一种高氮钢粉末的制备方法技术

本发明专利技术涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种高氮钢粉末的制备方法。本发明专利技术提供的高氮钢粉末的制备方法，在熔炼和雾化之间添加了吹炼的步骤，吹炼的气体为氮气，从而增加了钢液中的氮含量，而且在含氮气的气氛中依次进行熔炼、吹炼和雾化，能够抑制钢液中氮的逸出，得到的高氮钢粉末含氮量较高，氧含量低；采用雾化技术，利用雾化过程中含氮气的气氛的冲击作用，制得的高氮钢粉末粒径较细，粒径分布均匀，细粉收得率高(D95≤100μm)，且流动性较好，生产效率大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高氮钢粉末的制备方法
本专利技术涉及粉末冶金
，具体涉及一种高氮钢粉末的制备方法。
技术介绍
近年来，工业应用领域不断发展，对材料的性能提出了更高的要求。高氮钢相比传统钢材具有更加出色的力学性能、耐腐蚀性能以及生物相容性。有研究显示，氮的固溶强化作用可以显著提高钢的屈服强度，可以达到传统钢材屈服强度的200～350％；在耐腐蚀方面，1％的氮就可以达到含20％的铬的耐腐蚀性；而在稳定奥氏体方面，不锈钢中1％的氮相当于18％的镍，此外氮比镍具有更好的生物相容性且价格低廉，因此高氮钢被广泛应用于海洋工程、航空航天和生物医学等领域。目前，高氮钢的制备主要有熔炼法、粉末冶金法和金属增材制造三种方法。由于氮在固态奥氏体中的溶解度比熔体中大很多，所以利用粉末冶金法可以在较低的氮气压力和温度下制备高氮钢，此外粉末冶金制备的高氮钢成型件晶粒细小，且含有大量的细小沉淀，因此可以通过沉淀强化提高钢材的力学性能。此外，使用金属增材制造技术制造高氮钢几何零件也逐渐得到发展，这种技术可以制造一些传统制造工艺无法制造的复合结构零件，解决了复杂零件生产周期长、加工困难和成本高等问题。而粉末冶金和金属增材制造方法制备高氮钢成型件主要使用高氮钢粉末作为原材料。目前高氮钢粉末的制备方法主要有固态粉末氮化法、等离子旋转电极雾化法以及气体雾化法。目前广泛使用的高压熔炼气体雾化法制备高氮钢粉末主要采用的方法是选用已设计好的高氮钢合金作为原材料进行熔炼，由于熔炼时间较长，过程中没有补充氮，且熔炼时氮气压力依然偏小，导致制备的高氮钢粉末氮含量相较于高氮钢合金母材原料依然有较大损失，制备得到的高氮钢在氮含量以及细粉收得率仍不能达到使用要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高氮钢粉末的制备方法，本专利技术提供的制备方法制备得到的高氮钢粉末氮含量高、细粉收得率高、氧含量低且球形度高、流动性较好。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种高氮钢粉末的制备方法，包括以下步骤：在含氮气的气氛中，将合金钢母材依次进行熔炼、吹炼和雾化，得到所述高氮钢粉末；所述吹炼采用的气体为氮气。优选的，所述吹炼的时间为25～40min。优选的，所述吹炼时氮气的流量为0.3～0.7L/min。优选的，所述含氮气的气氛为氮气和氩气的混合气体、氮气和氦气的混合气体或氮气。优选的，当所述含氮气的气氛为氮气和氩气的混合气体或氮气和氦气的混合气体时，所述含氮气的气氛中氮气的体积分数为≥90％。优选的，所述含氮气的气氛的压力为2.0～4.0MPa，所述熔炼的温度为1550～1700℃。优选的，所述雾化的保温线圈的加热温度为1100～1300℃。优选的，所述雾化的过程中，进行雾化的导流管的内径为1～4mm。优选的，所述雾化的方式为紧耦合式雾化、自由落体式雾化或层流雾化。优选的，所述合金钢母材，按质量百分比计，包括以下元素组分：C0.03～0.25％，Mn0.20～2.00％，Si0.28～1.00％，Ni0.60～10.81％，Cr8.51～22.35％，Mo0.04～2.95％，P≤0.045％，S≤0.03％，余量为Fe。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术提供的高氮钢粉末制备方法，包括以下步骤：在含氮气的气氛中，将合金钢母材依次进行熔炼、吹炼和雾化，得到所述高氮钢粉末；所述吹炼采用的气体为氮气。本专利技术提供的高氮钢粉末的制备方法，在熔炼和雾化之间添加了吹炼的步骤，且吹炼采用的气体为氮气，增加了合金钢熔体中的氮含量，同时在含氮气的气氛中进行熔炼、吹炼和雾化，能够抑制合金钢熔体中氮的逸出，得到的高氮钢粉末含氮量较高，氧含量低；同时，雾化过程中，在含氮气的气氛的冲击作用，将合金钢熔体破碎成小液滴，并凝固成细粉，使制得的高氮钢粉末粒径较细，粒径分布均匀，细粉收得率高(D95≤100μm)，且流动性较好，生产效率大大提高。由实施例的结果表明，本专利技术提供的高氮钢粉末制备方法制备得到高氮钢粉末的粒径分布D95为91～98μm，粉末中的氮含量为0.73～1.21％，氧含量为0.063～0.077％，平均球形度为0.77～0.84，流动性较好，为18.7～19.2s/50g。