CN1129676C - 粉末注射成型物料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种粉末注射成型物料，包含低镍奥氏体钢，其含有铁和下列成分：小于17.0重量%的锰；大于21.0且不大于26.0重量%的铬；小于15.0重量%的钼；大于0.70且不大于1.70重量%的氮；和大于0.11且不大于0.70重量%的碳。本发明还涉及本发明的粉末注射成型物料的应用。

Description

粉末注射成型物料及其应用
本发明涉及一种低镍奥氏体钢，特别是一种低镍、低钼、低锰且低铜的奥氏体钢及其应用。本发明还涉及由这种钢组成的制品的生产方法。
这里，术语“钢”通常是指含铁的合金并包括含碳的铁。严格来说，奥氏体是具有面心立方晶体结构(“γ-铁”)的铁的高温变体，在740℃和1538℃之间热力学稳定，并以固溶体形式含有从0到最大2.1重量％的碳(在1153℃)。然而，通常所有具有面心立方晶格的钢都称为奥氏体钢或奥氏体。对于许多钢的用途都要求面心立方奥氏体结构，或者至少与其它变体(例如铁素体或马氏体钢)相比是有利的；例如，奥氏体是非铁磁性的，这使得奥氏体钢可以用于电气或电子部件或其它不希望出现磁性排斥或吸引的用途中，例如在钟表中。然而，由于奥氏体是高温变体，在低温下是热力学不稳定的，奥氏体必须经过稳定化转变为其它变体，使其在常温下也保持其希望的奥氏体性质。例如，这可以通过加入称为奥氏体结构稳定剂的合金元素来进行。最常用于该目的的合金元素是镍，典型用量为8-10重量％。
其它合金组分用于以希望的方式影响钢的其它性质(例如抗蚀性和耐磨性、硬度、强度或延展性)。然而，特定合金元素的使用通常也导致一些缺点，通常是与用量有关，这可以通过在一定范围内调整合金组成来抵消。例如，碳和锰一般有助于稳定奥氏体结构，但是过量时降低抗蚀性。硅通常是一种不可避免的杂质，但是有时也有意加入作为氧的清除剂，但是促进δ-铁素体的形成。铬、钼和钨对抗蚀性有决定性的贡献，但是同样促进δ-铁素体的形成。氮能稳定奥氏体结构并提高抗蚀性，但是过高的氮含量降低钢的延展性。钢组成优化的一个难点是钢的性质不随特定合金组分的含量线性变化，而是组成上的很小变化可能产生材料性能非常大的突然变化。使用有色金属作为合金元素的另一个缺点一般是它们的价格较高。
很久就已经知道钢及其生产。例如，在工业化学百科全书，第六版，1999电子出版社，Wiley-VCH，D-69451 Weinheim，Germany在关键词“钢”的条目下可以发现钢工艺的全面评述。
对于一些用途，低镍奥氏体钢是希望的材料。这种钢越来越重要的应用领域是在其使用过程中与人或动物体接触的制品，因为这些钢当然不会引起镍过敏。镍过敏通常是与含镍钢接触时产生接触湿疹或其它过敏现象的原因，例如在珠宝、手表或植入物的使用过程中或者在使用这种钢制造的医疗仪器时发生。所以，在许多国家确定了材料镍含量的限值或者对其在与人或动物体的接触时镍释出的限值，或者已经强制执行。也正是这种原因，拥有多种用途的多种低镍奥氏体钢变得越来越重要。
已知一些低镍奥氏体钢，包括无镍的奥氏体钢。通常，在这种钢中的奥氏体结构是通过元素氮稳定的。
因此，AT-B-266 900提出用于生产运动机械部件，尤其是那些承受振动应力的机械部件的奥氏体、非磁性钢的使用，要使用的钢只被确定在极宽范围的可能组成：0-20重量％的Mn、0-30重量％的Cr、0-5重量％的Mo和/或V、至少0.5，优选为至少1.4重量％的N、0.02-0.55重量％的C，0-2重量％的Si和0-25重量％的Ni，余量为铁。所述宽范围覆盖了具有完全不同性能的不同的钢，没有给出选择特定钢的判据，关于这种钢的生产措施了解得也很少。
