[发明专利]一种含氮不锈钢、部件制备方法及用途

说明书

为解决现有技术中存在的现有含氮不锈钢不适用于增材制造的技术问题，本发明实施例提供一种含氮不锈钢、部件制备方法及用途；含氮不锈钢以铁为基体元素，包括如下质量分数的合金元素：C 0.02‑0.09％、Si 0.2‑0.5％、Mn 6.5‑7.5％、Ni 10‑11％、Cr 18‑19％、Mo 0.9‑1.5％、N 0.08‑0.18％、V 0.25‑0.35％和Nb 0.25‑0.35％；部件制备方法包括采用感应炉熔炼的方式将所述含氮不锈钢制备成铸锭。所述含氮不锈钢或所述制备方法制备的铸锭在增材制造中的用途。本发明实施例通过各元素的合理搭配提高了含氮不锈钢在增材制造过程中的工艺稳定性，实现了高塑韧性含氮不锈钢的短流程一体化成形。

技术领域

本发明涉及一种含氮不锈钢、部件制备方法及用途。

背景技术

含氮不锈钢引入氮元素作为稳定奥氏体的主要合金元素之一，降低了相对贵重的Ni元素的使用量；除此之外，氮元素在对塑韧性影响较小的前提下，对于奥氏体不锈钢具有显著的固溶强化效果。得益于经济性优势和性能优势，含氮不锈钢在工业领域得到了广泛应用。

金属增材制造在高性能复杂结构件的一体化成形方面具有显著优势，目前在AlSi10Mg铝合金、TC4钛合金、316L不锈钢等材料上得到了广泛应用。但是，目前鲜有面向含氮不锈钢的增材制造研究工作。

现有研究结果表明，氮元素在不锈钢熔体中的溶解度随着温度升高而逐渐降低；不锈钢增材制造过程熔池最高温度通常超过2000℃，氮元素在过高温度下极易挥发烧损并诱发气孔和裂纹等缺陷。同时，现有不锈钢的晶粒细化依赖于锻造、挤压等过程，其在增材制造过程极易出现粗大柱状晶等组织缺陷，进而导致塑性、冲击韧性等性能指标显著下降。

因此，现有含氮不锈钢不适用于增材制造。

发明内容

为解决现有技术中存在的现有含氮不锈钢不适用于增材制造的技术问题，本发明实施例提供一种含氮不锈钢、部件制备方法及用途。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供一种含氮不锈钢，以铁为基体元素，包括如下质量分数的合金元素：C 0.02-0.09％、Si 0.2-0.5％、Mn 6.5-7.5％、Ni 10-11％、Cr 18-19％、Mo0.9-1.5％、N 0.08-0.18％、V 0.25-0.35％和Nb 0.25-0.35％。

进一步的，所述含氮不锈钢中其余杂质元素的质量分数的总和不高于0.4％。

其中，N元素过低起不到强化效果，N元素过高容易出现气孔等缺陷。针对增材制造工艺，本发明实施例的含氮不锈钢中N元素的质量分数为0.08-0.18％。

为了提高N元素在高温熔体中的溶解度，本发明实施例的含氮不锈钢引入了足量的Mn和Cr元素，其中Cr元素质量分数为18-19％，Mn元素质量分数为6.5-7.5％。基于Cr和Mn的耦合作用，显著提高了增材制造过程的工艺稳定性和增材制造含氮不锈钢的致密度。

本发明实施例的含氮不锈钢中Si的质量分数为0.2-0.5％。针对增材制造粉末比表面积远高于传统铸锻零件的特点，本发明实施例的含氮不锈钢限定了Si元素的最低限量为0.2％，以起到脱氧和抗氧化的作用。同时，Si元素是铁素体形成元素，为了提高本发明实施例的含氮不锈钢的奥氏体稳定性，Si元素的最高限量为0.5％。

针对增材制造样件中极易出现粗大柱状晶的问题，本发明实施例的含氮不锈钢引入了V和Nb元素。V和Nb元素的质量分数下限为0.25％，从而起到抑制柱状晶生长和一定的晶粒细化作用。V和Nb元素的上限为0.35％，以防止过量氮化物的形成，减少V和Nb对氮元素的消耗。