用于生产双相烧结不锈钢的不锈钢粉末制造技术

本发明专利技术的实施方案可提供适用于制造双相烧结不锈钢的新型不锈钢粉末。本发明专利技术的实施方案还涉及生产不锈钢粉末的方法、双相烧结不锈钢以及生产双相烧结不锈钢的方法。

Stainless steel powder for producing duplex sintered stainless steel

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产双相烧结不锈钢的不锈钢粉末
本专利技术的实施方案可提供适用于制造双相烧结不锈钢(duplexsinteredstainlesssteel)的新型不锈钢粉末。本专利技术的实施方案还涉及生产不锈钢粉末的方法、双相烧结不锈钢以及生产双相烧结不锈钢的方法。背景双相不锈钢为业界所知已超过60年。它们以热处理过的铸造、锻造和气体雾化粉末形式在许多需要兼具高强度和高耐蚀性的用途中广泛使用。但是，它们现今无法以水雾化粉末形式供压制和烧结用途使用。双相不锈钢的常见用途包括化工厂管道、石油化学工业、发电厂和汽车。它们也用于食品加工工业、制药工艺组件、造纸和纸浆工业、海水淡化厂和采矿业。双相不锈钢以它们对在氯化物介质中的晶粒间腐蚀(intergranularcorrosion，IGC)和应力腐蚀开裂(stresscorrosioncracking，SCC)的高耐受性著称。氯化物是对铁基合金而言带来快速腐蚀介质的严峻挑战。相信由于存在等量的铁素体相和奥氏体相而获得双相不锈钢中的高强度和高耐蚀性质。此类结构通常使用平衡的奥氏体稳定剂，例如镍(Ni)、锰(Mn)、碳(C)、氮(N)、铜(Cu)和钴(Co)，和铁素体稳定剂，例如铬(Cr)、硅(Si)、钼(Mo)、钨(W)、钛(Ti)和铌(Nb)实现。如上文提到，双相不锈钢的高强度和高耐蚀性相信来自微结构中的铁素体和奥氏体的平衡。微结构不仅取决于化学，还取决于对该材料进行的热处理。所有双相钢组合物如今在化学中利用N，因为N是强的奥氏体稳定剂。N，当与Cr一起存在于合金中时，导致形成对如强度和耐蚀性的性质有害的氮化物的问题。此外，在焊接双相不锈钢的过程中，由于较慢的冷却速率，在热影响区(HAZ)中形成被称为“σ”的金属间相。这种σ相是含有Cr和Mo的硬质、过饱和、金属间相。σ相周围的区域被耗尽Cr和Mo并变得弱和较不耐腐蚀。双相不锈钢通常需要退火和淬火过程以减少或消除这种σ相。在锻造或铸造双相不锈钢中，钢作为铁素体钢固化并在合金的冷却过程中从铁素体中沉淀出奥氏体相。在铸造后或在任何热处理下的冷却速率是关键的，因为冷却速率决定在该结构内沉淀的奥氏体和任何金属间相的百分比。尽管锻造双相不锈钢，特别是“热轧”双相不锈钢自20世纪30年代以来在工业应用中已常见，但它们几乎很少用于粉末冶金(PM)工业。在少数用途中，在热等静压(HIP)条件下使用气体雾化的双相不锈钢粉末。通过气体雾化制成的粉末具有球形形态。这样的粉末较不适合传统压制和烧结用途。由于球形，它们的生坯强度不足，生坯强度是操作生坯压制和烧结部件所需的。不规则形状的粉末，如用水雾化制成的那些，具有高得多的生坯强度，因为该粉末的不规则形状倾向于将粉末粒子粘合在一起。目前没有水雾化不锈钢粉末可供用于制造烧结双相不锈钢组件。气体雾化粉末中以及锻钢中使用的现有化学组合物使用N作为主要合金元素以实现奥氏体-铁素体平衡和实现所需机械强度。在粉末中包含N提高粉末的硬度，降低在传统压制和烧结用途中的可压缩性。这可能导致降低的生坯密度和随之降低的烧结密度。为了开发由水雾化粉末制成的烧结双相不锈钢，已经做出若干尝试。Lawley等人1尝试开发相当等级的AISI329和AISI2205，具有578MPa的最大拉伸强度。Dobrzanski等人2混合铁素体和奥氏体粉末以制造具有650MPa的拉伸强度的双相结构。同一团队也使用电化学方法研究了双相不锈钢的腐蚀性质并得出结论，双相不锈钢表现出比它们的奥氏体对应物好的耐蚀性3。由于它们的高合金含量，这些钢对组成以及加工参数敏感。这些合金形成被称为σ、χ和γ′的金属间相，它们富Mo、W、N、Ni和Cr并降低机械性质和腐蚀性质。σ相在700℃至1000℃的温度范围内形成，而χ相在300℃至450℃的范围内形成。γ(奥氏体)相可在600℃附近开始形成。锻造双相不锈钢的典型组成是Fe及21-23重量％Cr、4.5-6.5重量％Ni、2.5-3.5重量％Mo和0.08-0.2重量％N，如SAF2205。关于接近这一组成的双相不锈钢组合物有许多专利。几乎所有双相不锈钢都依赖于N含量提高耐蚀性和提高强度。烧结粉末冶金(PM)双相不锈钢的商业用途迄今限于使用气体雾化细粉，其主要用于HIP法。对传统PM用途使用低成本水雾化粉末的主要障碍是提高的N和由于烧结过程中的冷却速率而发生金属间和碳化物沉淀的可能性。传统烧结也需要一些润湿剂或低温熔融成分以提高自由能和加速铁素体基质内的奥氏体相沉淀的动力学。在专利文献中有一些文献公开了烧结双相不锈钢结构。SE538577C2(Erasteel)公开了由气体雾化粉末制成并具有含最多0.030重量％C、4.5-6.5重量％Ni、0.21-0.29重量％N、3.0-3.5重量％Mo、21-24重量％Cr和任选地，0-1.0重量％Cu、0-1.0重量％W、0-2.0重量％Mn、0-1.0重量％Si的一种或多种的化学组成的烧结双相不锈钢，其中N等于或大于0.01*重量％Cr且剩余元素是Fe和不可避免的杂质。