国产金属3D打印超等双相不锈钢粉末质料 ，辽宁9001cc金沙以诚为本已批量生产
宣布时间：
2022-09-23 13:35
随着以3D打印为代表的增材制造手艺的飞速生长 ，使超等双相不锈钢在海洋、化工和石油等各个领域最先应用 。双相不锈钢粉末化学因素准确、可控是此类粉末制备的基础也是难点 ，本文从生产实践角度 ，详细剖析了怎样突破各项要害手艺 ，实现稳固的批量化生产 。
高性能的双相不锈钢
双相不锈钢（Duplex Stainless Steel ，DSS）是由相当体积分数的铁素体（α） 与奥氏体（γ）组成的复相结构金属质料 。它集铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢的优点于一体 ，具有优良的耐侵蚀性、高强度和优异的塑性 。表1给出了以第二代双相不锈钢2205、超等双相不锈钢2507以及特超等双相不锈钢2707为代表的典范双相不锈钢的主要化学因素 ，表2给出了这几种典范不锈钢的力学性能 。
表1 2205、2507、2707双相不锈钢的主要化学因素(wt%)
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牌号 |
UNS No. |
EN No. |
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
N |
|
2205 |
S32205 |
1.4462 |
≦0.03 |
22.0~23.0 |
4.5~6.5 |
3.0~3.5 |
－ |
0.14~0.20 |
|
2507 |
S32507 |
1.4410 |
≦0.03 |
24.0~26.0 |
6.0~8.0 |
3.0~5.0 |
≦0.5 |
0.24~0.32 |
|
2707 |
S32707 |
|
≦0.03 |
26.0~29.0 |
5.5~9.5 |
4.0~5.0 |
≦1.0 |
0.30~0.50 |
表2 2205、2507、2707双相不锈钢的力学性能[1]
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牌号 |
UNS No. |
Rp0.2 /MPa(ksi) |
Rm /MPa(ksi) |
δ/% |
EN No. |
Rp0.2 /MPa(ksi) |
Rm /MPa(ksi) |
δ/% |
|
2205 |
S32205 |
450(65) |
655(95) |
25 |
1.4462 |
460(67) |
640(93) |
25 |
|
2507 |
S32507 |
550(80) |
795(116) |
15 |
1.4410 |
530(77) |
730(106) |
20 |
|
2707 |
S32707 |
580(84) |
850(124) |
25 |
|
570(83) |
845(123) |
25 |
注：表中所列数据均为最小值
[1] ASTM A. A240/240M-Standard Specification for Heat Resisting Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate [J]. Sheet and Strip for Pressure Vessels, 2001.
恒久以来 ，双相不锈钢作为一种主要的工程结构质料在石油化工、船海工程以及修建工业等领域获得了普遍地应用 。其中以2507为代表的超等双相不锈钢专门为海洋、化工和石油工程应用而设计 ，其抗点蚀当量PREN大于40 ，在含有氯化物酸等苛刻情形下具有优异的耐蚀性能和很高的力学性能 ，可与6Mo型超等奥氏体不锈钢相媲美 。图1显示了在沸点温度下 ，在50%醋酸和差别含量甲酸的混和溶液中双相不锈钢和奥氏体不锈钢的侵蚀情形 ，图2给出了凭证ASTM G482（6% FeCl3）测定的固溶退火状态下州不锈钢耐点蚀和误差侵蚀性能的较量 。
图1 双相不锈钢和奥氏体不锈钢在50%醋酸和差别含量甲酸的欢喜混淆溶液中的侵蚀（泉源：Sandvik）
图2 非焊接态奥氏体不锈钢（左）和固溶退火的双相不锈钢（右）的临界点蚀（CPT）和误差侵蚀温度（CCT）（凭证ASTM G482 在6% FeCl3溶液中丈量）
应用潜力大
随着能源、环保问题的日益推进 ，潮汐发电、核电等新能源逐渐受到人们青睐 。潮汐发电装备中的水轮机壳体、叶片 ，核电中的阀门 ，一些脱硫装置中的叶轮等大多接纳铸造双相不锈钢 。关于一些结构重大的双相不锈钢铸件 ，铸造难度较大 ，且容易爆发缺陷 ，从而降低了铸造双相不锈钢的机械性能和耐蚀性能 ，限制了其生长 。
