CN103643160B - 一种高性能17-4ph不锈钢及其制备方法 - Google Patents

一种高性能17-4ph不锈钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能17-4PH不锈钢，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢？93.0-96.5%、FeB？1.0-2.0%、Mo？2.0-4.0%、VFe？0.5-1.0%，制备方法为：将原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe进行混料、球磨、造粒、压制、脱脂、真空烧结，得到高性能17-4PH不锈钢。通过上述方式，本发明的高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，加入适量、成分合理的烧结助剂能使致密度得到极大的提高，具有极佳的耐腐蚀性和较佳的综合力学性能，能用于制造承受较重负荷及对硬度、耐磨性和耐腐蚀性有较高要求的设备或部件，在机械、军工、航空、核工业等多种领域广泛应用。

Description

一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法。
背景技术
17-4PH不锈钢是一种典型的马氏体沉淀硬化不锈钢，具有高强度和优良的耐蚀性，按GB1220-2007的规定，其钢号为05Cr17Ni4Cu4Nb，在医疗器械、汽车，军工、航空、核工业等众多领域均具有广泛的用途，其基本成分见下表，其中基本成分是以重量百分比计算的：
。
多年来，17-4PH不锈钢一般采用熔炼法生产，但由其制造的零件切削加工困难、尺寸精度差、表面粗糙，且形状上受一定限制，易产生元素偏析，有缩孔、砂眼等问题，因此在不锈钢的加工制造中存在许多技术疑难，且加工成本较高。与传统熔炼技术相比，粉末冶金法具有烧结温度低、接近净成型、尺寸精度高、材料利用率高、组织结构均匀等优点，在生产应用中具有较大优势。17-4PH粉末烧结沉淀硬化不锈钢的性能见下表，其中自腐蚀电位测试时所用腐蚀介质为重量百分比为3%的NaCl水溶液：
。
由于通过粉末冶金法得到的17-4PH不锈钢内部存在孔隙，其力学性能和耐腐蚀性都在不同程度上低于致密不锈钢。研究表明，粉末冶金不锈钢几乎所有的性能都随着密度的增大而提高，为了充分发挥粉末冶金不锈钢的优势，必须提高其烧结体的致密度。
目前常采用的方法是加入低熔点烧结助剂实现液相烧结，该方法对设备要求相对较低、能量消耗较少，且对提高致密度的作用表较有效。已有人研究过单独加入FeB、NiB来实现液相烧结，但这些烧结助剂具有一定缺点，加入量过少，烧结时生成的液相量较少，对提高材料致密度的作用有限，加入量过大，会导致材料脆性增加。B、Si、Al、Ni、SiC、Cu3P、Fe3P等也是常用的烧结助剂，但这些烧结助剂存在一些局限性，如过量的B会导致低熔点硼化物共晶的出现，降低材料的塑性，Si的加入会使δ铁素体含量增加，时效时还会促进σ相的形成，将增大材料的脆性，Al容易氧化，SiC以及过量P的加入也会影响材料的塑性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，能得到具有极佳的耐腐蚀性和较佳的综合力学性能的高性能17-4PH不锈钢。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高性能17-4PH不锈钢，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢93.0-96.5%、FeB1.0-2.0%、Mo2.0-4.0%、VFe0.5-1.0%。
在本发明一个较佳实施例中，所述高性能17-4PH不锈钢以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢94.5%、FeB1.5%、Mo3.0%、VFe1.0%。
在本发明一个较佳实施例中，所述高性能17-4PH不锈钢的制备方法，包括步骤为：将原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe进行混料、球磨、造粒、压制、脱脂、真空烧结，得到高性能17-4PH不锈钢。
在本发明一个较佳实施例中，所述球磨过程是在球磨机中进行的，所述球磨机的转速是180～220rpm，球磨时间是6～8h。
在本发明一个较佳实施例中，所述真空烧结过程是在真空烧结炉中进行的，真空度高于0.1Pa。
