一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺技术

本发明专利技术公开了一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺，属于增材制造用金属材料领域，涉及一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺，解决现有真空气雾化粉末中气体含量特别是氧含量太高，不能满足SLM打印不锈钢件高强度高塑韧需求的问题。SLM用高强度不锈钢粉末的化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；粒度范围为15～53μm。本发明专利技术使得最终的SLM打印制件致密度达到99.8％以上，抗拉强度≥1400MPa，屈服强度≥1360MPa，延伸率≥13％，断面收缩率≥57％，U型冲击功≥100J，满足3D打印不锈钢件高强度高塑韧的使用需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺


[0001]本专利技术属于增材制造用金属材料领域，涉及一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺。

技术介绍

[0002]高强度不锈钢由于具有优异的强度、优良的抗冲击和耐腐蚀性能、较好的断裂韧性及切削加工性等，被广泛应用于航空航天、机械制造、海上平台等领域。随着其应用领域的不断扩展，所需的制件复杂程度不断提升，传统制备工艺难以满足制备需要。而3D打印技术中的选区激光熔化技术(SLM)，因其可以直接成型复杂精密零件，是目前国内外金属3D打印技术的最主要研发方向。
[0003]目前基于SLM技术的金属粉末耗材多以真空气雾化制粉(VIGA)为主，但是雾化后的金属粉末的气体含量特别是氧含量显著提高，而高强度不锈钢以及超高强度钢对气体含量尤为敏感，最终导致3D打印制件塑韧性和疲劳性显著降低，因而急需开发出一种适用于SLM用高强度不锈钢专用合金粉末，以便提高打印件的综合力学性能。

技术实现思路

[0004]鉴于以上分析，本专利技术旨在提一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺，以解决现有真空气雾化粉末中气体含量特别是氧含量太高，不能满足SLM打印不锈钢件高强度高塑韧的需求问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0005]一方面，本专利技术提供了一种SLM用高强度不锈钢粉末，其化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；粒度范围为15～53μm。
[0006]另一方面，本专利技术提供了该种SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金，然后将母合金锻造成合金块材，去除合金块表面氧化皮和污垢；
[0008]步骤2、真空熔化母合金块，待母合金块完全熔化后加入稀土Ce，熔炼2～3min后用高纯氩气雾化制粉；
[0009]步骤3、将雾化后粉末进行氩气保护筛分，将粒度范围15～53μm的粉末进行抽真空密封包装。
[0010]进一步的，所述步骤1，中母合金化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.001％、N≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0011]进一步的，所述步骤2中的氩气为99.999％以上的高纯氩气。
[0012]进一步的，所述步骤2中雾化气压为4.0～5.5MPa，钢液出炉温度为1740～1750℃，漏嘴直径为4.5～5.5mm。
[0013]再者，本专利技术还提供了该种SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，包括如下步骤：
[0014]步骤1、利用SLM增材制造设备打印，打印的工艺参数为：激光功率240～280W、扫描速度800～1000mm/s、道次间距80～120μm、铺粉厚度30μm；
[0015]步骤2、对打印件依次进行固溶、深冷、时效热处理。
[0016]进一步的，所述步骤1中，激光功率240～260W、扫描速度800～900mm/s、道次间距80～100μm。
[0017]进一步的，所述步骤2中，固溶工艺为：固溶温度为925℃
±
5℃，保温1～2小时，水冷至室温。
[0018]进一步的，所述步骤2中，深冷工艺为：深冷温度为0℃
±
5℃，保温2～4小时，空冷至室温。
[0019]进一步的，所述步骤2中，时效工艺为：时效温度为540℃
±
5℃，保温时间4小时，空冷到室温。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：
[0021]1、本专利技术的不锈钢粉末中添加稀土Ce，使得不锈钢金属粉松装密度高(≥4.29g/cm3)，休止角小(＜31
°
)，流动性极佳(＜28s/50g)，同时稀土Ce的加入降低了合金体系的熔点，改变了气雾化时金属原有的凝固体系，进而提高了粉末的细粉收得率，可以有效降低高强不锈钢金属粉末的制备成本。
[0022]2、本专利技术添加的铈元素(Ce)与钢中有害杂质元素发生交互作用，改善了钢中夹杂物的形态和分布，从而提高了打印件的强度、冲击韧性等性能；
[0023]3、本专利技术钢采用真空感应+真空自耗双联超纯冶炼工艺的同时选用纯金属料冶炼，使得磷和硫含量分别控制在0.005％和0.002％以内，改善了不锈钢件的力学和加工性能。
[0024]4、采用本专利技术的不锈钢粉末、制备方法以及打印工艺使得最终的SLM打印制件致密度达到99.8％以上，抗拉强度≥1400MPa，屈服强度≥1360MPa，延伸率≥13％，断面收缩率≥57％，U型冲击功≥100J，满足3D打印不锈钢件高强度高塑韧的使用要求。
[0025]5、本专利技术提供的1400MPa级SLM用高强度不锈钢粉末及其制备、打印工艺，通过母合金成分设计、制粉工艺、打印工艺、热处理工艺等整套组合创新设计，使得最终打印制品具备了极佳的综合力学性能，可在航空航天、海洋工程领域广泛应用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1中粉末的SEM显微形貌图；
[0027]图2为本专利技术实施例2中粉末的截面组织形貌图；
[0028]图3为本专利技术实施例2中粉末的截面成分EPMA检测图；
[0029]图4为本专利技术实施例3中打印件的实物图；
[0030]图5为对比例和实施例3打印件中的夹杂物形貌与成分对比，其中，(a)为对比例打印件中的夹杂物，(b)为实施例3打印件中的夹杂物。
具体实施方式
[0031]以下结合具体实施例对一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺作
进一步的详细描述，这些实施例只用于解释的目的，本专利技术不限定于这些实施例中。
[0032]本专利技术提供了一种SLM用高强度不锈钢粉末，其化学成分以质量百分比计为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0033]本专利技术的成分设计，基于以下原理：
[0034]碳：碳作为间隙固溶原子，虽可以提高钢的基体强度，但在强度升高的同时会损害钢的塑韧性与焊接性。此外，钢中碳元素的存在会导致基体在时效过程中析出Cr
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C6等碳化物，显著降低钢的耐海水腐蚀性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SLM用高强度不锈钢粉末，其特征在于，不锈钢粉末的化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；粒度范围为15～53μm。2.根据权利要求1所述的SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金，然后将母合金锻造成合金块材，去除合金块表面氧化皮和污垢；步骤2、真空熔化母合金块，待母合金块完全熔化后加入稀土Ce，熔炼2～3min后用高纯氩气雾化制粉；步骤3、将雾化后粉末进行氩气保护筛分，将粒度范围15～53μm的粉末进行抽真空密封包装。3.根据权利要求2所述的SLM用高强不锈钢粉末的其制备方法，其特征在于，所述步骤1中，母合金化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.001％、N≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。4.根据权利要求1和2所述的SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长军，梁剑雄，刘振宝，刘雨，杨志勇，孙永庆，刘畅，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：