一种高氮无镍不锈钢粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高氮无镍不锈钢粉末及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：步骤S1，制备无氮无镍不锈钢钢锭，所述无氮无镍不锈钢钢锭的成分以质量百分比计包含：Cr18％～28％，Mn13％～18％，Mo4％～10％，C小于0.02％，Si小于1％，余量为Fe；步骤S2，将所述无氮无镍不锈钢钢锭加热至液态后进行雾化制粉，得到无氮无镍不锈钢粉末；步骤S3，将所述无氮无镍不锈钢粉末在含氮元素的气体的气氛下进行等离子体辅助高能球磨，得到所述高氮无镍不锈钢粉末。所述制备方法具有成本更低、周期短、注氮效率高、粉末收集率高的优点。本发明专利技术公开的高氮无镍不锈钢粉末具有细粉杂质含量少、氧含量低、粉末球形度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高氮无镍不锈钢粉末及其制备方法
本专利技术涉及不锈钢的应用加工领域，具体而言，涉及一种高氮无镍不锈钢粉末及其制备方法。
技术介绍
奥氏体不锈钢无磁性，并具有优异的耐腐蚀性和出色的表面光洁效果，在许多领域，特别是钟表以及生物医疗领域有着极为广泛的应用前景。但传统奥氏体不锈钢以Cr-Ni系为主，这类不锈钢中Ni元素含量较高，会被人体的汗水、唾液等体液浸出，并对部分人群产生人体过敏反应，导致肿胀、发红、瘙痒等问题，因此在可穿戴领域及医疗等领域不断受到限制。此外，Ni是一种战略金属，价格昂贵，而在我国资源尤为匮乏。因此，寻求可替代Ni元素的其他元素，发展无Ni奥氏体不锈钢具有重要意义。N是一种扩大并稳定奥氏体相区的强有力元素，能够大幅提高合金的力学性能、耐腐蚀性能以及生物相容性。此外，N元素广泛存在于自然界中，资源丰富且成本低廉，因此，N是最理想的替代Ni的元素。这使得制备高氮无镍奥氏体不锈钢受到广泛关注。目前，制备高氮无镍奥氏体不锈钢的主要方法为加压熔炼法。尽管与常规熔炼法制备的高氮无镍奥氏体不锈钢相比，加压熔炼法可以进一步获得高的N含量以及高强高韧性能，然而该方法存在生产制备投入大，工艺及成分控制困难，设备维护成本高等弊端。此外，采用冶炼法制备高氮钢板料后，需要在板料上冲坯出零件，存在较大的边角料浪费的问题，不符合资源节约及环保要求。粉末冶金技术的发展为高氮钢的制备提供了新途径。在制备高氮钢方面，与熔炼法相比，粉末冶金法可以近净成形制备铸锻方法难以制造的高氮钢制品。粉末冶金高氮钢还具有节约材料，污染少，生产零件质量高，资金投入低以及工艺灵活等优点。同时，粉末冶金法还能能够细化晶粒，消除或减少成分偏析与组织偏析，进而获得组元分布均匀的合金，且能较为容易地获得更高的氮含量。因此，粉末高氮钢的研究成为当前高氮无镍奥氏体不锈钢重要的研究方向之一。采用粉末冶金法制备高氮无镍奥氏体不锈钢的基础是获得N含量高、粒度范围窄且分布均匀的高氮无镍不锈钢粉末。当前，制备高氮无镍奥氏体不锈钢粉末的主要方法有雾化法、化学反应法、机械合金化法等。申请号为CN201110122970.5的专利申请文件提供了一种无镍高氮不锈钢粉末的生产方法。该方法以可溶性FeSO4、CrCl3、MnSO4、(NH3)2MoO3、NaOH为原料，采用化学沉淀法首先获得前驱粉末，接着在连续反应炉中，于N2-H2的循环混合气氛下，进行连续的还原与氮化反应，最终获得无镍高氮不锈钢粉末。尽管该方法制备的无镍高氮不锈钢粉末可以达到纳米级，但该制备方法首先需要获得前驱体粉末，且需要长时间在反应炉中进行还原处理，存在工艺周期长、能耗高等缺点。在采用机械合金法制备高氮无镍不锈钢粉末方面，崔大伟等以Fe-Cr-Mn-Mo为原料，于流通高纯N2气氛下进行搅拌式高能球磨处理获得了高氮无镍不锈钢粉末(机械合金化制备近球形无镍高氮奥氏体不锈钢粉末的研究，粉末冶金技术，2008，26(4)：265-268)。但该方法存在以下缺点：以单质粉末为原料，成本较高。元素之间未经高温融合，易存在偏析，且球磨时间长，效率较低，易引入杂质
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺点，提供一种成本更低、周期短、注氮效率高、粉末收集率高的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法。本发另一个要解决的技术问题是提供一种通过上述制备方法得到的高氮无镍不锈钢粉末，所述高氮无镍不锈钢粉末具有细粉杂质含量少、氧含量低、粉末球形度高等优点。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，制备无氮无镍不锈钢钢锭，所述无氮无镍不锈钢钢锭的成分以质量百分比计包含：Cr18％～28％，Mn13％～18％，Mo4％～10％，C小于0.02％，Si小于1％，余量为Fe；步骤S2，将所述无氮无镍不锈钢钢锭加热至液态后进行雾化制粉，得到无氮无镍不锈钢粉末；步骤S3，将所述无氮无镍不锈钢粉末在含氮元素的气体的气氛下进行等离子体辅助高能球磨，得到所述高氮无镍不锈钢粉末。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，在所述步骤S1中，通过真空感应熔炼、等离子电弧熔炼或电子束熔炼制备所述无氮无镍不锈钢钢锭。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，在所述步骤S2中，所述雾化制粉的方法包括气雾化法或等离子旋转电极法。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，在所述步骤S2中，所述雾化制粉的方法为气雾化法，所述雾化制粉的实施条件包括：熔化温度为1400℃～1800℃，雾化气氛为N2、He、Ar中的一种或几种的混合气体，雾化气压为2MPa～50MPa，钢液流动速率为3kg/min～30kg/min。