在本发明一个较佳实施例中，所述真空烧结过程中的升温过程为：从室温到1140℃的加热速率为10℃/min，在1140℃下保温40min～60min，再从1140℃到终烧温度的加热速率为5℃/min，终烧温度为1250℃～1290℃，在所述终烧温度保温10min～20min。
在本发明一个较佳实施例中，所述真空烧结在保温结束后，以2.5℃/min的降温速率冷至900℃，然后随炉冷却。
在本发明一个较佳实施例中，所述真空烧结过程中在1140℃下保温50min，所述终烧温度为1270℃，在1270℃下保温15min。
本发明的有益效果是：本发明的高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，加入适量、成分合理的烧结助剂能使致密度得到极大的提高，高性能17-4PH不锈钢在保持优良的耐腐蚀性的同时，力学性能得到进一步的改善，可以用于制造承受较重负荷及对硬度、耐磨性和耐腐蚀性有较高要求的设备或部件，在机械、军工、航空、核工业等多种领域都具有广泛的应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
提供一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢93.0%、FeB2.0%、Mo4.0%、VFe1.0%。
实施例二：
提供一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢94.5%、FeB1.5%、Mo3.0%、VFe1.0%。
实施例三：
提供一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢95.5%、FeB1.0%、Mo3.0%、VFe0.5%。
实施例四：
提供一种高性能17-4PH不锈钢及其制备方法，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢96.5%、FeB1.0%、Mo2.0%、VFe0.5%。
实施例五：
（1）分别将实施例一至四中的原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe粉末混料，在行星式球磨机中球磨，球磨机转速为180rpm，时间为8h；
（2）经造粒、压制、脱脂后，在真空烧结炉中进行真空烧结，真空度高于0.1Pa，升温过程为室温至1140℃的加热速率为10℃/min，在1140℃保温40min，1140℃～1250℃的加热速率为5℃/min。在1250℃保温20min，保温结束后，以2.5℃/min的降温速率冷至900℃，然后随炉冷却。
在上述制备工艺条件下，不同成分配比的烧结不锈钢的主要性能见下表：
。
实施例六：
（1）分别将实施例一至四中的原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe粉末混料，在行星式球磨机中球磨，球磨机转速为200rpm，时间为7h；
（2）经造粒、压制、脱脂后，在真空烧结炉中进行真空烧结，真空度高于0.1Pa，升温过程为室温至1140℃的加热速率为10℃/min，在1140℃保温50min，1140℃～1270℃的加热速率为5℃/min，在1270℃保温15min，保温结束后，以2.5℃/min的降温速率冷至900℃，然后随炉冷却。
在上述制备工艺条件下，不同成分配比的烧结不锈钢的主要性能见下表：
。
实施例七：
（1）分别将实施例一至四中的原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe粉末混料，在行星式球磨机中球磨，球磨机转速为220rpm，时间为6h；
（2）经造粒、压制、脱脂后，在真空烧结炉中进行真空烧结，真空度高于0.1Pa，升温过程为室温到1140℃的加热速率为10℃/min，在1140℃保温60min，1140℃～1290℃的加热速率为5℃/min，在1290℃保温15min，保温结束后，以2.5℃/min的降温速率冷至900℃，然后随炉冷却。
在上述制备工艺条件下，不同成分配比的烧结不锈钢的主要性能见下表：
。
实施例八：
（1）分别将实施例一至四中的原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe粉末混料，在行星式球磨机中球磨，球磨机转速为220rpm，时间为7h；
