一种不锈钢材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种不锈钢材料及其制备方法。一种不锈钢材料，以质量％计，含有：Cr：16‑25％，Mn：12‑17％，C小于0.25％，Si小于1％，N：0.3‑0.9％，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢材料为无镍、复层双相不锈钢，该不锈钢表层为奥氏体组织，心部为奥氏体‑铁素体双相组织。本发明专利技术提供的不锈钢材料可经受24小时盐雾和24小时人工汗液而不被腐蚀，不含镍、钼，不存在镍过敏的风险，且原材料成本更低，在磁性能、加工工艺的简化、零件加工时材料去除少等方面都具有明显的优势。

A stainless steel material and its preparation method

The invention relates to a stainless steel material and a preparation method thereof. A stainless steel material consisting of: Cr:16_25%, Mn:12_17%, C less than 0.25%, Si less than 1%, N:0.3_0.9% by mass percent. The remainder contains Fe and inevitable impurities. The stainless steel material is a nickel-free, double-phase stainless steel with austenite surface and austenite core. Ferrite double phase structure. The stainless steel material provided by the invention can withstand 24-hour salt spray and 24-hour artificial sweat without corrosion, does not contain nickel and molybdenum, does not have the risk of nickel allergy, and has lower cost of raw materials, and has obvious advantages in magnetic properties, simplification of processing technology, less material removal during parts processing, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢材料及其制备方法
本专利技术涉及不锈钢材料领域，更具体地说，涉及一种以无镍、无钼、高氮合金粉末为原料，通过粉末冶金技术得到一种具有表层为奥氏体组织、心部为奥氏体-铁素体复层双相组织的不锈钢材料及其制备方法。
技术介绍
根据组织的不同，不锈钢一般可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、马氏体不锈钢等。奥氏体具有优异的综合抗腐蚀能力，但奥氏体(γ-Fe)呈弱磁或无磁性。铁素体(а-Fe)虽然具有较好的磁性能，但是综合抗腐蚀能力较差。传统奥氏体-铁素体不锈钢一般具有表层与心部一致的组织，表层由于铁素体的存在，综合抗腐蚀能力能力一般稍弱。这使得在一些在零件外表面要求较高的综合抗腐蚀能力，而零件心部又要求具有较好磁性能的特殊领域，传统的不锈钢都难以满足使用需求。举例来说，具有较高防磁功能要求的手表表壳，对于表壳表层与人体皮肤直接接触的部分，因为人体汗液中含氯离子及酸性介质，所以特别要求具有良好的综合抗腐蚀能力；而对于表壳心部与机心接触的部分，对综合抗腐蚀能力要求不高，却要求具有较好的磁性能，尤其是较高的磁导率，以保护机心不受外界磁场影响。此外，传统奥氏体不锈钢的成分一般含有镍，镍一方面价格高昂，另一面可能会对人体造成金属过敏，从原材料经济性和防止人体镍过敏的角度考虑，如果不锈钢中不含镍，则材料的经济性和人体相容性会更优。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种不锈钢材料及其制备方法，该不锈钢材料无镍，且表层具有奥氏体组织，心部具有奥氏体-铁素体的复层双相组织，使得材料表面具有较好的综合抗腐蚀能力，心部具有较好的磁性能。本专利技术所采用的技术方案是：提供一种具有无镍复层双相组织的不锈钢材料，以质量％计，含有：Cr：16-25％，Mn：12-17％，C小于0.25％，Si小于1％，N：0.3-0.9％，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢材料为表层为奥氏体组织、心部为奥氏体-铁素体双相组织的无镍复层双相不锈钢。在本专利技术所述的不锈钢材料中，所述不锈钢材料表层奥氏体组织的厚度范围为10-5000μm。在本专利技术所述的不锈钢材料中，所述不锈钢材料以质量％计含有：Cr：20.4％，Mn：14.07％，C：0.2％，Si：0.42％，N：0.34％，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质；所述不锈钢材料的表层奥氏体组织的厚度为500μm。本专利技术还提供一种不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：S1原料准备，将合金粉末与成形添加剂在一定的混合温度下混合，制备后续成形所需的原料，其中，所述合金粉末以质量％计含有：Cr18-28％，Mn15-18％，C小于0.25wt％，Si小于1％，N0.3-1％，Fe余量；所述成形添加剂为在成形过程中使合金粉末易于分散、流动、成形和保形的添加剂；S2成形，将S1步骤准备的原料进行成形，形成坯件；S3预处理，将所述坯件在一定的预处理温度和预处理环境下保温进行预处理，形成去除了坯件中不必要的物质的预处理件；S4烧结，将所述预处理件放入烧结炉中，在一定的烧结温度、烧结气氛及压力下保温一段时间进行烧结形成样件，所述烧结气氛为含氮气氛；S5热处理，将所述样件在一定的保温温度下保温一段时间，随后将样件以不低于50℃/min的平均速度冷却。在本专利技术所述的不锈钢材料的制备方法中，所述S1步骤中的混合温度为0-200℃，所述成形添加剂包括塑料、石蜡、橡胶、汽油、水、无机物中的一种或多种。在本专利技术所述的不锈钢材料的制备方法中，所述S2步骤中的成形方法包括但不限于模压成形、注射成形、粉浆浇注成形和冷等静压成形。在本专利技术所述的不锈钢材料的制备方法中，所述S3步骤中的预处理温度为200-1200度，所述预处理环境包括但不限于真空、纯氮、氮气与氢气的混合气体以及氨气。在本专利技术所述的不锈钢材料的制备方法中，所述S4步骤中的烧结温度为1200-1400℃，烧结气氛包括但不限于纯氮、氮气与氢气的混合气体、氨气，烧结气氛的压力范围为0.01-200MPa，保温时间为5-1440min。在本专利技术所述的不锈钢材料的制备方法中，所述S5步骤中的保温温度为1000-1200℃，保温时间为5-300min。在本专利技术所述的不锈钢材料的制备方法中，所述S1步骤中的混合温度为120-170℃，所述成形添加剂为塑料和石蜡的混合物，所述S2步骤中的成形方法为注射成形，所述S3步骤中的预处理环境为真空，所述S4步骤中的烧结气氛为纯氮。本专利技术提供的不锈钢材料的制备方法以含氮、无镍、无钼的合金粉末为原料，采用粉末冶金技术制造表层为奥氏体组织、心部为奥氏体-铁素体复层双相组织的壳-心结构不锈钢材料。与常规奥氏体-铁素体双相组织的不锈钢相比，可经受24小时盐雾和24小时人工汗液而不被腐蚀。与常规奥氏体不锈钢相比，具有优异的磁性能。与常规成分的不锈钢相比，不含镍、钼，使用N元素代替了传统的Ni来提高钢的强度和耐腐蚀性，不存在镍过敏的风险，且原材料成本更低。与已有的冶炼高氮无镍奥氏体不锈钢相比，在磁性能、加工工艺的简化、零件加工时材料去除少等方面都具有明显的优势。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术提供的不锈钢材料制备方法的步骤流程图；图2为本专利技术实施例二获得的材料XRD图谱；图3为本专利技术实施例二获得的材料金相组织示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一如图1所示，本专利技术实施例一提供一种不锈钢材料的制备方法，具体包括以下步骤：S1原料准备，将合金粉末与成形添加剂在一定的混合温度下混合，制备后续成形所需的原料，其中，所述合金粉末以质量％计含有：Cr18-28％，Mn15-18％，C小于0.25％，Si小于1％，N0.3-1％，Fe余量；所述成形添加剂为在成形过程中使合金粉末易于分散、流动、成形和保形的添加剂。相比传统的钢水冶炼，本专利技术实施例优选采用粉末冶金的方式制备该不锈钢材料，粉末冶金内在晶体很均匀，品质一致，没有偏析现象，制作出的不锈钢性能可靠，质地均匀，同时，采用粉末冶金的制备方法，成形的不锈钢尺寸可以接近最终零件的要求，这可以使得后期加工成零件时仅需少量的材料去除，大大节约了原材料及加工成本。不锈钢的优良耐腐蚀性能主要依靠大量的Cr元素，形成奥氏体或铁素体钢中的Cr含量一般需大于16％，但Cr也是缩小奥氏体相区的元素，当Cr含量超过25％时，极易形成单一铁素体组织，且会增加原材料成本。由此，制成的不锈钢材料中的Cr含量应为16-25％，考虑到冶金过程中元素反应挥发的情况，本实施例中的原料以质量％计含有Cr18-28％。Mn是钢中强烈的奥氏体稳定化元素，可以提高钢的淬透性，同时可以增加氮的溶解度和提高钢的强度。为了达到效果，Mn的含量需大于12％。但Mn在高温时极易挥发，同时考虑到原材料的成本，制成的不锈钢材料中的Mn的含量不宜高于17％，考虑到冶金过程中元素反应挥发的情况，本实施例中的原料以质量％计含有Mn15-18％。C是强烈的奥氏体化形成元素，其作用是Ni的30倍。但钢中的C含量超过0.25％，极易与钢中的金属元素形成碳化物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不锈钢材料，其特征在于，以质量％计，含有：Cr：16‑25％，Mn：12‑17％，C小于0.25％，Si小于1％，N：0.3‑0.9％，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢材料为表层为奥氏体组织、心部为奥氏体‑铁素体双相组织的无镍复层双相不锈钢。

