CN106567003B - 一种改进型高硬度17-4ph不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进型高硬度17‑4PH不锈钢及其制备方法；属于不锈钢生产技术领域。所述改进型高硬度17‑4PH不锈钢中碳含量为0.075‑0.077％或0.133‑0.135％或0.206‑0.209％；其制备方法为配取17‑4PH不锈钢粉，按设定的C配取石墨粉，混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‑1345℃烧结，随炉冷却，得到成品。本发明意外发现的改进型高硬度17‑4PH不锈钢，其制备工艺简单，生产周期短，在产业生产中降低生产能耗与成本约30％，并满足使用所需的高硬度，较普通烧结态17‑4PH不锈钢硬度提高35％‑45％。本发明符合可持续发展宗旨，并且增加产品市场竞争力。

Description

一种改进型高硬度17-4PH不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢及其制备方法；属于不锈钢生产技术领域。
背景技术
不锈钢自20世纪发明以来，不锈钢以其具有高强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性和表面具有光泽性等许多优异的特性，使其在宇航、化工、汽车、食品机械、医药、仪器仪表、能源等工业及建筑装饰方面得到广泛应用。
近年国内航空航天与光纤通讯的迅速发展，对不锈钢结构件的力学性能要求日益提高，因此17‐4PH马氏体沉淀硬化不锈钢制备的结构件应用也越来越多。
17‐4PH不锈钢能呈现出高硬度是通过回火和时效热处理后，马氏体基体中 Cu元素沉淀析出形成富铜相，且析出富铜相与马氏体有一定共格关系，两种晶格相互协调引起晶格发生一定程度畸变，由此硬化，使得17‐4PH不锈钢达到使用所需的高硬度要求。随着工程技术发展，对结构材料的强度硬度要求提高使得高硬度17‐4PH不锈钢市场需求越来越大。且目前生产中的17‐4PH不锈钢产品均需要后续时效热处理等工艺来实现高硬度要求，但该种工艺存在工序过长，成本太高的问题。
发明内容
本发明在本课题组原来研究的基础上(如《碳含量对金属注射成形17‐4PH 不锈钢显微组织和力学性能的影响》)做进一步的研究时，意外发现，在适量外加碳的辅助下，所得产品在硬度上有了显著的提升。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其组分以质量百分比计包括下述三套方案。
方案一
所述改进型高硬度17‐4PH不锈钢以质量百分比计包括下述组分：
方案二
所述改进型高硬度17‐4PH不锈钢以质量百分比计包括下述组分：
方案三
所述改进型高硬度17‐4PH不锈钢以质量百分比计包括下述组分：
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，制备方案一所记载改进型高硬度17‐4PH不锈钢时，其制备过程为：
配取17‐4PH不锈钢粉，按所配取17‐4PH不锈钢粉总质量的0.078‐0.082％、优选为0.08％配取石墨粉；将配取的17‐4PH不锈钢粉和石墨粉混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‐1345℃烧结，随炉冷却，得到硬度为36.4‐36.6HRC 的成品。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，制备方案二所记载改进型高硬度17‐4PH不锈钢时，其制备过程为：
配取17‐4PH不锈钢粉，按所配取17‐4PH不锈钢粉总质量的0.138‐0.142％、优选为0.14％配取石墨粉；将配取的17‐4PH不锈钢粉和石墨粉混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‐1345℃烧结，随炉冷却，得到硬度为37.2‐37.4HRC 的成品。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，制备方案三所记载改进型高硬度17‐4PH不锈钢时，其制备过程为：
