一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料及其制备方法，所述奥氏体不锈钢材料按重量百分比计组成为：N:0.2～4.5％、Cr:13～20％、Ni:6～12％、Mo:0.2～3％、Si:0.1～1.2％、Mn:0.2～1.8％、V:0.5～20％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒；本发明专利技术的制备方法包括(1)雾化制粉，(2)压制生坯，(3)活化烧结，(4)固溶处理，(5)加工成品。本发明专利技术所述奥氏体不锈钢材料是在可控分解氨气的氛围中采用粉末冶金活化烧结直接致密化，得到的不锈钢中的硬质相颗粒为氮化钒硬质颗粒，起到很好的强度增强效果，工艺简单，生产成本低，制备周期短，可实现工业规模化生产。

Particle reinforced austenitic stainless steel material and preparation method thereof

The invention relates to a particle reinforced austenitic stainless steel material and its preparation method. The austenitic stainless steel material is composed of N:0.2 to 4.5%, Cr:13 to 20%, Ni:6 to 12%, Mo:0.2 to 3%, Si:0.1 to 1.2%, Mn:0.2 to 1.8%, V:0.5 to 20%, and the rest Fe, and the particles are vanadium nitride hard. The preparation method comprises the following steps: (1) atomizing powder making, (2) pressing the green body, (3) activating sintering, (4) solid solution treatment, and (5) processing the finished product. The austenitic stainless steel material described in this invention is directly densified by powder metallurgy activated sintering in the atmosphere of controllable decomposition ammonia. The hard phase particles in the stainless steel are made of vanadium nitride hard particles, which have good strength enhancement effect, simple process, low production cost and short preparation period, which can realize industrial scale. Chemical production.

