CN1144894C - 粉末注射成型用低镍奥氏体钢及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低镍奥氏体钢，该钢含铁及下列组分：锰：低于9.0重量%；铬：至少16和最高22重量%；氮：大于0.30和最高0.70重量%；碳：大于0.08和最高0.30重量%；和硅：低于2.0重量%；还涉及其制造及其应用。本发明还涉及粉末注射成型用低镍奥氏体钢原料及其应用。

Description

粉末注射成型用低镍奥氏体钢及其应用
本发明涉及一种低镍的奥氏体钢，尤其涉及一种低镍、低钼、低锰和低铜的奥氏体钢及其应用。本发明还涉及由这类钢制造的制品。特别涉及粉末成型用的低镍奥氏体钢原料及其应用。
术语“钢”这里像通常那样表示含铁的合金，包括含碳的铁。奥氏体在严格意义上是一种具有面心立方晶体结构的铁的高温变体(“γ-铁”)，它在740℃-1538℃之间是热动力学稳定的，并且含0-最大2.1重量％(在1153℃下)的呈固溶体的碳。但是，通常将具有立方-面心晶格的所有的钢皆称为奥氏体钢或奥氏体。钢的很多应用领域要求立方-面心奥氏体结构，或者说它比其它变体(例如铁素体或马氏体钢)更有效；例如奥氏体不是铁磁性的，这使奥氏体钢可在电气或电子部件中的应用或可在其它的不希望出现磁吸引力或磁排斥力的情况，例如钟表中应用。但是，由于奥氏体是一种高温变体，在较低温度下是热动力学不稳定的，因此奥氏体钢必须经稳定化，防止它转化为其它的变体，这样就能在一般温度下也保持其预期的奥氏体性质。例如可通过添加已知的作为奥氏体结构的稳定剂的合金元素来实现。为此目的最经常采用的合金元素是镍，其典型的量为8-10重量％。
采用另一些合金元素，以按预期的方式影响钢的其它性质(例如耐腐蚀、耐磨蚀、硬度、强度和韧性)。但是，某些合金组分的应用常常(多数情况下与量有关)会导致一定的缺点，这些缺点在一定范围内可通过合金组成的调节加以克服。例如碳和锰照例有助于稳定奥氏体结构，但太高的量会降低抗腐蚀性。硅是一种常常不可避免的杂质，在某些情况下有意地作为氧俘获剂添加，但却促进δ-铁氧体的形成。铬，钼和钨对耐腐蚀性起决定作用，但同样有利于δ-铁氧体的形成。另一方面氮能稳定奥氏体结构并提高耐腐蚀性，但过高的氮含量却会降低钢的韧性。钢组成最优化的困难在于，钢的性质不是呈线性地随一定的合金组分的含量变化，而是组分微小变化可使材料性质出现突变。采用非铁金属作合金成分的另一缺点大多在于其较高的价格。
很久以来就知道钢及其制造。关于钢的工艺的内容丰富的综合评论可在马尔曼的“工业化学百科全书”第6版，1999电子出版物，Wiley-VCH，D-69541 Weinheim的关键词“Steel”下找到。
低镍奥氏体钢在很多应用领域内是很好的材料。这种钢的日益重要的应用领域是直接与人体或动物体接触的制品，因为这种钢按其性质不会引起镍过敏反应。镍过敏反应通常是接触性湿疹或其它过敏反应现象的原因。这类过敏反应在与含镍的钢接触时，例如佩带首饰、手表或植入物或使用由这种钢制成的医疗器械时出现。因此，很多国家规定了材料含镍的限值或与人体或动物体接触时镍释放的限值，有的已经生效实施。因此为尽可能多的应用领域提供尽可能多的低镍奥氏体钢显得日益重要。
已经报导了一系列的低镍奥氏体钢，甚至完全不含镍。通常这种钢的奥氏体结构用元素氮稳定。
AT-B-266900公开了用奥氏体非磁性钢在制造运动的，尤其是有振动要求的机械部件方面的应用，其拟采用的钢仅以格外宽的可能的组成范围内来定义：0-20重量％Mn、0-30重量％Cr、0-5重量％Mo和/或V、至少0.5重量％，优选至少1.4重量％N、0.02-0.55重量％C、0-2重量％Si、0-25重量％Ni、其余为铁。所列的广阔范围覆盖完全不同性质的不同钢种，没有给出选择-定钢种的准则，同样亦很少报导制造这种钢的措施。
