RU2513058C1 - Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой - Google Patents
Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513058C1 RU2513058C1 RU2013110241/02A RU2013110241A RU2513058C1 RU 2513058 C1 RU2513058 C1 RU 2513058C1 RU 2013110241/02 A RU2013110241/02 A RU 2013110241/02A RU 2013110241 A RU2013110241 A RU 2013110241A RU 2513058 C1 RU2513058 C1 RU 2513058C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrogen
- reactor
- steel
- powder
- mechanical alloying
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной стали с нанокристаллической структурой. Смесь из порошков хрома, никеля, марганца и железа помещают в реактор, снабженный проточной системой газов, и добавляют мелющие шары в количестве от 30% до 50% объема реактора. После чего осуществляют герметизацию реактора, проводят предварительную продувку смеси азотосодержащим газом со скоростью 2-16 л/час в течение 10-20 минут и уменьшают скорость потока газа до 0,2-0,3 л/час. Смесь подвергают механическому легированию с параметром дозы энергии от 150 до 720 кДж/г, затем в реактор добавляют порошковую композицию металл - неметалл в количестве, не превышающем 50% от массы стали, и проводят дополнительное механическое легирование в течение 10-60 минут. Обеспечивается улучшение механических свойств стали и уменьшение времени легирования. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой.
Известен способ получения механически легированной азотсодержащей стали [Патент РФ №2425166]. 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, в отожженную смесь добавляют наноразмерный порошок никеля и производят перемешивание. Затем готовую шихту прессуют в пресс-форме и спекают в азотсодержащей атмосфере при определенных температурах.
Недостаток: легирование азотом требует дополнительных термических и механических обработок материала и, следовательно, удорожает технологию. При этом проводимые высокотехнологичные операции требуют повышенного контроля качества, что увеличивает вероятность высокого процента брака.
Известен способ получения азотированного феррохрома [Заявка на изобретение №94042483]. Способ позволяет получить азотированный феррохром с высоким содержанием азота и с минимальными затратами электроэнергии. Порошок феррохрома с определенным размером частиц зажигают и азотируют в режиме горения при повышенном давлении азота, причем порошок феррохрома предварительно нагревают.
Недостаток: способ предлагает изготовление полуфабриката для последующего изготовления азотистых аустенитных сталей и контроль качества, и описанные результаты соответствуют полуфабрикату, а не конечному продукту.
Известен нанокристаллический материал со структурой аустенитной стали, обладающий высокой твердостью, прочностью и коррозионной стойкостью, и способ его изготовления, выбранный за прототип [RU Патент РФ №2324757]. Способ изготовления нанокристаллического материала со структурой аустенитной стали включает смешивание мелкозернистых порошков, которые являются компонентами для получения определенной разновидности аустенитной стали, таких как железо и хром, никель, марганец, углерод, с веществом, которое является источником азота, механическое легирование смеси с использованием шаровой мельницы с получением мелкозернистых порошков нанокристаллической аустенитной стали с высоким содержанием азота. Формование спеканием порошков нанокристаллической аустенитной стали одним или другими методами, в которые входят: прокатка, электроразрядное спекание, экструзия, горячее изостатическое прессование (ТИП), холодное изостатическое прессование (ХИЛ), холодное прессование, горячее прессование, ковка, штампование или штампование взрывом, с получением в результате материала со структурой аустенитной стали, обладающего высокой твердостью, прочностью и коррозионной стойкостью, в виде агрегата из нанокристаллических зерен, который содержит 0,1-2,0 мас.% азота в твердом растворе. Полученный продукт отжигают при температуре 800-1250°С в течение 60 мин или меньше и затем быстро охлаждают. В качестве среды для механического легирования используют инертный газ, например аргон, газообразный азот, аммиак или смесь, содержащую два или более из этих газов. Композиция для изготовления аустенитной стали содержит 12-30 мас.% хрома, 0-20 мас.% никеля, 0-30 мас.% марганца, 0,1-5,0 мас.% азота, 0,02-1,0 мас.% углерода, железо - остальное, а процесс формования спеканием осуществляют при температуре 600-1250°С. Недостатком прототипа является дорогая технология изготовления аустенитной стали за счет длительного процесса механического легирования (более 200 часов), а также высокое содержание кислорода в полученной порошковой стали, что ухудшает основные механические свойства.