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料及其制备方法
本专利技术涉及冶金
，具体涉及一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料及其制备方法。
技术介绍
不锈钢是一种在大气和淡水等弱腐蚀介质中不生铁锈，在酸、碱、盐和海水等苛刻腐蚀性介质中耐腐蚀的钢，具有良好的耐腐蚀、耐高温、耐磨损、外观精美等特性，广泛应用于石油、化工、化肥、制药、食品、国防、餐具、合成纤维和石油提炼等行业。奥氏体不锈钢是不锈钢中用量比较广泛的一类钢材，在世界范围内和在各主要不锈钢生产国中，铬镍奥氏体不锈钢的产量一般占不锈钢总产量的50～60％以上，奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性，但是此类钢的固溶态强度偏低，限制了奥氏体不锈钢的使用和发展，为提高奥氏体不锈钢的强度，现有研究和报道的资料表明，通过加氮固溶强化、以锰代镍以及冷作硬化，可以提高奥氏体不锈钢的强度，但是高氮不锈钢在制备技术上难度比较大，以锰代镍型不锈钢严重降低耐腐蚀性，冷作硬化在一定程度上增加工时和成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料及其制备方法，用以解决现有奥氏体不锈钢强度偏低的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案通过合金化金属粉末在烧结过程中原位生成硬质相氮化钒颗粒增加奥氏体不锈钢的强度，具体方案为：一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，按重量百分比计组成为：N:0.2～4.5％、Cr:13～20％、Ni:6～12％、Mo:0.2～3％、Si:0.1～1.2％、Mn:0.2～1.8％、V:0.5～20％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒，均匀分布于奥氏体不锈钢基体中；进一步地，所述的氮化钒硬质相颗粒的粒径小于1μm，体积分数为1～40％；一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照不锈钢制品要求进行原材料配料，采用粉末冶金雾化制粉技术进行冶炼制粉，得到成分可控的合金粉末，并对雾化合金粉末进行筛分、合批，得到满足不锈钢制品要求的合金粉末；(2)对步骤(1)所得合金粉末进行常规压制成型或等静压成型，得到生坯；(3)在可控分解氨气的气氛中对步骤(2)所得生坯进行活化烧结，并在烧结高温区采用氩气加压烧结使其致密化，在最高温度时保温保压1～6小时，得到烧结坯；(4)对步骤(3)所得烧结坯进行去应力固溶处理，在700～1000℃下保温2～10小时，得到组织均匀的不锈钢坯料；(5)根据使用要求加工成最终产品；进一步地，所述步骤(1)粉末冶金雾化制粉过程中冶炼钢水的氧含量小于100ppm；进一步地，所述步骤(1)中的合金粉末的粒度为10～100μm；进一步地，所述步骤(2)中合金粉末常规压制成型的压力为400～800Mpa，等静压压制成型的压力为100～200Mpa；进一步地，所述步骤(3)中的氩气加压的压力为10～50Mpa；进一步地，所述步骤(3)中烧结高温区的温度为1100～1350℃。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术基于奥氏体不锈钢在高温和室温下均具有奥氏体组织，没有组织转变，不能通过热处理来提高强度的特性，从强化机理着手，通过大量的热力学计算和实验验证，在可控分解氨气的氛围中烧结合金粉末生坯得到硬质相颗粒为氮化钒硬质颗粒的不锈钢材料，其硬质颗粒均匀分布于奥氏体不锈钢基体中，起到很好的增强效果。2、本专利技术采用粉末冶金活化烧结直接致密化，避免了氮化钒硬质颗粒团聚现象，在高温烧结区采用氩气加压烧结，得到烧结态致密度接近全致密的烧结坯，工艺简单，生产成本低，制备周期短，可实现工业规模化生产。附图说明图1为本专利技术一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料的SEM照片。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，按重量百分比计组成为：N:0.3％、Cr:16.83％、Ni:11.88％、Mo:2.48％、Si:0.59％、Mn:0.5％、V:0.99％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒，粒径小于1μm，体积分数为1～2％。一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照以上不锈钢材料的组成配比进行原料配料，采用粉末冶金雾化制粉技术进行冶炼制粉，在制粉过程中冶炼钢水的氧含量控制小于100ppm，对雾化生成的金属粉末进行筛分，选用-250目的合金粉末；(2)对步骤(1)所得合金粉末在180Mpa的压力下进行冷等静压成型，得到生坯；(3)在可控分解氨气的气氛中对步骤(2)所得生坯进行活化烧结，烧结温度为1100～1280℃，采用氩气加压至30Mpa，在1280℃下保温保压2小时，得到烧结坯；(4)对步骤(3)所得烧结坯进行去应力固溶处理，在800℃下保温3小时，得到组织均匀的不锈钢坯料；(5)根据使用要求加工成最终产品。实施例2一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，按重量百分比计组成为：N:1.17％、Cr:16.19％、Ni:11.43％、Mo:2.38％、Si:0.57％、Mn:0.48％、V:4.76％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒，粒径小于1μm，体积分数为4～5％。一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照以上不锈钢材料配比进行原料配料，采用粉末冶金雾化制粉技术进行冶炼制粉，在制粉过程中冶炼钢水的氧含量控制小于100ppm，对雾化生成的金属粉末进行筛分，选用-325目的合金粉末；(2)对步骤(1)所得合金粉末在150Mpa的压力下进行冷等静压成型，得到生坯；(3)在可控分解氨气的气氛中对步骤(2)所得生坯进行活化烧结，烧结温度为1100～1300℃，采用氩气加压至20Mpa，在1300℃下保温保压1.5小时，得到烧结坯；(4)对步骤(3)所得烧结坯进行去应力固溶处理，在800℃下保温2小时，得到组织均匀的不锈钢坯料；(5)根据使用要求加工成最终产品。实施例3一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，按重量百分比计组成为：N:2.06％、Cr:15.45％、Ni:10.91％、Mo:2.27％、Si:0.55％、Mn:0.27％、V:9.09％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒，粒径小于1μm，体积分数为8～12％。一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照以上不锈钢材料配比进行原料配料，采用粉末冶金雾化制粉技术进行冶炼制粉，在制粉过程中冶炼钢水的氧含量小于100ppm，对雾化生成的金属粉末进行筛分，选用-250目的合金粉末；(2)对步骤(1)所得合金粉末在200Mpa的压力下进行冷等静压成型，得到生坯；(3)在可控分解氨气的气氛中对步骤(2)所得生坯进行活化烧结，烧结温度为1100～1310℃，采用氩气加压至20Mpa，在1310℃下保温保压1小时，得到烧结坯；(4)对步骤(3)所得烧结坯进行去应力固溶处理，在800℃下保温2.5小时，得到组织均匀的不锈钢坯料；(5)根据使用要求加工成最终产品。对实施例1～3所得奥氏体不锈钢材料进行室温力学性能检测，参数见表1。表1各实例的室温力学性能对实施例1～3所得奥氏体不锈钢材料进行SEM分析，结果如下图。根据SEM照片显示，其中黑色相为氮化钒硬质相，粒度小于1μm，分布均匀。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本专利技术作了详尽的描述，但在本专利技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，其特征在于：所述奥氏体不锈钢材料按重量百分比计组成为：N:0.2～4.5％、Cr:13～20％、Ni:6～12％、Mo:0.2～3％、Si:0.1～1.2％、Mn:0.2～1.8％、V:0.5～20％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒，均匀分布于奥氏体不锈钢基体中。

【技术特征摘要】
1.一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，其特征在于：所述奥氏体不锈钢材料按重量百分比计组成为：N:0.2～4.5％、Cr:13～20％、Ni:6～12％、Mo:0.2～3％、Si:0.1～1.2％、Mn:0.2～1.8％、V:0.5～20％，其余为Fe，所述颗粒为氮化钒硬质相颗粒，均匀分布于奥氏体不锈钢基体中。2.根据权利要求1所述的一种颗粒增强奥氏体不锈钢材料，其特征在于：所述的氮化钒硬质相颗粒的粒径小于1μm，体积分数为1～40％。3.根据权利要求1～2任一项所述的奥氏体不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：(1)按照不锈钢制品要求进行原料配料，采用粉末冶金雾化制粉技术进行冶炼制粉，得到成分可控的合金粉末，并对雾化合金粉末进行筛分、合批，得到满足不锈钢制品要求的合金粉末；(2)对步骤(1)所得合金粉末进行常规压制成型或等静压成型，得到生坯；(3)在可控分解氨气的气氛中对步骤(2)所得生坯进行活化烧结，并在烧结高温区采用氩气加压烧结使其致密化，在最高温度时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海英，郭志猛，孙海霞，陈存广，郝俊杰，张振威，邵艳茹，
申请(专利权)人：北京金物科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11