EP-A-875 591公开了抗腐蚀的基本不含镍的奥氏体钢的使用，主要组成为5-26重量％的Mn、11-24重量％的Cr、2.5-6重量％的Mo、0.2-2.0重量％的N、0.1-0.9重量％的C，最多0.5重量％的Ni，余量为铁，它作为生产与生物接触的制品的材料。DE-A-195 13407类似地公开了使用抗腐蚀的基本无镍的奥氏体钢作为生产与生物接触的制品的材料。这种钢的主要组成为2-26重量％的Mn、11-24重量％的Cr、2.5-10重量％的Mo、0.55-1.2重量％的N、小于0.3重量％的C，最多0.5重量％的Ni，余量为铁。JP-A-07/150297(化学摘要：摘要编号为123：175994)公开了一种钢，组成为10-25重量％的Mn、10-25重量％的Cr、5-10重量％的Mo、0.2-1重量％的N、0.05-0.5重量％的C和最多0.5重量％的Si，余量为铁，它在造船业中的使用。DE-A-196 07828描述了一种钢，组成为8-15重量％的Mn、13-18重量％的Cr、2.5-6重量％的Mo、0.55-1.1重量％的N、最多0.1重量％的C和最多0.5重量％的Ni，余量为铁，它用于各种部件，尤其是发电机罩环。在所述出版物公开的钢的情况下，用较大量的钼来获得高的抗腐蚀性，而钼是目前为止传统合金元素中最昂贵的。
DE-A-42 42 757提出了一种主要组成是21-35重量％的Mn、9-20重量％的Cr、0-7重量％的Mo、0.3-0.7重量％的N、最多0.015重量％的C、最多0.1重量％的Ni，最多0.5重量％的Si、最多0.02重量％的P、最多0.02重量％的S和最多4重量％的Cu，余量为铁的钢的使用，它作为生产与生物接触的制品的材料。EP-A-422 360公开组成为17-20重量％的Mn、16-24重量％的Cr、0-3重量％的Mo、0.5-1.3重量％的N和最多0.20重量％的C，余量为铁的钢的使用，它用于生产铁路车辆的部件。EP-A-432 434描述了组成为17.5-20重量％的Mn、17.5-20重量％的Cr、0-5重量％的Mo、0.8-1.2重量％的N、最多0.12重量％的C、0.2-1重量％的Si、最多0.05重量％的P、最多0.015重量％的S和最多3重量％的Ni，余量为铁的钢来生产连接元件的方法。DE-A-25 18452描述了一种通过在至少925℃对无氮或低氮中间合金渗氮来生产奥氏体钢的方法，包含21-45重量％的Mn、10-30重量％的Cr和0.85-3重量％的N，余量为铁。虽然在这些出版物描述的钢具有较低的钼含量，但是，它们有对抗腐蚀性有不利影响的较高的锰含量。
DE-A-24 47 318描述了一种奥氏体钢，它包含15-45重量％的Mn、10-30重量％的Cr、0.85-3重量％的N、最多1重量％的C、0-2重量％的Si和下列三种合金元素的至少一种：1-3重量％的Cu、1-4重量％的Ni和1-5重量％的Mo，这最后三种成分的总含量达到5重量％，余量为铁，合金的组成必须满足另外的特定条件。此外，如果使用至少21重量％的较高锰含量，则该合金可以不含Cu和Ni。在这种钢中，如果较高的钼或锰含量可以接受，和/或存在至少1重量％的铜，则也可不用镍。
