粉末冶金高氮不锈钢的研究

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1、762009全国粉末冶金学术会议粉末冶金高氮不锈钢的研究况春江钟海林毕景维程东凯匡星李泉(1．钢铁研究总院；2．安泰科技股份有限公司，北京100081)摘要不锈钢中增加氮元素能明显提高材料强度及耐蚀性能。本文介绍了粉末冶金高氮无镍不锈钢(17Crl2Mn2MoN)和高氮超级奥氏体不锈钢(28c击MIl2／6M010／20NiN)的雾化制粉及热等静压成形工艺，进行了氮在雾化过程及热固结过程中的迁移规律研究。采用气雾化工艺，所得粉末中氮的最高含量可达1．0％(质量分数)。热等静压态及固溶淬火态的氮含量为0．6％的高氮无镍不锈钢表现出优异的强韧，

2、生；氮含量为1．0wt％的高氮超级奥氏体不锈钢经固

3、溶淬火处理后表现出优异的强韧性，抗拉强度为1100Mpa，屈服强度为810MPa，延伸率为43％。粉末冶金高氮不锈钢具有优异的耐蚀性能。关键词氮；热等静压；不锈钢；粉末冶金1引言人们在很早以前就开展了氮在钢中的作用研究。早在上世纪20年代，J．H．AndrewandF．Adcock就研究了氮对钢的组织和强度的影响¨以J。上世纪四十年代，H．Uhlig∞o揭示了氮对钢耐蚀性能的影响。在不锈钢中，作为奥氏体稳定和间隙固溶强化元素，氮和锰元素部分或全部替代镍元素，并能显著增加不锈钢的强度、耐蚀性、耐磨性和相的稳定性[4、5]。上世纪50年代，采用氮的合金化，开发了一系列含氮奥氏体不锈钢，如AISl

4、200系列，其中典型的有AISl202(18Cr一5Ni一8Mn一0．15N)钢，另外还有Nitronic40(2lCr一7Ni一9Mn一0．32N)。随着AOD技术的发展，超级奥氏体不锈钢如254SM0(20Cr一18Ni一6Mo一0．7Cu一0．2N)和超级双相不锈钢SAFUREX(29C卜巧，6Ni--2．2Mo一0．35N)也被发明[6]。氮在熔池中的溶解度满足Sieverts定律，常压下溶解度是很低的，一般不超过0．3％。上世纪90年代，加压熔炼制备高氮钢被应用，如P2000(16crl4Mn_3Mo珈．9N)氮含量接近1．0％一o。铸锻钢在缓冷过程中，容易生成脆性氮化物和金属间化

5、合物、成分偏析及在铸造过程中很难控制钢中氮含量，这些因素限制了传统高氮不锈钢的发展。粉末冶金法生产高氮不锈钢能够细化晶粒、减少成分和组织偏析，获得均匀的合金组元和氮的分布，能较为容易地获得更高的氮含量，可以实现近终成形，还可能制备铸锻方法难以制造的高氮钢制品旧。¨，因此粉末冶金高氮不锈钢具有广阔前景。本文中开展了两系列高氮不锈钢的粉末冶金工艺研究，一系列是满足医用的高氮无镍不锈钢，另一系列是满足海洋石油用的高氮超级奥氏体不锈钢。同时气雾化过程及热等静压固结过程中氮的迁移行为也被研究。·2合金设计合金设计需充分考虑钢的强度、耐蚀性、奥氏体稳定性、盯相分解温度、韧性向脆性的转变温度(DBTY)。

6、高氮无镍不锈钢的合金设计模型见图1a，超级奥氏体不锈钢的合金设计模型见图1b。二、钢铁粉末及制品SetNitrogentOmeetyieldsne-ngthperSpeideh●DctfHigi／leCr＆MotOsaris却MARCcorrosionresistancecriterion：MARC《什3．3Mo+20C+20N-0．5Mn一0．25Ni>24(316L)●Dn啊mjmCr＆MoforafullyAustenitealloyperSchafflerNiq=Ni+0．12Mn一0．0086Mn2+30C+18N+0．44CuQEfC卜1．5Mo+1．5W+0．48Si+2．3V

7、+1．75Nb+2．5AI●SetMn<14．O％(质量分安数)●DetermineCr＆MoforT。<1232"CperReichsteiner死℃=26．4Cr+6．7Mn+50．9Mo+92．2Si一17．9Cu-230．4C一238．4N+447◆DetermineNupperlimitconsideringDBTT：FigurelaAlloydesignfornickelfreehighnitrogenausteniticstainlesssteel3试验过程Setnitogentomeetob≥830MPa，O02≥450MPa；+DeterinineMo＆CrtOsarisf

8、yPREcorrosionresistancecriterionPRE=Cr+3．3Mo+16n≥50’SetMaat6％。Niat10％，Si≤o．5％，C。P，S疆loW酗∞鲻ible●DetermineMo&CrforafullyAustenificahoyperOritaCreq=Cr+4Mo+6Si-[40C+2Mn+4Ni+30N]<-37◆DetermincMo&CrforTd<1232"Cpe