CN114393206A - 一种slm用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺，属于增材制造用金属材料领域，涉及一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺，解决现有真空气雾化粉末中气体含量特别是氧含量太高，不能满足SLM打印不锈钢件高强度高塑韧需求的问题。SLM用高强度不锈钢粉末的化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；粒度范围为15～53μm。本发明使得最终的SLM打印制件致密度达到99.8％以上，抗拉强度≥1400MPa，屈服强度≥1360MPa，延伸率≥13％，断面收缩率≥57％，U型冲击功≥100J，满足3D打印不锈钢件高强度高塑韧的使用需求。

Description

一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺
技术领域
本发明属于增材制造用金属材料领域，涉及一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺。
背景技术
高强度不锈钢由于具有优异的强度、优良的抗冲击和耐腐蚀性能、较好的断裂韧性及切削加工性等，被广泛应用于航空航天、机械制造、海上平台等领域。随着其应用领域的不断扩展，所需的制件复杂程度不断提升，传统制备工艺难以满足制备需要。而3D打印技术中的选区激光熔化技术(SLM)，因其可以直接成型复杂精密零件，是目前国内外金属3D打印技术的最主要研发方向。
目前基于SLM技术的金属粉末耗材多以真空气雾化制粉(VIGA)为主，但是雾化后的金属粉末的气体含量特别是氧含量显著提高，而高强度不锈钢以及超高强度钢对气体含量尤为敏感，最终导致3D打印制件塑韧性和疲劳性显著降低，因而急需开发出一种适用于SLM用高强度不锈钢专用合金粉末，以便提高打印件的综合力学性能。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺，以解决现有真空气雾化粉末中气体含量特别是氧含量太高，不能满足SLM打印不锈钢件高强度高塑韧的需求问题。本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一方面，本发明提供了一种SLM用高强度不锈钢粉末，其化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；粒度范围为15～53μm。
另一方面，本发明提供了该种SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金，然后将母合金锻造成合金块材，去除合金块表面氧化皮和污垢；
步骤2、真空熔化母合金块，待母合金块完全熔化后加入稀土Ce，熔炼2～3min后用高纯氩气雾化制粉；
步骤3、将雾化后粉末进行氩气保护筛分，将粒度范围15～53μm的粉末进行抽真空密封包装。
进一步的，所述步骤1，中母合金化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.001％、N≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，所述步骤2中的氩气为99.999％以上的高纯氩气。
进一步的，所述步骤2中雾化气压为4.0～5.5MPa，钢液出炉温度为1740～1750℃，漏嘴直径为4.5～5.5mm。
再者，本发明还提供了该种SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，包括如下步骤：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印，打印的工艺参数为：激光功率240～280W、扫描速度800～1000mm/s、道次间距80～120μm、铺粉厚度30μm；
步骤2、对打印件依次进行固溶、深冷、时效热处理。
进一步的，所述步骤1中，激光功率240～260W、扫描速度800～900mm/s、道次间距80～100μm。
进一步的，所述步骤2中，固溶工艺为：固溶温度为925℃±5℃，保温1～2小时，水冷至室温。
进一步的，所述步骤2中，深冷工艺为：深冷温度为0℃±5℃，保温2～4小时，空冷至室温。
进一步的，所述步骤2中，时效工艺为：时效温度为540℃±5℃，保温时间4小时，空冷到室温。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1、本发明的不锈钢粉末中添加稀土Ce，使得不锈钢金属粉松装密度高(≥4.29g/cm3)，休止角小(＜31°)，流动性极佳(＜28s/50g)，同时稀土Ce的加入降低了合金体系的熔点，改变了气雾化时金属原有的凝固体系，进而提高了粉末的细粉收得率，可以有效降低高强不锈钢金属粉末的制备成本。
