CN107838414A - 一种高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法，以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成为：C≤0.12％，Cr12‑20％，Ni4‑10％，Cu1‑10％，Mo0.1‑2％，Mn0.1‑4％，Sn0.1‑2％，Si≤2％，余量为Fe，该制造方法，步骤如下：1)按不锈钢粉末成份进行配料；2)将配料投入熔炼炉中熔炼；3)将步骤2)熔炼成的不锈钢水后由喷嘴漏孔流出，用高压水进行雾化，经水冷凝后得到水雾化不锈钢粉末，水雾化不锈钢粉末经脱水、干燥、分级工序处理，再加入混合添加剂制成不锈钢粉末。本发明通过添加多种少量合金元素，提高了不锈钢粉末的烧结活性，降低了烧结温度，提高烧结体的致密度。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢粉末领域，尤其涉及到一种高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
粉末冶金法生产不锈钢克服了传统熔炼技术生产成本高、金属材料利用率低、产品尺寸精度不高等缺点，明显改善了传统熔炼技术对不锈钢零件形状特别苛刻的要求，同时产品具有良好的物理、力学性能，因此广泛应用于机械、五金、汽摩配电器等诸多领域。烧结不锈钢具有抗氧化性、抗蚀性、高力学性能和抗磨损性能，能成批地生产出高精度的复杂零件，因此具有广阔的应用前景。
然而目前常规粉末压制烧结不锈钢制品密度比较低，力学性能和耐蚀性能均不高，当需要较好的力学性能和耐腐蚀性能的不锈钢制品时，要采用高达1300度以上的烧结温度。比如304不锈钢粉末冶金通常采用高温钼丝炉进行烧结或使用MIN生产工艺，烧结为1200-1300度，才能达到优异的不锈钢材料性能。而国内大部分粉末冶金制品厂都不具备昂贵的高温钼丝炉和MIN生产线，只有允许的最高温度1150度的网带烧结炉，无法生产出合格的不锈钢制品，限制了生产不锈钢制品能力。如何在低的生产成本下进行低温烧结得到高密度不锈钢是目前的一个主要问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种压缩性好，成型性好的高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法。
本发明是通过如下方式实现的：
一种高收缩无磁不锈钢粉末，其特征在于：以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成为：C≤0.12％，Cr 12-20％，Ni 4-10％，Cu 1-10％，Mo 0.1-2％，Mn0.1-4％，Sn 0.1-2％，Si≤2％，余量为Fe。
一种高收缩无磁不锈钢粉末，其特征在于：以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成优选为：C≤0.10％，Cr 15-18％，Ni 4-10％，Cu 6-10％，Mo 0.2-0.8％，Mn 0.1-1％，Sn 0.2-0.8％，Si≤1％，余量为Fe。
一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：步骤如下：
1)按高收缩无磁不锈钢粉末成份进行配料；
2)将配料投入熔炼炉中熔炼；
3)将步骤2)熔炼成的不锈钢水后由喷嘴漏孔流出，用高压水进行雾化，经水冷凝后得到水雾化不锈钢粉末，水雾化不锈钢粉末经脱水、干燥、分级工序处理，再加入混合添加剂制成不锈钢粉末。
进一步地，所述混合添加剂占水雾化不锈钢粉末质量的0.8-1.5％。
进一步地，所述混合添加剂为以下其中的一种：C蜡粉、E蜡粉、超级润滑剂、硬脂酸锂。
进一步地，所述步骤3)中，高压水压力为9-20Mpa。
进一步地，所述步骤3)中，水雾化不锈钢粉末的松装密度为2.8～3.2g/cm。
进一步地，所述步骤3)中，不锈钢粉末在550～830MPa压力下压制成形；压坯在露点为-45～-50℃的氢气或分解氨气氛或真空中烧结成不锈钢制品，烧结温度为1100～1350℃。
进一步地，所述步骤3)中，不锈钢粉末为预合金粉末或多种不同成份的金属粉末混合物；将锰含量高的不锈钢粉末与-325目锡粉通过有搅拌机构的混料机进行搅拌，使锡粉完全粘接在不锈钢粉末颗粒上，能够改善不锈钢粉末的成型性。
