[发明专利]一种高压选区激光熔化制备含氮合金的方法

说明书

本发明公开了一种高压选区激光熔化制备含氮合金的方法，尤其适用于特种合金的制备。本发明采用微熔池和高压渗氮技术来制备含氮合金，所述方法包括：将粉体原料装入高压室内，平铺压实粉体，密闭高压室并抽真空，用高纯氮气反复洗炉三次，之后调节高压室内的气体压力至高压状态。发射激光照射粉体，形成金属微熔池。高温高压条件下，微熔池液相表面氮气快速渗入微熔池，并随微熔池流动迁移传质。当激光束与微熔池相对移动后，微熔池快冷骤凝，形成固体。通过控制设备的激光扫描和粉体铺展反复操作，最后泄压取出型材。该方法可提高含氮合金的含氮量，从而可以改善其力学性能和耐腐蚀性能，而且具有快速熔炼凝固、微秒级渗氮、一步成型的优势。

技术领域

本发明属于含氮合金制备领域，尤其涉及一种高压选区激光熔化制备含氮合金的方法。

背景技术

含氮合金是性能优越的特种合金，合金中的氮是有益的合金元素，高氮不锈钢是含氮合金中具有代表性的含氮不锈钢。

在国外，高压冶炼高氮不锈钢工艺已经开发很多种。增压电渣重熔法(PESR)和设备最早是奥地利发明并进行长期试验，后由德国和奥地利发展成熟，PESR方法冶炼采用复合电极，在高压重熔过程中连续加氮化合金增氮，熔池深度较浅。保加利亚的Rashev等发明了反压铸造法(UPL)高氮不锈钢生产方法，当感应炉内钢液氮含量达到要求时，通过上下压差将钢液由感应炉内压至上部铸造室内凝固，特点是合金化与凝固过程在时间上和空间上分开，所需的压力较大。加压感应炉法(PIF)是一种实验室规模的制备高氮不锈钢的方法，研究表明气液界面面积在钢液渗氮过程中起主导作用，反应界面积较小，渗氮时间长。增压等离子熔炼法(PARP)是在熔化、精炼和重熔金属的过程中将等离子弧作为发热源来生产高氮不锈钢的冶炼方法，氮分压、气体成分、原始钢成分、温度和生成的渣对最终的氮含量有较大影响。

在国内，主要特钢企业立足高起点，大量引进和使用具有当今世界先进水平的生产工艺、技术装备，虽然总体上仍处于成长期，但是我国含氮钢的开发已经较成熟。太钢等不锈钢厂采用AOD炉冶炼的316L(奥氏体，含N 0.11％，抗拉强度≥605MPa)、2304、2205(双相钢，含N 0.11％、0.22，抗拉强度≥700MPa、≥810MPa)等不锈钢种均为含氮钢种，2013年中标、2017年底通车的“世界奇迹”珠港澳大桥就主要采用太钢的双相不锈钢，相比于欧美日等发达国家开发的桥梁、港口建设用欧标1.4404(奥氏体，含N 0.11％，抗拉强度≥600MPa)和1.4362、1.4462(双相钢，含N 0.11％、0.22，抗拉强度≥690MPa、≥800MPa)等钢种，太钢的不锈钢性能已达到世界先进水平，但是这些钢种均采用了较高含量的Mo、Ni元素(含Mo 3.0～3.5％、Ni 4.5～6.5％)，而氮含量相对较低，仍具有很大的提升潜力。太钢参与了美、日、中、英等7国联合的国际热核聚变实验堆(ITER)计划，其核心技术主要集中在校正场线圈以及其他零部件，2017年2月太钢产“人造太阳”板已经通过了国际认证并小批量生产，其L型钢即采用含氮不锈钢，硬度非常高。宝钢和钢铁研究总院合作，在实验工厂的200t双工位非真空感应炉上，研制的高塑性CrMnNiCuN奥氏体不锈钢YGA201，含氮量≤0.2％，具有良好的力学性能。同时，宝钢在国家各级计划的支持下，已形成高氮钢(类P900)材料的生产能力，并在军工重型车辆等领域获得了应用。