US-A-2 764 481公开了不同的奥氏体钢，其中以G-241为牌号的钢含有0.2重量％C、0.3重量％Mn、21.95重量％Cr、0.34重量％N、其余为铁及达1.5重量％的杂质。按后处理不同，这种钢可用作固定构件，如在透气中，或作为抗温度冲击和耐磨部件，如在阀门中。
EP-A-875 591报导了一种耐腐蚀的、基本不含镍的奥氏体钢，其主要组分为：5-26重量％Mn、11-24重量％Cr、2.5-6重量％Mo、0.2-2.0重量％N，0.1-0.9重量％C、达0.5重量％Ni、其余为Fe，它作为制造与生物体直接接触的制品的材料。DE-A-195 13 407同样报导采用一种耐腐蚀的、基本不含镍的奥氏体钢作为制造与生物体直接接触的物品的材料。这种钢的主要组分为：2-26重量％Mn、11-24重量％Cr、2.5-10重量％Mo、0.55-1.2重量％N、低于0.3重量％C、达0.5重量％Ni、其余为Fe。JP-A-07/150297(化学文摘：文摘号123：175994)公开了下列组成的钢：10-25重量％Mn、10-25重量％Cr、5-10重量％Mo、0.2-1重量％N、0.05-0.5重量％C，达0.5重量％Si、其余为Fe，并报导其在造船方面的应用。DE-A-196 07 828报导了下列组成的钢：8-15重量％Mn、13-18重量％Cr、2.5-6重量％Mo、0.55-1.1重量％N、达0.1重量％C、达0.5重量％Ni、其余为Fe，并报导其在制造各种部件，尤其是发电机的盖环方面的应用。在上列文献中公开的钢种，凡是要求高耐腐蚀的都含相当高的钼量，钼是常用的合金元素中价格最高的。
DE-A-42 42 757建议采用有下列主要组分的钢：21-35重量％Mn、9-20重量％Cr、0-7重量％Mo、0.3-0.7重量％N、达0.015重量％C、达0.1重量％Ni、达0.5重量％Si、达0.02重量％P、达0.02重量％S和达4重量％Cu、其余为Fe，它用作制造直接与生物体接触的物品的材料.EP-A-422 360公开了下列组成的钢的用途：17-20重量％Mn、16-24重量％Cr、0-3重量％Mo、0.5-1.3重量％N、达0.20重量％C、其余为Fe，用于制造轨道车辆的部件。EP-A-432 434报导了一种由下列组成的钢制造连接件的方法，其钢的组成如下：17.5-20重量％Mn、17.5-20重量％Cr、0-5重量％Mo、0.8-1.2重量％N、达0.12重量％C、0.2-1重量％Si、达0.05重量％P、达0.015重量％S、达3重量％Ni、其余为Fe。DE-A-25 18 452报导了一种制造奥氏体钢的方法，该钢组成为：21-45重量％Mn、10-30重量％Cr、0.85-3重量％N、其余为Fe，该方法是通过至少在925℃下对无氮或低氮母合金进行渗氮来制造。此文献报导的钢虽然钼的含量小，但锰的含量较高，锰对腐蚀性能有负面影响。
DE-A-24 47 318报导了一种奥氏体钢，其组成为：15-45重量％Mn、10-30重量％Cr、0.85-3重量％N、达1重量％C、0-2重量％Si以及至少下列三种合金组分的一种：1-3重量％Cu、1-4重量％Ni、1-5重量％Mo，而且最后所列的组分的含量可加到5重量％、其余为铁；而且合金组成还应满足一定的条件。另外如果采用相当高的锰含量，即至少为21重量％，则该合金可不含Cu和Ni。如果采用相当高含量的钼或锰则该钢中亦可仅不含镍，和/或至少含1重量％铜。