Задачей является удешевление технологии получения высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой за счет уменьшения времени механического легирования и улучшение механических свойств.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной стали с нанокристаллической структурой. Способ заключается в том что, составляют смесь из порошков хрома, никеля, марганца и железа, помещают ее в объем, например в металлический проточный реактор высоконапряженной вибромельницы, снабженный проточной системой газов. Добавляют мелющие шары, например, из шарикоподшипниковой стали от 30% до 50% объема реактора. После чего осуществляют герметизацию реактора и проводят предварительную продувку смеси азотосодержащим газом, например аммиаком со скоростью 2-16 л/час в течение 10-20 минут. Затем скорость потока газа уменьшают до 0,2-0,3 л/час и смесь подвергают механическому легированию, например, при помощи высоконапряженной вибромельницы. Механическое легирование проводиться с параметром дозы энергии, необходимой для осуществления механического легирования, от 150 до 720 кДж/г. После чего в реактор добавляют порошковую композицию металл-неметалл в соотношении, необходимом для образования тугоплавкого соединения [Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. Справочник. 2-е изд. М., «Металлургия», 1976. 560 с.]. В качестве металла были выбраны Ti, Nb, Zr, в качестве неметалла - C, В, Si. Количество порошковой композиции не превышало 50% от количества стали. И далее проводят дополнительное легирование в течение 10-60 минут.
Загрузка мелющих шаров в определенном объеме обусловлена получением определенной дисперсности порошка высокоазотистой аустенитной стали, а также наиболее продуктивным ходом механического легирования. В ходе механического легирования в проточном реакторе при диссоциации аммиака не происходит повышения давления выше критической нормы, что, соответственно, предотвращает повышение парциального давления азота и водорода, при которых происходит сдвиг равновесия в сторону исходного газа и торможение реакции взаимодействия азота с порошком. Это позволяет на протяжении всего времени механического легирования осуществлять непрерывное насыщение порошка азотом. Следовательно, насыщение азотом проходит значительно быстрее и, соответственно, требует меньших затрат на производство стали. Использование аммиака в качестве азотосодержащей атмосферы в значительной степени улучшает технологию получения высокоазотистых аустенитных сталей. Аммиак выполняет две функции: восстановление смеси порошка, тем самым улучшая его качество и подготавливая его к дальнейшему взаимодействию, а также насыщает порошок азотом.
Цель предварительной продувки заключается в замещении кислорода в реакторе на азотосодержащий газ, а дальнейшая продувка в ходе механического легирования направлена лишь на поддержание азотосодержащей атмосферы, позволяющей осуществлять постоянное насыщение порошка азотом, что, в конечном счете, приводит к сокращению времени механического легирования высокоазотистой порошковой стали. Уменьшение скорости продувки при механическом легировании направлено на экономию расхода аммиака.
Композиция металл-неметалл и дополнительное механическое легирование позволяют улучшить механические свойства - твердость, прочность и т.д. Реакция протекает со значительным выделением тепла и происходит мгновенно, индикатором образования тугоплавкого соединения в процессе механолегирования является скачок температуры на термограмме (фиг.1), где по оси ординат - температура механореактора, а по оси абсцисс - время механоактивации. В результате образуется дисперсноупрочненная высокоазотистая порошковая аустенитная сталь, упрочненная тугоплавким соединением.
Совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.
Объем мелющих шаров в реакторе менее 30% является недостаточным для полноценного осуществления механического легирования, что увеличивает время процесса. Избыточное количество мелющих шаров более 50% приводит к их заклиниванию в процессе механического легирования.
