Попередньо легований порошок нержавіючої сталі, порошковий металургійний склад, спосіб одержання деталей та деталь з попередньо легованого порошку нержавіючої сталі

1. Попередньо легований порошок нержавіючої сталі, що містить щонайменше 10 мас. % хрому, менше 0,10 мас. % вуглецю і менше 0,07 мас. % азоту, причому вказаний порошок додатково містить ванадій в кількості, яка щонайменше в 4 рази перевищує сумарну кількість вуглецю і азоту, причому кількість ванадію становить 0,10-1,0 мас. %. 2. Порошок за п. 1, що містить 10-30 мас. % хрому і додатково 0,50-1,50 мас. % кремнію. 3. Порошок за п. 2, що містить 10-20 мас. % хрому, 0,15-0,80 мас. % ванадію, 0,70-1,20 мас. % крем C2 2 (19) 1 3 83145 сплавлення. Крім того, збільшується споживання енергії. Особливі проблеми виникають при отриманні високощільних металургійних деталей з порошку нержавіючої сталі, що містить хром, який забезпечує стійкість стали до корозії. Нержавіючі сталі містять більше 10% хрому. Частіше за все в сталях присутній вуглець, який утворює з хромом карбіди. Утворення карбідів хрому знижує вміст хрому в матриці, що, в свою чергу, спричиняє зменшення корозійної стійкості. Щоб уникнути зниження вмісту хрому в матриці, часто застосовуються карбідоутворювальні стабілізатори, такі, як ніобій. Таким шляхом можна уникнути утворення карбідів хрому, і замість них утворяться карбіди ніобію, внаслідок чого можна зберегти корозійну стійкість. Однак проблемою при використанні ніобію є те, що для отримання високої щільності спеченого матеріалу необхідні високі температури сплавлення, і енергоспоживання є значним. Було виявлено, що застосовуючи новий порошок згідно з даним винаходом, можна знизити витрати на енергоносії при виробництві спечених металургійних деталей з порошків нержавіючої сталі. Інша істо тна перевага застосування нового порошку полягає в тому, що може бути отримана порівняно більш висока щільність спеченого матеріалу. Спечені деталі, виготовлені з використанням нового порошку, виявляють особливий інтерес для автомобільної промисловості, де особливо високі вимоги як до вартості, так і до характеристик деталей. Новий порошок може застосовуватися також для спечених деталей у вихлопних системах, особливо для фланців у ви хлопних системах. Даний винахід стосується порошків нержавіючої сталі, складів порошків нержавіючої сталі, а також до отриманих з них пресованих і спечених деталей, що мають високу щільність. Зокрема, винахід стосується складів порошків нержавіючої сталі для виготовлення порошкових металургійних деталей. Несподівано було знайдено, що завдяки доданню ванадію як стабілізатора в порошок нержавіючої сталі можна знизити температуру сплавлення і, відповідно, витрати енергії, причому щільність спеченого матеріалу є близькою або навіть більш високою в порівнянні з тією, що отримується при використовуваному в цей час ніобієвому стабілізаторі. Крім того, було знайдено, що ванадій повинен бути присутнім в кількості, яка щонайменше в 4 рази перевищує сумарну кількість вуглецю і азоту, при цьому кількість азоту повинна складати менше 0,07 ваг. %, а кількість вуглецю повинна складати менше 0,1 ваг. %. Кількість ванадію повинна знаходитися в діапазоні 0,11 ваг. %. Склади нержавіючої сталі, яка містить ванадій, описані в [публікації WO 03/106077] і в [патенті US 5 856 625]. У [документі WO 03/106077] не описано ніякого ефекту або яких-небудь реальних прикладів порошків, які містять ванадій. Згідно з [патентом US 5856625], порошок нержавіючої сталі переважно містить 1,5-2,5% ванадію. Цей відомий 4 порошок нержавіючої сталі призначений для матеріалів з високою стійкістю до зношування, і потрібний високий вміст вуглецю, щоб отримати в основному матеріалі належну кількість важких карбідів, утворених головним чином з сильних карбідоутворювальних елементів, таких, як Mo, V і W. Також, в [патентній публікації JP 59-47358] розкритий стальний порошок, що містить хром, кремній, вуглець і азот. Цей порошок може, крім того, містити нікель і/або мідь і