EP-A-640 695公开了一种钢，其组成为：11-25重量％Mn、10-20重量％Cr、达1重量％Mo、0.05-0.55重量％N、达0.01重量％C、达0.5重量％Ni、达1重量％Si、其余为Fe，它可用于制造与生物体的皮肤直接接触的日用品。JP-A-07/157 847报导一种钢，其组成为：9-20重量％Mn、12-20重量％Cr、1-5重量％Mo、0.1-0.5重量％N、0.01-0.6重量％C、0.05-2.0重量％Si、0.05-4重量％Cu、其余为Fe，其用途为制造表壳。JP-A-06/116 683(化学文摘：文摘号121：138554)公开了一种钢，其组成为：5-23重量％Mn、13-22重量％Cr、达5重量％Mo、0.2-0.6重量％N、0.05-0.2重量％C、达0.1重量％In、达15重量％Ni、其余为Fe。在此文献中公开的钢含有(至少在其可能的组成的部分范围内)较少的钼和锰，但是它的耐腐蚀性不令人满意。
本发明的目的在于提供一种低镍的，优选不含镍的奥氏体钢。该钢从价格的原因应含较少的其它合金元素，尤其应是钼、锰和铜含量低，但仍具有优良的材料性质，尤其具有高的耐腐蚀性和高强度。
本发明提供一种低镍的奥氏体钢，该钢含铁及下列组分：
锰：低于9.0重量％；
铬：至少16和最高22重量％；
氮：大于0.3和最高0.7重量％；
碳：大于0.08和最高0.30重量％；和
硅：低于2.0重量％
另外还提供用这种钢制造成形体的方法。
重量％数据以成品钢的组分计。
本发明的钢是低镍的和基本不含镍的、奥氏体的、易于制造和加工的、高耐腐蚀材料。尤其突出的是它的高强度和高韧性，加上它的高的耐腐蚀性使它尤其适用于高层建筑或地下工程，更特别适用于承重部件。
本发明的钢是低镍的，即是说如果是这样，只含相当少量的镍，通常最大为2重量％镍，例如最多添加1重量％镍。本发明的钢优选是不含镍，即是说不故意添加镍。(不含镍是低镍的一种特殊情况).镍在多数情况下是以少量或痕量所含的不可避免的杂质，常常是由于采用废钢作为制造铁或原钢的原料带来的。因此，一般情况下本发明的钢在其不含镍的实施方案中含低于2.0重量％镍，优选低于1重量％镍，特别优选低于0.5重量％镍。更特别优选低于0.3重量％镍。这种低镍含量的钢甚至在长期与人体或动物体接触下给出如此少的镍，以致不用担心致敏或过敏。特别在不担心镍过敏的应用领域，例如作为结构钢，亦可添加所列限值以内的镍，以便调节预期的材料性质。
本发明的钢含低于9.0重量％锰，优选最高为8.5重量％锰，特别优选最高为4.9重量％锰。其次它还含最少16重量％Cr，优选最少为20重量％和最高为22重量％铬，优选最高为21重量％铬。其氮含量大于0.30重量％，优选最少为0.4重量％，最高0.70重量％，优选最高为0.55重量％；其碳含量大于0.08重量％，优选最少0.12重量％，例如0.15重量％，最高0.30重量％。在一优选的实施方案中，碳和氮的总量最低为0.55重量％。这些合金元素主要以固溶体形式存在，也以原子状态细分散在奥氏体晶格中，而不是以碳化物、氮化物或金属间相存在。
添加少量的常常针对改善某些应用中的一些性质或者作为制造钢的常见添加剂的其它合金元素照例不会损害本发明钢种的材料性质。尤其是它可含铜，其量低于2.0重量％，例如低于1.0重量％，优选低于0.5重量％。例如它还可含钨，其量低于2.0重量％，优选最高1.0重量％，含硅量低于2.0重量％，例如0.2重量％。只要钼在本发明钢种之不仅是以不可避免的杂质存在，而是故意添加的，则本发明的钢通常含有低于2.0重量％钼，优选低于1.0重量％钼。
本发明钢的一个优选实施方案由铁、不可避免的杂质以及下列组分组成：
锰：低于9.0重量％
铬：至少16和最高22重量％
镍：低于2.0重量％
氮：大于0.3和最高0.70重量％
碳：大于0.08和最高0.30重量％
硅：低于2.0重量％
钼：低于2.0重量％
铜：低于2.0重量％
钨：低于2.0重量％
