金属粉末制造技术

本发明专利技术涉及一种金属粉末，其包含：0.001质量％≤C≤0.45质量％、0.01质量％≤Si≤3.50质量％、Mn≤2.0质量％、7.5质量％≤Cr≤21.0质量％、1.5质量％≤Ni≤7.0质量％、Mo≤1.3质量％、0.05质量％≤V≤2.0质量％、Al≤0.015质量％以及N≤0.20质量％，余量为Fe和不可避免的杂质，满足0.05质量％≤C+N≤0.58质量％，并且满足：10＜15C+Mn+0.5Cr+Ni＜20以及Cr

【技术实现步骤摘要】
金属粉末


[0001]本专利技术涉及金属粉末，特别涉及这样一种金属粉末，由该金属粉末通过增材制造可以获得具有较少裂纹或翘曲并且具有优异的耐热性的制品。

技术介绍

[0002]近年来，金属增材制造技术已经受到关注。这是因为金属增材制造技术具有以下优点：
[0003](a)能够形成具有复杂形状的金属部件，使其形状接近最终形状；
[0004](b)提高了设计的自由度；以及
[0005](c)切削余量小于现有技术中切削的切削余量。
[0006]本文中，“增材制造方法”是指通过使用各种方法堆叠薄层以制备三维结构的方法，所述薄层对应于通过在水平方向上切割三维结构获得的结构。用于堆叠薄层的方法的实例包括：
[0007](a)重复进行形成由金属粉末制成的薄粉末层的步骤和通过用诸如激光束或电子束之类的能量束照射以局部熔化并固化粉末层的步骤的方法，以及
[0008](b)堆叠各具有给定形状的薄板并扩散接合这些薄板的方法。
[0009]其中，用激光束照射铺展的金属粉末层以局部熔化并固化粉末层的增材制造方法也被称为“选择性激光熔化(SLM)”。SLM增材制造方法的优点在于，简单地通过改变激光束的照射位置就可以容易地形成复杂的三维形状。因此，当SLM增材制造方法应用于(例如)制造压铸模具时，可以在模具内部自由地设置非线性冷却水回路或三维冷却水回路。
[0010]在通过使用SLM 3D打印机进行增材制造的情况下，仅快速加热制造对象的上表面，因此在冷却之后，制造对象的上表面上会产生残余拉伸应力。其结果是，制造对象容易变形为向下凸出。当制造对象的变形较大时，制造对象的尺寸精度劣化，并且在制造之后也难以从3D打印机取出制造对象。
[0011]因此，为了解决相关技术中的这个问题，已经提出了各种建议。
[0012]例如，专利文献1公开了一种通过增材制造来制造制品的方法，该方法包括：
[0013]在制造区域形成由碳钢或马氏体不锈钢粉末制成的材料层的复涂步骤；
[0014]用激光束照射材料层的预定照射区域以形成固化层的固化步骤；以及
[0015]调节固化层温度的温度调节步骤，使得T1→
T2→
T1(其中T1≥Mf(固化层的马氏体相变结束温度)，T1＞T2，并且T2≤Ms(固化层的马氏体相变开始温度))。
[0016]同一文献还公开了以下几点：
[0017](a)在增材制造中，固化层中存在拉伸应力，因为在固化层的冷却过程期间，固化层的体积通常会收缩；
[0018](b)在使用经过马氏体相变的材料进行增材制造的情况下，由于当固化层经过马氏体相变时发生体积膨胀，因此在固化层的冷却期间发生的体积收缩以及所产生的拉伸应力均会减少，从而能够防止制造对象的变形；
[0019](c)通过在温度调节步骤中控制T1和T2，能够控制固化层的变形量(＝膨胀量)；以及
[0020](d)由于Ms和Mf因材料的碳量而波动，因此通过调节材料的碳量，可以将该文献中描述的方法应用于各种材料。
[0021]专利文献2公开了一种金属粉末，其包含预定量的Cr、Ni、C、Si、Mn、N、Mo、Cu、Nb、P和S，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0022]该文献公开了在使用不锈钢粉末进行增材制造的情况下，当将不锈钢粉末中包含的各元素的量调节在预定范围内并且控制P和S的量时，不容易发生固化裂纹，因此表现出良好的制造性能。
[0023]此外，专利文献3没有公开增材制造用金属粉末，而是公开了一种不锈钢，该不锈钢包含预定量的C、Si、Mn、Cr、Mo、V和N，余量为Fe和杂质。
[0024]该文献公开了当各元素的含量在预定范围内时，即使在高温退火后也可以获得具有高硬度、高韧性和良好耐腐蚀性的不锈钢。
[0025]专利文献1公开了当固化层的温度在Ms点附近升高和降低时，通过由马氏体相变引起的体积膨胀可以缓和在制造之后的冷却过程中产生的残余拉伸应力，因此，可以获得几乎没有变形的制造对象。然而，在当前的3D打印机中，由于设备限制，制造区域的可达温度存在上限。因此，专利文献1中公开的方法仅能够应用于Ms点为约300℃以下的钢。
[0026]此外，对于需要耐热性的用途，使用诸如SUH1、SUH3和SUH11之类的耐热性马氏体钢。在使用这种耐热钢的情况下，为了提高耐热性，碳量通常较高。当将具有如此高碳量的粉末应用于增材制造时，制成时的硬度趋于非常高。其结果是，制造对象中可能容易出现裂纹，使得难以制备制造对象。
[0027]为了解决该问题，可以考虑降低耐热钢中的碳量。然而，由于碳量的降低会引起Ms点的升高，因此Ms点可能高于制造装置的可达温度范围。其结果是，存在以下问题：当通过使用具有较低碳量的耐热钢粉末进行增材制造时，制造对象的残余应力增加。
[0028]专利文献1：日本专利No.6295001
[0029]专利文献2：JP2019
‑
119913A
[0030]专利文献3：JP2020
‑
536169T