Предварительная продувка азотосодержащим газом менее 2 л/час и/или менее 10 минут не позволяет в полной мере осуществить замещение кислорода азотосодержащим газом, а превышение значения 16 л/час и/или более 20 минут нецелесообразно с экономической точки зрения. Скорость продувки газа в процессе механического легирования менее 0,2 л/час является недостаточной для осуществления непрерывной реакции взаимодействия азота со смесью порошков. Превышение значения скорости продувки более 0,3 л/час не позволяет осуществить полное разложение аммиака и не оправдано с экономической точки зрения. При понижении дозы энергии, необходимой для осуществления механического легирования, ниже 150 кДж/г механическое легирование с получением высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой и низким содержанием кислорода осуществить невозможно. В этом случае происходит неравномерное перемешивание элементов, и полученное содержание азота не превышает 0,02% из-за низкой скорости разложения аммиака. Повышение дозы энергии более 720 кДж/г способствует потере получаемого продукта - порошок сгорает из-за высокой удельной поверхностной энергии.
После чего в реактор добавляли порошковую композицию металл-неметалл в соотношении, необходимом для образования тугоплавкого соединения. В качестве металла были выбраны Ti, Nb, Zr, в качестве неметалла - C, В, Si. Количество порошковой смеси не превышает 50% от количества стали. Если количество порошковой смеси будет 60%, то реакция образования тугоплавкого соединения не произойдет либо значительно увеличится время образования.
Дополнительное механическое легирование проводят в течение 10-60 минут. В данном интервале происходит скачек температур, что видно на термограмме механореактора. После появления скачка температур процесс механолегирования прекращается.
Составляли смесь из порошков хрома, никеля, марганца и железа и помещали в проточный металлический реактор высоконапряженной вибромельницы. Затем к полученной смеси порошков добавляли мелющие шары из шарикоподшипниковой стали в количестве 30%, 40% и 50% объема реактора. Герметизировали реактор и проводили предварительную продувку смеси аммиаком или азотом со скоростью 2, 6, 10 или 16 л/час в течение 10, 15 или 20 минут. Затем скорость потока газа уменьшали до 0,2, 0,25 или 0,3 л/час и смесь подвергали механическому легированию при помощи высоконапряженной вибромельницы с параметрами дозы энергии 150, 400, 600 и 720 кДж/г. Далее добавляли порошковую композицию металл-неметалл (металл: Ti, Nb, Zr и неметалл: С, В, Si), в количестве 40 или 50% от количества стали и проводили дополнительное механическое легирование в течение 10, 35 или 60 минут.
Таблица. | ||||||||||||||||
№ | Химический состав полученной смеси | Вид газа | Скорость предваритель- ной продувки л/час |
Время предвари- тельной продувки, мин |
Скорость продувки при мех. лег., л/час | Доза энергии, кДж/г | Порош- ковая компози- ция |
Количество порошковой композиции, % | Время дополни- тельного механичес- кого легирования, мин. |
|||||||
Пример №1 | Fe - 17,4% Cr - 8,2% Ni - 12,55% Mn - 0,05% O2 - 0,55% N2+TiC | Аммиак | 2 | 20 | 0,2 | 400 | Ti+C | 50 | 10 | |||||||
Пример №2 | Fe - 18,2% Cr - 8,1% Ni - 11,6% Mn - 0,09% O2 -0,99% N2+TiB2 | Аммиак | 2 | 20 | 0,25 | 720 | Ti+B | 50 | 60 | |||||||
Пример №3 | Fe - 18% Cr - 8,1% Ni - 11,85% Mn - 0,05% O2 - 0,65% N2+Ti5Si3 | Аммиак | 6 | 20 | 0,3 | 400 | Ti+Si | 40 | 35 | |||||||