2、本发明添加的铈元素(Ce)与钢中有害杂质元素发生交互作用，改善了钢中夹杂物的形态和分布，从而提高了打印件的强度、冲击韧性等性能；
3、本发明钢采用真空感应+真空自耗双联超纯冶炼工艺的同时选用纯金属料冶炼，使得磷和硫含量分别控制在0.005％和0.002％以内，改善了不锈钢件的力学和加工性能。
4、采用本发明的不锈钢粉末、制备方法以及打印工艺使得最终的SLM打印制件致密度达到99.8％以上，抗拉强度≥1400MPa，屈服强度≥1360MPa，延伸率≥13％，断面收缩率≥57％，U型冲击功≥100J，满足3D打印不锈钢件高强度高塑韧的使用要求。
5、本发明提供的1400MPa级SLM用高强度不锈钢粉末及其制备、打印工艺，通过母合金成分设计、制粉工艺、打印工艺、热处理工艺等整套组合创新设计，使得最终打印制品具备了极佳的综合力学性能，可在航空航天、海洋工程领域广泛应用。
附图说明
图1为本发明实施例1中粉末的SEM显微形貌图；
图2为本发明实施例2中粉末的截面组织形貌图；
图3为本发明实施例2中粉末的截面成分EPMA检测图；
图4为本发明实施例3中打印件的实物图；
图5为对比例和实施例3打印件中的夹杂物形貌与成分对比，其中，(a)为对比例打印件中的夹杂物，(b)为实施例3打印件中的夹杂物。
具体实施方式
以下结合具体实施例对一种SLM用高强度不锈钢粉末、制备方法及其打印工艺作进一步的详细描述，这些实施例只用于解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
本发明提供了一种SLM用高强度不锈钢粉末，其化学成分以质量百分比计为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的成分设计，基于以下原理：
碳：碳作为间隙固溶原子，虽可以提高钢的基体强度，但在强度升高的同时会损害钢的塑韧性与焊接性。此外，钢中碳元素的存在会导致基体在时效过程中析出Cr23C6等碳化物，显著降低钢的耐海水腐蚀性能。综合考虑，本发明钢的碳控制在0.04％以内。
硅和锰：硅和锰在钢中主要起脱氧作用，由于本发明钢选用纯金属料以及采用真空感应+真空自耗双联超纯冶炼工艺，因而并不需要添加过多的硅和锰脱氧。此外，较低的硅和锰含量对钢的耐蚀性能，特别是耐点腐蚀与缝隙腐蚀性能十分有利。综上考虑，本发明钢的硅和锰都控制在0.05％以内。
铬：铬元素是不锈钢中最主要的组成元素，可以与氧结合生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是不锈钢保持耐腐蚀性的基本元素之一。铬含量的增加可以提高不锈钢的耐腐蚀性能，一般不锈钢中的铬含量必须在12％以上。因此本发明钢的铬含量范围为12.5～13.5％。
镍：镍在本发明主要有两个方面作用：首先镍作为奥氏体形成元素，可以扩大奥氏体相区，降低钢中δ铁素体含量。其次在时效处理时镍还会在基体中与铝形成γ′-Ni3Al与β-NiAl等金属间强化相，显著提高钢的强度。但过高的镍含量会使钢的Ms点温度显著降低，导致基体组织中残余奥氏体含量增多而降低钢的强度。综合考虑，本发明钢的镍含量范围为7.5～8.5％。
钼：钼元素一方面可以改善基体组织的耐蚀性，特别是材料的抗点蚀性能。另一方面，在时效过程中还可以析出Fe2Mo、Ni3Mo、Mo2C等纳米析出相，从而提高钢的回火稳定性与二次硬化效应。但过高的钼含量会促进δ铁素体的形成，对性能产生不利影响。综合考虑，本发明钼含量为2.0～2.5％。
铝：铝是本发明中的强化相元素，一方面在时效过程中将形成弥散细小的Ni3Al与NiAl等沉淀析出相，起到显著的沉淀析出强化效果。但另一方面，过多的Ni3Al与NiAl粒子会导致钢的冲击韧性与耐蚀性能显著降低。综合考虑，本发明钢的铝含量范围控制在1.0～1.15％。
铈：铈元素(Ce)作为一种稀土元素有较强的化学活性，可与钢中有害杂质元素发生交互作用，减少其对钢性能的危害。另外，稀土元素原子半径较大，在钢铁材料中能起合金化和变质作用，改善钢中夹杂物的形态和分布，从而改善钢的强度、冲击韧性等性能。同时稀土Ce的加入降低了合金体系的熔点，改变了气雾化时金属原有的凝固体系，进而提高了粉末的细粉收得率和粉末物性。综合考虑，本发明钢的铈含量范围控制在0.02～0.08％。
磷和硫：钢中杂质元素，显著降低塑韧性和焊接性能，由于本发明钢采用真空感应+真空自耗双联超纯冶炼工艺的同时选用纯金属料冶炼，磷和硫含量可以分别控制在0.005％和0.002％以内。
