[发明专利]一种高强度粉末奥氏体不锈钢的制备方法

说明书

一种高强度粉末奥氏体不锈钢的制备方法，属于粉末冶金领域。本发明以水气联合雾化制备的含钛不锈钢粉末为原料，加入锆铪粉作为固碳剂和固氧剂，将锆铪粉和雾化钢粉经高能球磨后经成形、烧结和热处理，获得高强度粉末不锈钢制品。锆、铪与钛属于同族元素，化学性质相近，加入不锈钢体系中能够进一步防止晶间腐蚀的同时，在烧结及热处理过程中Ti、Zr(Hf)、O三种元素形成有序相，达到降低钢基体氧含量和第二相强化的作用，提高钢基体塑性的同时大幅度提高材料强度，进而得到高强度粉末不锈钢制品。本发明制备工艺简单，无需额外设备，具有生产效率高、无污染与夹杂、性能优异等优点。

技术领域

本发明属于粉末冶金领域，提供了一种高强度粉末奥氏体不锈钢的制备方法。

背景技术

高强度不锈钢因其具有优异的强韧性匹配及耐蚀性，在航空航天、海洋工程及能源等关系国计民生的装备制造领域得到广泛的应用，如飞机的主承力构件、紧固件、卫星陀螺仪、飞船外壳、海洋石油平台、汽车工业、核能工业、齿轮和轴承制造等，是未来装备部件轻量化设计和节能减排的首选材料。

目前对高强度不锈钢的研究和发展更多的集中于马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效钢等，其主要强化方式为低碳马氏体相变强化以及NiAl和Ni₃Ti等金属间化合物的强化。而奥氏体不锈钢由于在其加热温度区间内不存在相变而无法通过热处理进行相变强化，一般仅通过冷加工进行强化，同时冷变形后的时效会存在着碳化物的均匀析出强化。然而，碳化物析出会导致贫铬区的产生从而恶化其晶间腐蚀性能，因此如何避免贫铬区产生并有效的提升奥氏体不锈钢的强度是十分重要的。

此外，不锈钢中氧的存在会对其成品率及性能产生不利的影响。粉末冶金不锈钢制品中氧含量主要是由粉末原料所决定的，其含量大小一般远高于传统熔铸法制备的不锈钢产品，因此需要采取一定的办法有效的固定氧并将其作为一种强化相存在于不锈钢中是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种高强度粉末奥氏体不锈钢的制备方法。该方法以水气联合雾化制备的含钛不锈钢粉末作为原料，加入锆铪粉作为固碳剂和固氧剂，将锆铪粉和雾化粉末高能球磨后经成形、烧结及热处理，获得高强度粉末不锈钢制品。首先，Zr、Hf、Ti属于同族元素，化学性质相近，在含钛不锈钢基体中加入少量的锆与铪不会对其性能造成不利影响。其次，将锆铪粉作为固碳剂，在不锈钢中钛的协同作用下，大大增强了对碳的吸收固定作用，避免了贫铬区的出现，从而进一步提高了钢的抗晶间腐蚀能力。同时，烧结过程中，Ti、Zr(Hf)、O三种元素形成有序相，达到降低钢基体中氧含量和第二相强化的作用。在这种情况下，即使粉末不锈钢制品中的氧含量较高，但是钢基体中的氧元素被Zr、Hf及Ti元素夺去，形成Ti-Zr(Hf)-O有序相，使得钢基体中的氧含量大幅度降低。并且，Ti-Zr(Hf)-O有序相可以起到强化不锈钢的作用，使得材料的强度大幅度提高。此外，可以根据应用需求，调控体系中的Zr、Hf含量，最大限度固定不锈钢中的氧，降低固溶氧对延展性的不利影响及生成有序强化相，进而得到高强度粉末不锈钢产品。本发明工艺简单、无需额外设备，生产效率高，有利于促进粉末不锈钢工业的发展。

为了获得上述的一种高强度粉末奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于在含钛不锈钢体系中加入锆铪作为固碳剂和固氧剂，实现防腐性能和力学性能的双重提升，具体制备步骤如下：

(1)通过水气联合雾化制备含Ti的不锈钢粉末，包括316Ti(0Cr18Ni12Mo2Ti)或321(0Cr18Ni10Ti)等；

(2)将雾化不锈钢粉末与锆铪粉按照99.6:0.4-97:3的质量配比，在氩气保护的手套箱中称量并装入混料罐中，随后进行高能球磨12-36h，球料比为10:1-30:1，获得均匀的机械合金化粉末；

(3)将机械合金化粉末进行高温真空退火，退火温度800-950℃，保温时间2-4h，充分去除粉末高能球磨带来的加工硬化，然后再进行破碎筛分后得到所需的合金粉；