本发明钢的另一优选实施方案是由铁、不可避免的杂质和下列组分组成：
锰：低于9.0重量％
铬：至少20和最高22重量％
镍：低于1.0重量％
氮：大于0.3和最高0.70重量％
碳：大于0.12和最高0.30重量％
硅：低于2.0重量％
钼：低于1.0重量％
铜：低于1.0重量％
钨：低于1.0重量％
本发明的钢格外耐腐蚀，耐腐蚀性用临界裂隙腐蚀温度表示，取钢中合金元素作用之和，其式如下：
作用和＝Cr+3.3Mo+20C+20N-0.5Nm-0.2Ni，其中元素符号表示该元素在钢中的重量％。因而，在以钢的耐腐蚀性为前提的应用中，钢的组成是在由其其它所要求的材料性质(强度，韧性等)预先规定的限值范围内最佳化到尽可能高的作用和。在这种情况下，优选是低镍含量和较高的碳含量和氮含量。
用本发明的钢制成的工件有各种用途。(由于本发明的钢是具体的，因此总是有一种几何形状，故而术语“钢”和“由这种钢制成的工件或物体”一般都是同一种意义。)
由本发明的钢制成的工件尤其应用在需要高耐腐蚀、强度和/或韧性和/或不容许镍释出的领域。本发明钢的一个典型应用领域是制造至少有时要与人体或动物体接触的制品，例如眼镜、手表、首饰、植入件、口腔植入件、衣服的金属零件如皮带扣和钩和小环、针、安全针、床支架、手柄、剪刀、餐具、医疗器械如注射针、解剖刀或其它手术器械。
但是，本发明钢的惊人高的耐腐蚀性、强度和韧性亦开辟其它的，其中低镍不起或只作很少的作用的应用领域。例如用在高层建筑和地下工程中，如制造钢筋混凝土的配筋、固定元件如螺钉、螺栓、铆钉、钉、销或钢绳、拉紧元件、铰链、岩石固定件、承重结构、屋面元件、装饰元件或作为预应力钢，如棒、丝或钢绳。同样它亦可用作制造工艺设备的材料，例如石油和天然气的钻探和开发的设备和管道，在有关海洋技术(海洋工程)以及造船和石油化学工业中。其次它可用在交通技术中，例如水、陆、空的交通工具和设备的部件。再次，它可用于机械制造和设备制造，例如用于能源技术和电站技术或用于电气和电子设备。此外，本发明的钢还可作为硬质材料烧结型件的硬质材料的金属粘接相。
对于所列的某些应用，尤其是在铁磁体不干扰的场合，将本发明的钢作为表面层叠置或制造就足够了。为此所需的方法是已知的，例如用本发明钢的薄的敷层包覆在工件上或者在一种不含氮的或低氮的母合金工件上进行局部渗氮。
可用已知的制钢方法来制造和/或成形所需的工件，例如通过无压熔化、电渣-重熔、压力电渣重熔、熔体铸造、锻、热成形和/或冷成形、粉末冶金，例如压制、烧结或粉末注射成型，后两者可用本发明组成的均匀粉末或按照已知的母合金技术，或者有时用不含氮的或低氮合金的后继渗氮，只要上面的熔炼冶金和粉末冶金方法不在足够的氮分压下进行。碳化物，氮化物和中间金属相的形成同样可以已知的方式通过热处理加以避免或者使其减弱。由本发明的钢制成的强度特别高的工件可通过溶液退火、在溶液退火温度下淬火和冷成形达到。亦可选择将工件接着进行退火。意外发现，冷成形不会损害耐裂隙腐蚀。
用本发明的钢制造制件的一个优选方法是粉末冶金。为此，将本发明的钢粉末或不含氮或低氮的母合金粉末放入模具中，例如通过压制、脱模和烧结。如果采用不含氮的或低氮的合金，则在烧结过程或在后继的辅助工序中，通过渗氮调节所要求的氮含量。
不是绝对需要以均匀合金形式采用钢或其不含氮的或低氮的前体。同时钢或其前体的组分可以含金元素的粉末状混合物的形式存在或者以不同合金和/或纯元素的混合物形式存在，由此按照“母合金”技术在烧结过程中通过扩散形成预期的总组成合金。例如可采用纯铁粉末和合金粉末的混合物，该合金粉末含其它的合金元素和有选择地还可含铁。