EP-A-640 695公开了一种组成为11-25重量％的Mn、10-20重量％的Cr、最多1重量％的Mo、0.05-0.55重量％的N、最多0.01重量％的C、最多0.5重量％的Ni和最多1重量％的Si，余量为铁的钢，它用于生产与生物皮肤接触的日用品。JP-A-07/157847描述了一种钢，含有9-20重量％的Mn、12-20重量％的Cr、1-5重量％的Mo、0.1-0.5重量％的N、0.01-0.6重量％的C、0.05-2.0重量％的Si、0.05-4重量％的Cu，余量为铁，它用于生产表壳。JP-A-06/116 683(化学文摘：摘要编号为121：138544)公开了一种钢，含有5-23重量％的Mn、13-22重量％的Cr、最多5重量％的Mo、0.2-0.6重量％的N、0.05-0.2重量％的C、最多0.1重量％的In和最多15重量％的Ni，余量为铁。在这些出版物中公开的钢含有较少的钼和锰，至少在其可能的组成范围内，但是它们的抗蚀性不能令人满意。
本发明的目的是提供一种低镍，优选是无镍的奥氏体钢。也是由于成本原因，这种钢应该含有较少量的其它合金元素；特别是它应该具有低含量的钼、锰和铜，但是具有优异的材料性能，尤其是高的抗蚀性。
为此已经发现通过含有铁和下列成分的低镍奥氏体钢达到了这一目的。
锰：小于17.0重量％；
铬：大于21.0重量％且不大于26.0重量％；
钼：小于1.50重量％；
氮：大于0.70重量％且不大于1.70重量％；和
碳：大于0.11重量％且不大于0.70重量％。
此外还发现用这种钢生产模制体的方法。
用重量％表示的数据对应于所制成的钢的组成。
本发明的钢具有低镍含量，优选是无镍的、奥氏体的、抗腐蚀的材料，它容易生产和加工，特别是因为钼含量低，所以成本低。
本发明的钢镍含量低，即如果有镍的话，也只向其中加入较少量的镍，或者一般不超过2重量％，例如不超过1重量％。本发明的钢优选的是无镍的，即不有意加入镍。(因此无镍是一种低镍含量的特殊情况)。镍一般作为不可避免的杂质以少量或痕量存在，通常是由于一般使用钢废料作为获得铁或粗钢的原料。一般地，在其无镍实施方案中的本发明的钢含有小于1.0，优选的是小于0.5重量％的镍，特别优选的是小于0.3重量％的镍。具有这种低镍含量的钢即使在与人或动物体长期接触时，也很少释出镍，因此不必害怕敏感或过敏。
本发明的钢含有小于17.0，优选的是不大于16重量％的锰。它还含有大于21.0且不大于26.0，优选的是不大于23重量％的铬和小于1.50，优选的是不大于1.4重量％的钼。其氮含量大于0.70，优选的是至少0.82，且不大于1.70重量％；其碳含量大于0.11，优选的是至少0.15，例如至少0.17，且不大于0.70重量％。这些合金元素基本以固溶体存在，即以原子形式细分散在奥氏体晶格中，且不作为碳化物、氮化物或中间相存在。
常用于改善特定用途的特定性能或作为钢的生产中的传统添加剂的其它合金元素的少量加入，一般不会影响本发明钢的材料性能。特别是它可含有小于4，例如小于2.5，优选的是小于2，特别优选的是小于1，例如0.5重量％的铜。它也可以含有例如钨，含量小于2，优选的是不大于1重量％，硅含量小于2，优选的是不大于1重量％。
在一个特别优选的实施方案中，本发明的钢由铁、不可避免的杂质和下列成分组成：
锰：小于17.0重量％；
铬：大于21.0且不大于26.0重量％；
钼：小于1.50重量％；
氮：大于0.70且不大于1.70重量％；
碳：大于0.11且不大于0.70重量％；
铜：小于2.5重量％；
钨：小于2重量％；和
硅：小于2重量％。
本发明的钢是非常抗腐蚀的。抗蚀性，表示为临界微裂缝腐蚀温度，随下列钢中合金元素的有效总和增大而增大：
有效总和＝Cr+3.3Mo+20C+20N-0.5Mn
这里元素符号是钢中该元素用重量％表示的含量。在抗腐蚀性为主要的钢的应用中，通过获得其它要求的材料性质(强度、延展性等)所预定的限值内以尽可能高的有效总和来优化钢的组成。在这些情况下，低锰含量和高碳和氮含量与适度铬和钼含量是优选的。
