專利名稱：：不銹鋼粉末的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種不銹鋼粉末及其制造方法，依據(jù)本發(fā)明的粉末基于一種水霧化不銹鋼粉并且其具有更好的可壓縮性，采用這種粉末制備的構件具有更好的機械性能。霧化法是最常用的金屬粉末制造工藝。霧化法可定義為液態(tài)金屬流(過熱態(tài))破碎成細小液滴并隨后冷卻凝固成固態(tài)微粒，一般小于150μm。在20世紀50年代當水霧化法應用于鐵粉和不銹鋼粉的制造時，它展示了其商業(yè)價值，如今，水霧化法是大批量、低成本金屬粉末生產(chǎn)的主要技術。采用這種工藝的主要原因如下生產(chǎn)成本低，因粉末形狀不規(guī)則使得生坯強度好，呈現(xiàn)微晶結構，過飽和度高，有可能形成亞穩(wěn)相，無宏觀偏析且微粒的顯微組織和形狀可由霧化參數(shù)控制。在水霧化法過程中，垂直金屬液流被高壓水流的交叉噴射粉碎，粉碎后的金屬小液滴在幾分之一秒鐘的時間內(nèi)凝固并收集在霧化槽底部。霧化槽需經(jīng)常用惰性氣體吹洗，如氮氣或氬氣，以將粉末表面的氧化減小到最低。脫水后對粉末進行干燥，有時進行退火，借此至少可以將粉末表面形成的氧化物部分還原。水霧化法的主要缺點是粉末表面的氧化，當粉末含有易氧化元素如Cr、Mn、V、Nb、B、Si等時，這種缺點會更加明顯。對水霧化法粉末進行隨后提純的可能性非常有限，由于這個事實，用水霧化鋼粉制造不銹鋼材料(％Cr＞12％)的傳統(tǒng)方法通常需要很純、因此也很貴的原材料，例如純廢料或精選廢料，常用的添加鉻的原材料為鉻鐵(鐵鉻合金)，鉻鐵含碳量的不同有不同的等級，含碳量最低則價格最貴。由于最終粉末的碳含量經(jīng)常要求不超過0.03％，所以不得不選用最貴的鐵鉻合金或精選廢料。除水霧化法之外，也可對金屬液采用氣霧化法。然而這種方法只應用在特殊用途，很少用于生產(chǎn)燒結或鍛造燒結用鋼粉，而這才是粉末冶金技術的主要應用領域。另外，氣霧化法粉末需要熱等靜壓壓制(HIP)，這就是為什么用這種類型的粉末制造的構件價格非常昂貴的一個原因。在油霧化法制造鋼粉工藝中使用油作霧化劑，在鋼粉不再發(fā)生氧化，即在合金元素不再發(fā)生氧化這方面，這種工藝優(yōu)于水霧化法。然而，油霧化過程中發(fā)生粉末的滲碳即碳從油向粉末擴散，因而在隨后的工序不得不進行脫碳處理；從環(huán)境角度考慮，油霧化法也不如水霧化法受歡迎。用油霧化粉末制造低氧、低碳合金鋼粉末的工藝公開于美國專利4448746?，F(xiàn)在，已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)不銹鋼粉也可采用水霧化粉末用各種廉價原材料如含碳鉻鐵、提純(suraffiné)鉻鐵、生鐵等制得。同基于水霧化法的常規(guī)制造的不銹鋼粉末相比，這種新型粉末的雜質(zhì)含量低得多，特別是降低了燒結后的氧含量和在一定程度上降低了硫含量，低的氧含量使得該新型粉末呈金屬光澤而不是褐綠色，這明顯區(qū)別于常規(guī)水霧化法所制的不銹鋼粉末。另外，用這種新型粉末制備的生坯密度比用常規(guī)水霧化粉末制備的生坯的密度高得多。當使用依照本發(fā)明的新型粉末時，用這種新型粉末制備的最終燒結構件的重要性能如拉伸強度、延伸率與原來相當或更好。其另一優(yōu)點是燒結過程可在低于現(xiàn)在的常用溫度下進行，這使得爐子的選擇余地得以提高。另外，由于燒結溫度降低且水霧化法熔化原材料時所需溫度降低，都會使能量消耗降低，低的熔化溫度還會使爐襯和霧化噴嘴的損耗降低。正如上面已指出的，另一重要優(yōu)點是可使用較廉價的含鉻原材料，這還使得可使用的含鉻原材料的數(shù)目也得以提高。美國3966454號專利涉及下述過程水霧化處理前在鐵水中加碳及隨后對水霧化法制粉末進行感應加熱，該公知工藝并未涉及在制造特征在于高鉻、低氧、低碳的不銹鋼產(chǎn)品時遇到的問題。