CN114700496A - 高强度不锈钢粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度不锈钢粉末的制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)取不锈钢原料放入坩埚中并对所述坩埚持续加热，得不锈钢熔汤；(2)向所述不锈钢熔汤中加入由氧化镁和二氧化硅制成的顽火辉石并搅拌均匀至所述顽火辉石溶解，得混合物；(3)向所述混合物中加入除渣剂，得不锈钢钢水；(4)倒出所述不锈钢钢水，对倒出的所述不锈钢钢水进行粉末喷制，得0.5～25μm的不锈钢粉末。在本发明中，利用将氧化镁和氧化硅按比例混合制成高熔点的顽火辉石，所述顽火辉石可以保留在高温的不锈钢熔汤中且还可以保留在成品不锈钢粉末中，本发明方法制得的不锈钢粉末具有高硬度和高强度的特性。

Description

高强度不锈钢粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢粉末的制备技术领域，尤其涉及高强度不锈钢粉末的制备方法。
背景技术
316L等不锈钢粉末冶金制品在工业的应用上有非常广泛的领域，但是当要求它们有更高的强度时，316L等不锈钢粉末冶金制品有下列问题：①具有合理价位，防锈能力强且韧性好，但硬度不够高，主要的晶体结构是奥氏体；②不锈钢粉末无法采用渗碳法焠火加硬，加入碳可以造成奥氏体转变成马氏体而加硬，但加入碳会造成腐蚀与生锈并造成尺寸变大(碳化马氏体造成)；③板材类的316L等不锈钢可以经过加工硬化达到1～2H硬度即约HV180～250，但粉末冶金制品无法使用加工硬化，产品烧结后形状固定无法再次锻打增强。
公开号为CN107812933A的专利文献公开一种304不锈钢粉末注射成型喂料及制备方法与制件，该专利文献通过将304不锈钢粉末与精心设计的成型剂混合制成304不锈钢粉末注射成型喂料，配合MIM工艺能够快速生产大量304不锈钢制件，例如零部件等，具有加工简单、加工周期短、加工成本低、生产效率高的优点，但该专利文献未公开不锈钢粉末的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度不锈钢粉末的制备方法。
为实现本发明的目的，采用如下技术方案：
高强度不锈钢粉末的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
第一步：取不锈钢原料放入坩埚中并对所述坩埚持续加热至所述坩埚内的所述不锈钢原料熔化，得不锈钢熔汤；
第二步：将氧化镁和二氧化硅反应合成得到顽火辉石，将所述顽火辉石破碎，得顽火辉石粉末；
第三步：将所述顽火辉石粉末溶解在所述不锈钢熔汤中，得混合物；
第四步：向所述混合物中加入除渣剂，得不锈钢钢水；
第五步：所述成分分析合格后，倒出所述不锈钢钢水，对倒出的所述不锈钢钢水进行粉末喷制，得不锈钢粉末。
优选的，所述不锈钢熔汤的温度大于1600℃。
优选的，所述顽火辉石的合成温度为1560～1600℃。
优选的，按质量百分比计，所述氧化镁为39.6～40.6％，所述二氧化硅为59.4～60.4％。在本发明中，由于合成顽火辉石的温度为1560～1600℃，需要在此温度范围内提供一个合适的氧化环境，因此，需要合成顽火辉石的原料能够提供充分的氧元素，因此，按质量百分比计，优选的氧化镁为39.6～40.6％，二氧化硅为59.4～60.4％，更优选的，所述氧化镁为40.1％，所述二氧化硅为59.9％。
优选的，所述顽火辉石粉末的粒径为小于100μm。
优选的，在第三步中，所述顽火辉石粉末的添加重量与所述不锈钢熔汤的重量比为0.5～10％。
优选的，所述除渣剂为氧化钙或氟化钙。在本发明制备不锈钢粉末的过程中，会有炉渣存在前期的不锈钢熔汤中，加入除渣剂可以去除不锈钢熔汤中的炉渣，可提高不锈钢粉末成品的纯度，在本发明中，优选的除渣剂为氧化钙或氟化钙。
优选的，所述不锈钢粉末的粒径为0.5～25μm。
在本发明中，顽火辉石的化学式为MgO·SiO2。
在本发明中，如图1的顽火辉石的相图所示，由氧化镁和二氧化硅合成生成的顽火辉石的熔点为1557℃，因此，顽火辉石可以充分的熔化并平均分布在不锈钢熔汤内，也不会导致不锈钢熔汤内的炉渣上浮。
本发明的有益效果：
(1)在本发明中，顽火辉石在1560～1600℃的高温下合成，再将所述顽火辉石制成粒径小于100μm的顽火辉石粉末，得到的顽火辉石粉末作为添加剂加入到不锈钢熔汤中，用于合成顽火辉石的原料氧化镁和二氧化硅不仅可以保留在高温的不锈钢熔汤中，而且也可以保留在不锈钢粉末成品中，保留在不锈钢粉末成品中的氧化镁和二氧化硅可以增强不锈钢粉末成品的强度。
(2)将含有顽火辉石粉末的不锈钢粉末经过MIM工艺注射成形烧结后使得部分不锈钢由奥氏体FCC面心立方转变成阿尔法相α-Fe是BCC体心立方结构和西格玛相铁素体σ-Fe是BCT体心正方结构，可提高不锈钢粉末的硬度。
附图说明
图1:顽火辉石的相图。
图2:经MIM工艺形成的不锈钢的X衍射图。
具体实施方式
通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。
实施例一
高强度不锈钢粉末的制备方法，制备方法包括以下步骤：
第一步：取不锈钢原料放入坩埚中并对坩埚持续加热至坩埚内的不锈钢原料熔化，得温度大于1600℃的不锈钢熔汤；
第二步：按质量百分比计，将40.1％的氧化镁和59.9％的二氧化硅在温度为1580℃的条件下反应合成得到顽火辉石，将顽火辉石破碎，得粒径为小于100μm的顽火辉石粉末；
第三步：将10份的粒径为小于100μm顽火辉石粉末溶解在200份的不锈钢熔汤中，得混合物；