由本发明的钢制造的工件具有广泛的用途。(因为本发明的钢是具体的，所以总是具有一定的几何形状，术语“钢”和“由这种钢制成的工件或制品”一般具有相同的意义。)
由本发明的钢制成的工件特别是用于在要求高抗蚀性和/或强度和/或镍的释放不能容许的场合。本发明的钢的典型应用领域是生产至少有时要与人或动物体接触的制品，例如眼镜、手表、珠宝、植入物、牙科植入物、衣服的金属部件如腰带扣件、钩子、钮环、针、安全针、床架、栏杆、手柄、剪刀、刀叉餐具和医疗器械注射针、解剖刀或其它外科器械。
但是，本发明钢的出人意料的高抗蚀性和强度也开辟了不含镍时不起作用或只有很小作用的用途领域。例如，它用在地面建筑和地下建筑中用于例如生产钢筋、紧固构件、锚定构件、铰链、岩石锚、承受负载的结构、正面构件和预应力钢。它也用于生产工业设备的材料，例如在石油和天然气开采和输送、和海洋工程如造船、或在石油化学工业中的设备或管道。此外，它还用作运输技术的材料，例如水路、陆地和航空运输的运输工具和装置的部件。此外，它还用在机械工程和装置结构中，例如能源和电站技术或电气和电子设备。而且，本发明的钢还用作在硬质烧结模制件中的硬质材料的金属粘结相。
对于某些所述用途，特别是铁磁性不存在问题的场合，仅作为表面层来应用或生产本发明的钢可能是足够的。用于该目的的方法是已知的，例如用本发明的钢薄层对工件镀层，或者只对包含无氮或较低氮的中间合金的工件的部分渗氮。
通过已知的钢生产方法生产本发明的钢和/或成型成希望的工件，例如通过无压熔炼、电炉渣再熔炼、压力电炉渣再熔炼、熔体浇铸、锻造、热加工成型和/或冷加工成型、粉末冶金，如压制和烧结或者粉末注模，这两种方法使用均匀的本发明的组成的粉末都是可能的，或者通过已知的中间合金技术，或者如果所述熔体冶金和粉末冶金方法不在足够氮分压下进行，如果要求，用无氮或低氮中间合金的后续渗氮。以同样已知方式通过热处理避免或消除碳化物、氮化物和中间相的形成。通过固溶处理和冷加工成型获得本发明钢的特别高强度的工件。如果希望，然后工件回火。出人意料的是，冷加工成型不会影响抵抗裂缝腐蚀的性能。
一种由本发明钢组成的制品的优选的生产方法是粉末冶金。为此，把包含本发明钢或无氮或低氮的中间合金粉末引入到模型中，例如通过压制，从模型中取出并烧结。在烧结过程中或者在随后的附加加工步骤中，如果使用无氮或低氮的中间合金，则通过渗氮达到所要求的氮含量。
使用均匀合金形式的钢或其无氮或低氮的前体不是绝对必要的。钢的成分或其前体的成分还可以以合金元素的粉末混合物形式存在或者作为不同合金和/或纯元素的混合物存在，从这些混合物出发，在烧结过程中，由于扩散而通过中间合金技术形成希望的总组成的合金。例如，也可以使用纯铁粉末和含有其它合金元素和铁的合金粉末的混合物。
简单的粉末冶金成型工艺(例如在模型中压制)的一个重要缺点是只能生产具有较简单外形的成型体。特别适合于生产具有复杂形状成型体的另一种已知的粉末冶金方法是粉末注射成型。为了该目的，把钢粉末、无氮或低氮的前体与热塑性塑料混合，热塑性塑料通常称为粉末注射成型工艺的粘合剂，如果需要，还加入其它助剂，从而形成总的热塑性注射成型材料(原料)。
使用热塑性塑料加工已知的注射成型工艺来注射成型热塑性注射成型物料，然后从注射成型体(生坯)中排出热塑性粉末注射成型粘合剂(除粘合剂)，烧结不含这种粘合剂的坯体(褐坯)，得到最终的烧结成型体，如果需要，通过在含氮气氛炉中热处理氮化(渗氮)调节到所希望的氮含量。优选的是通过在烧结过程中或直接在烧结之前或之后的氮化达到氮含量，而没有立即从烧结炉中取出烧结成型体或者在烧结温度或氮化温度之下冷却。这些方法的主要问题是粘合剂的去除，通常通过热塑性塑料的热解来进行，常常在工件中产生开裂。所以，有利的是使用可以在低温催化去除的热塑性塑料。
