一種高氮不銹鋼球形粉末的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬及合金粉末制備技術領域，特別涉及一種高氮不銹鋼球形粉末的制備方法。
【背景技術】
[0002]20世紀初，研究者為了提高鋼鐵材料的強度，嘗試將氮元素加入鋼中，氮作為強奧氏體穩(wěn)定化元素和間隙原子元素，不僅可以擴大奧氏體相區(qū)，提高鋼的強度、蠕變抗力和耐腐蝕性;而且氮還是穩(wěn)定、廉價、資源無限的元素，在某些牌號的鋼中可替代價格高昂的鎳而顯著降低成本。
[0003]Speidel將“高氮鋼”定義為不銹鋼的實際氮含量超過了其在常壓條件下(S卩0.1MPa)所能達到極限值的特殊鋼材，其中奧氏體不銹鋼氮含量0.40 wt.%以上，馬氏體不銹鋼氮含量大于0.08 wt.%。目前，高氮不銹鋼的制備方法主要有高壓冶煉法和粉末冶金法。高壓熔煉法包括加壓感應爐熔煉、加壓電渣熔煉、加壓等離子電弧爐熔煉等，而高壓冶煉過程均存在能耗高、安全隱患大、設備建造及運行成本高昂等不足，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的熔煉方法只有加壓電渣重熔技術。
[0004]粉末冶金高氮不銹鋼具有晶粒細小、成分和組織均勻、批次一致性高等特點，并且粉末冶金工藝靈活、資金投入低、材料利用率高，具備近凈成形特點。目前，制備高氮不銹鋼粉末的主要方法有:高壓熔煉-氮體霧化法、機械合金-固態(tài)粉末滲氮法、高壓氮氣霧化法等。高壓熔煉-氣體霧化法，是在高壓氮氣氣氛中進行冶煉使不銹鋼熔體增氮，然后用高壓氮氣氣流將熔融液體吹氣霧化制成粉末，此方法對高壓熔煉設備要求苛刻，實際生產(chǎn)中存在安全隱患，且粉末批次穩(wěn)定性差，容易生成衛(wèi)星粉和空心粉，不利于粉末成形件性能。機械合金化和固態(tài)滲氮相結合，首先將各種單一元素粉混合并充分球磨，得到細小粉末顆粒，再將固態(tài)粉末在奧氏體相區(qū)溫度內(nèi)依靠流動氮氣進行滲氮，最后添加純鐵配置到合金名義成分，并繼續(xù)球磨得到近球形包覆粉末，此方法工藝流程復雜，高純元素粉末價格高昂、球磨時間成本巨大，并不適合工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。此外氣霧化和機械合金化粉末的球形度不高、粉末流動性低等特點，難以達到粉末冶金成形工藝對原材料的要求。
[0005]因此，為解決高氮不銹鋼粉末球形度低、流動性差、成本高昂、批次穩(wěn)定性差等難點，消除高壓冶煉容器的安全隱患，并避免其他制備高氮不銹鋼粉末所出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提出了一種高氮不銹鋼球形粉末的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高氮不銹鋼球形粉末的制備方法，解決上述高氮不銹鋼球形粉末規(guī)模化生產(chǎn)的技術難點，可生產(chǎn)出流動性好、含氮量高、粒徑細小、球形度優(yōu)良的高氮不銹鋼球形粉末，用于滿足真空熱壓、熱等靜壓、金屬增材制造等粉末冶金成形件的市場需求。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種高氮不銹鋼球形粉末的制備方法，包括以下步驟:
按照普通不銹鋼所需成分進行配料得到熔鑄原料，通過熔煉工藝得到不銹鋼鑄錠;其次通過鍛造工藝，將不銹鋼鑄錠制成組織致密的鍛態(tài)棒料，經(jīng)過車床和精密數(shù)控車床的機械加工，得到符合等離子旋轉(zhuǎn)電極法要求的不銹鋼電極棒；
將不銹鋼電極棒置于霧化設備內(nèi)，并對整套制粉設備進行預抽真空處理，然后充入高純氮氣；
開啟霧化設備，利用等離子火炬加熱不銹鋼電極棒端面進行熔化，在霧化室內(nèi)進行離心霧化制粉過程；
通過粉末收集裝置得到超純凈高氮不銹鋼球形粉末，粉末粒度在15-300 μπι之間。
[0008]待粉末完全冷卻，將所收集粉末通過靜電除雜設備，去除非金屬雜質(zhì)，然后按要求篩分并真空包裝
步驟I)所述普通不銹鋼成分的重量百分比為，鉻10-30，錳0-20，鉬0-5，鎳0-20，其余為鐵;所述鍛態(tài)電極棒的致密度大于99%，無明顯疏松、縮孔等鑄造缺陷，直徑為10-90 mm，長度為100-1000 mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μηι。
[0009]步驟2)所述預抽真空度達到IX 10—3Pa-1O X 10—3Pa時，充入高純氮氣作為氣氛保護，整套制粉設備內(nèi)的壓力為0.1 X 105-3 X 15 Pa，氣氛氧含量的質(zhì)量百分數(shù)小于0.01%。
[0010]步驟3)所述霧化室內(nèi)壁應光滑，表面粗糙度應小于1.6μπι;電極棒轉(zhuǎn)速在10000-30000轉(zhuǎn)/分，電極棒進給量為1-10毫米/秒，等離子弧功率在100-400kW，依靠離心力作用形成穩(wěn)定、連續(xù)的熔融液滴，金屬液滴在氮氣氣氛中快速冷卻形成高氮不銹鋼球形粉末，霧化室通過循環(huán)冷卻水進行冷卻。
[0011]步驟4)所述粉末收集過程在氮氣氣氛下進行，待所得粉末完全冷卻后密封并接入靜電去夾雜設備。
[0012]步驟5)所述的靜電去夾雜過程和篩分過程均在氮氣氣氛保護下進行，粉末包裝采用多層真空熱封。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
I)采用等離子火炬熔化不銹鋼端面，在電弧區(qū)氮氣易被電離而形成氮離子、高能氮分子和未電離的氮中性原子，通過化學吸附和電吸附作用顯著增強不銹鋼增氮速率，提高不銹鋼粉末氮含量。等離子槍工作時，相同氮分壓條件下，不銹鋼粉末的氮含量明顯增多，遠遠高于Sieverts (西華特)定律所得的理論氮含量。
[0014]2)采用超高速離心霧化技術，顯著提升高氮不銹鋼粉末的生產(chǎn)效率和細粉收得率，粉末具有球形度高、雜質(zhì)含量低、流動性好等優(yōu)點，并有效減少甚至消除衛(wèi)星粉和空心粉等缺陷，提尚粉末成品率。
[0015]3)微米級金屬熔融液滴能夠顯著提高球形粉末的凝固速率，通過非平衡凝固過程有效抑制液滴中氮的析出，易于獲得含有過飽和間隙氮的不銹鋼粉末，提高不銹鋼粉末的氮含量。
[0016]4)采用氮氣作為保護氣氛的篩分技術，能夠有效降低成品高氮不銹鋼粉末的氧含量。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化法制粉設備示意圖；其中:1-高純氮氣霧化室；2-電極棒安裝室;3-粉末收集裝置;4-等離子火炬;5-電極棒進給系統(tǒng)。
[0018]圖2是等離子槍工作氣體中的氮分壓與粉末中氮含量的關系曲線圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，而非限定其范圍。
[0020]實施例1:高氮奧