技术实现思路

[0031]本专利技术的目的是提供一种金属粉末，由该金属粉末通过增材制造可以获得具有较少裂纹或翘曲并且具有优异的耐热性的制品。
[0032]为了解决上述问题，根据本专利技术的金属粉末包含：
[0033]0.001质量％≤C≤0.45质量％、
[0034]0.01质量％≤Si≤3.50质量％、
[0035]Mn≤2.0质量％、
[0036]7.5质量％≤Cr≤21.0质量％、
[0037]1.5质量％≤Ni≤7.0质量％、
[0038]Mo≤1.3质量％、
[0039]0.05质量％≤V≤2.0质量％、
[0040]Al≤0.015质量％以及
[0041]N≤0.20质量％，
[0042]余量为Fe和不可避免的杂质，
[0043]满足：
[0044]0.05质量％≤C+N≤0.58质量％，并且
[0045]还满足以下表达式(1)和表达式(2)：
[0046]10＜15C+Mn+0.5Cr+Ni＜20
ꢀꢀ
(1)
[0047]Cr
eq
/Ni
eq
＜5.6
ꢀꢀ
(2)
[0048]其中
[0049]Cr
eq
＝Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb
[0050]Ni
eq
＝Ni+30C+30N+0.5Mn。
[0051]当使用包含预定元素并满足表达式(1)的金属粉末进行增材制造时，通过由马氏体相变引起的体积膨胀缓和在制造之后的冷却过程中产生的残余拉伸应力。其结果是，通过增材制造可以获得具有较少裂纹和较少变形的制品。
[0052]此外，通过优化金属粉末的组分以满足表达式(2)(特别是，优化Si、Cr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属粉末，包含：0.001质量％≤C≤0.45质量％、0.01质量％≤Si≤3.50质量％、Mn≤2.0质量％、7.5质量％≤Cr≤21.0质量％、1.5质量％≤Ni≤7.0质量％、Mo≤1.3质量％、0.05质量％≤V≤2.0质量％、Al≤0.015质量％以及N≤0.20质量％，余量为Fe和不可避免的杂质，满足：0.05质量％≤C+N≤0.58质量％，并且满足以下表达式(1)和表达式(2)：10＜15C+Mn+0.5Cr+Ni＜20(1)，以及Cr
eq
/Ni
eq
＜5.6 (2)其中Cr
eq
＝Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb，并且Ni
eq
＝Ni+30C+30N+0.5Mn。2.根据权利要求1所述的金属粉末，还包含：0.1质量％≤Nb≤1.0质量％。3.根据权利要求1或2所述的金属粉末，还包含：0.1质量％≤W≤1.5质量％。4.根据权利要求1所述的金属粉末，还包含以下组分中的至少一者：P≤0.03质量％，以及S≤0.03质...

【专利技术属性】
技术研发人员：纸本朝子，杉山健二，吉本隆，井上幸一郎，
申请(专利权)人：大同特殊钢株式会社，
类型：发明
国别省市：