本发明的有益效果在于：通过添加多种少量合金元素，提高了不锈钢粉末的烧结活性，降低了烧结温度，从而提高烧结体的致密度。为确保不锈钢无磁性，制定了合理的不锈钢合金成份组成，保证了奥氏体组织；本发明的不锈钢粉末在常规网带烧结炉或钼丝烧结炉烧结中能大幅提高烧结收缩率，得到高密度不锈钢制品，从而提高烧结不锈钢的整体性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施方式并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
一种高收缩无磁不锈钢粉末，以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成为：C≤0.12％，Cr 12-20％，Ni 4-10％，Cu 1-10％，Mo 0.1-2％，Mn 0.1-4％，Sn0.1-2％，Si≤2％，余量为Fe。
一种高收缩无磁不锈钢粉末，以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成优选为：C≤0.10％，Cr 15-18％，Ni 4-10％，Cu 6-10％，Mo 0.2-0.8％，Mn 0.1-1％，Sn 0.2-0.8％，Si≤1％，余量为Fe。
一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：步骤如下：
1)按高收缩无磁不锈钢粉末成份进行配料；
2)将配料投入熔炼炉中熔炼；
3)将步骤2)熔炼成的不锈钢水后由喷嘴漏孔流出，用9-20Mpa高压水进行雾化，经水冷凝后得到水雾化不锈钢粉末，水雾化不锈钢粉末的松装密度为2.8～3.2g/cm；水雾化不锈钢粉末经脱水、干燥、分级工序处理，再加入混合添加剂制成不锈钢粉末，所述混合添加剂占水雾化不锈钢粉末质量的0.8-1.5％；不锈钢粉末在550～830MPa压力下压制成形；压坯在露点为-45～-50℃的氢气或分解氨气氛或真空中烧结成不锈钢制品，烧结温度为1100～1350℃。
本发明混合添加剂为以下其中的一种：C蜡粉、E蜡粉、超级润滑剂、硬脂酸锂。
本发明不锈钢粉末为预合金粉末或多种不同成份的金属粉末混合物；将锰含量高的不锈钢粉末与-325目锡粉通过有搅拌机构的混料机进行搅拌，使锡粉完全粘接在不锈钢粉末颗粒上，能够改善不锈钢粉末的成型性。
本发明不锈钢粉末可为预合金粉末或多种不同成份的金属粉末混合物；不锈钢粉末经过烧结后制品属于奥氏体不锈钢，无磁性。
本发明Cu、Sn、Mo等元素加入能提高合金的烧结致密度，同时能提高不锈钢制品的防耐腐蚀性能力，在Mn含量低于0.5％时能使该合金的防耐腐蚀性能力接近304不锈钢。
本发明Cu的加入增加不锈钢粉末的烧结活性，在与304不锈钢同样的烧结条件下，能产生较大烧结收缩，提高制品的致密度；Cu以熔炼预合金的形式加入；不锈钢粉中Cu的优选范围为4-8％。
本发明Sn的加入极大地增强了Cu对不锈钢粉末烧结致密化效应，优选范围0.2-0.8％；此时，Cu含量优选范围为4-7％；Sn可以熔炼预合金的形式加入，也可以将锡粉以混合形式加入不锈钢粉末；在Mn高于0.5％的不锈钢粉中加入锡粉，能够提高不锈钢粉整体的成型性。
本发明钼的加入主要增强合金的盐雾能力，尤其与铜、锡元素配合更能够强化这种防腐能力，钼优选范围为0.2-0.8％。
本发明锰有利于无磁性，锰优选范围为0.1-1％；锰的加入大多来源于不锈钢废料；锰的过多加入会降低不锈钢粉末的成型性和压缩性，同时会降低不锈钢合金的盐雾能力；要达到良好的盐雾能力则锰优选范围0.1-0.5％。
本发明不锈钢粉末压成制品，在网带烧结炉及钼丝烧结炉中烧结，在同等相同的烧结温度与烧结时间条件下，相比普通304不锈钢烧结收缩率达2倍以上，能大幅提高制品的致密度，价格便宜，部分场合可以替代304使用。
实施例1
一种高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法，包括如下步骤：熔炼合金成份设计为：Cr 16.5％，Ni 8％，Cu 7％，Mo 0.5％，Sn 0.3％，余量为铁；按照合金设计所需的成份进行配料，包括不锈钢废料、纯铁、铬铁、镍、钼铁、铜、锡等；将各种料放到熔炼炉中熔炼，钢水熔化后，进行脱氧除渣；采用水气双喷嘴，于氮气保护气氛下，在11Mpa水压下进行雾化，粉末经过脱水烘干，过筛100目得到预合金不锈钢粉末；混合添加剂，添加剂为C蜡粉，比例为1.1％。
实施例2
一种结高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法，包括如下步骤：熔炼合金成份设计为：Cr 15％，Ni 7％，Cu 4.5％，Mo 0.5％，Sn 0.8％，余量为铁；按照合金设计所需的成份进行配料，包括纯铁、铬铁、镍、钼铁、铜、锡等；将各种料放到熔炼炉中熔炼，钢水熔化后，进行脱氧除渣；采用水气双喷嘴，于氮气保护气氛下，在11Mpa水压下进行雾化，粉末经过脱水烘干，过筛100目得到预合金不锈钢粉末；混合添加剂，添加剂为E蜡粉，比例为1.1％。