ванадій. Метою стального порошку згідно з [патентом JP 59-47358] є, наприклад, отримання поверхні ковзання. Докладний опис винаходу Зокрема, порошок нержавіючої сталі згідно з винаходом містить 10-30% хрому, 0,1-1% ванадію, 0,5-1,5% кремнію, менше 0,1% вуглецю і менше 0,07% азоту. Переважно порошок нержавіючої сталі містить 10-20% хрому, 0,15-0,8% ванадію, 0,7-1,2% кремнію, менше за 0,05% вуглецю і менше 0,05% азоту. Оскільки корозійна стійкість нержавіючих сталей є проблемою великої важливості, вміст ванадію повинен вибиратися так, щоб замість карбідів і нітридів хрому утворювалися карбіди і нітриди ванадію. Переважно, вміст ванадію по відношенню до фактичного вмісту вуглецю і азоту в спеченому компоненті треба вибирати так, щоб могли утворюватися карбіди і нітриди ванадію. Вважають, що утворені карбіди і нітриди ванадію мають вигляд VC і NC і, згідно з сучасними уявленнями, вміст ванадію повинен бути мінімум в чотири рази вище, ніж вміст вуглецю і азоту в порошку. Фактичний вміст вуглецю і азоту в спеченому компоненті може бути вищим, ніж вміст елементів в порошку через захоплення при видаленні мастила. Кількість кремнію повинна складати від 0,5% до 1,5%. Кремній є важливим елементом, оскільки він створює тонкий щільний оксидний шар при розпиленні розплаву нержавіючої сталі, таким чином, вміст кремнію повинен бути 0,5 ваг. % або вище. Оксидний шар запобігає подальшому окисленню. Дуже високий рівень кремнію приведе до зменшення стисливості, тому вміст кремнію повинен бути 1,5 ваг. % або нижче. Кількість азоту повинна бути якомога меншою, оскільки азот може мати такий же вплив, що і вуглець, тобто, підвищення чутливості матеріалу до утворення нітридів хрому або карбонітридів хрому. Азот забезпечує також ефект зміцнення дисперсними частинками, що буде знижувати стисливість. Тому вміст азоту не повинен перевищува ти 0,07%, переважно бути не більше, ніж 0,05 ваг. %. На практиці важко отримати вміст азоту менше 0,001%. Інші легуючі елементи додаються для посилення певних властивостей, таких, як міцність, твердість і так далі. Легуючі елементи вибрані з групи, яка складається з молібдену, міді, марганцю і нікелю. Згідно з даним винаходом, переважними є феритні нержавіючі сталі. Феритні нержавіючі стали менш дорогі, ніж аустенітні нержавіючі стали, які леговані нікелем. У порівнянні з аустенітною матрицею, феритна матриця має більш низький коефіцієнт теплового розширення, що вигідно, 5 83145 наприклад, для фланців у вихлопній системі з нержавіючої сталі. Таким чином, переважна реалізація нержавіючої сталі згідно з винаходом по суті не містить нікелю. Зокрема, феритна нержавіюча сталь може містити 10-20ваг. % хрому, 0-5 ваг. % молібдену, менше 1ваг. % нікелю, менше 0,2ваг. % марганцю. Іншими можливими домішками є домішки, що підвищують текучість, домішки, поліпшуючі оброблюваність, такі, як фторид кальцію, сульфід марганцю, нітрид бору або їх комбінації. Порошок нержавіючої сталі може бути отриманий пневматичним або водяним розпиленням, з утворенням попередньо легованого порошку із середнім розміром частинок вище від приблизно 20мкм, в залежності від способу застигання порошку. Звичайно середній розмір частинок складає більше від приблизно 50мкм. Частіше за все до пресування додається мастило, щоб поліпшити стисливість порошку і полегшити випресовування неспеченої деталі. Кількість мастила типово складає від 0,1% до 2%, переважно від 0,3% до 1,5%. Мастила можуть вибиратися з групи, яка складається з стеаратів металу, таких, як стеарат цинку або літію, Kenolube®, амідних полімерів або амідних олігомерів, біс-стеараміду етилену, похідних жирних кислот або інших відповідних речовин з мастильним ефектом. Може застосовуватися тільки змазування стінок або в комбінації також з внутрішніми мастилами. Після здійснюваного за необхідності відпалу порошок нержавіючої сталі змішують з мастилом і іншими необов'язковими домішками. Порошкову суміш хвилин до 1 години, щоб отримати щільність щонайменше 7,20г/см 3. Однак, порошок