一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末，涉及合金材料粉末制备技术领域。所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末中，按重量百分比计算，氧含量≤0.1wt.％，氮含量≤0.5wt.％，碳含量≤0.15wt.％。本发明专利技术控制低的氧含量有助于减少粉末表面氧化物，粉末表面氧化物会阻碍烧结过程中的原子扩散，抑制烧结颈的形成与长大，降低烧结密度；控制合适的氮含量，有助于提高粉末奥氏体的稳定性，氮的固溶强化作用可以增加粉末烧结后的强度，氮元素在奥氏体中的溶解度较低，控制过高的氮含量会大幅增加生产成本；控制合适的碳含量，可在烧结阶段去除粉末中的氧，提高烧结效率与烧结密度，但过高含量的碳会与铬反应，形成复杂无碳化物造成铬元素偏析，降低不锈钢的耐晶间腐蚀能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末及其制备方法
本专利技术涉及合金材料粉末制备
，尤其涉及一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末及其制备方法。技术背景奥氏体不锈钢因其具有良好的耐腐蚀性能、力学性能、冷加工成型性能和无磁的特点，在化学设备、建筑装饰材料和民用厨具等领域具有广泛的应用。在粉末冶金行业领域使用较多的奥氏体不锈钢牌号为316L和304，但在实际应用中其强度较低，由于含Ni比重较大，原料成本较高的缺点越发凸显，因此，使用氮和锰替代镍发展具有良好耐蚀性与较高强度的单相奥氏体不锈钢成为了目前的研究热点。氮元素为强奥氏体稳定元素，同时起到固溶强化作用，提高不锈钢的强度，锰元素可在不锈钢冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体能够保持到常温。雾化制粉技术是目前制备性能优异、成分和粒度均匀的传统粉末冶金和注射成型用不锈钢粉末最常用的方法之一，雾化制粉分为真空和非真空两种制备方法。真空雾化技术制备的金属粉末具有氧含量低、球形度好的优点，但其对设备要求高，制备流程复杂，生产效率低，细粉收得率低等缺点。如中国专利CN111020402A采用真空气雾化方法制备耐久性涂料用的不锈钢粉末，需抽真空至10-1Pa以下并充入99.999纯度的氩气，并保持至雾化结束。中国专利CN108555285A采用雾化技术制备高氮无镍不锈钢粉末，-400目的粉末收得率小于40％。另外，现有的雾化技术普遍用纯金属原料按照设计成分进行冶炼，纯金属原料价格高昂，且在非真空冶炼雾化过程存在合金原料Cr、Si和Mn等活泼元素易烧损的难点，钢液冶炼过程中合金元素被空气氧化，钢液成分波动较大，钢液品质降低，同时补加原料金属或还原剂调整成分增加制备成本。
技术实现思路
针对现有的技术中存在奥氏体不锈钢粉末制备成本高，成分波动大、细粉收得率低等问题，为解决上述现有技术的不足，本专利技术提供一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末及其制备方法，通过AOD-LF高纯净冶炼，减少冶炼合金烧损精准控制成分，控制非真空气雾化过程参数，从而得到成本低，成分精准，细粉收得率高的高锰氮奥氏体不锈钢粉末。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末，所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末中，按重量百分比计算，氧含量≤0.1wt.％，氮含量≤0.5wt.％，碳含量≤0.15wt.％。优选的，所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末的氧含量≤0.07wt.％，氮含量：0.15-0.35wt.％，碳含量：0.08-0.12wt.％。在上述优选的方案中，控制低的氧含量有助于减少粉末表面氧化物，粉末表面氧化物会阻碍烧结过程中的原子扩散，抑制烧结颈的形成与长大，降低烧结密度；控制合适的氮含量，有助于提高粉末奥氏体的稳定性，氮的固溶强化作用可以增加粉末烧结后的强度，氮元素在奥氏体中的溶解度较低，控制过高的氮含量会大幅增加生产成本；控制合适的碳含量，可在烧结阶段去除粉末中的氧，提高烧结效率与烧结密度，但过高含量的碳会与铬反应，形成复杂无碳化物造成铬元素偏析，降低不锈钢的耐晶间腐蚀能力。如上述的一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末，按重量百分比计算，Mn：8.00％-10.00％、S：≤0.003％、P：≤0.05％、Si：0.30％-0.80％、Cr：13.00％-15.00％、Ni：1.00％-2.00％、B：0.002％-0.004％、Cu：0.20％-1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。如上述的一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末，其平均粒径≤12μm，震实密度≥4.6g/cm3，松装密度≥4.2g/cm3，且经过注射成型烧结后的屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥40％，硬度≥85HRB。本专利技术的另一目的在于提供一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末的制备方法，包括以下步骤：S1:采用高炉铁水、高碳铬铁、硅锰合金、电解锰作为原料进行AOD-LF精炼-连铸，得到钢坯；S2:钢坯选择性地进行热轧或退火酸洗，得到热轧板或退洗板；S3:将上述钢坯、热轧板、退洗板任意一种放入电弧炉中升温融化，再加入锰源、铬源、镍源、铜源进行成分微调，得到不锈钢液；S4:钢液熔清后再加入硅铁合金和化渣剂进行脱氧、化渣，并调整钢液流动性，将钢液在适宜温度的雾化罐下进行雾化，制备得到粉末。优选的，按重量百分比计算，上述的高炉铁水中，铬含量为4.0-5.0wt.％，镍含量为1.4-1.6wt.％，锰含量为1.0-1.5wt.％，硅含量为0.8-1.2wt.％；所述高碳铬铁中，碳含量≤7.0wt.％，铬含量为50.0-51.0wt.％；所述硅锰合金中锰含量为61.0-63.0wt.％，硅含量为25.0-26.0％wt.％；所述电解锰中锰含量≥99.9wt.％。在上述优选的方案中，使用低成本优质高炉铁水与合金原料经过AOD-LF进行精炼，此制备流程适合于大规模工业化生产，实现合金化并精准控制钢液成分，可减少后续过程中活泼金属的烧损，达到精准控制成分，提高钢液品质的目的。如上述的一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末的制备方法，所述电弧炉与所述雾化罐之间还连依次连通设置有导流槽和中间包，所述钢液经过可快换的导流槽流入已预热的中间包，再从中间包流入雾化罐进行雾化，所述钢液的流速为8-10kg/min。进一步的，所述电弧炉的温度为1700℃-1750℃，所述导流槽的温度为700-800℃，所述中间包的温度为1580℃-1650℃。更进一步的，所述中间包经加热线圈预热，中间包预热从5KW低功率开始，逐步提高至20KW至中间包烘烤通透，并使得开浇前中间包烘烤功率恒定在5-15KW之间，可防止中间包加热速率过快，温度过高导致中间包破裂漏钢，且所述钢液在中间包中的液面高度保持恒定在中间包高的2/3处，防止液面波动造成钢液温降快，钢液难以破碎导致粉末粒度粗化。优选的，钢液雾化使用紧耦合环形喷盘和锥形喷嘴进行雾化，但不仅限于如上述喷盘和喷嘴。优选的，所述雾化介质为高纯氮气，雾化介质的压力为4.0-8.0MPa，雾化介质的温度为25℃-400℃。更优选的，所述雾化介质的纯度>99.99％，雾化介质压力为5.0-7.0MPa，雾化介质的温度为400℃。本专利技术中雾化介质的温度越高，气体流速越快，雾化介质提供的动能越大，在钢液破碎过程中，雾化介质的动能转变为钢液的表面能，有助于提高钢液破碎效率，钢液破碎凝固后获得粒度较细的不锈钢粉末，提高细粉收得率。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术的高锰氮奥氏体不锈钢粉末成分设计合理，烧结件致密度高，腐蚀性能相较Cr-Ni系不锈钢没有大幅度下降，机械性能与硬度得到明显提升。(2)本专利技术的高锰氮奥氏体不锈钢粉末使用高炉铁水为主要原料经过AOD-LF精炼，活泼金属在后续敞口冶炼过程中烧损明显减少，实现精准控制成分与降低生产成本，更合适进行大规模工业化生产。(3)本专利技术的高锰氮奥氏体不锈钢粉末通过合理控制雾化过程参数，粉末相较于传统敞口气雾化粉末的粒度细，细粉收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末，其特征在于：所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末中，按重量百分比计算，氧含量≤0.1wt.％，氮含量≤0.5wt.％，碳含量≤0.15wt.％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高锰氮奥氏体不锈钢粉末，其特征在于：所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末中，按重量百分比计算，氧含量≤0.1wt.％，氮含量≤0.5wt.％，碳含量≤0.15wt.％。


