CN108265235A - 一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料及其成形方法 - Google Patents

一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料及其成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料及其激光选区熔化成形方法。合金化学组成成分(质量分数)为：12.5％‑13.5％的Cr元素，4.5％‑6.0％的Ni元素，4.0％‑5.0％的Mo元素，8.0％‑9.0％的Co元素，0‑0.04％的C元素，0‑0.5％的Si元素，0‑0.7％的Mn元素，其余为Fe元素。首先进行真空冶炼和气雾化制粉，然后进行激光选区熔化成形，最后在真空热处理炉中进行退火处理。经上述热处理后，在室温抗拉强度超过1230MPa、屈服强度不小于980MPa、延伸率不小于15％的同时，‑196℃温度下的低温冲击韧性不小于35J，可满足航天产品对03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢构件强度及塑性的要求。

Description

一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料及其成形方法
技术领域
本发明涉及一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料及其成形方法，属于金属成形技术领域。
背景技术
我国新一代液氧/煤油高压补燃发动机相较于现有长征系列发动机，推力提高了1倍，相应地发动机氧化剂路工作压力提高了约1.5倍，涡轮轴系转速提高了30％，氧化剂也从常温状态四氧化二氮变成无毒、无污染的低温状态液氧，原有氧化剂路离心轮所选用的铸造铝合金材料无论从承压能力、高转速应用和相容性而言，已不能满足研制需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有材料和技术的不足，提出一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料及其成形方法。
本发明的技术解决方案是：
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料，该不锈钢材料的组分至少包括Cr元素、Ni元素、Co元素和Mo元素；以该不锈钢材料的总质量为100份计算，各主要组分的质量含量为：12.5％-13.5％的Cr元素，4.5％-6.0％的Ni元素，4.0％-5.0％的Mo元素，8.0％-9.0％的Co元素，0-0.04％的C元素，0-0.5％的Si元素，0-0.7％的Mn元素，其余为Fe元素。
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，该方法的步骤包括：
(1)将不锈钢材料的组分配比进行混合，混合均匀后，进行真空冶炼、轧制，得到棒材；
(2)对步骤(1)得到的棒材进行气雾化制粉，得到粉料，粉料的粒径为15μm～53μm；
(3)将步骤(2)得到的粉料进行激光选区熔化成形，得到形状满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料；
(4)将步骤(3)得到的形状满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料进行退火处理，得到形状及力学性能均满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料。
所述步骤(1)中，进行真空冶炼时采用真空感应方法，冶炼温度1580℃～1600℃；进行轧制时的温度为1140℃～1160℃，轧制结束后进行车光加工获得Ф80mm圆棒；
所述步骤(2)中，进行气雾化制粉时，雾化气体为氩气，压力3.5MPa～5MPa，金属液过热度100℃～300℃,金属液流率每分钟10Kg～20Kg；该步骤以步骤(1)得到的Ф80mm圆棒为原材料，采用气雾化制粉方法，得到粒径范围为15μm～53μm的合金粉末；
所述步骤(3)中，激光选区熔化成形工艺参数为：激光功率300W～320W，扫描速度为800mm/s～1000mm/s，光斑直径0.12mm～0.14mm，铺粉层厚0.03mm-0.06mm；
所述步骤(4)中，退火处理的方法为：在真空热处理炉中进行退火处理，退火处理温度为380℃～450℃，退火处理时间为2h～4h，然后氩气冷却至室温。
有益效果
(1)本发明的不锈钢材料为一种耐超低温高强不锈钢，可用于在-186℃液氧中使用的高速转动部件，在航天液体动力领域作为转动部件重要材料而被应用。
(2)本发明提出的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢激光选区熔化成形方法，主要解决了熔模精密铸造方法带来的疏松、夹杂等缺陷和补焊后变形乃至出现裂纹的问题。
(3)本发明制备的成形构件，在室温抗拉强度在超过1230MPa、延伸率不小于15％的同时，-196℃温度下的低温冲击韧性不小于35J，可满足航天产品对03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢构件强度及塑性的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料，各主要组分的质量含量为：13.10％的Cr元素，5.84％的Ni元素，4.29％的Mo元素，8.67％的Co元素，0.022％的C元素，0.29％的Si元素，0.36％的Mn元素，其余为Fe元素。
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，该方法的步骤包括：
(1)将不锈钢材料的组分配比进行混合，混合均匀后，进行真空冶炼、轧制，得到棒材；
(2)将步骤(1)得到的棒材进行气雾化制粉，得到粉料，粉料的粒径为15μm-53μm；
(3)将步骤(2)得到的粉料进行激光选区熔化成形，得到形状满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料；
(4)将步骤(3)得到的形状满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料进行退火处理，得到形状及力学性能均满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料。
所述步骤(1)中，采用真空感应方法冶炼，冶炼温度1600℃；1160℃轧制后并经车光加工获得Ф80mm圆棒；
所述步骤(2)中，以步骤(1)得到的Ф80mm圆棒为原材料，采用气雾化制粉方法，雾化气体为氩气，压力5MPa，金属液过热度200℃,金属液流率每分钟20Kg，得到粒径范围为15μm-53μm的合金粉末；
所述步骤(3)中，激光选区熔化成形的工艺参数为：激光功率310W，扫描速度为900mm/s，光斑直径0.14mm，铺粉层厚0.04mm；
所述步骤(4)中，退火处理的方法为：真空热处理炉中450℃保温3h，氩气冷却至室温。
对得到的不锈钢材料进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T229，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1335MPa～1343MPa，屈服强度达到1023MPa～1030MPa，延伸率达到16.1％～16.8％，-196℃温度下的低温冲击韧性达到43J～45J。