本發(fā)明的關鍵特征之處在于在水霧化處理過程中，金屬液的碳含量調(diào)整至由水霧化處理后期望的氧含量所決定的數(shù)值，水霧化處理后期望的氧含量根據(jù)經(jīng)驗確定或在霧化前對金屬液取樣確定。通常包含鋼鐵生產(chǎn)所用普通原材料的金屬液的氧含量，其重量百分比占金屬液的0.4～1.0％。接著將金屬液的碳含量調(diào)整到氧碳重量比為大約1.0～3.0，通常需向金屬液中加碳，這種加碳包括石墨的加入，或可選用更多的含碳原材料，不但鋼水的碳含量而且這種新型水霧化粉末的碳含量都應保持在0.2～0.7，最好在約0.4％～0.6wt％之間。自然，且如果需要的話，碳量可通過加入少量碳進行精細調(diào)整，如在水霧化處理之后也加石墨。為得到具有上述優(yōu)良性能的粉末，所獲得的含碳水霧化法粉末需在至少1120℃，最好至少1160℃下進行退火工序，這道工序最好在水加入量可控的還原氣氛中，也可在任何惰性氣氛中進行，如氮氣或真空氣氛。退火溫度的上限為約1260℃，根據(jù)所選溫度退火時間可以從5分鐘到幾小時，正常的退火時間是約15～40分鐘。該退火處理可連續(xù)或分批進行，所用爐子基于常規(guī)的加熱方式，如輻射加熱、對流加熱、傳導加熱或以上方式的組合。適用于該退火處理的加熱爐舉例如下帶式加熱爐、旋轉(zhuǎn)膛式爐、室式加熱爐或箱式加熱爐。為降低粉末中的碳含量，爐氣中所需的水量可在退火步驟中形成的至少一種碳的氧化物的濃度測量值基礎之上計算而來，例如在共同未決的瑞典專利申請9602835-2號(wo98/03291)，公開了這方面的內(nèi)容，它在這里將此引入作為參考。水最好以潮濕的氫氣或水蒸氣形式加入。本發(fā)明的最優(yōu)選方案涉及一種退火態(tài)水霧化法粉末的制備工藝，該粉末含有至少10％Cr；氧含量低于0.2wt％，最好低于0.15wt％；碳含量低于0.05wt％，低于0.03wt％更好，最好低于0.015wt％。按照本發(fā)明退火態(tài)粉末和水霧化態(tài)粉末優(yōu)選包括，以重量百分比含量計10～30％鉻、0～5％鉬、0～15％鎳、0～1.5％硅、0～1.5％錳、0～2％鈮、0～2％鈦、0～2％釩和至多0.3％不可避免的雜質(zhì)，最優(yōu)選的是10～20％鉻、0～3％鉬、0.1～0.3％硅、0.1～0.4％錳、0～0.5％鈮、0～0.5％鈦、0～0.5％釩和基本不含鎳或含7～10％的鎳。以下實例用于進一步說明本發(fā)明，而非限定其范圍。兩種原料粉，410級和434級由含鐵原材料制成，這些原材料包括含碳量為5wt％的含碳鉻鐵和低碳不銹鋼廢料，在電爐中這些含鐵原材料的裝爐量應調(diào)整得使水霧化處理后鋼粉的含碳量最多不超過0.4％，經(jīng)過熔化和水霧化處理后，這兩種原料粉，410*級和434*級具有表1所示的成分。表1</tables>*按照本發(fā)明水霧化處理后的含碳鋼粉接著該粉末在1200℃溫度下于帶式爐中退火，爐中氣氛基本由氫氣構成。在爐子加熱區(qū)中通入潮濕的氫氣即室溫下H2O飽和的氫氣，和干燥氫氣。潮濕氫氣的通入量由測量CO的IR探頭調(diào)整，采用這種探頭和氧傳感器，可得到氧和碳的最佳減少效果。下面的表2列出了表1的粉末按照本發(fā)明進行退火后的成分，分別表示為410**和434**。表2</tables>410ref和434ref粉末為常規(guī)粉末，可由比利時的Coldstream購得，這些粉末只經(jīng)過水霧化處理，并未按本發(fā)明進行退火。從表1和表2可以看出特別是氧含量，在按本發(fā)明進行的退火過程中急劇降低，本發(fā)明進行的退火過程對氮含量的降低也有積極作用。從下面的表3可以看出按照本發(fā)明進行退火后，粉末的渣粒比常規(guī)粉末的少。表3表4列出了在氫氣(H2)和分解氨氣氛(D.A.)中燒結后材料的機械性能。表4**＝用依照本發(fā)明水霧化處理和退火后的粉末制備的燒結制品Ref＝常規(guī)材料表5列出了生坯密度、生坯強度及彈性后效。