简单的粉末冶金成形方法，例如在模具中压制的一个主要缺点在于，此方法只能制造具有较简单的外形的成形体。另一种已知的尤其适宜于制造复杂几何的成形体的粉末冶金方法是粉末注射成型。为此将钢粉、不含氮的或低氮的前体与一种热塑塑料混合，后者在粉末注射成型工艺中通常称为“粘接剂”，有时还混入另一种助剂，这样一起组成热塑性的注射成型原料。
该热塑性注射成型原料用加工热塑性塑料的已知的注射成型工艺在模具中注射成型，然后从注射成型体(“压坯”)脱去热塑性粉末注射成型-粘接剂(“脱粘接剂”)，脱去粘接剂的成形体(“褐坯”)被烧结成最后成形体，有时预期的氮含量通过在一种含氮的炉气氛中进行热处理的氮化(“渗氮”)来调节。氮含量的调节宜通过氮化在烧结过程或直接在烧结之前或在烧结之后进行，勿需期间将烧结成形部件从烧结炉中取出，并冷却至烧结温度或氮化温度之下。这种方法的主要问题是除粘接剂，它通常是通过热塑性塑料的热解进行的，并且常常在工件上发生裂纹。因此宜采用一种在较低的温度下能催化去除的热塑性塑料。
适宜于制造和加工本发明的钢的金属粉末注射成型方法及其注射成型原料是专业技术人员所熟知的。例如EP-A 413 231报导一种催化去除粘接剂的方法，EP-A 465 940和EP-A 446 708公开了制造金属成形体的注射成型原料。W.-F.Bhre，P.J.Uggowitzer und M.O.Speidel：“Competitive Advantages by Near-Net-Shape-Mamefacturing”(近最后成形的制造方法的优点)(H.-D.Kunze编)，Deutsche Gesellschaft für Metallurgie(德国冶金协会)，Frankfurt，1997(ISBN 3-88355.246.1)以及H.Wohlfromm，M.Blmaeher，D.Weinand，E.-M.Langer und M.Schwarz：“NovelMatirials in Metal Injection Molding”(金属注射成型中的新型材料)，Proceedings of PIM-97-1st European Symposium on PowderInjection Moulding(第一次欧洲注射成型研讨会会志)，慕尼黑贸展中心，Munich，Germany，October 15-16，1997，European PowderMetallurgy Assoeiation(欧洲粉末冶金协会)1997，(ISBN 1-899072-05-5)描述在烧结过程中在渗氮化下制造不含镍的含氮钢的粉末注射成型方法。国际专利申请PCT/EP/99/09136(国际申请日期99年11月25日，优先权申请D有19 855 422.2的日期98年12月1日)报导一种以无镍奥氏体钢作硬质材料的金属粘接相的硬质材料烧结成形部件的制造方法。
粉末注射成型方法与诸如压制和烧结的普通粉末冶金方法在程序上的区别在于成型的方式和由此决定的用于去除为成型所用的热塑性粉末注射成型粘接剂。但是烧结和氮化在全部粉末冶金方法中皆以同样的方法进行。
本发明的钢，其前体或其组分皆采用细粉末的形式。所采用的平均粒度通常小于100微米，优选小于50微米，尤其优选小于20微米，通常在0.1微米以上。这类金属粉末可从市场购得，或按已知的方法制造，例如通过羰基分解、水粉化或气体粉化。
为实施粉末注射成型方法，将本发明的钢、其前体或其组分与作为粉末注射成型粘接剂的热塑性的非金属材料混合，从而得到粉末注射成型原料。适宜于制造注射成型原料的热塑性物质是已知的。大多数情况下采用热塑性塑料，例如聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯或聚醚如聚环氧乙烷(“聚乙烯乙二醇”)。优选采用这类热塑物质，该物质能在较低的温度下从生坯中催化去除。作为该热塑物质的基础宜采用聚缩醛塑料，并且特别优选聚甲醛(“POM”、低聚甲醛、三聚乙醛)。还可有选择性的向注射成型原料中混入助剂以便改善其加工性质，例如混入分散助剂。相应的热塑性物料和其通过注射成型和催化去除粘接剂的制造及加工方法是众所周知的，并在例如EP-A 413 213、EP-A-446 708、EP-A-444 475和EP-A-800882，尤其在EP-A 465 940和其美国等同专利US 5,362,791中皆有叙述，本文引这些文献作为参考。