实施例2
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料，各主要组分的质量含量为：13.12％的Cr元素，5.78％的Ni元素，4.39％的Mo元素，8.75％的Co元素，0.025％的C元素，0.26％的Si元素，0.41％的Mn元素，其余为Fe元素。
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢激光选区熔化成形方法，采用激光功率320W、光斑直径0.14mm、扫描速度1000mm/s、铺粉层厚0.04mm的工艺参数制备03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢构件，然后置于380℃真空炉中保温3h后，氩气冷却至室温。
得到的不锈钢构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T229，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1354MPa～1365MPa，屈服强度达到1028MPa～1055MPa，延伸率达到15.8％～16.1％，-196℃温度下的低温冲击韧性达到41.5J～42.0J。
实施例3
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料，各主要组分的质量含量为：13.18％的Cr元素，5.88％的Ni元素，4.41％的Mo元素，8.72％的Co元素，0.017％的C元素，0.33％的Si元素，0.42％的Mn元素，其余为Fe元素。
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢激光选区熔化成形方法，采用激光功率300W、光斑直径0.12mm、扫描速度900mm/s、铺粉层厚0.04mm的工艺参数制备03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢构件，然后置于420℃真空炉中保温3h后，氩气冷却至室温。
得到的不锈钢构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T229，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1321MPa～1336MPa，屈服强度达到1003MPa～1020MPa，延伸率达到17.2％～17.8％，-196℃温度下的低温冲击韧性达到40J～42J。
实施例4
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料，各主要组分的质量含量为：13.04％的Cr元素，5.82％的Ni元素，4.33％的Mo元素，8.72％的Co元素，0.018％的C元素，0.20％的Si元素，0.33％的Mn元素，其余为Fe元素。
一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢激光选区熔化成形方法，采用激光功率300W、光斑直径0.12mm、扫描速度800mm/s、铺粉层厚0.03mm的工艺参数制备03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢构件，然后置于400℃真空炉中保温3h后，氩气冷却至室温。
得到的不锈钢构件采用同批试样进行力学性能测试，测试方法为GB/T228.1和GB/T229，测试结果表明：室温下抗拉强度达到1325MPa～1348MPa，屈服强度达到1010MPa～1026MPa，延伸率达到16.5％～17.2％，-196℃温度下的低温冲击韧性达到40J～45J。
综述所述，经本发明的激光选区熔化方法制备的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢复杂构件，在室温抗拉强度超过1230MPa、屈服强度不小于980MPa、延伸率不小于15％的同时，-196℃温度下的低温冲击韧性不小于35J，可满足航天产品对03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢构件强度及塑性的要求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料，其特征在于：该不锈钢材料的组分至少包括Cr元素、Ni元素、Co元素和Mo元素；以该不锈钢材料的总质量为100份计算，各主要组分的质量含量为：12.5％-13.5％的Cr元素，4.5％-6.0％的Ni元素，4.0％-5.0％的Mo元素，8.0％-9.0％的Co元素，0-0.04％的C元素，0-0.5％的Si元素，0-0.7％的Mn元素，其余为Fe元素。
2.一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)将不锈钢材料的组分配比进行混合，混合均匀后，进行真空冶炼、轧制，得到棒材；
(2)对步骤(1)得到的棒材进行气雾化制粉，得到粉料，粉料的粒径为15μm～53μm；
(3)将步骤(2)得到的粉料进行激光选区熔化成形，得到形状满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料；
(4)将步骤(3)得到的形状满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料进行退火处理，得到形状及力学性能均满足要求的03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述的一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(1)中，进行真空冶炼时采用真空感应方法，冶炼温度1580℃～1600℃。
4.根据权利要求1所述的一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(1)中，进行轧制时的温度为1140℃～1160℃。
5.根据权利要求1所述的一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(1)中，轧制结束后进行车光加工获得棒材。
6.根据权利要求1所述的一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(2)中，进行气雾化制粉时，雾化气体为氩气，压力3.5MPa～5MPa，金属液过热度100℃～300℃，金属液流率每分钟10Kg～20Kg。
7.根据权利要求1所述的一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(3)中，激光选区熔化成形工艺参数为：激光功率300W～320W，扫描速度为800mm/s～1000mm/s，光斑直径0.12mm～0.14mm，铺粉层厚0.03mm-0.06mm。
8.根据权利要求1所述的一种03Cr13Ni5Co9Mo5不锈钢材料的成形方法，其特征在于：所述步骤(4)中，退火处理的方法为：在真空热处理炉中进行退火处理，退火处理温度为380℃～450℃，退火处理时间为2h～4h，然后氩气冷却至室温。
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