表5可以得出以下結論按照本發(fā)明制備的退火態(tài)410**粉末的細粉(-45μm)含量占約10％，而常規(guī)粉末410ref占30～35％；氧含量不到0.10％，比常規(guī)粉末的0.20～0.30％低得多；夾雜物數(shù)量也驚人的低；410**和434**粉末的生坯密度都提高了大約0.25～0.50；燒結后密度提高了大約0.25～0.35％，對于按照本發(fā)明所制的粉末，其燒結過程中氧的吸收量小得多。最后，按照本發(fā)明所制的粉末顆粒呈現(xiàn)出更好的金屬光澤。權利要求1.一種制造低氧、基本不含碳不銹鋼粉末的工藝，該工藝包括以下幾步制備除Fe之外含有C和至少10％Cr的鋼水；調(diào)整鋼水中的碳含量至由水霧化處理后氧含量期望值所決定的數(shù)值；對鋼水進行水霧化處理；在至少1120℃溫度下對霧化態(tài)粉末進行退火。2.根據(jù)權利要求1的工藝，其特征在于鋼水的碳含量為0.2～0.7wt％，最好為0.4～0.6wt％。3.根據(jù)權利要求1或2的工藝，其特征在于鋼水所用含碳材料選自含碳鉻鐵、提純鉻鐵和生鐵。4.根據(jù)權利要求1～3中任一項的工藝，其特征在于所述退火是在含有可控水含量的還原氣氛中進行。5.根據(jù)權利要求4的工藝，其特征在于所述退火在含氫氣氛中進行。6.根據(jù)權利要求5的工藝，其特征在于所述退火在至少1160℃溫度下進行。7.水霧化法鋼粉，含有至少10wt％的鉻；碳含量0.2～0.7，最好在0.4～0.6wt％；氧/碳重量比大約1～3及不超過0.5％的雜質(zhì)。8.根據(jù)權利要求7的水霧化法粉末，它包含(重量百分比)10～30％鉻、0～5％鉬、0～15％鎳、0～1.5％硅、0～1.5％錳、0～2％鈮、0～2％鈦、0～2％釩和至多0.3％的不可避免雜質(zhì)，余量為鐵。9.根據(jù)權利要求8的水霧化法粉末，包含(重量百分比)10～20％鉻、0～3％鉬、0.1～0.3％硅、0.1～0.4％錳、0～0.5％鈮、0～0.5％鈦、0～0.5％釩，基本不含鎳，余量為鐵。10.根據(jù)權利要求8的水霧化法粉末，包含(重量百分比)10～20％鉻、0～3％鉬、0.1～0.3％硅、0.1～0.4％錳、0～0.5％鈮、0～0.5％鈦、0～0.5％釩和7～10％鎳，余量為鐵。11.水霧化法處理后經(jīng)過退火、基本不含碳的不銹鋼粉末，該粉末除鐵外含有至少10wt％鉻，不超過0.2％、最好不超過0.15wt％的氧，不超過0.05％、更好不超過0.02％、最好不超過0.015％的碳及不超過0.5％的雜質(zhì)。12.根據(jù)權利要求11的退火態(tài)粉末，包含(重量百分比)10～30％鉻、0～5％鉬、0～15％鎳、0～1.5％硅、0～1.5％錳、0～2％鈮、0～2％鈦、0～2％釩和至多0.3％的不可避免雜質(zhì)，余量為鐵。13.根據(jù)權利要求12的退火態(tài)粉末，包含(重量百分比)10～20％鉻、0～3％鉬、0.1～0.3％硅、0.1～0.4％錳、0～0.5％鈮、0～0.5％鈦、0～0.5％釩，基本不含鎳，余量為鐵。14.根據(jù)權利要求12的退火態(tài)粉末，包含(重量百分比)10～20％鉻、0～3％鉬、0.1～0.3％硅、0.1～0.4％錳、0～0.5％鈮、0～0.5％鈦、0～0.5％釩，7～10％鎳，余量為鐵。全文摘要本發(fā)明涉及一種低氧、基本不含碳的不銹鋼粉末的制造工藝。該工藝包括以下幾步:制備除Fe之外還含有碳和至少10%Cr的鋼水;調(diào)整鋼水中的碳含量至由水霧化處理后氧含量期望值所決定的數(shù)值;對鋼水進行水霧化處理并在至少1120℃溫度下于含有可控水含量的還原氣氛中對霧化態(tài)粉末進行退火。本發(fā)明除按照此工藝得到的退火態(tài)粉末外,還涉及一種水霧化法粉末,該粉末含有10wt%的鉻,0.2—0.7的碳(最好0.4—0.6wt%),氧/碳比約為1—3及不超過0.5%的雜質(zhì)。文檔編號C22C33/02GK1260841SQ9880634公開日2000年7月19日申請日期1998年6月17日優(yōu)先權日1997年6月17日發(fā)明者J·阿維德森,A·特萊格莫申請人:赫加奈斯公司