本发明的优选注射成型原料由下列物质组成：
a)40-70体积％的权利要求1界定的钢、这种钢的无氮或低氮前体或该钢或其前体的组分的混合物，均呈粉末状，且其平均粒度为至少0.1微米，最高100微米，优选最高50微米，特别优选最高20微米；
b)30-60体积％的由下列物质组成的混合物：
b1)50-100重量％的聚甲醛的均聚物或共聚物和
b2)0-50重量％的不能与b1)混合的但能用热方法去除而
不留残留物的聚合物或者这种聚合物的混合物，
以作为粉末a)的热塑性粘接剂
c)0-5体积％的分散助剂。
当然这些组分之和为100体积％。
聚甲醛的均聚物和共聚物及其制造方法是专业技术人员熟悉的，并在文献中有所报导。均聚物通常通过甲醛和三噁烷聚合(多数为催化聚合)制造。为了制造聚甲醛共聚物，方便的方式是采用一种环醚或多种醚作为共单体与甲醛和/或三噁烷一道参加聚合，这样带有链段(-OCH2)-单元的聚甲醛链被在两个氧原子中间有一个以上的碳原子的单元所断裂。适宜作共聚单体的环醚的例子为环氧乙烷、1，2-环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、1，3-二噁烷、1，3-二氧戊烷、二氧杂庚烷(Dioxepan)、线型低聚缩甲醛类和聚缩甲醛类如聚二氧戊烷或聚二氧杂庚烷以及甲醛-三聚物等。
作为组分b2)主要是与聚甲醛均聚物或聚甲醛共聚物b1)不相混合的聚合物，这类聚合物及其制造是专业技术人员熟知的并在文献中有报导。
优选的这类聚合物为聚烯烃、乙烯基芳香聚合物、脂族C1-C8-羧酸的乙烯基酯聚合物、烷基为1-8碳原子的乙烯基烷基醚的聚合物或至少70重量％单元的甲基丙烯酸酯的聚合物，该单元是由甲基丙烯酸酯或其混合物衍生的。
适宜的聚烯烃的例子为2-8碳原子，尤其是2，3或4碳原子的烯烃及其共聚物。特别优选聚乙烯、聚丙烯及其聚合物。这类聚合物是大量生产的产品或广泛使用的商品，因而是专业人员所熟知的。适宜的乙烯基芳香聚合物的例子是聚苯乙烯和聚-α-甲基苯乙烯及其与30重量％的由丙烯酸酯以及丙烯腈或甲基丙烯腈基的单体的共聚物。这类聚合物亦是觉的商品。适宜的脂族C1-C8-羧酸的乙烯基酯聚合物的例子为聚乙烯基醋酸酯或聚乙烯基丙酸酯，适宜的C1-C8-乙烯基烷基醚的聚合物的例子为聚乙烯基甲醚或聚乙烯基乙醚。例如为与至少70重量％的C1-C14醇的甲基丙烯酸酯，尤其是甲基-甲基丙烯酸酯和/或乙基-甲基丙烯酸酯作为单体单元的共聚物用作带70重量％由甲基丙烯酸酯衍生的单元的甲基丙烯酸酯的聚合物。例如0-30重量％，优选0-20重量％的丙烯酸酯，优选甲基丙烯酸酯和/或乙基丙烯酸酯用作其它共聚单体。
组分c)是一种分散助剂，分散助剂是广泛采用的并是专业人熟知的。一般说来，可采用每一种能改善注射成型物料均匀性的分散助剂。优选的分散助剂是其平均分子量为200-400的低聚的聚环氧乙烷、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。作为助剂亦可采用各种有分散性质的物质的混合物。
金属粉末在粉末注射成型方法中在与热塑性粘接剂和有时还与助剂经先前的混合之后，用成形工具如压机成形，为了避免完工的烧结件的某些昂贵的后继加工，成形件应尽可能接近最终的预期几何形状。在烧结中工具通常发生收缩，一般说来这种收缩通过烧结前相应增大成形部件的尺寸来补偿。