氧和氮：氧元素与氮元素都是金属粉末中的有害元素，在气雾化制粉过程中会造成较多的空心粉，同时还会降低后续打印件的力学性能。本发明中利用真空感应+真空自耗的方法制备母合金，利用真空气雾化法制备粉末，尽可能降低了粉末中的氧、氮含量，同时添加稀土元素对粉末中剩余氧元素进行无害化处理，进一步降低了杂质元素对产品的影响，本发明钢的氧、氮含量范围控制在O≤0.030％、N≤0.003％。
本发明还提供了一种SLM用高强度不锈钢粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、采用真空感应熔炼+真空自耗重熔的方法制备母合金；
具体的，步骤1包括：用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金，母合金化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.001％、N≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。然后将母合金锻造成30×40×500mm的合金块材，利用砂轮机去除合金块表面氧化皮和污垢，之后用于气雾化制粉。
步骤2、真空熔炼气雾化制粉(VIGA)；
具体的，步骤2包括：将母合金块材放入熔炼仓室内的坩埚中，对雾化仓室和熔炼仓室抽至真空。熔炼时感应电炉功率为1400kW，待母合金块完全熔化后加入稀土Ce。熔炼2～3min后开始气雾化。以99.999％以上的高纯氩气作为雾化气体，气雾化时雾化气压为4.0～5.5MPa，钢液出炉温度为1740～1750℃，漏嘴直径为4.5～5.5mm；所制备的金属粉末化学成分为：C:≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。
需要说明的是，稀土Ce在母合金熔化后、雾化前加入是由于Ce元素在铁基体中的溶解度有限，在平衡状态下很难大量加入，而气雾化制粉时钢液处于快速冷却凝固的非平衡状态，可以提高Ce在钢中的固溶量，所以选择在此时加入稀土Ce。另外，在气雾化熔炼的钢液中加入可以使稀土Ce在钢中分布更均匀。只熔炼2～3min，是因为在这个时间范围内一方面Ce已经完全熔化于钢液，另一方面是最大限度地减少稀土Ce高温熔融状态的时间，降低其氧化和烧损的比例。
步骤3、粉末筛分与收集。
具体的，步骤3包括：将集粉罐中的粉末进行氩气保护筛分，粒度15～53μm粉末用于激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，同时对筛分好的金属粉末进行抽真空密封包装。
通过在制粉工艺中加入稀土Ce，本发明的高强不锈钢金属粉松装密度高(≥4.29g/cm3)，休止角小(＜31°)，流动性极佳(＜28s/50g)，这对于后期3D打印标准件致密度与综合力学的提高，起到了重要作用。另外，Ce元素还能降低真空气雾化制粉过程中的氧、氮增量，使得粉末中的氧、氮含量分别控制在300ppm和30ppm以下。同时稀土Ce的加入降低了合金体系的熔点，从1400～1450℃降低到1200～1300℃，金属液滴的表面张力也随着熔点的降低而降低，改变了气雾化时金属原有的凝固体系，进而提高了粉末的细粉收得率，使得15～53μm范围的细粉收得率达到25％以上，可以有效降低高强不锈钢金属粉末的制备成本。
另外，本发明还提供了一种SLM用高强度不锈钢粉末的打印工艺，包括以下步骤：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印标准的力学性能件；
具体的，步骤1包括：取上述粒度15～53μm的不锈钢粉末进行打印，打印时的工艺参数为：激光功率240～280W、扫描速度800～1000mm/s、道次间距80～120μm、铺粉厚度30μm。
步骤2、对打印件进行热处理；
具体的，热处理工艺依次为固溶、深冷、时效处理，其中固溶温度为925℃±5℃，保温1～2小时，水冷至室温；深冷温度为0℃±5℃，保温2～4小时，空冷至室温；时效温度为540℃±5℃，保温时间4小时，空冷到室温。
经过上述SLM激光打印的工艺参数与热处理制度，使得最终3D打印制件致密度达到99.8％以上，同时具备了极为优异的综合力学性能，其抗拉强度≥1400MPa，屈服强度≥1360MPa，延伸率≥13％，断面收缩率≥57％，U型冲击功≥100J。
下面是本发明的对比例和几个具体实施例。
对比例
一、不锈钢粉末的制备：
步骤1、采用真空感应熔炼+真空自耗重熔的方法制备母合金；
用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金。将母合金锻造成30×40×500mm的合金块材，利用砂轮机去除合金块表面氧化皮和污垢，之后用于气雾化制粉。
