[发明专利]一种制备高氮无镍奥氏体不锈钢的方法及其产物

说明书

本发明公开了一种制备高氮无镍奥氏体不锈钢的方法及其产物，具体包括：将无镍不锈钢前驱体在氮气气氛中烧结渗氮，所述烧结渗氮结束后冷切至1050‑1250℃后切换为非氮气的惰性气体气氛中继续进行冷却。其中无镍不锈钢前驱体由金属注射成型工艺或粉末冶金工艺等制备。本发明对于使用粉末冶金、金属注射成型等工艺制备高氮无镍奥氏体不锈钢，在烧结渗氮后，不需要进行热处理工艺就能获得和热处理工艺相似的组织和性能。可以提高生产效率，减少工序，节约资源和能源。

技术领域

本发明属于奥氏体不锈钢技术领域，具体涉及一种制备高氮无镍奥氏体不锈钢的方法及其产物。

背景技术

高氮无镍奥氏体不锈钢具有无磁，力学性能、耐腐蚀性能优良、生物相容性好等特点，被广泛应用于各行各业，例如发电厂、造船、铁路、低温过程、化工设备、压力容器、生物工程、石油和核工业等。与普通级别的钢相比，高氮奥氏体钢有如此多的应用场合，主要是由于它拥有诸多优点：(1)高的屈服强度、抗拉强度和断裂韧性；(2)高强韧性的结合：(3)高的应变硬化潜力：(4)无应变诱导马氏体相变；(5)低的磁导率；(6)优越的抗腐蚀性能。目前，国内外制备高氮钢的方法主要分为2大类，高压熔炼铸造法和粉末冶金法。高压熔炼法包括：热等静压法，加压感应炉熔炼法，加压等离子法，加压电渣重熔法。粉末冶金方法包括：加压气雾化法，高温高压扩散法(如热等静压渗氮)，流态化床反应器或旋转炉中进行渗氮和机械合金化法。相比于铸造方法，粉末冶金的方法具有众多优势：(1)粉末冶金烧结方法可获得细小的晶粒组织；(2)可用常压下的渗氮获得高氮含量，高氮奥氏体不锈钢冷却至室温时无氮的逸出；(3)析出物分布弥散均匀，尺寸细小，可避免粗大析出物的有害作用；(4)工艺简单，成本低，可操作性强。目前使用粉末冶金、MIM等技术制备高氮无镍奥氏体不锈钢均存在烧结渗氮后氮含量不均匀的问题，即氮含量沿着试样端面是不均匀的。现阶段采用的解决方法一般为进行固溶处理，即将烧结渗氮试样重新进行加热，然后在高温进行均匀化，随后淬火抑制扩散，保留均匀的高温成分和组织。但这种方法需增加热处理工序，降低生产效率，提高能源损耗。因此本发明提出一种不需要进行热处理，只需在渗氮后将多余的氮释放、重新获得均匀氮含量的方法。

无论是传统粉末冶金方法还是MIM方法制备高氮无镍奥氏体不锈钢，烧结渗氮后均存在氮含量不均匀的问题，因为在渗氮过程中，氮原子的溶入都是从样品表面开始的，并逐渐扩散至样品内部。而随着渗氮过程的进行，表面的氮含量会一直高于内部，直至表面氮含量达至平衡，然而这时渗氮速率又会急剧下降，因此试样内部很难达到氮平衡，从而整个试样很难达到氮平衡。目前最常见的解决方法是对渗氮后的样品进行热处理，最常用的热处理方法为固溶处理，但是热处理方法需要重新加热至1000℃以上，从而增加了一道工序，降低了生产效率并且浪费能源、增加成本。

崔大伟等人研究了固溶处理对注射成型高氮无镍奥氏体不锈钢组织性能的影响(崔大伟,李科,曲选辉.固溶处理对注射成型Cr17Mn11Mo3N不锈钢组织性能的影响[J].金属热处理,2008(02):1-4、Cui,Qu,Guo,Li.Sintering optimisation and solutionannealing of high nitrogen nickel free austenitic stainless steels preparedby PIM[J].Powder Metallurgy,2010,53(1))，结果表明烧结渗氮后试样不能得到单相奥氏体组织，只有经1150℃固溶处理90min后才能得到单相奥氏体组织。这样就需要将烧结渗氮后的试样重新加热至1150℃并保温90min，增加了热处理工艺。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种不需要进行热处理从而获得具有均匀氮含量的高氮奥氏体不锈钢的方法，只需要在渗氮后进行气体的更换，从而使试样表面多出的氮优先逸出，从而获得较为均匀的氮含量和奥氏体组织。该方法能获得和经过热处理工艺处理后的样品相似的力学性能和组织，但是可以节省时间、提高效益、节约能源。