实施例3
一种高收缩无磁不锈钢粉末及其制造方法，对含锰较高的不锈钢成型性的改善，包括如下步骤：熔炼合金成份设计为：Cr 16％，Ni 5％，Cu 5％，Mo 0.5％，Mn 3％，余量为铁；按照合金设计所需的成份进行配料，包括含锰不锈钢废料、纯铁、铬铁、镍、钼铁、铜等，不加锡元素；将各种料放到熔炼炉中熔炼，钢水熔化后，进行脱氧除渣；采用水气双喷嘴，于氮气保护气氛下，在12Mpa水压下进行雾化，粉末经过脱水烘干，过筛100目得到预合金不锈钢粉末；将上述预合金粉末与-325目锡粉在有搅拌机构的混料机中进行搅拌，使锡完全粘接在不锈钢粉颗粒上。锡粉加入比例为0.8％。锡粉能够改善成型性；再混合添加剂，添加剂为超级润滑剂，比例为1.1％。
对比例4
针对本发明，对含锰不锈钢，不加锡、钼的情况进行对比，包括如下步骤：熔炼合金成份设计为：Cr 16％，Ni6％，Cu 7％，Mn 3％，余量为铁；按照合金设计所需的成份进行配料，包括含锰不锈钢废料、纯铁、铬铁、镍、铜等；将各种料放到熔炼炉中熔炼，钢水熔化后，进行脱氧除渣；采用水气双喷嘴，于氮气保护气氛下，在12Mpa水压下进行雾化，粉末经过脱水烘干，过筛100目得到预合金不锈钢粉末；混合添加剂，添加剂为E蜡粉，比例为1.1％。
对比例5
针对本发明，用水雾化304不锈钢粉进行对比。
本发明实施例1、实施例2、实施例3、对比例4、对比例5的不锈钢粉末化学成分表,如表1：
表1为本发明实施例1-3及对比例4-5的不锈钢粉末化学成分对比表
| 重量百分比％ | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例4 | 对比例5 |
| C | 0.070 | 0.065 | 0.056 | 0.067 | 0.056 |
| Cr | 16.21 | 14.95 | 16.32 | 15.86 | 18.42 |
| Ni | 8.07 | 7.32 | 5.02 | 6.11 | 9.54 |
| Cu | 6.75 | 4.43 | 5.35 | 6.75 | - |
| Mo | 0.51 | 0.48 | 0.45 | - | - |
| Sn | 0.32 | 0.81 | 0.77 | - | - |
| Si | 0.73 | 0.67 | 0.55 | 0.61 | 0.7 |
| Mn | 0.39 | 0.44 | 3.12 | 2.96 | 0.34 |
| Fe | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 |
由表1可以得知，实施例1-3的不锈钢粉末中的Mo、Sn元素含量明显高于对比例4-5，Sn增强了Cu对不锈钢粉末烧结致密化效应，Sn可以熔炼预合金的形式加入，也可以将锡粉以混合形式加入不锈钢粉末；Mo增强合金的盐雾能力，尤其与铜、锡元素配合更能够强化这种防腐能力，故实施例1-3的不锈钢粉末性能优于对比例4-5的不锈钢粉末
本发明实施例1、实施例2、实施例3、对比例4、对比例5的不锈钢粉末的压缩性和成形性,如表2：
表2为本发明实施例1-3及对比例4-5的不锈钢粉末压缩性和成形性检测结果
| 成型性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例4 | 对比例5 |
| 压缩性g/cm3 | 6.81 | 6.72 | 6.64 | 6.42 | 6.68 |
| 成形性N/mm2 | 248 | 241 | 221 | 165 | 237 |
| 成型性评判 | 好 | 好 | 较好 | 较差 | 好 |
由表2得知，加入Cu、Sn、Mo的本发明的实施例1-3能够达到并超过普通304不锈钢的成形性和压缩性。
本发明实施例1、实施例2、实施例3、对比例4、对比例5的不锈钢粉末生坯强度的对比,如表3：
表3为本发明实施例1-3及对比例4-5的不锈钢粉末生坯强度的对比
由表3得知，在成型同一生坯密度下，本发明实施例1-3的生坯强度都超过对比例5的普通304不锈钢。由表3得知，在成型同一生坯密度下，本发明含锰的实施例3因为锡粉的加入生坯强度高于对比例4，成型性得到改善。
本发明实施例1、实施例2、实施例3、对比例4、对比例5的不锈钢粉末压坯在露点为-45～-50℃的氮氢混合气氛中烧结；网带烧结炉烧结温度为1150℃，烧结检测结果见表4；为便于直观对比性能，采用GB/T 6804-2002检测生坯强度和烧结强度；烧结尺寸变化采用GB/T 5157-2015进行测定。