步骤2、真空气雾化制粉(VIGA)；
称取30kg母合金块材置于真空气雾化制粉设备的熔炼炉中，对雾化仓室和熔炼仓室抽至真空。熔炼时感应电炉功率为1400kW，直至母材完全熔化成钢液，开启雾化仓进行雾化制粉。以99.999％以上的高纯氩气作为雾化气体，制粉时钢液的出炉温度为1740℃，气体压力为4.5MPa，喷嘴直径为5mm。制得的粉末在雾化仓下方的集粉罐中收得。
步骤3、粉末筛分与收集；
将集粉罐中的粉末进行氩气保护机械振动筛分，粒度15～53μm粉末用于激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，同时对筛分好的金属粉末进行抽真空密封包装。
二、SLM打印工艺：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印标准的力学性能件；
取上述粒度15～53μm的不锈钢粉末进行打印，打印时的工艺参数为：激光功率240W、扫描速度800mm/s、道次间距100μm、铺粉厚度30μm。
步骤2、对打印件进行热处理；
热处理工艺为固溶温度925℃，保温1小时，水冷至室温；深冷温度为0℃，保温2小时，空冷至室温；时效温度为540℃，保温时间4小时，空冷到室温。
实施例1
一、不锈钢粉末的制备：
步骤1、采用真空感应熔炼+真空自耗重熔的方法制备母合金；
用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金。将母合金锻造成30×40×500mm的合金块材，利用砂轮机去除合金块表面氧化皮和污垢，之后用于气雾化制粉。
步骤2、真空气雾化制粉(VIGA)；
称取30kg母合金块材置于真空气雾化制粉设备的熔炼炉中，对雾化仓室和熔炼仓室抽至真空。熔炼时感应电炉功率为1400kW，直至母材完全熔化成钢液，通过加料管向钢液中加入块状稀土Ce。稀土Ce加入2min后，开启雾化仓进行雾化制粉。以99.999％以上的高纯氩气作为雾化气体，制粉时钢液的出炉温度为1740℃，气体压力为4.5MPa，喷嘴直径为5mm。制得的粉末在雾化仓下方的集粉罐中收得。
步骤3、粉末筛分与收集；
将集粉罐中的粉末进行氩气保护机械振动筛分，粒度15～53μm粉末用于激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，同时对筛分好的金属粉末进行抽真空密封包装。
二、SLM打印工艺：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印标准的力学性能件；
取上述粒度15～53μm的不锈钢粉末进行打印，打印时的工艺参数为：激光功率240W、扫描速度800mm/s、道次间距100μm、铺粉厚度30μm。
步骤2、对打印件进行热处理；
热处理工艺为固溶温度925℃，保温1小时，水冷至室温；深冷温度为0℃，保温2小时，空冷至室温；时效温度为540℃，保温时间4小时，空冷到室温。
实施例2
一、不锈钢粉末的制备：
步骤1、采用真空感应熔炼+真空自耗重熔的方法制备母合金；
用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金。将母合金锻造成30×40×500mm的合金块材，利用砂轮机去除合金块表面氧化皮和污垢，之后用于气雾化制粉。
步骤2、真空气雾化制粉(VIGA)；
称取30kg母合金块材置于真空气雾化制粉设备的熔炼炉中，对雾化仓室和熔炼仓室抽至真空。熔炼时感应电炉功率为1400kW，直至母材完全熔化成钢液，通过加料管向钢液中加入块状稀土Ce。稀土Ce加入2.5min后，开启雾化仓进行雾化制粉。以99.999％以上的高纯氩气作为雾化气体，制粉时钢液的出炉温度为1745℃，气体压力为4.0MPa，喷嘴直径为4.5mm。制得的粉末在雾化仓下方的集粉罐中收得。
步骤3、粉末筛分与收集；
将集粉罐中的粉末进行氩气保护机械振动筛分，粒度15～53μm粉末用于激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，同时对筛分好的金属粉末进行抽真空密封包装。
二、SLM打印工艺：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印标准的力学性能件；
取上述粒度15～53μm的不锈钢粉末进行打印，打印时的工艺参数为：激光功率280W、扫描速度1000mm/s、道次间距120μm、铺粉厚度30μm。
步骤2、对打印件进行热处理；
热处理工艺为固溶温度925℃，保温2小时，水冷至室温；深冷温度为0℃，保温4小时，空冷至室温；时效温度为540℃，保温时间4小时，空冷到室温。
实施例3
一、不锈钢粉末的制备：
步骤1、采用真空感应熔炼+真空自耗重熔的方法制备母合金；