适合于本发明钢的生产和加工的金属粉末注射成型过程和用于该目的的原料对于熟悉该领域的技术人员是已知的。例如，EP-A 413 231描述了催化去除粘合剂的过程，EP-A 465 940和EP-A 446 708公开了生产金属成型体的原料。W.-F.Bahre，P.J.Uggowitzer和M.O.Speidel：“近净尺寸制造的竞争优势”(Editor B.-D.Kunze)，DeutscheGesellschaft Fur Metallurgie，Frankfurt，1997(ISBN 3-88355-246-1)，和H.Wohlfromm，M.Blomacher，D.Weinand，E.-M.Langer和M.Schwarz：“金属注射成型的新材料”，PIM-97-第1届欧洲粉末注射成型学术会议论文集，慕尼黑贸易展览中心，慕尼黑，德国，199年10月15-16日，欧洲粉末冶金协会1997，(ISBN 1-899072-05-5)描述了在烧结过程中用渗氮生产无镍含氮钢的粉末注射成型过程。国际专利申请PCT/EP/99/09136(国际发布日期1999年11月25日，1998年12月1日的特许权申请DE 19855422.2)描述一种用无镍奥氏体钢作为硬质材料的金属结合剂相生产硬质-烧结成型部件的方法。
粉末注射成型方法在过程上不同与传统粉末冶金方法如压制和烧结，不同在于成型方法及由此随后用于去除成型用的热塑性粉末注射成型粘合剂的附加步骤。然而，在所有的粉末冶金方法中，用相同的方式进行烧结和氮化。
以细粉末的形式使用本发明钢、其前体或其成分。所用平均颗粒尺寸通常小于100，优选的是小于50，特别优选的是小于20微米且一般大于0.1微米。这些金属粉末是工业上可得到的或者可以用任何已知的方法生产，例如通过羰基分解或者水或气体雾化。
为了进行粉末注射成型过程，把本发明的钢、其前体或其成分与作为粉末注射成型粘合剂的热塑性非金属材料混合，产生粉末注射成型物料。用于注射成型物料生产的合适的热塑性塑料是已知的。一般来说，使用热塑性塑料，例如聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯，或者聚醚如聚环氧乙烷(“聚乙二醇”)。使用这些可以在较低温度从生坯中催化去除的热塑性塑料是优选的。优选的是用聚缩醛塑料作为热塑性塑料的基料，特别优选的是聚甲醛(“POM”、低聚甲醛、三聚乙醛)。为改善注射成型物料加工性能，也可选择性地混入助剂，例如分散助剂。用于其通过注射成型和催化去除的制备和加工的类似的热塑性物料和方法是已知的并且被描述于例如EP-A 413 231、EP-A 446 708、EP-A 444 475、EP-A 800 882且特别是EP-A 465 940及其美国相等专利US 5,362,791中，这些专利在本文中引作参考。
优选的本发明的注射成型材料组成为：
a)40-70体积％的在权利要求1、2或3中定义的钢、或者这种钢的无氮或低氮含量的前体或者这种钢的成分或其前体成分的混合物，都是粉末形式的，平均颗粒尺寸为0.1微米且不大于100，优选不大于50，特别优选不大于20微米；
b)30-60体积％的下列物质的混合物：
b1)50-100重量％的聚甲醛均聚物或共聚物和
b2)0-50重量％的与b1)不混溶且可以加热去除而不留下残渣
的聚合物，或这类聚合物的混合物，它作为粉末a)的热塑性粘
合剂，和
c)0-5体积％的分散助剂。