（2）经造粒、压制、脱脂后，在真空烧结炉中进行真空烧结，真空度高于0.1Pa，升温过程为室温到1140℃的加热速率为10℃/min，在1140℃保温50min，1140℃～1290℃的加热速率为5℃/min，在1290℃保温10min，保温结束后，以2.5℃/min的降温速率冷至900℃，然后随炉冷却。
在上述制备工艺条件下，不同成分配比的烧结不锈钢的主要性能见下表：
。
在17-4PH不锈钢中加入适量、成分合理的烧结助剂，使该材料在较低的温度下出现适量的液相，从而致密度得到极大的提高，在致密化进行的同时，从液相中析出细小的复杂化合物，使材料进一步得到强化，最终使其在保持优良的耐腐蚀性的同时，力学性能得到进一步的改善。
在真空烧结过程中会发生的反应有：
Fe+FeB→Fe2B
Mo+FeB+VFe→(Mo,V)2FeB2+Fe
Mo+Fe2B+VFe→(Mo,V)2FeB2+3Fe
γ-Fe+Fe2B→液相（L1）
γ-Fe+L1+(Mo,V)2FeB2→液相（L2）+(Mo,V)2FeB2
上述反应的发生，使材料在较低的烧结温度即1100℃左右下就产生了液相L1，该液相会偏聚在颗粒接触区和颗粒内的晶界处。该液相对固相颗粒有较好的润湿性，由于毛细管力的作用将使颗粒发生重排，从而使得烧结体的致密化速率快速提高。由于Fe基固相在液相中的溶解度极低，因而材料的致密度还有进一步提高的可能。当继续升温到接近终烧温度时，出现L2，材料进一步得以致密。另一方面，所加入的VFe一部分溶解于Fe基固相中，抑制了其烧结过程中晶粒的长大，一部分生成了(Mo,V)2FeB2，也抑制了该复杂硼化物的长大，使其细小弥散地分布于晶界，不仅可抑制不锈钢烧结过程中晶粒的长大，同时也起到了强化的作用，因而明显提高了烧结不锈钢的致密度和力学性能。
本发明的提高烧结不锈钢性能的方法，使改性后的17-4PH烧结不锈钢的致密度≥98.5%，抗拉强度σb≥1220MPa，硬度≥36HRC，延伸率≥8%，自腐蚀电位Ecorr≥-0.32V，自腐蚀电位测试时试验介质为3wt.%的NaCl水溶液。它具有极佳的耐腐蚀性、较佳的综合力学性能，可以用于制造承受较重负荷及对硬度、耐磨性和耐腐蚀性有较高要求的设备或部件，在机械、军工、航空、核工业等多种领域都具有广泛的应用前景。
当烧结不锈钢中FeB的加入量为1.5wt.％，Mo为3.0wt.％，VFe为1.0wt.％时，材料的致密度相对较高，材料的抗拉强度、延伸率也相对较高，其自腐蚀电位也相对较高。在制备工艺参数中，1140℃的保温时间、最终烧结温度和保温时间对性能的影响相对较大，当升温至1140℃，保温50min，然后升温至1270℃，保温15min，材料的综合力学性能和耐蚀性均相对较高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种高性能17-4PH不锈钢，其特征在于，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢93.0-96.5%、FeB1.0-2.0%、Mo2.0-4.0%、VFe0.5-1.0%；
所述高性能17-4PH不锈钢的制备方法包括步骤为：将原料17-4PH不锈钢、FeB、Mo、VFe进行混料、球磨、造粒、压制、脱脂、真空烧结，得到高性能17-4PH不锈钢，其中所述真空烧结过程中的升温过程为：从室温到1140℃的加热速率为10℃/min，在1140℃下保温40min～60min，再从1140℃到终烧温度的加热速率为5℃/min，终烧温度为1250℃～1290℃，在所述终烧温度保温10min～20min。
2.根据权利要求1所述的高性能17-4PH不锈钢，其特征在于，以重量百分比计的组成成分为：17-4PH不锈钢94.5%、FeB1.5%、Mo3.0%、VFe1.0%。
3.根据权利要求1所述的高性能17-4PH不锈钢，其特征在于，所述球磨过程是在球磨机中进行的，所述球磨机的转速是180～220rpm，球磨时间是6～8h。
4.根据权利要求1所述的高性能17-4PH不锈钢，其特征在于，所述真空烧结过程是在真空烧结炉中进行的，真空度高于0.1Pa。
5.根据权利要求1所述的高性能17-4PH不锈钢，其特征在于，所述真空烧结在保温结束后，以2.5℃/min的降温速率冷至900℃，然后随炉冷却。
6.根据权利要求1所述的高性能17-4PH不锈钢，其特征在于，所述真空烧结过程中在1140℃下保温50min，所述终烧温度为1270℃，在1270℃下保温15min。
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