用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金。将母合金锻造成30×40×500mm的合金块材，利用砂轮机去除合金块表面氧化皮和污垢，之后用于气雾化制粉。
步骤2、真空气雾化制粉(VIGA)；
称取30kg母合金块材置于真空气雾化制粉设备的熔炼炉中，对雾化仓室和熔炼仓室抽至真空。熔炼时感应电炉功率为1400kW，直至母材完全熔化成钢液，通过加料管向钢液中加入块状稀土Ce。稀土Ce加入3min后，开启雾化仓进行雾化制粉。以99.999％以上的高纯氩气作为雾化气体，制粉时钢液的出炉温度为1750℃，气体压力为5.5MPa，喷嘴直径为5.5mm。制得的粉末在雾化仓下方的集粉罐中收得。
步骤3、粉末筛分与收集；
将集粉罐中的粉末进行氩气保护机械振动筛分，粒度15～53μm粉末用于激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)，同时对筛分好的金属粉末进行抽真空密封包装。
二、SLM打印工艺：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印标准的力学性能件；
取上述粒度15～53μm的不锈钢粉末进行打印，打印时的工艺参数为：激光功率260W、扫描速度900mm/s、道次间距80μm、铺粉厚度30μm。
步骤2、对打印件进行热处理；
热处理工艺为固溶温度925℃，保温1.5小时，水冷至室温；深冷温度为0℃，保温3小时，空冷至室温；时效温度为540℃，保温时间4小时，空冷到室温。
表1给出了对比例与实施例1-3，经过母合金制备、气雾化制粉后，金属粉末的化学成分检测结果。可见，对比例与实施例除了稀土Ce、气体氧含量外，其他成分基本保持一致。随着稀土Ce的加入，实施例1-3粉末中的氧含量降低，均低于对比例粉末中的氧含量。
表2给出了对比例与实施例1-3金属粉末的物性检测结果。可见，随着粉末中稀土Ce含量的升高，其粉末的松装密度、休止角、流动性均有不同程度的改变。与对比例相比，实施例1-3，粉末松装密度从4.20g/cm3提高到4.29g/cm3、4.35g/cm3、4.32g/cm3，休止角从31.33°减小到30.36°、30.34°、30.49°，流动性从30.66s/50g，提高到25.53s/50g、27.45s/50g、25.87s/50g，这说明稀土元素Ce可以显著提高金属粉末的综合物性。
粉末物性的提高，尤其是粉末流动性的提高可以对后续3D打印成形起到改善作用。粉末流动性提高有利于3D打印的铺粉过程，粉末在基板上的铺展更加均匀，防止了因粉末局部堆积而产生的打印缺陷，可以提高打印件的致密度和性能。
此外，由表2可见，稀土Ce可以显著提高15～53μm细粉收得率。与对比例相比，实施例1-3在15～53μm粒度范围内的细粉收得率从15％提高到了25.99％、27.92％、30.70％。
表1粉末化学成分表(wt.％)
C Si Mn Cr Ni Mo Al N O Ce
对比例 0.033 0.017 0.005 12.51 8.33 2.19 1.00 0.0016 0.027 0
实施例1 0.034 0.019 0.005 12.56 8.25 2.17 1.03 0.0019 0.013 0.02
实施例2 0.033 0.017 0.004 12.53 8.26 2.16 1.05 0.0018 0.014 0.05
实施例3 0.030 0.016 0.003 12.54 8.22 2.15 1.10 0.0017 0.024 0.06
表2粉末物性检测表
Figure BDA0003383405370000141
表3打印件力学性能检测表
Figure BDA0003383405370000142
表3给出了对比例与实施例1-3制备的金属粉末，经过SLM打印和热处理后的力学性能检测结果。可见，通过添加稀土Ce，实施例1-3的力学性能与对比例相比明显提高，具备了极佳综合力学性能与强韧性匹配，其抗拉强度≥1400MPa，屈服强度≥1360MPa，延伸率≥13％，断面收缩率≥57％，U型冲击功≥100J。