当然，成分总和为100体积％。
聚甲醛均聚物或共聚物及其制备对于熟悉该领域的技术人员是已知的并且在文献中描述。均聚物通常通过甲醛或三噁烷聚合(一般为催化聚合)来制备。对于聚甲醛共聚物的制备，环醚或多种环醚可以方便地与甲醛和/或三噁烷一起在聚合中作为共聚单体，因此，聚甲醛链与其(-OCH2)单元链被两个氧原子之间排列的一个以上碳原子的单元打断。适用于共聚单体的环醚的实例是环氧乙烷、1，2-环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、1，3-二噁烷、1，3-二氧戊环、dioxepan、线性低聚形式和多聚形式如聚二噁烷或polydioxepan和甲醛三聚物。
合适的成分b2)一般是与聚甲醛均聚物或共聚物b1)不混溶的聚合物。这种聚合物及其制备对于熟悉该领域的技术人员是已知的并且已经在文献中描述。
优选的这类聚合物是聚烯烃、乙烯基芳族聚合物、脂肪族C1-C8羧酸的乙烯酯聚合物、在烷基上有1-8个碳原子的乙烯基烷基酯的聚合物或至少70重量％的单元来自甲基丙烯酸酯的甲基丙烯酸酯或者它们的混合物的聚合物。
合适的聚烯烃是如2-8，特别是2、3或4个碳原子的烯烃的聚合物及其共聚物。聚乙烯和聚丙烯及其共聚物是特别优选的。这种聚合物是大量生产的产品，或者广泛应用的商品，所以是熟悉该领域的技术人员熟知的。合适的乙烯基芳族聚合物是例如聚苯乙烯和聚-α-甲基苯乙烯及其与最多30重量％的来自由丙烯酸、丙烯腈和甲基丙烯腈基团的共聚单体的共聚物。这种聚合物也是常见的商品。合适的脂肪族C1-C8羧酸的乙烯酯的聚合物是例如聚醋酸乙烯酯或聚丙酸乙烯酯，合适的C1-C8乙烯基烷基醚的聚合物是例如聚乙烯基甲醚和聚乙烯基乙醚。例如，含至少70重量％的C1-C14醇的甲基丙烯酸酯的共聚物，特别是甲基丙烯酸甲酯和/或甲基丙烯酸乙酯作为单体单元用作含至少70重量％的单元来自甲基丙烯酸酯的甲基丙烯酸酯的聚合物。例如，0-30，优选的是0-20重量％的丙烯酸，优选的是丙烯酸甲酯和/或丙烯酸乙酯可以用作其它的共聚单元。
成分c)是分散助剂。分散助剂是广泛应用的并且是熟悉该领域的技术人员熟知的。一般来说，可以使用改善注射成型物料均匀性的任何分散助剂。优选的分散助剂是低聚的聚环氧乙烷，平均分子量为200-400，硬脂酸、羟基硬脂酸、脂肪醇、脂肪醇磺酸酯和环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物。也可以使用具有分散性能的不同物质的混合物作为分散助剂。
在与热塑性粘合剂预混合之后，如果要求，与助剂混合之后，在粉末注射成型过程中，为了避免最终烧结成型体的任何昂贵的后加工，利用成型工具(如压机)把金属粉末成型成尽可能接近其希望的最终几何形状的成型体。已知工件在烧结过程中会产生收缩，通常通过烧结之前成型体的较大尺寸来补偿这种收缩。
粉末注射成型原料的成型使用常规注射成型机用传统方法进行。用传统方法从成型体中去除热塑性粉末注射成型粘合剂(除粘合剂)，例如通过热解。优选的是，通过用含气态酸气氛的已知方法进行的生坯热处理，从优选的新型注射成型物料中催化去除粘合剂。这种气氛通过蒸发具有足够蒸汽压的酸产生，方便的是使载气，尤其是氮气通过装有酸(有利的是硝酸)的储存容器，然后把含酸气体通入除粘合剂的炉子中。在除粘合剂的炉子中的最佳酸浓度取决于希望的钢组成并取决于工件的尺寸，可通过常规实验根据情况确定。一般来说，在20-180℃在这种气氛中处理10分钟到24小时足以去除粘合剂。在粘合剂去除后，通过加热最高到烧结温度热解仍然存在的热塑性粘合剂/或助剂的残渣，从而完全去除。
