一种增材制造耐腐蚀不锈钢及其制备方法和应用

本发明属于增材制造，具体涉及一种增材制造耐腐蚀不锈钢及其制备方法和应用。

背景技术：

1、奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性和抗氧化性，广泛用于海洋装备、核能化工等领域。奥氏体不锈钢的高耐腐蚀性主要归因于钝化膜，该钝化膜由铁和铬的氧化物以及含氢氧化物和水的化合物组成。该膜能有效地将不锈钢基体与腐蚀性环境分离，并能抑制电化学反应。因此，钝化膜可以防止金属基体腐蚀。然而，钝化膜的耐腐蚀性取决于钝化膜的性质和环境条件。目前，奥氏体不锈钢的复杂构件主要通过传统锻造和铸造工艺生产，主要存在以下问题，其一是生产周期较长、且原材料利用率低；其二是不锈钢的腐蚀还受到成分和微观结构等各种内部因素以及化学成分、ph和环境温度等外部参数的强烈影响；其三是传统的奥氏体不锈钢常常在高温、海洋及其他极端环境下出现腐蚀现象，对于某些应用场景来说，腐蚀对材料的性能和寿命造成很大影响。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种高原料利用率、高耐腐蚀性的不锈钢。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种增材制造耐腐蚀不锈钢，所述耐腐蚀不锈钢各组分如下：铬含量为16～20wt％、镍含量为8～12wt％、钼含量为2～4wt％、镁含量为0.5～2wt％、铌含量为1～3wt％，其它合金元素含量为1～5wt％，铁和杂质元素构成剩余部分。

4、在一些具体实施例中，优选的，所述耐腐蚀不锈钢各组分如下：铬含量为18wt％、镍含量为10wt％、钼含量为3wt％、镁含量为1wt％、铌含量为2wt％，其它合金元素含量为3wt％，铁和杂质元素构成剩余部分。

5、进一步地，所述耐腐蚀不锈钢基体组织为具有胞状亚结构的奥氏体，并弥散分布着纳米级夹杂物。

6、一种上述耐腐蚀不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

7、设置激光增材制造参数，固定基板；将金属粉末原料逐层喷射到工作台上，并在激光束的作用下进行局部熔化，实现激光熔融逐层堆积成型；对制造完成的工件毛胚进行机加工，行清洗与除尘；对成型后样品进行固溶处理工艺得到成品工件；

8、其中，所述激光增材制造参数如下：扫描速度为2500～2800mm/min、激光功率为300～360w、扫描间距为60～100μm、层厚为20～40μm、曝光时间为60～80μs；

9、所述金属粉末原料中组分如下：铬含量为16～20wt％、镍含量为8～12wt％、钼含量为2～4wt％、镁含量为0.5～2wt％、铌含量为1～3wt％，其它合金元素含量为1～5wt％，铁和杂质元素构成剩余部分。

10、进一步地，所述粉末原料粒径为0.4～0.6mm。

11、在一些具体实施例中，优选的，所述激光增材制造参数如下：扫描速度为2600mm/min、激光功率为330w、扫描间距为80μm、层厚为30μm、曝光时间为70μs。

12、进一步地，激光熔融逐层堆积过程在惰性气体保护下进行，所述惰性气体为氩气，气体流速为10～16l/min。

13、进一步地，在激光打印过程中，还同步利用滚轮沿熔池方向逐层挤压，根据样品轮廓形状，修正熔池在熔融材料的流动，所述滚轮载荷为20～40kn，滚轮直径为3～5mm。

14、进一步地，所述固溶处理具体如下：将打印件升温至1000～1100℃，保温1～2h，随后以5～10℃/min冷却至920℃～950℃，保温5～10min，随后炉冷4～6h。

15、上述耐腐蚀不锈钢在海洋装备、核能工程、航空航天制造、化工设备中的应用

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、本发明通过确定金属粉末原料中各组分比例、激光增材制造参数、滚轮挤压条件、固溶处理条件，制备出的耐腐蚀不锈钢基体组织为具有胞状亚结构的奥氏体，并弥散分布着纳米级夹杂物；其抗拉强度达到620～680mpa、屈服强度达到400～450mpa、断后伸长率达到19～22％、dos(degree of sensity)值为0.24～0.55％；各性能参数优异，适用于海洋装备、核能工程、航空航天制造、化工设备。

技术特征：

1.一种增材制造耐腐蚀不锈钢，其特征在于：所述耐腐蚀不锈钢各组分如下：铬含量为16～20wt％、镍含量为8～12wt％、钼含量为2～4wt％、镁含量为0.5～2wt％、铌含量为1～3wt％，其它合金元素含量为1～5wt％，铁和杂质元素构成剩余部分。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀不锈钢，其特征在于，所述耐腐蚀不锈钢各组分如下：铬含量为18wt％、镍含量为10wt％、钼含量为3wt％、镁含量为1wt％、铌含量为2wt％，其它合金元素含量为3wt％，铁和杂质元素构成剩余部分。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀不锈钢，其特征在于，所述耐腐蚀不锈钢基体组织为具有胞状亚结构的奥氏体。

4.一种如权利要求1-3任一项所述耐腐蚀不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述粉末原料粒径为0.4～0.6mm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述激光增材制造参数如下：扫描速度为2600mm/min、激光功率为330w、扫描间距为80μm、层厚为30μm、曝光时间为70μs。

7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，激光熔融逐层堆积过程在惰性气体保护下进行，所述惰性气体为氩气，气体流速为10～16l/min。

8.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，在激光打印过程中，还同步利用滚轮沿熔池方向逐层挤压，根据样品轮廓形状，修正熔池在熔融材料的流动，所述滚轮载荷为20～40kn，滚轮直径为3～5mm。

9.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理具体如下：将打印件升温至1000～1100℃，保温1～2h，随后以5～10℃/min冷却至920℃～950℃，保温5～10min，随后炉冷4～6h。

10.权利要求1-3任一项所述耐腐蚀不锈钢在海洋装备、核能工程、航空航天制造、化工设备中的应用。

技术总结
本发明提供一种增材制造耐腐蚀不锈钢，所述耐腐蚀不锈钢各组分如下：铬含量为16～20wt％、镍含量为8～12wt％、钼含量为2～4wt％、镁含量为0.5～2wt％、铌含量为1～3wt％，其它合金元素含量为1～5wt％，铁和杂质元素构成剩余部分；利用激光增材制造技术将含有上述组分的金属粉末原料打印成耐腐蚀不锈钢工件。本发明原料利用率高，制备的耐腐蚀不锈钢基体组织为具有胞状亚结构的奥氏体，并弥散分布着纳米级夹杂物，各性能优异，能广泛应用于海洋装备、核能工程、航空航天制造、化工设备。

技术研发人员：刘静,张施琦,高翔,戚翔宇,黄瑞涛
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7