[发明专利]一种利用晶间腐蚀制备高压缩性水雾化合金钢粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金钢粉的制备，具体指一种利用晶间腐蚀制备高压缩性水雾化合金钢粉的方法，属于粉末冶金技术领域。

 

背景技术

压缩性是钢铁粉末产品最重要的工艺性能之一，在压制压力、模具工装等条件不变的情况下，粉末压缩性直接决定着零件的密度及其力学性能。1965年，美国率先采用高压水雾化技术生产低碳钢粉末，制得的粉末成形性差、粉末生坯强度低，很难实际应用。上世纪70年代初德国通过高温还原工艺，得到了压缩性和成形性均表现优异的水雾化铁粉。粉末冶金铁基制品密度达到 7.2g/cm³后，其硬度、抗拉强度、疲劳强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数增大。中南大学李松林、崔建民等公开了《一种高压缩性水雾化铁粉及制备方法》的专利（申请号：201110275149.7 ）。该专利以废钢为原料，通过原料合金元素含量、冶炼钢水成分、高温还原等控制，使铁粉纯度达到：C≤0.01%、O≤0.15%、S≤0.01%、Mn+ P+ Si≤0.20%、 Cr +Ni +Cu≤0.1%，颗粒的显微硬度≤90 HV，处理后的纯铁粉压缩性达到7.20g/cm³ ( 600MPa 下单轴向压制）。但目前密度在7.20g/cm³以上的汽车工业用高品质粉末冶金合金钢结构零件仍然依赖进口或传统机械加工。原因在于：

我国缺少品质高、杂质含量低的原料。瑞典赫格纳斯采用的原料是瑞典特有的高纯度铁精矿石。加拿大的魁北克金属粉末公司采用的原料为冶炼钛铁矿的副产品-高碳纯铁水，原料铁水的品质高、杂质含量低，对原料的苛刻要求限制了其生产工艺不适合在我国进行规模化生产。国内几乎都采用废钢做原料，废钢品种繁多，合金元素含量极低（Cr +Ni +Cu≤0.1%）的废钢原料少，精选难度较高。

Cr、Ni、Cu等合金元素纯化成本高。C、O、S、P等元素纯化可以在冶炼钢水以及高温还原工序中进行，而Cr、Ni、Cu等合金元素纯化成本将成倍增加。

制备钢结构零件时添加Cr、Ni、Cu等合金元素均匀性较差。用纯铁粉制备钢结构零件时，需添加含有Cr、Ni、Cu等元素的合金粉。合金粉与纯铁粉在混合、输送和压制工序中难免产生偏析。在烧结工序中均匀合金化也需要长时间高温扩散退火，易导致晶粒粗化。在实际生产工艺中，为了避免晶粒粗化，烧结制品中合金粉与纯铁粉之间往往处于机械混合的假合金状态，限制了制品性能的提高。

在冶炼钢水中合金化，成分均匀，这是水雾化钢粉的显著优势。但是水雾化钢粉硬度高，可压缩性低，很难实际应用。采用传统的高温退火、脱碳和原料纯化，无法满足其硬度要求。虽然在粉末表面氧化还原后可形成多孔结构的海绵铁，可降低硬度，但海绵铁的多孔结构在压制和烧结中无法完全消除，从而降低制品的密度。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种利用晶间腐蚀制备高压缩性水雾化合金钢粉的方法，本方法可大大降低海绵铁多孔结构对压制密度的不利影响，得到的水雾化合金钢粉硬度低，从而提高压缩性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用晶间腐蚀制备高压缩性水雾化合金钢粉的方法，步骤如下，

1）成分确定：根据需要加工得到的粉末冶金合金钢结构零件的成分要求，确定其原料水雾化合金钢粉的成分；

2）钢水冶炼：由第1）步确定的水雾化合金钢粉的成分备料并进行钢水冶炼；

3）晶间腐蚀化学成分敏化：在钢水冶炼结束进行水雾化制粉前，向冶炼钢水中加入碳元素，控制和调节C含量为0.8%～2.0%；

4）水雾化制粉；

5）晶间腐蚀热处理敏化：在氩气气氛保护下，于750℃～850℃温度下对合金钢粉进行晶间腐蚀热处理敏化，热处理敏化时间为1h～5h；

6）晶间腐蚀：在可调气氛炉中，先采用高温水蒸气发黑工艺，在合金钢粉表面形成0.1μm～3.0μm钝化膜；再采用氩气气氛保护下间歇通入氧化气体的高温脱碳方法，对合金钢粉进行晶间腐蚀；晶间腐蚀的温度为500℃～850℃，每次通氧化气体时间为0.01h～0.5h，间歇时间为0.1h～1.0h，晶间腐蚀总时间为0.5h～5.0h；通氧化气体含量1%～20%；

7）高温还原，再进行后续粉碎、研磨和筛分处理即得到高压缩性水雾化合金钢粉。

进一步地，步骤6）中的氧化气体为H₂O汽、氧气或者两者任意比例的组合。

进一步地，第3）步晶间腐蚀化学成分敏化中，C含量控制为0.8-1.2%。