第四步：向混合物中加入氧化钙，得不锈钢钢水；
第五步：倒出不锈钢钢水，对倒出的不锈钢钢水进行粉末喷制，得粒径为0.5～25μm的不锈钢粉末。
实施例二
高强度不锈钢粉末的制备方法，制备方法包括以下步骤：
第一步：取不锈钢原料放入坩埚中并对坩埚持续加热至坩埚内的不锈钢原料熔化，得温度大于1600℃的不锈钢熔汤；
第二步：按质量百分比计，将39.6％的氧化镁和60.4％的二氧化硅在温度为1600℃的条件下反应合成得到顽火辉石，将顽火辉石破碎，得粒径为小于100μm的顽火辉石粉末；
第三步：将15份的粒径为小于100μm顽火辉石粉末溶解在150份的不锈钢熔汤中，得混合物；
第四步：向混合物中加入氟化钙，得不锈钢钢水；
第五步：倒出不锈钢钢水，对倒出的不锈钢钢水进行粉末喷制，得粒径为0.5～25μm的不锈钢粉末。
实施例三
高强度不锈钢粉末的制备方法，制备方法包括以下步骤：
第一步：取不锈钢原料放入坩埚中并对坩埚持续加热至坩埚内的不锈钢原料熔化，得温度大于1600℃的不锈钢熔汤；
第二步：按质量百分比计，将40.6％的氧化镁和59.4％的二氧化硅在温度为1560℃的条件下反应合成得到顽火辉石，将顽火辉石破碎，得粒径为小于100μm的顽火辉石粉末；
第三步：将1份的粒径为小于100μm顽火辉石粉末溶解在200份的不锈钢熔汤中，得混合物；
第四步：向混合物中加入氧化钙，得不锈钢钢水；
第五步：倒出不锈钢钢水，对倒出的不锈钢钢水进行粉末喷制，得粒径为0.5～25μm的不锈钢粉末。
实施例四
取上述实施例一～实施例三任一项制备方法制得的不锈钢粉末经过MIM工艺制作不锈钢316L，再向不锈钢316L中分别添加与不锈钢316的质量比为0％、2.5％和5％的顽火辉石粉末，观察不同情况下的不锈钢316L的硬度，结果如表1所示：
表1添加不同质量比的顽火辉石粉末获得强化不锈钢316L的硬度
不锈钢316L+顽火辉石粉末％ 316L+0％ 316L+2.5％ 316L+5％
不锈钢316L第1点的硬度 115.70 186.00 296.00
不锈钢316L第2点的硬度 110.05 193.05 270.00
不锈钢316L第3点的硬度 127.05 208.45 283.55
不锈钢316L第4点的硬度 120.35 195.6 279.65
不锈钢316L第5点的硬度 125.10 204.75 284.05
不锈钢316L的硬度平均数 119.65 197.57 282.65
表1中所述第1点、第2点、第3点、第4点和第5点指的是用硬度计检测在不锈钢316L上5个的不同位置处的硬度所述平均数指的是5个不同位置处的硬度的平均值。
从表1的结果可知，在不锈钢316L中添加不同质量比的顽火辉石粉末对不锈钢316L的硬度的提升很高，当顽火辉石粉末的添加量达到5％时，不锈钢316L的硬度达到HV282.65，因此，不锈钢316L的硬度得到大幅提升，强度也因此得到提升。
如图2所示，含有顽火辉石粉末的不锈钢粉末中，经过注射成形烧结后使得部分不锈钢由奥氏体(FCC面心立方)转变成阿尔法相(α-Fe是BCC体心立方结构)和西格玛相铁素体(σ-Fe是BCT体心正方结构)。
图2中的X衍射图是以Xray扫描角度20°到80°，扫描频率0.4sec/0.2°，比对特征峰结果，可以发现γ相、α相、σ相的特征峰。
以上所述仅是本发明的实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
第一步：取不锈钢原料放入坩埚中并对所述坩埚持续加热至所述坩埚内的所述不锈钢原料熔化，得不锈钢熔汤；
第二步：将氧化镁和二氧化硅反应合成得到顽火辉石，将所述顽火辉石破碎，得顽火辉石粉末；
第三步：将所述顽火辉石粉末溶解在所述不锈钢熔汤中，得混合物；
第四步：向所述混合物中加入除渣剂，得不锈钢钢水；
第五步：倒出所述不锈钢钢水，对倒出的所述不锈钢钢水进行粉末喷制，得不锈钢粉末。
2.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，在第一步中，所述不锈钢熔汤的温度大于1600℃。
3.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述顽火辉石的合成温度为1560～1600℃。
4.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述氧化镁为39.6～40.6％，所述二氧化硅为59.4～60.4％。
5.根据权利要求4所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述氧化镁为40.1％，所述二氧化硅为59.9％。
6.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述顽火辉石粉末的粒径为小于100μm。
7.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，在第三步中，所述顽火辉石粉末的添加重量与所述不锈钢熔汤的重量比为0.5～10％。
8.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述除渣剂为氧化钙或氟化钙。
9.根据权利要求1所述的高强度不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，所述不锈钢粉末的粒径为0.5～25μm。
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