EP0167822A1(Sumitomo)公开了包含基质相和分散相的烧结不锈钢及其制造方法。分散相是奥氏体金相组织并且分散遍布在基质相中，基质相由具有与分散相不同的钢组成的奥氏体金相组织或铁素体-奥氏体双相不锈钢构成。JP5263199A(Sumitomo)公开了包含基质相和分散相的烧结不锈钢的制造。该方法包括混合铁素体不锈钢粉末与选自奥氏体不锈钢粉末、奥氏体-铁素体双相不锈钢粉末、奥氏体-马氏体双相不锈钢粉末和奥氏体-铁素体-马氏体三相不锈钢粉末的粉末。将该粉末混合物压实并烧结。EP0534864B1(Sumitomo)公开了具有0.10-0.35重量％的N含量并由具有与烧结不锈钢相同的化学组成的气体雾化钢粉末制成的烧结不锈钢。概述几乎所有可得的双相等级都具有0.18-0.40重量％的N含量以平衡该结构中的奥氏体-铁素体平衡并提高强度。尽管N含量有助于上述性质，但其会在后处理，如热处理和焊接操作中通过形成氮化铬而造成障碍，这限制了双相不锈钢在许多用途中的应用。在粉末形式下，N提高粉末硬度以致其较不适合压制和烧结用途。本专利技术的实施方案通过在化学中避免使用N而克服氮化物问题，例如具有少于0.10重量％N或少于0.07重量％N或少于0.06重量％N或少于0.05重量％N或少于0.04重量％N或少于0.03重量％N并通过替代元素实现相平衡和强度。本专利技术的实施方案能够生产用于常规压制和烧结用途的可压缩性适中的水雾化粉末。这一组合物的实施方案也可减少有害的′σ′相的沉淀；无论在烧结或退火过程中的冷却速率如何，这主要归因于较低Mo含量。因此，将消除“σ”相和使焊接过程中的σ相沉淀最小化所必需的烧结后热处理减至最低。该组合物的实施方案可提供与通过气体雾化形成时类似的优点。除常规PM外，该组合物的实施方案在通过铸造、直接金属沉积和增材制造技术加工时产生类似性质。详述本专利技术的某些实施方案的一个目的是提供用于常规PM的合金粉末，其在烧结周期的过程中产生双相结构。本专利技术的某些实施方案的另一目的是提供双相烧结不锈钢。本专利技术的某些实施方案的另一目的是获得比铁素体钢如430L高至少35％的拉伸强度和与奥氏体钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不锈钢粉末，其包含：最多0.1％的C，0.5‑3％的Si，最多0.5％的Mn，20‑27％的Cr，3‑8％的Ni，1‑6％的Mo，最多3％的W，最多0.1％N，最多4％的Cu，最多0.04％的P，最多0.04％的S，最多0.8％的不可避免的杂质，任选地，最多0.004％B、最多1％Nb、最多0.5％Hf、最多1％Ti、最多1％Co的一种或多种，余量为Fe。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.07 EP 16202574.61.一种不锈钢粉末，其包含：最多0.1％的C，0.5-3％的Si，最多0.5％的Mn，20-27％的Cr，3-8％的Ni，1-6％的Mo，最多3％的W，最多0.1％N，最多4％的Cu，最多0.04％的P，最多0.04％的S，最多0.8％的不可避免的杂质，任选地，最多0.004％B、最多1％Nb、最多0.5％Hf、最多1％Ti、最多1％Co的一种或多种，余量为Fe。2.根据权利要求1的不锈钢粉末，其包含：最多0.06％的C，1-3％的Si，最多0.3％的Mn，23-27％的Cr，4-7％的Ni，1-3％的Mo，0.8-1.5％的W，最多0.07％N，1-3％的Cu，最多0.03％的P，最多0.03％的S，最多0.8％的不可避免的杂质，任选地，最多0.004％B、最多1％Nb、最多0.5％Hf、最多1％Ti、最多1％Co的一种或多种，余量为Fe。3.根据权利要求1的不锈钢粉末，其包含：最多0.03％的C，1.5-2.5％的Si，最多0.3％的Mn，24-26％的Cr，5-7％的Ni，1-1.5％的Mo，1-1.5％的W，最多0.06％N，1-3％的Cu，最多0.02％的P，最多0.015％的S，最多0.8％的不可避免的杂质，任选地，最多0.004％B、最多1％Nb、最多0.5％Hf、最多1％Ti、最多1％Co的一种或多种，余量为Fe。4.根据权利要求1至3任一项的不锈钢粉末，其中所述不锈钢粉末是铁素体。5.根据权利要求1至4任一项的不锈钢粉末，其中通过水雾化制造所述不锈钢粉末。6.根据权利要求1至4任一项的不锈钢粉末，其中通过气体雾化制造所述不锈钢粉末。7.根据权利要求1至4任一项的不锈钢粉末，其中所述粉末的粒度在53微米至18微米之间以使至少80重量％的粒子小于53微米且最多20重量％的粒子小于18微米。8.根据权利要求1至4任一项的不锈钢粉末，其中所述粉末的粒度在26微米至5微米之间以使至少80重量％的粒子小于26微米且最多20重量％的粒子小于5微米。9.根据权利要求1至4任一项的不锈钢粉末，其中所述粉末的粒度在...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·百德维，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE