RU2425166C1 - Способ получения механически легированной азотсодержащей стали - Google Patents

Способ получения механически легированной азотсодержащей стали Download PDF

Info

Publication number
RU2425166C1
RU2425166C1 RU2010122711/02A RU2010122711A RU2425166C1 RU 2425166 C1 RU2425166 C1 RU 2425166C1 RU 2010122711/02 A RU2010122711/02 A RU 2010122711/02A RU 2010122711 A RU2010122711 A RU 2010122711A RU 2425166 C1 RU2425166 C1 RU 2425166C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
powder
nitrogen
powders
mechanical alloying
Prior art date
Application number
RU2010122711/02A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Никитович Анциферов (RU)
Владимир Никитович Анциферов
Светлана Аркадьевна Оглезнева (RU)
Светлана Аркадьевна Оглезнева
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет"
Priority to RU2010122711/02A priority Critical patent/RU2425166C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2425166C1 publication Critical patent/RU2425166C1/ru

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к производству легированных сталей. Смесь порошков металлов подвергают механическому легированию в атмосфере азота. Соотношение масс смеси металлических порошков и мелющих шаров составляет 1:30. После механического легирования смесь порошков металлов отжигают в защитной или восстановительной атмосферах при 400-600°С, в отожженную смесь добавляют 2-4% наноразмерного порошка никеля и производят перемешивание. Затем готовую шихту прессуют в пресс-форме и спекают в азотсодержащей атмосфере при температурах 1100-1300°С. Способ обеспечивает активацию спекания, сокращение длительности механического легирования, достижение высокой плотности, прочности, износо- и коррозионной стойкости стали. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к производству легированных сталей.
К перспективным сплавам, создаваемым в последние годы, относятся стали, легированные азотом. Азот способен успешно заменять никель и марганец благодаря формированию азотистого аустенита, более устойчивого, чем углеродистый. Увеличение содержания азота в аустените приводит к повышению прочности и пластичности сплавов, а также коррозионной стойкости и магнитных свойств. Улучшение свойств сталей, легированных азотом, достигается при концентрации азота 1,1-1,3 мас.%, что значительно превышает пределы его растворимости в металлах при равновесных условиях (Устиновщиков Ю.И., Рац А.В., и др. Структура азотистого аустенита. Известия ВУЗов. Черная металлургия №2, 1999. С.57-60).
Основными способами изготовления азотистых сталей являются насыщение расплавов азотом и твердофазное легирование.
Известна аустенитная сталь (патент РФ №2092606, МПК С22С 38/18, приоритет 19.10.1995 г.), выплавляемая в открытой индукционной печи под давлением газообразного азота 20 атм. Отливки куют на прутки сечением 14×14 мм. Термическую обработку указанной стали производят по режимам, состоящим из закалки от 1200°С с охлаждением в воде.
Технологические процессы насыщения этих сплавов азотом сложнее, чем углеродом, кроме того, энергоемки и экологически небезопасны.
В отличие от кованых сталей, где диффузия атомов насыщающего элемента от поверхности изделия к сердцевине происходит только по зерну и межзеренным границам, в порошковых материалах насыщение одновременно осуществляется через поверхности частиц, поверхности пор, по межзеренным и межчастичным границам. Поэтому перспективным способом получения сталей с содержанием азота выше равновесного является принципиально новый метод механического легирования порошков металла, в котором введение азота происходит в процессе длительного измельчения металлов в азотсодержащих средах. Твердофазное насыщение азотом при механических обработках порошков наиболее часто используется для получения порошков нитридов металлов с высоким сродством к азоту, ферросплавов и лигатур с содержанием азота 10-20%. При этом реализуют условия самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
Примером служит способ получения азотсодержащего сплава для легирования стали (патент РФ №2341578, МПК С22С 35/00, 29/00, приоритет 20.02.2006 г.), согласно которому исходный материал измельчают в порошок с размером частиц менее 2,5 мм, порошок засыпают в цилиндрический тигель, тигель с засыпкой помещают в атмосферу азота при давлении 0,15-12,0 МПа, инициируют экзотермическую реакцию образования нитридов титана, кремния, алюминия путем локального нагрева части исходного сплава до температуры начала реакции и поддерживают эту температуру и давление до окончания реакции в послойном режиме горения с последующим доазотированием в режиме объемного горения при давлении 0,15-10 МПа в течение 0,1-1,5 часа. Полученный азотсодержащий сплав содержит, вес.%: титан 10,0-70,0, кремний 0,1-30,0, алюминий 0,3-25,0, азот 9,0-26,0, железо остальное. Изобретение позволяет получить сплав с максимальным содержанием азота при полном отсутствии потерь сырья при азотировании и исключении вредных выбросов в окружающую среду.
Известны способы получения азотсодержащих сталей методами механического легирования в азотсодержащих средах с последующим применением консолидации порошков различными методами спекания под высокими давлениями (патент РФ №2324757, МПК С22С 33/02, С22С 1/10, B22F 1/00, В82В 1/00, В82В 3/00, приоритет 26.09.2003 г.). Такие методы консолидации обеспечивают измельчение зерна до нанометрических размеров и высокие прочностные и пластические свойства, а фазовый состав сталей - коррозионную стойкость. Однако экстремальные виды консолидации материально и энергетически затратны, а также требуют специального сложного оборудования и оснастки.
В качестве прототипа выбран способ изготовления аустенитной нержавеющей стали, упрочненной дисперсными оксидами (патент CN №101538674, МПК С22С 33/02, приоритет 06.05.2009 г.), который заключается в смешивании порошков железа, хрома, никеля, вольфрама, титана и нанопорошка Y2О3 в заданных пропорциях; 17-19% хрома, 7-9% никеля, 1,5-2,5% вольфрама, 0,5-1,0% титана, 0,3-0,6 процента Y2O3, остальное - железо; загрузке смеси порошков в резервуар мельницы; нагнетании высокочистого азота в резервуар мельницы после вакуумирования; перетирании смеси порошков в течение 30-120 часов без учета времени простоев планетарной шаровой мельницы интенсивного помола. Пропорция между массами порошка и размольных шаров составляет 1:10. Во избежание чрезмерного повышения температуры в резервуаре шаровой мельницы она останавливается на 1 час после каждых 5 часов помола. Регулируя давление азота в шаровой мельнице и время помола, получают порошок упрочненной дисперсными оксидами аустенитной нержавеющей стали с различным содержанием азота, а после спекания порошка - формируется азотсодержащая упрочненная дисперсными оксидами аустенитная нержавеющая сталь. Аустенитная нержавеющая сталь, полученная данным методом, одновременно упрочняется твердыми растворами и дисперсными оксидами, поэтому значительно улучшаются ее эксплуатационные качества при высоких температурах.
Недостатком этого способа является введение оксида иттрия, ухудшающего металлический контакт в спеченном материале, что снижает плотность и прочность. Другим недостатком является высокая длительность процесса механического легирования - от 30 до 120 ч.
Технической задачей заявляемого технического решения является достижение высокой плотности, прочности, износо- и коррозионной стойкости азотсодержащей стали, обеспечение активации спекания и сокращение длительности механического легирования.
Предлагаемый способ получения механически легированной азотсодержащей стали включает механическое легирование порошков металлов, взятых в заданных пропорциях, отжиг механически легированной смеси, добавление в механически легированную смесь порошка никеля нанометрического размера, прессование смеси и спекание в азотсодержащей атмосфере.
Заявляемый способ обеспечивает повышение плотности и прочности благодаря активированному спеканию при добавлении нанодисперсного металлического порошка - никеля. Кроме того, введение операции отжига механически легированной смеси для снятия наклепа позволяет улучшить пластичность порошка и за счет этого повысить плотность прессовки, что после спекания прессовки гарантирует высокую плотность и свойства, зависящие от плотности - прочность, коррозионную стойкость. Температура спекания должна обеспечивать диссоциацию части нитридов металлов с целью образования твердых растворов азота в железе (азотистый аустенит), что будет способствовать повышению коррозионной стойкости стали. Варьирование длительности спекания позволяет управлять процессами формирования микроструктуры стали - чем больше длительность спекания, тем больше образуется азотистого аустенита и меньше остается нитридов. Заявляемый способ также обеспечивает износостойкость за счет дисперсного упрочнения твердыми частицами - нанодисперсными нитридами металлов, которые образуются на стадии механического легирования порошков металлов. Повышение соотношения между массами металлического порошка и шаров до соотношения 1:30 позволяет сократить время механического легирования с 30-120 часов до 4-8 часов.
Сущность способа изготовления механически легированной азотсодержащей стали заключается в механическом легировании порошков металлов в предварительно вакуумированном и затем заполненном азотом резервуаре высокоэнергетической мельницы в течение 4-8 часов. Механическое легирование во избежание нагрева смеси производят с остановками. В качестве основных исходных компонентов используют порошки металлов, масс.%: хрома 15-25, никеля 5-15, марганца 0,5-0,8, углерода 0,2-1,0, остальное - железо. Возможно добавление незначительного количества других порошков, например ванадия. Соотношение масс смеси металлических порошков и мелющих шаров составляет 1:30. Давление азота в резервуаре мельницы при механическом легировании может не превышать атмосферное.
После механического легирования смесь порошков металлов отжигают в защитной или восстановительной атмосферах при температурах 400-600°С для снятия наклепа частиц. В отожженную смесь порошков металлов добавляют 2-4 мас.% наноразмерного порошка никеля и производят перемешивание. 2-4 мас.% наноразмерного порошка никеля является тем минимальным количеством, которое обеспечивает активацию спекания. Затем готовую шихту прессуют в пресс-форме и спекают в азотсодержащей атмосфере при температурах 1100-1300°С. Варьирование содержания азота возможно как при изменении длительности механического легирования, так и при изменении температуры и времени спекания сталей.
Способ получения механически легированной азотсодержащей стали обеспечивает активацию спекания, сокращение длительности механического легирования, достижение высокой плотности, прочности, износо- и коррозионной стойкости стали.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1
Для получения порошковой стали ПК 50Х18Н7ГА0,8 18 г порошка хрома, 5 г порошка никеля, 0,8 г порошка марганца, 0,5 г порошка графита, 73,7 г порошка железа и 3 кг мелющих тел помещают в резервуар высокоэнергетической мельницы. В резервуаре с помощью системы вакуумных насосов создают низкий вакуум и нагнетают газообразный азот до давления 1 атм. Производят механическое легирование смеси в течение 6 часов циклами по 30 мин с остановками по 30 мин. Содержание азота в механически легированной смеси составляет 0,64%. Полученную в мельнице смесь порошков отжигают в водороде с точкой росы - 70°С при температуре 400°С в течение 1 часа. В отожженную смесь порошков металлов подмешивают 2 г наноразмерного порошка никеля. Смесь прессуют в пресс-форме при давлении 700 МПа, затем прессовки спекают в атмосфере диссоциированного аммиака с точкой росы - 70°С при температуре 1170°С в течение 3 часов при давлении 1,2 атм. После спекания содержание азота составляет 1,1-1,2%. В результате приведенного в примере технологического цикла формируется структура аустенитной стали ПК 50Х18Н7ГА0,8, упрочненной нитридами хрома. Полученная азотсодержащая сталь обладает высокой плотностью, прочностью, износо- и коррозионной стойкостью, таблица.
Пример 2.
Для получения порошковой стали ПК 50Х18Н7ГА0,8 18 г порошка хрома, 5 г порошка никеля, 0,8 г порошка марганца, 0,5 г порошка графита, 0,4 г ванадия, 73,3 г порошка железа и 3 кг мелющих тел помещают в резервуар высокоэнергетической мельницы. В резервуаре с помощью системы вакуумных насосов создают низкий вакуум и нагнетают газообразный азот до давления 1 атм. Производят механическое легирование смеси в течение 6 часов циклами по 30 мин с остановками по 30 мин. Содержание азота в смеси после механического легирования составляет 1,3%. Полученную в мельнице смесь порошков отжигают в водороде с точкой росы - 70° С при температуре 400°С в течение 1 часа. В отожженную смесь порошков металлов подмешивают 2 г наноразмерного порошка никеля. Смесь прессуют в пресс-форме при давлении 700 МПа, затем прессовки спекают в атмосфере диссоциированного аммиака с точкой росы - 70°С при температуре 1170°С в течение 3 часов при давлении 1,2 атм. Содержание азота после спекания стали 1,3%. В результате приведенного в примере технологического цикла формируется структура аустенитной стали ПК 50Х18Н7ГФА0,8, упрочненной нитридами хрома и ванадия. Полученная азотсодержащая сталь обладает высокой плотностью, прочностью, износо- и коррозионной стойкостью.
Таблица
Количественный фазовый состав стали ПК 50Х18Н7ГА0,8 после механического легирования и спекания при 1170°С в диссоциированном аммиаке
Длитель-ность спекания, ч Содержание фаз, % Кол-во азота, масс.% σв, МПа Балл коррозионной стойкости, (Атмосферная/ 3%-ный NaCl) Относительный износ при трении по стали 45*
Нитрид Cr2N Аустенит γ
2 15 85 1,2 - - -
3 6 94 1,1 1300 2/5 0,2
* в сравнении со сталью 08Х18Н9Т*

Claims (2)

1. Способ получения механически легированной азотсодержащей стали, включающий смешивание порошков металлов и нанопорошка в заданных пропорциях, механическое легирование полученной смеси в атмосфере азота, прессование и спекание, отличающийся тем, что после механического легирования проводят отжиг смеси металлических порошков в защитной или восстановительной атмосфере при температуре 400-600°С, в качестве нанопорошка используют нанодисперсный порошок никеля, который добавляют в количестве 2,0-4,0 мас.% после отжига смеси металлических порошков, спекание осуществляют в азотсодержащей атмосфере при температуре 1100-1300°С, причем соотношение смеси металлических порошков и мелющих шаров при механическом легировании составляет 1:30, а в качестве основных исходных компонентов используют порошки металлов при следующем соотношении, мас.%:
порошок хрома 15-25 порошок никеля 5-15 порошок марганца 0,5-0,8 порошок углерода 0,2-1,0 порошок железа остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав смеси металлических порошков добавляют незначительное количество порошков других металлов, например 0,4 мас.% ванадия.
RU2010122711/02A 2010-06-03 2010-06-03 Способ получения механически легированной азотсодержащей стали RU2425166C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010122711/02A RU2425166C1 (ru) 2010-06-03 2010-06-03 Способ получения механически легированной азотсодержащей стали

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010122711/02A RU2425166C1 (ru) 2010-06-03 2010-06-03 Способ получения механически легированной азотсодержащей стали

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2425166C1 true RU2425166C1 (ru) 2011-07-27

Family

ID=44753567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010122711/02A RU2425166C1 (ru) 2010-06-03 2010-06-03 Способ получения механически легированной азотсодержащей стали

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425166C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484170C1 (ru) * 2012-05-18 2013-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Способ получения высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой
RU2513058C1 (ru) * 2013-03-06 2014-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2090309C1 (ru) * 1995-03-15 1997-09-20 Новочеркасский государственный технический университет Способ получения конструкционной порошковой стали
US5900560A (en) * 1995-11-08 1999-05-04 Crucible Materials Corporation Corrosion resistant, high vanadium, powder metallurgy tool steel articles with improved metal to metal wear resistance and method for producing the same
WO1999061673A1 (en) * 1998-05-27 1999-12-02 U.S. Department Of Commerce And National Institute Of Standards And Technology High nitrogen stainless steel
JP2006052430A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Chokoon Zairyo Kenkyusho:Kk 圧力容器用ステンレス製ボルトナット材及びその製造方法
RU2324576C2 (ru) * 2002-09-30 2008-05-20 Нано Текнолоджи Инститьют, Инк Нанокристаллический металлический материал с аустенитной структурой, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, и способ его изготовления
CN101538674A (zh) * 2009-05-06 2009-09-23 北京科技大学 一种制备氧化物弥散强化型奥氏体不锈钢的方法
RU2374354C1 (ru) * 2008-08-05 2009-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" Композиционная сталь для электромагнитного оружия