附图说明图1为本专利技术实施例1～3所述的高氮钢粉末的氮含量和氧含量与含氮气的气氛的压强的关系图；图2为本专利技术实施例1～3采用的具有氮气吹炼功能的熔炼坩埚示意图；其中，1-熔炼坩埚，2-感应线圈，3-合金母液。具体实施方式本专利技术提供了一种高氮钢粉末的制备方法，包括以下步骤：在含氮气的保护气氛中，将合金钢母材依次进行熔炼、吹炼和雾化，得到所述高氮钢粉末；所述吹炼采用的气体为氮气。在本专利技术中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。在本专利技术中，所述合金钢母材，按质量百分比计，优选包括以下元素组分：C0.03～0.25％，Mn0.20～2.00％，Si0.28～1.00％，Ni0.60～10.81％，Cr8.51～22.35％，Mo0.04～2.95％，P≤0.045％，S≤0.03％，余量为Fe。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括0.05～0.2％C，最优选为0.1～0.15％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括0.5～1.5％Mn，最优选为0.75～1.2％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括0.35～0.85％Si，最优选为0.45～0.75％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括1.5～10％Ni，最优选为2.75～8.2％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括10.5～20％Cr，最优选为12.5～18.5％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括0.06～2.5％Mo，最优选为1.0～2.0％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括P≤0.035％，最优选为≤0.025％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材更优选包括S≤0.02％，最优选为≤0.01％。按元素质量百分比计，所述合金钢母材，除上述元素组分外，包括余量的Fe。本专利技术中所述合金钢母材优选为按照普通不锈钢所需成分进行配料得到的熔铸原料，后经过熔炼得到的不锈钢铸锭。在本专利技术中，所述熔炼的温度优选为1550～1700℃，更优选为1600～1650℃，在本专利技术中，所述熔炼在含氮气的气氛下进行，所述含氮气的气氛优选为氮气和氩气的混合气体、氮气和氦气的混合气体或氮气。在本专利技术中，当所述含氮气的气氛优选为氮气和氩气的混合气体或氮气和氦气的混合气体时，所述含氮气的气氛中氮气的体积分数优选为≥90％，更优选为≥95％。在本专利技术中，所述含氮气的气氛的压力优选为2.0～4.0MPa，更优选为2.5～4MPa。本专利技术对所述熔炼时间没有特殊要求，实现合金母材熔化即可。在本专利技术中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高氮钢粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在含氮气的气氛中，将合金钢母材依次进行熔炼、吹炼和雾化，得到所述高氮钢粉末；/n所述吹炼采用的气体为氮气。/n

【技术特征摘要】
1.一种高氮钢粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在含氮气的气氛中，将合金钢母材依次进行熔炼、吹炼和雾化，得到所述高氮钢粉末；
所述吹炼采用的气体为氮气。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吹炼的时间为25～40min。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述吹炼时氮气的流量为0.3～0.7L/min。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氮气的气氛为氮气和氩气的混合气体、氮气和氦气的混合气体或氮气。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当所述含氮气的气氛为氮气和氩气的混合气体或氮气和氦气的混合气体时，所述含氮气的气氛中氮气的体积分数为≥90％。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超越，王江，任忠鸣，沈鹭宇，帅三三，胡涛，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31