粉末注射成型原料的成形按常规的方式藉助一般的注射成型机器实现。成形体按常规方式通过热解去除热塑性粉末注射成型粘接剂(“脱粘接剂”)。粘接剂宜通过催化从优选的本发明的注射成型物料中去除，其中生坯按常规方式用一种含气态酸的气氛进行热处理。这种气氛通过蒸汽压足够大的酸的汽化形成，比较方便的方式是使载体气，尤其是氮，通过有酸，优选是硫酸的容器，然后将含酸的气体导入脱粘接剂炉。脱粘接剂炉中的最佳酸浓度与预期的钢组成和工件的尺寸有关，并在具体情况下通过例行试验决定。一般说来，在这种气氛中在20℃-180℃的温度范围内处理10分钟-24小时足以去除粘接剂。在脱粘接剂之后还存在的某些热塑性粘接剂和/或助剂的残留物在加热至烧结温度时热解，从而完全去除。
在成形之后，或在注射成型方法中紧接的粘接剂去除之后，成形件在烧结炉中烧结成形部件，如果采用本发明钢的无氮或低氮前体，则通过氮化调节预期的氮含量。
为进行烧结及有时要进行氮化的炉气氛的最佳组成和最佳温度程序与所采用的或拟制造的钢的准确化学组成或其前体的组成，尤其是其溶氮能力和所采用的粉末的粒度有关。一般说来，炉气氛中氮分压的提高以及温度的降低皆直接与钢中较高的氮含量相关联。但是，由于随着温度的降低不但使烧结过程本身变慢，而且也使氮在钢中的扩散速度降低，所以烧结过程和/或氮化过程在较低温度下相应变长。为了在均匀的、致密的烧结型体中达到一定的预期氮含量的炉气氛，尤其是氮的分压、温度和烧结时间和/或氮化时间的最优组合，在具体情况下可通过少量的例行试验确定。这种烧结方法的例子在Bhre等人以及Wohlfromm等人发表的文章中有所叙述。本文引此两种文献作为参考。
通常炉气氛中的氮的分压至少为0.1bar，优选至少0.25bar。此氮分压一般最高为2bar，优选最高1bar。炉气氛可由纯氮构成，或者还含惰性气体如氩和/或反应气体如氢。多数情况下采用由氮和氢组成的混合物作炉气氛是有利的，以便尽可能使自干扰的氧化性金属杂质去除。如果有氢存在，则其份额通常为至少5体积％，优选至少15体积％，通常最高为50体积％，优选最高30体积％。如果需要，这种炉气氛还可含有惰性气体如氩。炉气氛应基本是干燥的，为此，通常其露点为-40℃是足够的。
烧结炉和/或氮化炉的(绝对)压力通常至少为100mbar，优选至少250mbar。其次通常最高为2.5bar，优选最高2bar。特别优选在常压下操作。
烧结温度和/或氮化温度通常至少1000℃，优选至少1050℃，特别优选的方式为至少1100℃。其次它通常最高为1450℃，优选最高1400℃，在特别优选的方案中最高1350℃。烧结过程和/或氮化过程中温度可以变化，例如，先在较高的温度下使工件完全或基本上烧结至致密，接着在较低的温度下调节预期的氮含量。
最优加热速率容易通过一些例行的试验获得，通常至少为1℃/分钟，优选至少为2℃/分钟，在特别优选的方案中至少为3℃/分钟。出于经济方面的权衡，通常追求尽可能高的加热速率，以便避免对烧结和/或氮化质量的负面影响，但在多数情况下调节到20℃/分钟以下。在某些情况下，在达到烧结和/或氮化温度的过程中，在低于烧结温度和/或氮化温度下维持一段停留时间，例如在30分钟-2小时之间，例如1小时，其温度保持为500℃-700℃，例如600℃。
烧结时间和/或氮化时间，即在烧结温度和/或氮化温度下的停留时间，通常是这样调节的，即使烧结成形部件烧结到足够致密，又足够均匀氮化。在通常的烧结温度和/或氮化温度、氮分压和成形体尺寸下，一般烧结时间和/或氮化时间至少为30分钟，优选至少为60分钟。烧结过程和/或氮化过程的长短共同决定生产的速率，因此烧结和/或氮化宜这样进行，即烧结过程和/或氮化过程从经济观点看来不能太长。通常烧结过程和/或氮化过程(不计加热和冷却阶段)最长在10小时后结束。