在成型后-和在注射成型过程及后续的粘合剂去除中-在烧结炉中烧结成型体，获得烧结的成型部件，如果使用本发明钢的无氮或低氮含量前体，则通过氮化调整到所希望的氮含量。
对烧结和(如果要求)对氮化优化的炉内气氛的最佳组成和最佳温度程序取决于所用的钢或要生产的钢或其前体的准确化学组成，特别是其氮溶解能力，和所用粉末的颗粒尺寸。一般来说，炉内气氛中氮分压增大和温度降低都与钢中更高的氮含量直接相关。但是，由于温度降低不仅导致烧结过程本身减慢，而且导致氮在钢中的扩散速度降低，因此，烧结和/或氮化过程在较低的温度下需要更长的时间。对于在均匀致密的烧结成型体中获得特定的希望氮含量，炉内温度、特别是氮分压、烧结和/或氮化的温度和时间的最佳组合，可以在少数常规实验的基础上根据情况容易地确定。这样的烧结过程已经被描述，在例如Bahre等和Wohlfromm等的出版物中。这两个出版物因此引作参考。
通常，使用至少0.1，优选为0.25巴的炉内气氛的氮分压。该氮分压一般不大于2巴，优选的是不大于1巴。炉内气氛可以由纯氮或由惰性气体(如氩气)和/或反应性气体(如氢气)组成。一般来说，为了尽可能除去金属中的有害的氧化性杂质，使用氮气和氢气的混合气体作为炉内气氛是有利的。氢气(如果存在)含量一般至少为5，优选为至少15体积％，一般不超过50，优选的是不超过30体积％。如果希望，这种炉内气氛可以另外含有惰性气体，例如氩气。炉内气氛优选的应该是基本上干燥的，为此，一般露点为-40℃是足够的。
在烧结炉和/或氮化炉内的(绝对)压力通常至少100，优选的是至少250毫巴。此外，一般不大于2.5，优选的是不大于2巴。特别优选的是使用大气压。
烧结温度和/或氮化温度一般至少为1000℃，优选为1050℃，特别优选为至少1100℃。此外，一般不超过1450℃，优选的是不超过1400℃，特别优选的是不超过1350℃。在烧结过程和/或氮化过程中可以改变温度，例如，首先在较高温度下将工件烧结到完全或基本上致密，然后在较低温度下调整到所希望的氮含量。
最佳加热速率通过少数常规实验可以容易地确定，通常至少为1℃，优选为至少2℃，特别优选为至少3℃/分钟。出于经济方面的原因，为了避免对烧结和/或氮化质量的不良影响，尽可能高的加热速率一般是希望的，但是一般使用低于20℃/分钟的加热速率。在某些情况下，在加热到烧结温度和/或氮化温度过程中，在低于烧结温度和/或氮化温度的温度下保温是有利的，例如在500-700℃的温度下，例如600℃保温30分钟到2小时，例如1小时。
烧结时间和/或氮化的时间，即在烧结温度和/或氮化温度的保温时间一般要使烧结成型体既能充分致密烧结，又能充分均匀氮化。在常规烧结温度和/或氮化温度、氮分压和成型体尺寸的情况下，烧结时间和/或氮化时间一般至少为30分钟，优选的是至少为60分钟。这种烧结过程和/或氮化过程的时间对确定生产率起作用，正是由于这个原因，烧结和/或氮化优选的是用这样的方式进行，即从经济观点来看，烧结过程和/或氮化过程不能花费不能令人满意的长时间。一般来说，烧结过程和氮化过程(没有加热和冷却阶段)可以在最高10小时后结束。
通过冷却烧结成型体结束烧结过程和/或氮化过程。取决于钢的组成，特定冷却过程可能是必要的，例如为了获得高温相或为了防止钢的成分离析的非常快的冷却。一般来说，为了获得高生产率，出于经济原因也希望冷却得非常快。在由于过快冷却产生在经济上不能令人满意的有缺陷(如开裂、裂纹或变形)的较多烧结成型体时，达到了冷却速度的上限。因此，用几个常规实验可以容易地确定最佳冷却。一般来说，可取的是使用至少100，优选的是至少200℃/分钟的冷却速度。烧结的成型体可以如在冷水或油中淬火。
