通常在特定的工况下工作，其所使用的材料通常要求具有高的强韧性及与服役工况条件相适应的热稳定性及耐腐蚀性。为了提高效率实现节能减排，对关键承力件的载荷重量比提出了更高的要求，超高强度钢在有载荷重量比要求的领域应用越来越多。

随着激光制造技术的不断进步，激光增材制造与再制造超高强韧关键承力钢件引起了人们的普遍关注，是一个重要的发展方向。但目前激光增材制造与再制造超高强韧关键承力钢件所用的粉末材料存在以下两点不足：

1、激光增材制造与再制造超高强韧关键承力钢件所用的金属粉末与超高强度钢所使用的材料成分相近，所采取的热处理也相近，因此激光增材制造与再制造超高强钢所采用的热处理工艺流程较多、过程工艺参数窗口区间较小，特别不适应于现场工况的再制造要求；

2、现有激光增材制造与再制造超高强钢所用的合金粉末要求氮、氧等元素的含量极低(氧是在钢的凝固过程中偏析倾向最严重的元素之一，在钢液的凝固和随后的冷却过程中，氧的溶解度急剧下降，钢中原溶解的绝大部分氧以铁氧化物、硫氧化物等微细夹杂物的形式在晶界处富集，这些微细夹杂物会造成晶界脆化，降低钢材的延性、冲击韧性、抗疲劳破坏性能；对低碳钢来说,氮含量过高会析出Fe₄N,导致时效和蓝脆等现象,易在钢中形成针孔缺陷和导致组织疏松以及与钢中的铝等元素形成带棱角的脆性夹杂物，降低钢材的力学性能)，目前广泛使用且成本较低的真空熔炼气雾化制粉工艺不能满足超高强合金粉末要求氮、氧等元素的含量极低的要求，而采用机械合金化法在高纯氮气中进行球磨时会损害粉末的球形度，影响粉末的流动性，同时粉末难免会被氧化污染，故只能采用成本较高的等离子旋转电极融化法制备合金粉末，导致材料价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种C-N-O过饱和固溶马氏体不锈钢粉末及制备、熔覆方法，它解决了激光增材制造与再制造超高强钢热处理工艺较多，不适应现场工况以及其粉末制备成本高昂的问题。

本发明的技术方案是：C-N-O过饱和固溶马氏体不锈钢粉末，其所含元素及各元素的重量份数如下：C：0.18～0.23份；N：0.09～0.12份；Si：0.75～0.90份；Cr：12.0～14.0份；Mn：0.80～0.95份；Ni：1.30～1.80份；Al：0.45～0.55份；V：0.22～0.30份；O：0.045～0.055份；Fe：81.1～84.16份。

适当含量的C元素能起到明显的间隙固溶强化作用，使成型层的力学性能上升，但当C含量过高时，C、Fe、Cr形成的碳化物(Cr,Fe)₂₃C₆聚集在晶界处，造成晶界应力集中，同时共晶点左移，碳化物M₂₃C₆与残余奥氏体发生共晶转变生成莱氏体，从而使得成型层力学性能下降；

适当含量的Si元素能提高淬火后残余奥氏体的含量，并能抑制碳化物的析出与长大，但当Si含量过高时会增加钢的回火脆性；