2.根据权利要求1所述的高锰氮奥氏体不锈钢粉末，其特征在于：所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末的氧含量≤0.07wt.％，氮含量：0.15-0.35wt.％，碳含量：0.08-0.12wt.％。


3.根据权利要求1或2所述的高锰氮奥氏体不锈钢粉末，其特征在于：所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末还包括按重量百分比计算的如下成分，Mn：9.00％-10.00％、S：≤0.003％、P：≤0.05％、Si：0.30％-0.80％、Cr：13.00％-15.00％、Ni：1.00％-2.00％、B：0.002％-0.004％、Cu：0.20％-1.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。


4.根据权利要求3所述的高锰氮奥氏体不锈钢粉末，其特征在于：所述高锰氮奥氏体不锈钢粉末的平均粒径≤12μm，震实密度≥4.6g/cm3，松装密度≥4.2g/cm3，且经过注射成型烧结后的屈服强度≥300MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥40％，硬度≥85HRB。


5.一种如权利要求4所述的高锰氮奥氏体不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:采用高炉铁水、高碳铬铁、硅锰合金、电解锰作为原料进行AOD-LF精炼-连铸，得到钢坯；
S2:钢坯选择性地进行热轧或退火酸洗，得到热轧板或退洗板；
S3:将上述钢坯、热轧板、退洗板任意一种放入电弧炉中升温融化，再加入锰源、铬源、镍源、铜源进行成分微调，得到不锈钢液；
S4:钢液熔清后再加入硅铁合金和化...

【专利技术属性】
技术研发人员：许荣君，田伟光，杨光，徐佳林，刘光勇，
申请(专利权)人：广东省高端不锈钢研究院有限公司，广东广青金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44