CN110760734A

CN110760734A - 一种高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料及其生产方法

Info

Publication number: CN110760734A
Application number: CN201911225335.2A
Authority: CN
Inventors: 申承秀; 王春官; 盛德稳
Original assignee: Haian Yingqiu Powder Metallurg Co Ltd
Current assignee: Haian Yingqiu Powder Metallurg Co Ltd
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-02-07

Abstract

一种高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料及其生产方法，涉及不锈钢材料的生产技术领域。先将Cr、Ni、Mo、Si和Fe元素混合，经雾化后进行球磨、过筛，取得不锈钢粉末，再将不锈钢粉末与C粉、润滑剂混合，经球磨，取得不锈钢材料混合粉，经模具中压制成形，取得不锈钢毛坯，再置于N₂和H₂的还原气氛中烧结，取得包括1.5%～2.5%的Si和0.5%～0.8%的C的不锈钢材料，且其硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性能大幅度提高。

Description

一种高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及不锈钢材料的生产技术领域。

背景技术

粉末冶金不锈钢是用粉末冶金方法制造的不锈钢，其优点是减少合金元素偏析，细化显微组织，改善性能，节约材料、节约能耗、降低成本，广泛应用汽车、家用电器、医疗器械等领域。但是粉末冶金不锈钢粉压缩性差，常温下压制，生坯高温烧结后密度只有6.8g/cm³左右，产品密度低，耐磨性差，严重制约了粉末冶金不锈钢的应用范围。

为了扩大粉末冶金不锈钢应用领域，促进粉末冶金不锈钢技术和生产工艺的进一步发展，急需开发出能使烧结密度达到7.0g/cm³以上的不锈钢粉料，如应用在汽车发动机内的甲醇泵转子、医疗器械等对密度、强度、耐磨性、耐腐蚀性高的产品上。

发明内容

为了克服现有不锈钢材料的以上缺陷，本发明提出一种高密度、高耐磨、高耐腐蚀性的不锈钢材料。

本发明高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料，以重量百分比计，在所述不锈钢材料中包括16.0%～18.0%的Cr、10.0%～14.0%的Ni、2.0%～3.0%的Mo、1.5%～2.5%的Si、0.5%～0.8%的C、Fe，以及微量杂质元素。

通过研究发现，由于硅的加入，能显著提高不锈钢材料的弹性极限、屈服点和抗拉强度，同时，硅和钼、铬等结合，具有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，并能促进基体致密化，有效提高产品密度，可使不锈钢材料产品的密度达到7.3g/cm³以上，且其硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性能大幅度提高。

本发明另一目的是提出以上不锈钢材料的生产方法。

本发明包括以下步骤：

1）将Cr、Ni、Mo、Si和Fe元素混合，经雾化后进行球磨、过筛，取得不锈钢粉末；

2）将不锈钢粉末与C粉、润滑剂混合，经球磨，取得不锈钢材料混合粉；

3）将将不锈钢材料混合粉置于模具中压制成形，取得不锈钢毛坯；

4）将不锈钢毛坯置于N₂和H₂的还原气氛中烧结，取得不锈钢材料；

所述Cr、Ni、Mo、Si、C粉和Fe元素混合时，各元素的重量占比为Cr：16.0%～18.0%，Ni：10.0%～14.0%，Mo：2.0%～3.0%，Si：1.5%～2.5%，C：0.5%～0.8%，其余为Fe。

通过上述方法将硅粉和其它元素混合后直接雾化，保证硅粉和其它元素混合的均匀性，减少偏析。由于添加硅粉，烧结品收缩比较大，采用直接雾化方式制备的粉体可保证烧结后产品的尺寸一致性和性能均匀性。采用推杆式不锈钢专用烧结炉在氨分解气氛下进行烧结，有效提高烧结的生产效率且产品表面形成的氮化层大大提高不锈钢产品的硬度和耐磨性。

进一步地，本发明所述不锈钢粉末的粒径为45～110μm。可以按一定比例的不同目数的不锈钢粉进行混合，可提高生坯的密度和强度。

所述C粉的粒径为30～45μm，采用粒径小的C粉，烧结时可有效促进基体的合金化，提高烧结品的硬度和强度。

所述润滑剂占不锈钢材料混合粉总重量的1.5%。添加1.5%的润滑剂目的是：粉末冶金不锈钢粉的压缩性差且极易损伤模具，形成拉毛等现象，经过充分试验和验证，1.5%的润滑剂既能减少压制时对模具的损伤，又能保证生坯的强度和烧结的脱脂的效果。