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，在所述步骤S2中，所述雾化制粉的方法为等离子旋转电极法，所述雾化制粉的实施条件包括：电极转速为8000r/min～200000r/min，金属合金电极棒直径为30mm～500mm、长度为50mm～5000mm，电极棒进给速率为0.5mm/min～60mm/min，采用的惰性气氛为He、Ar、N2的一种或几种的混合气体，等离子枪电流为500A～10000A。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，所述步骤S3中包括：步骤S31，将清洗干净的球磨罐的前盖板与电极棒连接；步骤S32，向所述球磨罐中装入配比好的磨球和所述无氮无镍不锈钢粉末；步骤S34，将清洗干净的所述球磨罐的后盖板安装至所述球磨罐；步骤S35，对所述球磨罐进行抽真空，然后以一定流速向所述球磨罐内持续通入含氮元素的气体，以使所述球磨罐内充满流动的所述含氮元素的气体；步骤S36，将所述球磨罐固定于等离子体辅助高能球磨机上；步骤S37，将所述电极棒内的铁芯与等离子体电源发生器正极相连，将所述后盖板与所述等离子体电源发生器负极相连；步骤S38，接通所述等离子体电源发生器，设置放电电压及放电电流，启动所述等离子体辅助高能球磨机的球磨驱动电机，进行等离子体辅助高能球磨。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，所述含氮元素的气体为N2、NH3中的一种或多种的混合气体。作为本专利技术所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法的一种优选方案，所述球磨驱动电机的转速为600rpm～1500rpm，所述等离子体辅助高能球磨机的激振块振幅为4mm～12mm，所述等离子体电源发生器的放电电压为10KV～50KV，放电电流为0.5A～3A，所述磨球和所述无氮无镍不锈钢粉末的质量比为10：1～80：1，球磨时间为18h～72h。为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种高氮无镍不锈钢粉末，所述高氮无镍不锈钢粉末由上述的制备方法制得。作为本专利技术的高氮无镍不锈钢粉末的一种优选方案，所述高氮无镍不锈钢粉末以质量百分比计包含如下成分：Cr15％～25％，Mn10％～16％，Mo2％～8％，N0.92％～2.83％，C<0.02％，Si<1％，余量为Fe。与现有技术相比，实施本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术提供的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，是先将无氮无镍不锈钢钢锭通过雾化制粉获得粒径尺寸均匀的无氮无镍不锈钢粉末，然后再将所述无氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，制备无氮无镍不锈钢钢锭，所述无氮无镍不锈钢钢锭的成分以质量百分比计包含：Cr18％～28％，Mn13％～18％，Mo4％～10％，C小于0.02％，Si小于1％，余量为Fe；步骤S2，将所述无氮无镍不锈钢钢锭加热至液态后进行雾化制粉，得到无氮无镍不锈钢粉末；步骤S3，将所述无氮无镍不锈钢粉末在含氮元素的气体的气氛下进行等离子体辅助高能球磨，得到所述高氮无镍不锈钢粉末。

【技术特征摘要】
1.一种高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，制备无氮无镍不锈钢钢锭，所述无氮无镍不锈钢钢锭的成分以质量百分比计包含：Cr18％～28％，Mn13％～18％，Mo4％～10％，C小于0.02％，Si小于1％，余量为Fe；步骤S2，将所述无氮无镍不锈钢钢锭加热至液态后进行雾化制粉，得到无氮无镍不锈钢粉末；步骤S3，将所述无氮无镍不锈钢粉末在含氮元素的气体的气氛下进行等离子体辅助高能球磨，得到所述高氮无镍不锈钢粉末。2.根据权利要求1所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过真空感应熔炼、等离子电弧熔炼或电子束熔炼制备所述无氮无镍不锈钢钢锭。3.根据权利要求1所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述雾化制粉的方法包括气雾化法或等离子旋转电极法。4.根据权利要求3所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述雾化制粉的方法为气雾化法，所述雾化制粉的实施条件包括：熔化温度为1400℃～1800℃，雾化气氛为N2、He、Ar中的一种或几种的混合气体，雾化气压为2MPa～50MPa，钢液流动速率为3kg/min～30kg/min。5.根据权利要求3所述的高氮无镍不锈钢粉末的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述雾化制粉的方法为等离子旋转电极法，所述雾化制粉的实施条件包括：电极转速为8000r/min～200000r/min，金属合金电极棒直径为30mm～500mm、长度为50mm～5000mm，电极棒进给速率为0.5mm/min～60mm/min，采用的惰性气氛为He、Ar、N2的一种或几种的混合气体，等离子枪电流为500A～10000A。6.根据权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓龙，张峰，靳磊，梁梦媛，翁建寅，鲍贤勇，
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