烧结过程和/或氮化过程以烧结成形部件的冷却结束。随钢组成的不同，可能要求一定的冷却过程，例如尽可能快的冷却，以便保持高温相或者避免钢的组分脱混。通常从经济角度看来，希望尽可能快的冷却，以便达到高的生产速率。如果较高数量的烧结成形部件由于快速冷却的缺陷带来的经济上的不足，例如断裂、撕裂、变形等，则冷却速率达到了上限。最优冷却速度容易通过少量例行试验确定。通常推荐的冷却速率值为至少100℃/分钟，优选至少200℃/分钟。例如烧结成形部件可浸入冷水或油之中淬冷。
紧接在烧结和/或氮化之后，可对烧结成形部件进行各种希望的后处理，例如溶液淬火和浸入水或油淬火或热恒压压制。优选对烧结成形部件进行溶液淬火，在温度至少1000℃，优选至少1100℃，最高达1250℃，优选最高1200℃下，在气氛为惰性气体如氮和/或氩中使部件热处理至少5分钟，优选至少10分钟，最高达2小时，接着例如在冷水中淬火。
实施例
实施例1
一种奥氏体钢，其组成为20重量％铬、4.9重量％锰、0.4重量％氮、0.15重量％碳、0.2重量％硅、其余为铁和不可避免的杂质，该钢通过在真空感应炉中熔化、在锭模中浇铸、匀化、锻造、在1100℃下溶液淬火等工序制造。其屈服极限为509MPa，缺口冲击韧性为240J，在22％氯化钠溶液和23℃下的局部腐蚀电位为1250mV。
实施例2
一种奥氏体钢，其组成为21重量％铬、8.5重量％锰、0.55重量％氮、0.15重量％碳、0.2重量％硅、其余为铁和不可避免的杂质，该钢通过在真空感应炉中熔化、在锭模中浇铸、匀化、锻造、在1100℃下的溶液淬火等工序制造，其屈服极限为610MPa，其缺口冲击韧性为250J，在22％氯化钠溶液中和23℃下的局部腐蚀电位为1260mV。
实施例表明，本发明的钢在耐腐蚀性和强度方面超过典型的不锈钢，而且在耐腐蚀性和强度远超过低合金或非合金的不锈钢。

Claims (7)

1.一种粉末注射成型原料，该原料含粉末形状的钢、该钢的无氮或低氮前体或该钢或其前体的组分的混合物和热塑性粘接剂，该钢由铁、不可避免的杂质和下列组分组成：
锰：低于9.0重量％
铬：至少16和最高22重量％
镍：低于2.0重量％
氮：大于0.30和最高0.70重量％
碳：大于0.08和最高0.30重量％
硅：低于2.0重量％
钼：低于2.0重量％
铜：低于2.0重量％
钨：低于2.0重量％。
2.权利要求1的粉末注射成型原料，其组成为：
a)40-70体积％的权利要求1界定的钢、这种钢的无氮或低氮前体或该钢或其前体的组分的混合物，均为粉末状，其平均粒度至少为0.1微米，最高100微米；
b)30-60体积％的作为粉末a)的热塑性粘接剂的由下列物质组成的混合物：
b1)50-100重量％的聚甲醛的均聚物或共聚物和
b2)0-50重量％的不能与b1)混溶的但能加热去除而不残留残余物的聚合物或这种聚合物的混合物，和
c)0-5体积％的分散助剂。
3.权利要求2的粉末注射成型原料，其中粉末形式的钢、其前驱体或其化合物的平均颗粒尺寸不大于50微米。
4.权利要求3的粉末注射成型原料，其中粉末形式的钢、其前驱体或其化合物的平均颗粒尺寸不大于20微米。
5.权利要求1中的注射成型原料在由权利要求1中限定的钢生产成形体中作为原料的用途，该生产过程包括注射成型权利要求1中限定的注射成型原料，粘合剂排出和烧结的工艺步骤。
6.权利要求5的用途，其中，粘合剂排出通过催化过程进行。
7.权利要求5或6的用途，其中通过在烧结过程中或烧结后进行氮化建立钢的氮含量。
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