金属3D打印手艺又称增材制造手艺(AM） ，属于一种快速成型手艺 ，是以构建的数字化模子文件为基础 ，运用金属粉末 ，通过逐层打印并叠加差别形状的一连层 ，用于制造结构重大的零件 。与古板的铸造工艺相比 ，3D打印的最大优势在于可以从质料直接自由制造重大零件的能力 ，无需涉及诸如挤压、铸造、铸造和二次加工等古板制造要领即可获得所需的形状 ，且质料机械性能可以抵达或凌驾铸造水平 ，抵达铸造水平 。9001cc金沙以诚为本自2021年8月立项最先举行系列双相不锈钢金属粉末的研发 。公司的研发工程师们连系2205、2507等双相不锈钢因素特点举行了合金化盘算机辅助设计 ，详细剖析种种原质料对因素的影响 ，确定最优的物料配比 。另外此类双相不锈钢N含量较高且因素区间较窄 ，怎样准确、稳固地控制合金中的N含量也是手艺难点 。项目团队以N合金化热力学、动力学盘算为依据 ，制订了可调的N合金化控制工艺 ，为稳固、准确控N提供了手艺支持 。公司生产的系列双相不锈钢N的控制水平如图3所示 ，所有炉次种种双相不锈钢N含量都控制在目的规模内 ，且绝大部分炉次2205的N可以稳固控制在0.16~0.19%之间、2507的N可以稳固控制在0.26~0.30%之间、2707的N可以稳固控制在0.42~0.46%之间 。图4给出了公司生产的2507双相不锈钢差别炉次主要合金元素的转变情形 ，从图中可以看出各炉次种种合金元素的含量基本一致 ，展现出公司扎实的冶炼控制能力 。
图3 种种双相不锈钢N的控制能力
图4 2507双相不锈钢主要合金元素的控制水平
在掌控了窄因素准确控制手艺后还要配合特定的气雾化工艺才华完成高品质金属粉末的生产 。为此研发团队开发了数据驱动雾化手艺 ，完成了包括凝固历程相变、凝固历程热导率转变以及金属液物性（粘度、外貌张力）等参数的模拟盘算 ，建设了全套“金属凝固历程物性数据库” ，为双相不锈钢气雾化提供了完整的数据支持 。图5~图8为2507双相不锈钢的相关物性模拟盘算效果 。
图5 2507双相不锈钢凝固历程相变模拟盘算效果
图6 2507双相不锈钢凝固历程导热系数随温度的转变关系
图7 2507双相不锈钢金属液粘度随温度的转变关系
图8 2507双相不锈钢金属液外貌张力随温度的转变关系
依托此“金属凝固历程物性数据库” ，为每个牌号的双相不锈钢量身定制气雾化工艺 。图9为公司生产的2507超等双相不锈钢粉末（15-53μm）SEM微观形貌图片 ，粉末球形度较好 ，粉体外貌平滑 ，卫星球较少 。差别牌号双相不锈钢粉末打印段粒度（15-53μm）控制很稳固 ，D10:18-23、D50: 32-36、D90: 52-56；流速≦20s/50g；松装密度≧4.15g/cm3 。表3给出了现实生产的部分炉次双相不锈钢粉末的物性 。
图9 2507粉末（15-53μm）微观形貌
表3 现实生产的部分炉次双相不锈钢粉末物性
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牌号 |
UNS No. |
粒度组成 Size Distribution |
流动性 Flowability（s/50g） |
松装密度 Apparent density（g/cm3） |
振实密度 Tap density（g/cm3） |
|
2205 |
S32205 |
D10/μm: 21.6 D50/μm: 34.7 D90/μm: 54.3 |
20 |
4.20 |
4.73 |
|
2507 |
S32507 |
D10/μm: 20.3 D50/μm: 32.9 D90/μm: 52.4 |
19.8 |
4.18 |
4.7 |
|
2707 |
S32707 |
D10/μm: 20.5 D50/μm: 33.1 D90/μm: 53.5 |
19.6 |
4.16 |
4.68 |
研发团队还对双相不锈钢粉末举行了金相组织磨练 。图10和图11给出了2507打印段（15-53μm）粉末侵蚀态金相显微照片 ，由图中可以清晰的视察到粉末内部为匀称的等轴晶结构 ，经侵蚀后展现出匀称漫衍的超细晶双相组织 ，且两相比约为1:1 。
图10 2507打印段（15-53μm）粉末侵蚀态金相照片（1000×）
图11 2507打印段（15-53μm）粉末侵蚀态金相照片（500×）
综上 ，9001cc金沙以诚为本历时约4个月研发 ，通过合金化盘算机辅助设计、气氛可调的N合金化工艺、数据驱动定制化气雾化等集成控制手艺 ，乐成实现了系列化双相不锈钢的批量、稳固生产 ，为我国增材制造手艺的生长、为超等双相不锈钢更普遍地应用在海洋、化工和石油等各个领域孝顺实力 。
