摘要
含氮双相不锈钢是一类具备高强度、高耐腐蚀性能的不锈钢。目前含氮双相不锈钢的制备工艺主要有两种：氮气加压熔炼工艺和粉末冶金工艺。氮气加压熔炼工艺存在很多缺点：设备复杂、高压危险、氮分布不均匀、成品率不高、成本高等。粉末注射成形工艺是粉末冶金工艺的一种，以纯氮气作为渗氮源制备含氮双相不锈钢，成本低。成形设备与烧结设备操作不复杂，制备含氮双相不锈钢难度低。注射得到的试样在脱脂后存在连通的开孔网络结构，这种结构有利于氮气均匀分布在试样中。粉末注射成形工艺氮分压要求低，无高压危险。 本文结合粉末注射成形与真空回充氮气烧结制备含氮双相不锈钢，优化了注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、固溶处理工艺，研究了工艺参数对显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。 注射工艺优化，预混合不同质量比例的316L与430不锈钢粉末，根据JMatPro软件计算模拟预混合粉末制得烧结试样的力学性能，确定预混合粉末中316L与430不锈钢的质量比例为40：60。通过吸油法确定预混合粉末的临界装载量为62.5vol.%，然后对不同粉末装载量的喂料进行流变分析试验，优化后的粉末装载量为60vol.%。使用Minitab设计了六因子、三水平的正交试验，共27组试验参数，经过Moldflow软件的模拟计算，优化后的注射工艺参数为注射温度170℃、注射压力76MPa、注射时间6s、保压压力36MPa、保压时间4s、模具温度37℃。 脱脂工艺优化，采用溶剂脱脂-热脱脂的二步脱脂工艺，记录60vol.%的喂料中粘结剂随时间变化的脱除率，优化溶剂脱脂工艺；选择60vol.%的喂料进行热重分析，记录喂料重量随温度的变化规律，优化热脱脂工艺。优化后的二步脱脂工艺为先进行溶剂脱脂，温度45℃、时间6h；接着进行热脱脂，室温~200℃，升温速率5℃/min；200℃保温30min；200~400℃，升温速率1℃/min；400~470℃，升温速率0.33℃/min；470~600℃，升温速率1℃/min；600~800℃，升温速率5℃/min；800℃保温1h。 烧结工艺优化，根据不同温度下真空烧结试样的相对密度，确定合适的烧结温度为1350℃。根据不同氮分压下烧结试样的含氮量和相对密度，确定合适的氮分压为0.01MPa，此时烧结试样中含氮量为0.2wt.%，相对密度为98.2%。 固溶处理工艺优化，根据固溶处理后试样的含氮量与显微组织，确定合适的固溶处理温度和固溶处理保护气氛，优化后的固溶处理温度为1320℃，保护气氛为流动氩气，此时试样中含氮量为0.2wt.%，奥氏体与铁素体的比例为54.3：45.7。 力学性能研究，分析了固溶处理温度、固溶处理保护气氛对力学性能的影响，研究发现当固溶处理温度为1320℃，选择流动氩气作为保护气氛时，固溶处理试样的力学性能较好，抗拉强度为1098MPa、屈服强度为489MPa、断后伸长率为11.9%、硬度为296HV。 耐腐蚀性能研究，分析了在流动氩气保护下固溶处理温度对耐腐蚀性能的影响，研究发现当固溶处理温度为1320℃时，固溶处理试样的耐腐蚀性能较好，自腐蚀电流密度为1.67×10-6A·cm-2、点蚀电位为0.219V、电荷转移电阻为2.84×104Ω·cm2。
NETL