不锈钢粉末制造技术

本发明专利技术涉及一种包含至少１０ｗｔ％的铬的不锈钢粉末和组合物。钒以碳和氮的量的至少四倍的量存在。所述钢粉末包含１０－３０％的铬、０．１－１．０％的钒、０．５－１．５％的硅、低于０．１％的碳和低于０．０７％的氮。本发明专利技术还要求保护一种用于制备烧结零件的方法以及一种烧结零件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种新型不锈钢粉末和包含该新型粉末的不锈钢粉末组合 物。更具体地，本专利技术涉及用于制造具有高密度的烧结粉末冶金零件的不 锈钢粉末组合物。
技术介绍
粉末冶金的主要目标是获得压实体和烧结体的高密度。提高密度有几 种方法，其中一种方法是温压，温压可提高粉末的压缩性，使生坯体具有 更高的生坯密度。通过在模壁上施加润滑一一其使得能够将所用的内部润 滑剂的量减到最小，也可增加生坯密度。高的压实压力和少量的润滑剂的 结合使用也会导致生坯密度升高。不锈钢粉末的软退火也可改进压缩性， 其中在软退火中材料的应变被消除并且再结晶。在压实后，对生坯体进行烧结操作以便获得烧结体。烧结时的高温一一即大约1180-1200。C以上的 温度一一导致烧结期间增加的收缩和更高的体密度。然而，高温烧结需要 专门配备的烧结炉。此外能量消耗会增加。由于使钢耐蚀的铬的存在，在制造高密度的不锈钢PM零件时会遇到 特殊问题。不锈钢具有大约10%以上的铬。碳常常存在于钢中并导致形成碳化 铬。碳化铬的形成降低了基体中的铬含量，进而导致耐蚀性降低。为了避 免基体中的铬含量降低，经常使用碳化物形成稳定剂，例如铌。这样可避 免形成碳化铬，而形成碳化铌，从而可保持耐蚀性。然而，使用铌的一个 问题是为了获得高烧结密度需要很高的烧结温度并且能量消耗很大。已经发现，通过使用根据本专利技术的新型粉末，可降低用于生产烧结不锈钢PM零件的能量成本。使用所述新型粉末的另一个显著的优点是可获 得相对较高的烧结密度。通过使用新型粉末制造的烧结零件在对零件的成本和性能要求都很高 的汽车工业中具有特别重要的意义。新型粉末也可用于排气系统中的烧结 零件，尤其是用于排气系统中的法兰。本专利技术涉及不锈钢粉末、不锈钢粉末组合物以及由此获得的具有高密 度的压实零件和烧结零件。更具体地，本专利技术涉及用于制造粉末冶金零件 的不锈钢粉末组合物。
技术实现思路
已经意外地发现，通过将钒作为稳定剂加入到不锈钢粉末中，可降低 烧结温度并由此降低能量消耗，而烧结密度与当前使用的铌稳定剂相比类 似乃至增加。此外，已经发现，钒应当以至少为碳和氮的总量的四倍的量 存在，其中氮的量按重量计应当低于0.07%，碳的量按重量计应当低于 0.1%。钒的量按重量计应当在0.1-1%范围内。在文献WO 03/106077和美国专利5 856 625中公开了包含钒的不锈钢 组合物。在WO 03/106077中没有公开包含钒的粉末的任何效果或任何实 例。根据美国专利5 856 625，不锈钢粉末优选包含1.5-2.5%的钒。这种已 知的不锈钢粉末用于具有高耐磨性的材料，并且需要高的碳含量以便在主 要由强碳化物形成元素例如Mo、 V和W形成的基体中获得适当量的硬质 碳化物。专利文献JP 59-47358也公开了一种包含铬、硅、碳和氣的钢粉 末。该粉末还可包含镍和/或铜以及钒。根据JP 59-47358的钢粉末的用途 是制造例如滑动面。具体实施方式具体地，根据本专利技术的不锈钢粉末包含10-30%的铬、0.1-1%的钒、 0.5-1.5%的珪、低于0.1%的碳和低于0.07%的氮。优选地，所述不锈钢粉 末包含10-20%的铬、0.15-0.8%的钒、0.7-1.2%的硅、低于0.05%的碳和低于0.05%的氮。由于不锈钢的耐蚀性具有重要意义，所以应当选择钒的含量，使得形 成碳化钒和氮化钒而不是碳化铬和氮化铬。优选地，钒的含量应根据烧结 部件中碳和氮的实际含量来选择以便能够形成碳化钒和氮化钒。据认为， 所形成的碳化钒和氮化钒是VC和NC类型，并且根据我们现有的知识， 钒的含量应当优选为粉末中碳和氮含量的最少四倍。