згідно з винаходом може застосовуватися для отримання деталей, що мають меншу щільність спеченого матеріалу, щоб знизити виробничі витрати. Стадія пресування може проводитися як холодне пресування або гаряче пресування. Висока щільність спеченого матеріалу виходить шляхом підвищення усадки при сплавленні, і не прив'язуючись до якоїсь конкретної теорії, вважають, що ця усадка є наслідком промотованої об'ємної дифузії. Карбіди ванадію, які утворюються в присутності вуглецю, будуть розчинятися при підвищених температурах, особливо при температурах сплавлення, але також і при більш низьких температурах, таких, як при відпалі металевого порошку. Звичайно температура сплавлення порошків нержавіючих сталей становить приблизно 1150-1300°C. Приклад 1 Було отримано три різних розплави, що мають хімічний склад згідно з таблицею 1 і містять ніобій і ванадій як карбідоутворювальні елементи. Декілька сумішей було піддано холодному або гарячому пресуванню відповідно до таблиць 2 і 3. Для цілей холодного пресування і гарячого пресування застосовувалися мастила. Як домішка, що підвищує текучість, для гарячого пресування використовувався Aerosil A-200 виробництва Degussa®. 6 Порошкові суміші згідно з таблицями 2 і 3 були піддані пресуванню, і для різного тиску пресування визначали властивості неспеченого матеріалу. Результати представлені в таблиці 4. Пресовані вироби сплавляли при 1250°C в атмосфері водню протягом 45 хвилин і визначали щільність спеченого матеріалу і механічні властивості. Результати показані в таблиці 5. З таблиці 4 і таблиці 5 видно, що щільності спеченого матеріалу зразків, отриманих з матеріалу згідно з винаходом, підвищені, хоча щільності неспеченого матеріалу згідно з винаходом схожі з 7 83145 щільністю порівняльних матеріалів. Ме ханічні властивості спечених компонентів також поліпшені для матеріалу згідно з винаходом в порівнянні з відомими матеріалами. Приклад 2 Щоб оцінити вплив температур сплавлення і часу сплавлення, порошкові суміші 4, 5 і 6 були спресовані з отриманням зразків для випробування на розтягнення згідно з стандартом ISO 2740 в лінійному напрямі стиснення при температурі навколишнього середовища і 600МПа. Отримані неспечені зразки сплавляли при 1200°C, 1250°C і 1300°C в атмосфері водню протягом 20 хвилин і 45 хвилин, відповідно. Після сплавлення по стандарту ISO 3369 вимірювалася щільність спеченого матеріалу для спечених зразків. Результати показані в таблиці 6. Із таблиці 6 можна зробити висновок, що щільність спеченого матеріалу вище 7,2г/см 3 може бути отримана для феритного порошку нержавіючої сталі за умови додання ванадію, навіть при таких низьких температурах сплавлення, як 1200°C. Час сплавлення 20 хвилин при температурі сплавлення 1250°C дає щільність спеченого матеріалу 7,35г/см 3, тоді як відповідна щільність для стабілізованої ніобієм феритного порошку нержавіючої сталі становить 7,15г/см 3 і 7,03г/см 3 відповідно, в залежності від кількості доданого ніобію. Цей приклад виявляє несподівано великий вплив на усадку при сплавленні неспеченого виробу, отриманого з феритного порошку нержавіючої сталі згідно з винаходом. 8 Приклад 3 Щоб оцінити вплив вмісту азоту в порошку нержавіючої сталі, був розпилений один розплав, і з розпиленого порошку шляхом відпалу в азотвмісній атмосфері були приготовані зразки порошку з різним вмістом азоту. Як контрольний матеріал використовувався порошок, випалений в атмосфері 100%-ного водню. Зразки порошку змішували із 1% мастила і отримані склади піддавали холодному пресуванню при різному тиску в зразках. Зразки сплавляли при 1250°C в атмосфері водню протягом 45 хвилин. Хімічний аналіз різних зразків порошку представлений в таблиці 7, за винятком вмісту азоту, який був визначений після відпалу, як показано в таблиці 8. В таблиці 8 показана щільність спеченого матеріалу для різних зразків. З прикладу 3 можна бачити, що вміст азоту вище 0,07% приведе до небажаної щільності спеченого матеріалу. Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601