表4为本发明实施例1-3及对比例4-5的不锈钢粉末用网带烧结炉于1150度烧结的性能对比
由表4可以得知：在同等相同的烧结条件下，加入Cu、Sn、Mo的本发明的实施例1-3相比普通304不锈钢烧结收缩率大，本发明能大幅提高不锈钢制品的致密度。
本发明实施例1、实施例2、实施例3、对比例4、对比例5的不锈钢粉末压坯在露点为-45～-50℃的氮氢混合气氛中烧结；高温钼丝炉烧结温度为1250度，烧结检测结果见表5；为便于直观对比性能，采用GB/T 6804-2002检测生坯强度和烧结强度；烧结尺寸变化采用GB/T 5157-2015进行测定。
表5为本发明实施例1-3及对比例4-5的不锈钢粉末用高温钼丝炉于1250度烧结的性能对比
由表5可以得知:在同等相同的烧结条件下，加入Sn、Mo的本发明的实施例1-3相比对比例4不锈钢烧结收缩率要大，加入Sn、Mo，能达到更高的致密度；抗盐雾腐蚀能力按照GB/T2423.17-93中性盐雾试验标准(NSS)；本发明采用1250度烧结条件下烧结的不锈钢制品进行防腐能力检测；检测制品为烧结态，表面未经处理的；检测结果见表5。可见，低锰等实施例1与实施例2防腐能力接近304；而含锰高度对比例4盐雾能力差；而含锰的实施例3因为加入Cu、Sn、Mo，其防腐能力对比例4要强。
上述实施例只用来说明本发明的具体实施原理和功效，而非用来限制本发明。任何熟悉本行业技术的人士都可以在本发明阐述的方法的基础上加以修改或修饰，因此凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种高收缩无磁不锈钢粉末，其特征在于：以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成为：C≤0.12％，Cr 12-20％，Ni 4-10％，Cu 1-10％，Mo 0.1-2％，Mn 0.1-4％，Sn 0.1-2％，Si≤2％，余量为Fe。
2.一种高收缩无磁不锈钢粉末，其特征在于：以重量百分比计，高收缩无磁不锈钢粉末的化学成份组成优选为：C≤0.10％，Cr 15-18％，Ni 4-10％，Cu 6-10％，Mo 0.2-0.8％，Mn0.1-1％，Sn 0.2-0.8％，Si≤1％，余量为Fe。
3.一种如权利要求1或2的高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：步骤如下：
1)按高收缩无磁不锈钢粉末成份进行配料；
2)将配料投入熔炼炉中熔炼；
3)将步骤2)熔炼成的不锈钢水后由喷嘴漏孔流出，用高压水进行雾化，经水冷凝后得到水雾化不锈钢粉末，水雾化不锈钢粉末经脱水、干燥、分级工序处理，再加入混合添加剂制成不锈钢粉末。
4.根据权利要求3所述一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：所述混合添加剂占水雾化不锈钢粉末质量的0.8-1.5％。
5.根据权利要求3或4所述一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：所述混合添加剂为以下其中的一种：C蜡粉、E蜡粉、超级润滑剂、硬脂酸锂。
6.根据权利要求3所述一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中，高压水压力为9-20Mpa。
7.根据权利要求3所述一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中，水雾化不锈钢粉末的松装密度为2.8～3.2g/cm。
8.根据权利要求3所述一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中，不锈钢粉末在550～830MPa压力下压制成形；压坯在露点为-45～-50℃的氢气或分解氨气氛或真空中烧结成不锈钢制品，烧结温度为1100～1350℃。
9.根据权利要求3所述一种高收缩无磁不锈钢粉末的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中，不锈钢粉末为预合金粉末或多种不同成份的金属粉末混合物；将锰含量高的不锈钢粉末与-325目锡粉通过有搅拌机构的混料机进行搅拌，使锡粉完全粘接在不锈钢粉末颗粒上，能够改善不锈钢粉末的成型性。
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