采用扫描电镜对实施例1金属粉末的宏观形貌进行了观察，其结果见图1所示。可见，实施例1的金属粉末表面光洁度高，球形度极好。图2为实施例2粉末的金相凝固组织形貌。可见，粉末内部组织呈树枝状，有少量的等轴晶存在。图3为实施例2粉末的截面成分EPMA检测图，可见在粉末中Cr元素均匀分布在整个粉末截面，Mo元素在粉末截面呈散点弥散分布，没有明显的偏聚。Al元素与Ni元素在粉末截面的分布规律接近，分布较为均匀，有少部分的偏聚存在。Ce元素在粉末截面呈现明显的偏聚情况，主要沿着晶界存在。这与Ce和Fe元素的原子半径差有关，由于两种元素原子半径相差较大，因此Ce元素会更倾向于在晶界偏聚以减小由原子半径差而导致的晶格畸变。图4为本发明实施例3中打印件的实物图。图5为对比例和实施例3打印件中的夹杂物形貌与成分对比。图5中，(a)为对比例打印件中的夹杂物，可以发现形貌很不规则且存在明显的棱角，从成分检测发现为Al2O3。图5中，(b)为实施例3打印件中的夹杂物，可以发现形貌发生了明显转变，没有明显的棱角和变形存在，呈现出近球形的规则形状。从成分检测发现其中含有稀土Ce元素，为Ce、Al、O元素的复合夹杂。稀土的加入使夹杂物由不规则的脆性夹杂转变为规则的球形夹杂，可以很大程度上改善打印件的力学性能。
上述的具体实施例是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的材料和方法，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体扩展均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SLM用高强度不锈钢粉末，其特征在于，不锈钢粉末的化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr:12.5～13.5％、Ni:7.5～8.5％、Mo:2.0～2.5％、Al:1.0～1.15％、Ce：0.02～0.08％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.030％、N≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质；粒度范围为15～53μm。
2.根据权利要求1所述的SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、用纯的碳、硅、锰、铬、镍、钼、铝进行真空感应熔炼和真空自耗重熔制备母合金，然后将母合金锻造成合金块材，去除合金块表面氧化皮和污垢；
步骤2、真空熔化母合金块，待母合金块完全熔化后加入稀土Ce，熔炼2～3min后用高纯氩气雾化制粉；
步骤3、将雾化后粉末进行氩气保护筛分，将粒度范围15～53μm的粉末进行抽真空密封包装。
3.根据权利要求2所述的SLM用高强不锈钢粉末的其制备方法，其特征在于，所述步骤1中，母合金化学成分按质量百分比为：C≤0.04％、Si≤0.05％、Mn≤0.05％、Cr：12.5～13.5％、Ni：7.5～8.5％、Mo：2.0～2.5％、Al：1.0～1.15％、P≤0.005％、S≤0.002％、O≤0.001％、N≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1和2所述的SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的氩气为99.999％以上的高纯氩气。
5.根据权利要求2所述的SLM用高强不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤2中雾化气压为4.0～5.5MPa，钢液出炉温度为1740～1750℃，漏嘴直径为4.5～5.5mm。
6.根据权利要求1所述的SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、利用SLM增材制造设备打印，打印的工艺参数为：激光功率240～280W、扫描速度800～1000mm/s、道次间距80～120μm、铺粉厚度30μm；
步骤2、对打印件依次进行固溶、深冷、时效热处理。
7.根据权利要求6所述的SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，其特征在于，所述步骤1中，激光功率240～260W、扫描速度800～900mm/s、道次间距80～100μm。
8.根据权利要求6所述的SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，其特征在于，所述步骤2中，固溶工艺为：固溶温度为925℃±5℃，保温1～2小时，水冷至室温。
9.根据权利要求6所述的SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，其特征在于，所述步骤2中，深冷工艺为：深冷温度为0℃±5℃，保温2～4小时，空冷至室温。
10.根据权利要求6所述的SLM用高强不锈钢粉末的打印工艺，其特征在于，所述步骤2中，时效工艺为：时效温度为540℃±5℃，保温时间4小时，空冷到室温。
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