所述步骤2）中，采用三维运动混料机加球磨，转速为12转/分钟，时间为45分钟。保证混合后粉体的均匀性，减少偏析。

所述步骤3）中压制的压力为600～700MPa，可使不锈钢毛坯的压制密度达到6.45～6.55g/cm³，为后期进一步提高密度提供良好的基础条件。

另外，在高温区温度为1260℃的条件下进行烧结。经测试，烧结体的密度达到7.3g/cm³以上，硬度超过85HRB。

具体实施方式

一、材料准备：采用316L和添加硅粉的316L为基粉，再添加碳粉和润滑剂，按以下配方，制备了如下四种粉料（见下表）

代号	Cr	Ni	Mo	Si	C	润滑剂	Fe
								316L(B)	17.0%	12.0%	2.5%	2%	0.7%	1.5%	余量
316L	17.0%	12.0%	2.5%	/	/	1.5%	余量
								316L(C)	17.0%	12.0%	2.5%	2%	/	1.5%	余量
316L(D)	17.0%	12.0%	2.5%	/	0.7%	1.5%	余量

另外，C粉的粒径为30～45μm。

二、按以上各配比例分别进行生产，工艺如下：

1、制粉：

将Cr、Ni、Mo、Si和Fe元素混合，经雾化后进行球磨、过60目筛网，取得不锈钢粉末。

经检测，不锈钢粉末的粒径为45～110μm。

2、混合：

在不锈钢粉中加入润滑剂以及碳粉，采用三维运动混料机加球磨混合，转速12转/分钟，时间45分钟，取得的不锈钢材料混合粉。

3、压制成形：

将不锈钢材料混合粉置于模具中压制成形，取得不锈钢毛坯。

选择压制精度较高的机械压机，压力为600～700MPa。

经检测，不锈钢毛坯的压制密度为6.45～6.55g/cm³。

4、烧结：

烧结处理是在主要元素的熔点温度下进行的热处理。

将压制成形的不锈钢毛坯通过推杆式不锈钢烧结炉，在N₂和H₂的还原气氛中，高温区温度为1260℃下进行烧结，取得烧结体。

经测试，烧结体的密度达到7.3g/cm³以上，硬度超过85HRB。

5、整形：

将烧结体去毛刺后，采用压模进行压制整形，使其具有规定的形状、规定的尺寸精度。

三、将通过粉末冶金方法制造和本发明方法制成的汽车用甲醇泵转子进行性能验证。

甲醇泵转子是汽车甲醇泵的关键零件，甲醇泵输送的是甲醇，甲醇是煤化工的产物，可以替代汽油作为汽车的输出动力，由于甲醇的价格只有汽油的一半，具有节能环保、降低费用的作用。但是由于甲醇具有很强的腐蚀性、导电性、渗透性，且润滑性很差，甲醇在通电的情况下电解能力很强，所以对作为核心部件的粉末冶金不锈钢泵转子的硬度、强度和耐腐蚀性提出了很高的要求。

粉末冶金方法制造汽车用甲醇泵转子采用316L不锈钢粉。

本发明方法制造汽车用甲醇泵转子则在316L不锈钢粉中加入硅粉、碳粉，形成新材料316L（B），使其烧结密度可达到7.3g/cm³以上，硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性能大幅度提高。

以下是316L和新材料316L(B)、316L(C)、316L(D)、的硬度、密度、耐磨性、耐腐蚀性测试结果对比表：

由上四种材料试验的测试数据得出，用普通316L、316L(C)和316L(D)材料做出的产品，最长1000h运转后就出现了磨损，与使用要求（台架试验时间：4000h）差距较大，达不到使用要求。用添加硅和碳的新材料产品316L（B）的各项性能远远超过其它三种材料，达到设计要求，经用户测试满足使用要求。

Claims

1.一种高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料，以重量百分比计，在所述不锈钢材料中包括16.0%～18.0%的Cr、10.0%～14.0%的Ni、2.0%～3.0%的Mo、Fe，以及微量杂质元素，其特征在于还包括1.5%～2.5%的Si和0.5%～0.8%的C。

2.如权利要求1所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于包括以下步骤：

3）将不锈钢材料混合粉置于模具中压制成形，取得不锈钢毛坯；

3.根据权利要求2所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于所述不锈钢粉末的粒径为45～110μm。

4.根据权利要求2所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于所述C粉的粒径为30～45μm。

5.根据权利要求2所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于所述润滑剂占不锈钢材料混合粉总重量的1.5%。

6.根据权利要求2或5所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于所述步骤2）中，采用三维运动混料机加球磨，转速为12转/分钟，时间为45分钟。

7.根据权利要求2所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于所述步骤3）中压制的压力为600～700MPa。

8.根据权利要求2所述高密度、高耐磨、高耐腐蚀性不锈钢材料的生产方法，其特征在于在高温区温度为1260℃的条件下进行烧结。