[发明专利]一种高氮节镍奥氏体不锈钢构件制备方法

说明书

本发明提供了一种高氮节镍奥氏体不锈钢构件制备方法，该方法以现有国家标准含氮奥氏体‑铁素体型不锈钢S21953、S22253、S22053、S23043、S22553、S22583、S25554、S25073、S27603粉末为基础，通过原位添加MnN激光增材制造制备高氮节镍奥氏体不锈钢构件，以解决现有高氮节镍奥氏体不锈钢构件传统制备过程复杂，成本高，周期长等问题，而激光增材制造粉末原料难以获得等问题，专用高氮节镍奥氏体不锈钢成分开发不成熟等问题，属于增材制造领域。

技术领域

本发明涉及一种高氮节镍奥氏体不锈钢构件制备方法，具体涉及高氮节镍奥氏体不锈钢成分配比设计及高氮节镍奥氏体不锈钢构件激光增材制造制备工艺，属于增材制造领域。

背景技术

奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，因其优异的机械性能与耐腐蚀性成为了应用最广泛的结构工程合金。奥氏体不锈钢通常以Ni(含量约8％～25％)作为奥氏体的形成和稳定元素，其奥氏体形成能力可用铬镍当量比Cr_eq/Ni_eq进行预测(Cr_eq＝％Cr+1.5×％Si+％Mo，Ni_eq＝％Ni+30×(％C+％N)+0.5×％Mn),其中Cr_eq/Ni_eq1.25时能得到完全奥氏体组织。

但是，Ni是我国重要的战略资源，且成本高，生物相容性较差，如何利用其它元素替代Ni获得奥氏体不锈钢成显得日益重要。由镍当量计算公式可知，N的奥氏体形成能力是Ni的30倍，是强奥氏体形成和稳定元素，且氮作为间隙原子起固溶强化和细晶强化作用。因此，“以氮替镍”具有低成本、高强度、高韧性、高耐腐蚀以及优异的生物相容性等优点的高氮节镍奥氏体不锈钢是传统Cr～Ni不锈钢的理想替代品，在国防军工、能源化工、交通运输、医疗器械等领域具有良好的应用前景。

高氮节镍奥氏体不锈钢中氮的质量分数超过0.4％，然而氮在钢各相中的平衡溶解度较低(γ奥氏体相为2.8wt.％，L液相为0.04wt.％，δ铁素体相为0.0128wt.％)。因此，目前高氮节镍奥氏体不锈钢通常采用高压熔炼等方式制备，常规高压制造过程较为复杂，以及高氮节镍奥氏体不锈钢高强高硬难以通过传统方法加工出复杂构件，限制了其发展和应用。

激光增材制造作为新兴的制造技术，采用逐层累加的方式可以实现三维复杂结构零件的快速制造，是高氮节镍奥氏体不锈钢构件制备最有潜力的研究方向之一。但是，现有工艺难以通过低成本制备得到氮含量较高的激光增材制造用高氮节镍奥氏体不锈钢粉末，且市场上暂无各类标准牌号的高氮节镍奥氏体不锈钢商用粉末。因此，如何获得高氮含量不锈钢粉末是激光增材制造高氮节镍奥氏体不锈钢的前提和成功制备高氮节镍奥氏体不锈钢构件的关键。

以现有国家标准牌号的含氮/高氮不锈钢(奥氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、沉淀硬化型不锈钢)添加氮化物作为氮源制备高氮节镍奥氏体不锈钢是一种有效途径途径。但是，不锈钢钢中C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、Al、Ti等元素含量对奥氏体相的形成、铬镍当量、氮溶解度、碳化物、碳化物等的形成具有重要影响，如何在诸多的含氮/高氮不锈钢中选择合适的牌号，以及选择何种氮化物并确定添加比例至关重要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高氮节镍奥氏体不锈钢构件制备方法，以解决现有高氮节镍奥氏体不锈钢构件传统制备过程复杂，成本高，周期长等问题，而激光增材制造粉末原料难以获得等问题，专用高氮节镍奥氏体不锈钢成分开发不成熟等问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种高氮节镍奥氏体不锈钢构件制备方法，该方法是以现有国家标准含氮奥氏体-铁素体型不锈钢S21953、S22253、S22053、S23043、S22553、S22583、S25554、S25073、S27603粉末为基础，通过原位添加MnN激光增材制造制备高氮节镍奥氏体不锈钢构件。