由于在脱润滑剂过程 中的吸收(pick up),烧结部件中碳和氮的实际含量会比粉末中这些元素 的含量高。硅的量应当在0.5%至1.5%之间。由于硅在不锈钢熔体雾化期间产生 薄的粘结氧化物层，所以它是一种重要的元素，即硅含量按重量计应当为 0.5%或更高。所述氧化物层防止进一步的氧化。过高的硅含量会导致压缩 性的下降，因此硅含量按重量计应当为1.5%或更低。氮的量应当尽可能少，因为氮可具有与碳相同的影响，即通过形成氮 化铬或铬的碳氮化物而使材料敏化。氮还具有会降低压缩性的沉淀硬化效 应。因此，氮含量按重量计应当不超过0.07%,优选不超过0.05%。在实 践中难以获得低于0.001%的氮含量。添加其它的合金元素以提高某些性能，例如强度、硬度等。所述合金 元素选自钼、铜、锰和镍。根据本专利技术，铁素体不锈钢是优选的。铁素体不锈钢比与镍进行合金 化的奥氏体不锈钢便宜。与奥氏体基体相比，铁素体基体热膨胀系数较小， 这对于例如不锈钢排气系统中的法兰是有益的。因此，根据本专利技术的不锈 钢的一个优选实施例是基本上不含镍的。具体地，铁素体不锈钢可包含按 重量计10-20%的铬、0-5%的钼、低于1%的镍、低于0.2%的锰。其它可能的添加剂是流动剂、机械加工性能改进剂例如氟化钙、硫化 锰、氮化硼或它们的组合。不锈钢粉末可以是气雾化或水雾化的预合金化粉末，其平均粒度在大 约20nm以上，这取决于粉末的凝固方法。通常平均粒度在大约50jim以 上。常常在压实之前加入润滑剂以便提高粉末的压缩性并利于生坯部件的顶出。润滑剂的量通常在0.1%至2°/。之间，优选在0.3%至1.5°/。之间。润 滑剂可选自金属硬脂酸盐例如硬脂酸锌或硬脂酸锂、Kenolube 、氨基聚 合物或氨基低聚物、乙撑双硬脂酸酰胺、脂肪酸衍生物或其它具有润滑作 用的适当物质。也可单独使用模壁润滑或与内部润滑剂结合使用模壁润滑， 在可选的退火过程之后，将不锈钢粉末与润滑剂和其它可选的添加剂 混合。将粉末混合物在400-1200MPa下压实并在1150-1350°C下烧结5分 钟至1小时以便获得至少为7.20g/cn^的密度。然而，根据本专利技术的粉末 可用于生产具有较低烧结密度的零件以便降低加工成本。压实步骤可执行 为冷压或温压。通过烧结期间增加的收缩而获得高烧结密度，在不希望受任何特定理 论束绰的情况下，认为这种收缩是增进的体积扩散的结杲。在有碳存在时 所形成的碳化钒会在升高的温度尤其是在烧结温度下溶解，但是在较低温 度下例如在金属粉末退火时也会溶解。通常不锈钢粉末的烧结温度为大约 1150-l細。C。示例1制备具有根据表1的化学成分并包含铌和钒作为碳化物形成元素的三 种不同的熔体。根据表2和3，制备几种用于冷压和温压的混合物。为了 进行冷压和温压，使用了润滑剂.使用来自Degl^ssa 的Aerosil A-200作为 温压中的流动剂。表l.未退火粉末的化学分析<table>table see original document page 6</column></row><table>表2.用于冷压的混合物<table>table see original document page 7</column></row><table>* =根据本专利技术的组合物表3.用于温压的混合物<table>table see original document page 7</colu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含按重量计至少１０％的铬、低于０．１％的碳和低于０．０７％的氮的预合金化不锈钢粉末，所述粉末还包含其量为碳和氮的总量的至少四倍的钒，其中钒的量按重量计为０．１－１％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：O马尔斯，R坎托莱顿，O贝格曼，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]