配取17‐4PH不锈钢粉，按所配取17‐4PH不锈钢粉总质量的0.21％配取石墨粉；将配取的17‐4PH不锈钢粉和石墨粉混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‐1345℃烧结，随炉冷却，得到硬度为38.4‐38.6HRC的成品。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，所述17‐4PH不锈钢粉的粒度为5‐25微米、优选为10‐20微米、进一步优选为15‐16微米。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，所述石墨粉的粒度为 10‐30微米、优选为15‐25微米、进一步优选为20‐21微米。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，所述成型为注射成形或模压成形。本发明中注射成形、模压成形所用工艺参数为现有工艺。
本发明一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法，将配取的17‐4PH不锈钢粉与石墨粉通过干混的方式混合3小时，即可混合均匀。
本发明所设计和制备的改进型高硬度17‐4PH不锈钢，其力学性能优于现有 17‐4PH不锈钢；其耐腐蚀性能和现有17‐4PH不锈钢基本持平。
本发明省去传统生产过程中为提高硬度的时效工艺过程仍能达到高硬度要求。且力学性能以及耐腐蚀性能满足不锈钢使用标准。
有益效果：
本发明意外发现的改进型高硬度17‐4PH不锈钢，其制备工艺简单，生产周期短，在产业生产中降低生产能耗与成本约30％，并满足使用所需的高硬度，较普通烧结态17‐4PH不锈钢硬度提高35％‐45％。本专利能够减少产品生产成本和能耗，符合可持续发展宗旨，并且增加产品市场竞争力。
附图说明
图1是实施例一的烧结态弥散铜相的析出与分布TEM照片；
图2是实施例二的烧结态弥散铜相的析出与分布TEM照片；
图3是实施例三的烧结态弥散铜相的析出与分布TEM照片。
具体实施方式
为明确本发明的技术方案及优点，以下结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢，由以下成分制成：
17‐4PH粉末(粒度为15‐16微米)，质量百分比为0.08％石墨粉(粒度为 20‐21微米)。
其制备过程及结果：
采用注射成形，注射生坯采用溶剂脱脂+热脱脂两步脱脂法。溶剂脱脂所用的溶剂为二氯甲烷(溶剂的质量为原料粉末质量的15‐20倍)，脱脂温度为36℃，脱脂时间为4h，溶剂脱脂后干燥2h，在900℃下进行热脱脂，之后在1340℃烧结，保温90min；随炉冷却制备出产品，实测碳含量为0.076％，其硬度为 36.5HRC，TEM照片为图1。
实施例2
一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢，由以下成分制成：
17‐4PH粉末(粒度为15‐16微米)，质量百分比为0.14％石墨粉(粒度为 20‐21微米)。
其制备过程及结果：
如上采用注射成形，注射生坯采用溶剂脱脂+热脱脂两步脱脂法。溶剂脱脂所用的溶剂为二氯甲烷(溶剂的质量为原料粉末质量的15‐20倍)，脱脂温度为36 ℃，脱脂时间为4h，溶剂脱脂后干燥2h，在900℃下进行热脱脂，之后在1340 ℃烧结，保温90min；随炉冷却制备出产品，实测碳含量为0.134％，其硬度为 37.3HRC，TEM照片为图2。
实施例3
一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢，由以下成分制成：
17‐4PH粉末(粒度为15‐16微米)，质量百分比为0.21％墨粉(粒度为20‐21 微米)。
其制备过程及结果：
如上采用注射成形，注射生坯采用溶剂脱脂+热脱脂两步脱脂法。溶剂脱脂所用的溶剂为二氯甲烷(溶剂的质量为原料粉末质量的15‐20倍)，脱脂温度为36 ℃，脱脂时间为4h，溶剂脱脂后干燥2h，在900℃下进行热脱脂，之后在1340 ℃烧结，保温90min；随炉冷却制备出产品，实测碳含量为0.208％，其硬度为 38.5HRC，TEM照片为图3。
对比例1
其他条件均与实施例3一致，只是不外加石墨；实测碳含量为0.07％，其硬度仅为25.2HRC。
对比例2
其他条件均与实施例3一致，质量百分比为0.1％石墨粉；实测碳含量为 0.09％，其烧结态的硬度仅为27.2HRC。烧结态产物在1040℃固溶处理30min，在480℃时效处理240min后，其硬度仅为38.9HRC。且实施例3与对比例2 二者的耐腐蚀性能基本相当；力学性能还略优于对比例2。
对比例3
其他条件均与施例3一致，质量百分比为0.3％石墨粉；实测碳含量为0.23％，其烧结态的硬度仅为98.1HRB(换算成HRC为9.8HRC)。
对比例4