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢材料，其特征在于，以质量％计，含有：Cr：16-25％，Mn：12-17％，C小于0.25％，Si小于1％，N：0.3-0.9％，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢材料为表层为奥氏体组织、心部为奥氏体-铁素体双相组织的无镍复层双相不锈钢。2.根据权利要求1所述的不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料表层奥氏体组织的厚度范围为10-5000μm。3.根据权利要求1所述的不锈钢材料，其特征在于，所述不锈钢材料以质量％计含有：Cr：20.4％，Mn：14.07％，C：0.2％，Si：0.42％，N：0.34％，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质；所述不锈钢材料的表层奥氏体组织的厚度为500μm。4.一种制备如权利要求1所述的不锈钢材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1原料准备，将合金粉末与成形添加剂在一定的混合温度下混合，制备后续成形所需的原料，其中，所述合金粉末以质量％计含有：Cr18-28％，Mn15-18％，C小于0.25wt％，Si小于1％，N0.3-1％，Fe余量；所述成形添加剂为在成形过程中使合金粉末易于分散、流动、成形和保形的添加剂；S2成形，将S1步骤准备的原料进行成形，形成坯件；S3预处理，将所述坯件在一定的预处理温度和预处理环境下保温进行预处理，形成去除了坯件中不必要的物质的预处理件；S4烧结，将所述预处理件放入烧结炉中，在一定的烧结温...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓龙，靳磊，张峰，鲍贤勇，翁建寅，梁梦媛，
申请(专利权)人：飞亚达集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44