在烧结和/或氮化之后，可以进行任何希望的后处理，例如固溶退火和在水或油中淬火或者烧结成型体的热等静压。优选的是，烧结成型体经过固溶退火，即把它们在至少1000℃，优选的是至少1100℃且不超过1250℃，优选的是不超过1200℃，在惰性气体中，例如在氮气和/或氩气中热处理至少5分钟，优选的是至少10分钟且不超过2小时，优选的是不超过1小时，然后淬火，例如在冷水中。
实施例
实施例1
对于在下列范围内的各种组成的22种钢测量临界裂缝腐蚀温度：
锰：小于17.0重量％；
铬：大于21.0且不大于26.0重量％；
钼：小于1.50重量％；
氮：大于0.70且不大于1.70重量％；和
碳：大于0.11且不大于0.70重量％；其余为铁和不可避免的杂质。
所述温度是抵抗局部腐蚀的度量。在图中，实验结果对所试验的钢的有效总和用空心圆作图：
有效总和＝Cr+3.3Mo+20C+20N-0.5Mn
这里，元素符号表示在钢中该元素以重量％表示的含量。作为对比，用钼含量大于2.5重量％的与上述钢不同的钢获得的结果用实心圆作图。
对比表明，尽管钼含量非常低，本发明的钢出人意料地与具有明显更高含量的昂贵的钼的钢有相同的抗蚀性(高临界裂缝腐蚀温度)。
实施例2
10公斤的由23重量％的铬、16重量％的锰、1.4重量％的钼、0.17重量％的碳和0.82重量％的氮，其余为铁的钢，在真空感应炉中在0.8巴的氮压力下熔炼并浇铸。
在锻造、在1100℃下固溶退火并淬火后，该钢具有均匀的奥氏体结构。在这种状态下，其屈服点为550Mpa。在以72％横截面缩减率的冷加工成型后，该钢达到2480Mpa的屈服点，在500℃的后续回火1小时后，屈服点为2670℃。
实施例3
重复实施例2，但是在淬火后，进行以92％横截面缩减率的冷加工成型，然后回火，这产生了3100Mpa的非常高的屈服点。
这些实施例表明，本发明的钢不仅抗腐蚀，而且具有出人意料的高强度。

Claims (7)

1.一种粉末注射成型物料，含有一种由铁、不可避免的杂质和下列成分组成的低镍奥氏体钢：
锰：小于17.0重量％；
铬：大于21.0且不大于26.0重量％；
钼：小于1.50重量％；
镍：小于2重量％；
氮：大于0.70且不大于1.70重量％；
碳：大于0.11且不大于0.70重量％；
铜：小于4重量％；
钨：小于2重量％；和
硅：小于2重量％，这种钢的粉末状的无氮或低氮含量的前体或粉末状的所述钢的成分或其前体成分的混合物，以及热塑性粘合剂。
2.权利要求1的粉末注射成型物料，包含：
a)40-70体积％的权利要求1中定义的钢、这种钢的无氮或低氮含量的前体或这种钢的成分或其前体成分的混合物，都是粉末形式的，平均颗粒尺寸为0.1微米且不大于100微米；
b)30-60体积％的下列物质的混合物：
b1)50-100重量％的聚甲醛均聚物或共聚物和
b2)0-50重量％的与b1)不混溶且可以加热去除而不留下残渣
的聚合物，或这类聚合物的混合物，
它作为粉末a)的热塑性粘合剂，和
c)0-5体积％的分散助剂。
3.权利要求2的粉末注射成型物料，其中钢粉的平均颗粒尺寸为不大于50微米。
4.权利要求3的粉末注射成型物料，其中钢粉的平均颗粒尺寸为不大于20微米。
5.权利要求1或2的注射成型物料在生产成型体中的用途，包括下列工艺步骤：即注射成型注射成型物料、去除粘合剂和烧结。
6.权利要求5的用途，其特征在于，所述粘合剂经催化去除。
7.权利要求5或6的用途，其特征在于，在烧结过程中或烧结之后，通过氮化调整所述钢的氮含量。
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