其他条件均与匀实施例3一致，质量百分比为0.3％石墨粉；实测碳含量为0.25％，其烧结态的硬度仅为64.5HRB(该对比例的硬度太低，远低于本专利中 38.5HRC，不适合采用HRC标度硬度测试)。
对比例5
其他条件均与实施例3一致，质量百分比为0.4％石墨粉；实测碳含量为 0.34％，其烧结态的硬度仅为72.0HRB(该对比例的硬度太低，远低于本专利中 38.5HRC，不适合采用HRC标度硬度测试)。
从实施例和对比例可以看出，本发明取得了意想不到的效果。
以上所述实施例并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
碳 0.075-0.077％；
锰 ≤1.00％；
硅 ≤1.00％；
铬 15-17.5％；
镍 3.0～4.5％；
磷 ≤0.035％；
硫 ≤0.03％；
铜 3.0～4.5％；
铌+钽 0.15～0.45％；
余量为铁；
所述一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法为：
配取17‐4PH不锈钢粉，按所配取17‐4PH不锈钢粉总质量0.078‐0.082％配取石墨粉；将配取的17‐4PH不锈钢粉和石墨粉混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‐1345℃烧结，随炉冷却，得到硬度为36.4‐36.6HRC的成品。
2.根据权利要求1所述的一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
碳 0.076％；
锰 ≤1.00％；
硅 ≤1.00％；
铬 15-17.5％；
镍 3.0～4.5％；
磷 ≤0.035％；
硫 ≤0.03％；
铜 3.0～4.5％；
铌+钽 0.15～0.45％；
余量为铁。
3.一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
碳 0.133-0.135％；
锰 ≤1.00％；
硅 ≤1.00％；
铬 15-17.5％；
镍 3.0～4.5％；
磷 ≤0.035％；
硫 ≤0.03％；
铜 3.0～4.5％；
铌+钽 0.15～0.45％；
余量为铁；
所述一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法为：
配取17‐4PH不锈钢粉，按所配取17‐4PH不锈钢粉总质量0.138‐0.142％配取石墨粉；将配取的17‐4PH不锈钢粉和石墨粉混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‐1345℃烧结，随炉冷却，得到硬度为37.2‐37.4HRC的成品。
4.根据权利要求3所述的一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
碳 0.134％；
锰 ≤1.00％；
硅 ≤1.00％；
铬 15-17.5％；
镍 3.0～4.5％；
磷 ≤0.035％；
硫 ≤0.03％；
铜 3.0～4.5％；
铌+钽 0.15～0.45％；
余量为铁。
5.一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
碳 0.206-0.209％；
锰 ≤1.00％；
硅 ≤1.00％；
铬 15-17.5％；
镍 3.0～4.5％；
磷 ≤0.035％；
硫 ≤0.03％；
铜 3.0～4.5％；
铌+钽 0.15～0.45％；
余量为铁；
所述一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法为：
配取17‐4PH不锈钢粉，按所配取17‐4PH不锈钢粉总质量的0.210％配取石墨粉；将配取的17‐4PH不锈钢粉和石墨粉混合均匀后成形，成形后在保护气氛下于1315‐1345℃烧结，随炉冷却，得到硬度为38.4‐38.6HRC的成品。
6.根据权利要求5所述的一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
碳 0.208％；
锰 ≤1.00％；
硅 ≤1.00％；
铬 15-17.5％；
镍 3.0～4.5％；
磷 ≤0.035％；
硫 ≤0.03％；
铜 3.0～4.5％；
铌+钽 0.15～0.45％；
余量为铁。
7.根据权利要求5所述的一种改进型高硬度17‐4PH不锈钢的制备方法；其特征在于：所述17‐4PH不锈钢粉的粒度为5‐25微米；所述石墨粉的粒度为10‐30微米。
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