製備高氮鋼的粉末冶金技術

技術介紹

通常把鐵素體基體中含有0.08wt%以上的氮或在奧氏體基體中含0.4wt%以上的氮的鋼稱為高氮鋼。由於氮能擴大鐵基合金奧氏體相區，降低合金奧氏體向鐵素體轉變的溫度，提高奧氏體的穩定性，所以氮在奧氏體鋼中可和錳一起取代鎳，降低成本，而且能改善不鏽鋼、耐熱鋼、高速鋼和工具鋼等一系列鋼種的強度、耐蝕性及熱加工性等性能。

熱等靜壓熔煉和加壓感應爐熔煉是兩種在實驗室里研製高氮鋼的方法，目前商業上生產高氮鋼的有效方法是增壓電渣重熔等。但這些方法都還存在一些問題。在高氮鋼的製備上採用粉末冶金技術，有可能克服這些問題，由此引起了廣泛重視。比如，用加壓渣重熔和反壓鑄造法製備的鋼錠存在熱加工性欠佳等缺點，而粉末冶金技術可以有效細化晶粒，並使顯微組織均勻，特別是採用粉末鍛軋技術能夠製得相對密度大於99.6%的成品。

製造方法

製備高氮鋼的粉末冶金技術主要有；(1)鋼水滲氮後霧化，如高壓氣體霧化和離心霧化；(2)鋼水霧化過程中滲氮，如：等離子旋轉電極熔化-離心霧化法；(3)固態滲氮，在流態化床反應器或旋轉爐中進行滲氮及機械合金化。

1. 高壓氣體霧化。這種方法適合於生產商業用高氮鋼粉末。首先在氮氣氛中進行高壓熔煉，使熔體的氮含量提高，然後再採用高壓氮氣作霧化氣體將熔體霧化製成粉末。快速凝固可以保證熔融金屬中的氮在急冷過程中不至於析出，同時能使鋼粉末中氮含量很高。目前用高壓氣體霧化工藝生產的高氮鋼的氮的質量分數可大於1%。
2. 離心霧化。在氮氣氛下熔煉的鐵合金也可以通過離心霧化製成粉末。讓熔融金屬以一股細流衝到正在旋轉的盤上，因離心力作用使細流打碎成液滴。使用液氮作為淬火液能顯著提高粉末產品的質量，防止氮化物析出，但對產品的含氮量沒有影響。
3. 等離子旋轉電極熔化-離心霧化法。這種方法將等離子法和粉末冶金的優點結合起來，作為電極的快速旋轉鋼棒(原料)的端面在氬/氮氣等離子弧內熔化，鋼棒的前端形成熔融薄膜，在離心力作用下被粉碎成細小的球狀金屬液滴。
4. 固態粉末氮化。氮在鉻含量較高的奧氏體相中的溶解度比液相高得多，因而固態粉末氮化可避免一般鑄造生產高氮鋼中出現的諸如含氮量不均勻、氣孔形成等缺陷。由於多數金屬粉末的直徑小，一般在10~250微米，氮以間隙擴散方式向粉末中心擴散有足夠高的的速率。固態粉末氮化可避免高壓液相滲氮所帶來的一些弊端，同時可在較低的壓力和較低的溫度下完成氮化。固態粉末的氮化，一方面要用氨氣、尿素等能形成氮勢較高的氣氛；另一方面氮化過程可改在流態化床中進行。