Пример №4 | Fe - 18% Cr - 8,4% Ni - 11,56% Mn - 0,04% O2 - 0,75% N2+NbC | Аммиак | 10 | 15 | 0,3 | 600 | Nb+C | 50 | 10 | |||||||
Пример №5 | Fe - 17,8% Cr - 8,1% Ni - 12,07% Mn - 0,03% O2 - 0,05% N2+NbB2 | Азот | 6 | 20 | 0,3 | 400 | Nb+B | 40 | 60 | |||||||
Пример №6 | Fe - 18,05% Cr - 8,1% Ni - 11,81% Mn - 0,04% O2 - 0,1% N2+Nb5Si3 | Азот | 10 | 20 | 0,2 | 600 | Nb+Si | 50 | 35 | |||||||
Пример №7 | Fe - 17,85% Cr - 8,05% Ni - 12,07% Mn - 0,03% O2 - 0,2% N2+ZrC | Азот | 16 | 15 | 0,2 | 720 | Zr+C | 50 | 10 | |||||||
Пример №8 | Fe - 18% Cr - 7,86% Ni - 12,1% Mn - 0,04% O2 - 0,5% N2+ZrB2 | Аммиак | 16 | 10 | 0,3 | 150 | Zr+B | 50 | 60 | |||||||
Пример №9 | Fe - 18,4% Cr - 7,6% Ni - 11,91% Mn - 0,09% O2 - 0,73% N2+Zr5Si3 | Аммиак | 16 | 10 | 0,25 | 400 | Zr+Si | 40 | 35 |
Удешевление способа получения высокоазотистой аустенитной порошковой стали осуществлено за счет сокращения времени процесса механического легирования.
Полученные высокоазотистые аустенитные порошковые стали обладают сверхравновесным содержанием азота стали с нанокристаллической структурой и высокими механическими свойствами за счет низкого содержания кислорода (менее 0,1%). Размеры нанокристаллов составляют от 4 до 10 нм. Содержание азота после механического легирования в среде аммиака с параметром дозы энергии 720 кДж/г составляет 0,922%, при этом доля аустенита достигает 90%. Химический анализ полученной высокоазотистой аустенитной порошковой стали показывает содержание кислорода менее 0,1%, что влияет на механические свойства: величина твердости по Виккерсу достигает 850 HV, предел текучести при растяжении 1900 МПа, предел прочности при растяжении 3200 МПа, величина относительного удлинения 10%.
Claims (1)
- Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой, включающий получение смеси из порошков хрома, никеля, марганца и железа, которую подвергают механическому легированию с добавлением азотосодержащего газа, после чего помещают в трубку из нержавеющей стали и проводят формование путем горячей прокатки с последующим отжигом и быстрым охлаждением, отличающийся тем, что смесь загружают в объем реактора с проточной системой газов вместе с мелющими шарами в количестве 30-50% объема, осуществляют продувку азотосодержащим газом со скоростью 2-16 л/час в течение 10-20 минут, после чего скорость потока газа уменьшают до 0,2-0,3 л/час, механическое легирование порошковой стали проводят с параметром дозы активации энергии 150-720 кДж/г, далее в реактор добавляют порошковую композицию металл-неметалл в количестве ≤50% от массы легированной стали, образующую тугоплавкое соединение, после чего проводят дополнительное механическое легирование в течение 10-60 минут.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013110241/02A RU2513058C1 (ru) | 2013-03-06 | 2013-03-06 | Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013110241/02A RU2513058C1 (ru) | 2013-03-06 | 2013-03-06 | Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2513058C1 true RU2513058C1 (ru) | 2014-04-20 |
Family
ID=50480614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013110241/02A RU2513058C1 (ru) | 2013-03-06 | 2013-03-06 | Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2513058C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6827755B2 (en) * | 2001-09-21 | 2004-12-07 | Hitachi, Ltd. | High-toughness and high-strength ferritic steel and method of producing the same |
