[发明专利]一种新型控氮奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工与激光制造领域，涉及一种新型控氮奥氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

控氮奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，且强度和耐腐蚀性良好配合，结构制造工艺性好，是工程结构件的首选材料。RCC—M标准中的Z2CN19—10(N)奥氏体不锈钢以其良好的化学成分、力学性能、耐腐蚀性能、组织稳定性和良好的抗中子辐照性能而广泛用于核电站的关键设备，如核岛反应堆内的堆内构件、控制棒驱动机构、安注箱以及一些配套的支撑件。

Z2CN19—10(N)奥氏体不锈钢产品主要是通过铸造、锻造、轧制和焊接等工艺进行制造，工艺较为成熟，产品性能已经制定了相关标准。但是传统工艺制造超厚超重控氮奥氏体不锈钢板材时，存在着铸锭成分不均匀的问题。

激光增材制造技术是一种全新的制造技术。该技术以高质量激光光源为热源，以粉末或者丝材为原材料，在计算机控制下按照既定的形状和规则逐层堆积累加的方法制造实体产品。相对于传统先铸/锻/焊制造毛坯再机加工减材制造方式，该技术流程短，从局部铸造到整体成形一步到位，减少大量中间工序；产品晶粒尺寸细小，成分均匀，组织致密，具有良好的综合力学性能；对产品设计快速响应，高度柔性，省却了传统技术中浪费在制模方面的时间；激光热源能力密度集中，可以实现传统工艺中极难加工的W、Nb、Ta、Ti、Zr、Mo等难熔、高活性金属的加工成形；还可以实现多材料、梯度复合等产品构件的制造。

发明内容

本发明提供一种利用激光增材制造技术制造新型控氮奥氏体不锈钢产品及其制造方法。此方法通过对原料成分的有效控制及激光增材制造技术工艺的合理选择，制备的奥氏体不锈钢性能显著，其室温和高温力学性能均高于锻件；具有显著的抗晶间腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。

一种新型控氮奥氏体不锈钢，该不锈钢成分为：0.02 wt%≤C≤0.035 wt%,Si≤1.00 wt%，Mn≤2.00 wt%，P≤0.03 wt%，S≤0.015 wt%，18.50 wt%≤Cr≤20.00wt%，9.00 wt%≤Ni≤10 wt%，B≤0.0018wt％，Co≤0.1 wt%，Cu≤1.00 wt%，0.06 wt.%≤N≤0.08 wt%，余量为Fe和不可避免杂质，且杂质总量不超过0.05wt％；显微组织为纯奥氏体。

本发明所述新型控氮奥氏体不锈钢的优选技术方案为，所述不锈钢，室温屈服强度R_p0.2≥300 MPa，350℃屈服强度R_p0.2≥190 MPa，室温冲击韧性KV₂≥260 J；经500～650℃保温1~2小时敏化处理后无晶间腐蚀现象。

本发明所述新型控氮奥氏体不锈钢的优选技术方案为，所述奥氏体不锈钢的奥氏体组织为柱状晶，晶粒直径小于10μm；相同取向的柱状晶组成一个团簇，每个团簇尺寸为0.5~1.0mm。

本发明所述新型控氮奥氏体不锈钢的优选技术方案为，所述奥氏体不锈钢的奥氏体组织柱状晶相邻晶簇夹角10°~45°之间。

本发明所述新型控氮奥氏体不锈钢的优选技术方案为，所述奥氏体不锈钢采用激光熔覆沉积制造技术制备。

本发明还涉及所述新型控氮奥氏体不锈钢的制备方法，所述制备方法采用制粉技术将成分合格奥氏体不锈钢锭制成球形粉末；采用激光熔覆沉积制造技术制备产品；对产品进行热处理，制成成品。

本发明所述制备方法的优选技术方案为，所述制粉技术制得的奥氏体不锈钢球形粉末的粒度为75μm~250μm，D50为150μm，D90≤200μm，空心粉率小于0.1%。

本发明所述制备方法的优选技术方案为，所述激光熔覆沉积制造技术的工艺为，激光功率为1000W~10000W，光斑大小为φ3~φ6mm，激光扫描速度为6mm/s~20mm/s，沉积效率为300g/h~800g/h，搭接率30%~40%。

本发明所述制备方法的优选技术方案为，所述激光熔覆沉积制造技术的工艺为，激光功率2000W~3000W，光斑直径φ3mm，激光扫描速度6mm/s~12mm/s，[y1] 沉积效率为500 g/h~700 g/h，搭接率30%~40%。

本发明所述制备方法的优选技术方案为，所述热处理工艺为300℃~550℃到温入炉，保温30min~120min，空冷。