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2090309C1 (ru) * 1995-03-15 1997-09-20 Новочеркасский государственный технический университет Способ получения конструкционной порошковой стали
US5900560A (en) * 1995-11-08 1999-05-04 Crucible Materials Corporation Corrosion resistant, high vanadium, powder metallurgy tool steel articles with improved metal to metal wear resistance and method for producing the same
WO1999061673A1 (en) * 1998-05-27 1999-12-02 U.S. Department Of Commerce And National Institute Of Standards And Technology High nitrogen stainless steel
RU2324576C2 (ru) * 2002-09-30 2008-05-20 Нано Текнолоджи Инститьют, Инк Нанокристаллический металлический материал с аустенитной структурой, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, и способ его изготовления
JP2006052430A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Chokoon Zairyo Kenkyusho:Kk 圧力容器用ステンレス製ボルトナット材及びその製造方法
RU2374354C1 (ru) * 2008-08-05 2009-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" Композиционная сталь для электромагнитного оружия
CN101538674A (zh) * 2009-05-06 2009-09-23 北京科技大学 一种制备氧化物弥散强化型奥氏体不锈钢的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2484170C1 (ru) * 2012-05-18 2013-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Способ получения высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой
RU2513058C1 (ru) * 2013-03-06 2014-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6093405B2 (ja) 窒素含有低ニッケル焼結ステンレス鋼
EP3362210B1 (en) Iron based powders for powder injection molding
JP2011094187A (ja) 高強度鉄基焼結体の製造方法
CN101925683A (zh) 低合金钢粉
RU2425166C1 (ru) Способ получения механически легированной азотсодержащей стали
CN106424716B (zh) 用草酸亚铁改善锰铜阻尼烧结合金性能的方法
EP1282478B1 (en) A method for sintering a carbon steel part using a hydrocolloid binder as carbon source.
CA3132343C (en) Iron-based mixed powder for powder metallurgy and iron-based sintered body
Matsuda et al. Mechanical properties of injection molded Fe-6% Ni-0.4% C steels with varying Mo contents of 0.5 to 2%
EP1323840B1 (en) Iron base mixed powder for high strength sintered parts
CN112371981A (zh) 一种含氮双相不锈钢及其近净成形方法
RU2513058C1 (ru) Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой
CN108411218A (zh) 一种碳酸锶变质增韧高硬度合金及其铸造方法
CN108425072A (zh) 一种稀土镧增韧高硬合金及其铸造和热处理方法
JPS6237346A (ja) 高窒素含有オーステナイト系焼結ステンレス鋼およびその製造方法
WO2023157386A1 (ja) 粉末冶金用鉄基混合粉および鉄基焼結体
JPH0561339B2 (ru)
RU2484170C1 (ru) Способ получения высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой
CN108570620A (zh) 一种硝酸钇增韧高硬合金及其铸造和热处理方法
CN108707837A (zh) 一种稀土钇变质增韧高硬度合金及其铸造方法
Oro et al. Sintering 1: The Challenge of Sintering Steels with New Alloying Compositions
CN108441776A (zh) 一种硝酸铒变质增韧高硬度合金及其铸造方法
Dimitrov et al. Atmosphere Effect on Dimensional Changes during Sintering of SC 100.26 Iron Powder with Graphite and Copper Additions
CN108570624A (zh) 一种稀土铈变质增韧高硬度合金及其铸造方法
CN108707838A (zh) 一种硝酸镧变质增韧高硬度合金及其铸造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170604