RU2324757C2 (ru) * | 2002-09-27 | 2008-05-20 | Нано Текнолоджи Инститьют, Инк. | Нанокристаллический материал со структурой аустенитной стали, обладающий высокой твердостью, прочностью и коррозионной стойкостью, и способ его изготовления |
RU2374354C1 (ru) * | 2008-08-05 | 2009-11-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" | Композиционная сталь для электромагнитного оружия |
JP4508771B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2010-07-21 | 株式会社超高温材料研究所 | 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 |
RU2425166C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Способ получения механически легированной азотсодержащей стали |
-
2013
- 2013-03-06 RU RU2013110241/02A patent/RU2513058C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6827755B2 (en) * | 2001-09-21 | 2004-12-07 | Hitachi, Ltd. | High-toughness and high-strength ferritic steel and method of producing the same |
RU2324757C2 (ru) * | 2002-09-27 | 2008-05-20 | Нано Текнолоджи Инститьют, Инк. | Нанокристаллический материал со структурой аустенитной стали, обладающий высокой твердостью, прочностью и коррозионной стойкостью, и способ его изготовления |
JP4508771B2 (ja) * | 2004-08-10 | 2010-07-21 | 株式会社超高温材料研究所 | 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 |
RU2425166C1 (ru) * | 2010-06-03 | 2011-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Способ получения механически легированной азотсодержащей стали |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105177397B (zh) | 一种粉末冶金耐磨不锈钢的制备方法 | |
US10265766B2 (en) | Alloy steel powder for powder metallurgy and method of producing iron-based sintered body | |
JP5958144B2 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉および高強度鉄基焼結体ならびに高強度鉄基焼結体の製造方法 | |
WO2017043094A1 (ja) | 粉末冶金用混合粉末の製造方法、焼結体の製造方法、および焼結体 | |
KR102382537B1 (ko) | 예합금 철계 분말, 예합금 철계 분말을 포함하는 철계 분말 혼합물, 및 철계 분말 혼합물로부터 가압성형 및 소결된 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법 | |
MXPA06014234A (es) | Partes metalicas sinterizadas y metodo para su fabricacion. | |
TW201728769A (zh) | 用於粉末射出成型之以鐵為主之粉末 | |
EP2200769B1 (en) | Method of producing a sinter-hardened component | |
KR20160102483A (ko) | 소결 구성요소를 생성하는 방법 및 소결 구성요소 | |
JP2015108195A (ja) | 低合金鋼粉体 | |
ITMI961953A1 (it) | Metodo per produrre una lega sinterizzata ferrosa avente una struttura temprata | |
JP2011094187A (ja) | 高強度鉄基焼結体の製造方法 | |
US7722803B2 (en) | High carbon surface densified sintered steel products and method of production therefor | |
JPH06340942A (ja) | 高強度鉄系焼結体の製造方法 | |
RU2513058C1 (ru) | Способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой | |
US2284638A (en) | Metallurgy of ferrous metals | |
JP5929084B2 (ja) | 粉末冶金用合金鋼粉ならびに鉄基焼結材料およびその製造方法 | |
KR101531347B1 (ko) | 철계 확산접합분말 제조 방법 | |
RU2425166C1 (ru) | Способ получения механически легированной азотсодержащей стали | |
JP3351844B2 (ja) | 鉄系焼結材料用の合金鋼粉及びその製造方法 | |
RU2484170C1 (ru) | Способ получения высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой | |
JP6743720B2 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉末およびその製造方法ならびに引張強さと耐衝撃性に優れた焼結体 | |
CA3132343C (en) | Iron-based mixed powder for powder metallurgy and iron-based sintered body | |
WO2023157386A1 (ja) | 粉末冶金用鉄基混合粉および鉄基焼結体 | |
WO2020241087A1 (ja) | 鉄基合金焼結体及び粉末冶金用鉄基混合粉 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210423 Effective date: 20210423 |