權(quán)利要求

1.增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，其特征在于，按重量百分比計，其成分為，C≤0.05wt%、Si≤1wt%、Mn≤1wt%、Cr 14.5-15.5wt%、Ni 5.0-5.5wt%、Cu 4-4.5wt%、Nb 0.35-0.45wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)， 且Cr當(dāng)量Cr eq=%Cr+%Mo+2.2%Ti+0.7%Nb+2.48%Al， Ni當(dāng)量Ni eq=%Ni+35%C+20%N+0.25%Cu， 所述高強(qiáng)韌不銹鋼的屈服強(qiáng)度≥1270MPa，抗拉強(qiáng)度≥1380MPa，斷后伸長率≥15％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，其特征在于，所述Cr當(dāng)量Cr eq為13.8-15.4，所述Ni當(dāng)量Ni eq為7.5-8.8。 3.增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，其特征在于，所述高強(qiáng)韌不銹鋼顯微組織包括分布于熔池底部的大塊奧氏體和形成于馬氏體板條間的薄膜奧氏體，細(xì)小的馬氏體板條基體中析出高密度納米級多重析出相。 4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，其特征在于，所述高強(qiáng)韌不銹鋼的屈服強(qiáng)度≥1300MPa，抗拉強(qiáng)度≥1440MPa，斷后伸長率≥16％。 5.增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，其特征在于，包括如下步驟： S1、取權(quán)利要求1-2任一項所述不銹鋼成分的不銹鋼粉末備用； S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品； S3、對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理。 6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，其特征在于，所述步驟S1中，所述不銹鋼粉末粒徑為15-45μm。 7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，其特征在于，所述步驟S2中，所述3D打印工藝的參數(shù)為：光斑直徑100-300μm，掃描功率230-400W，掃描間距0.07-0.10mm，掃描速度550-900mm/s，鋪粉厚度0.02-0.04mm。 8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，其特征在于，所述步驟S2中，所述3D打印工藝的保護(hù)氣氛為氮氣。 9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，其特征在于，所述步驟S2中，所述打印產(chǎn)品致密度≥97%。 10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，其特征在于，所述步驟S3中，所述熱處理的升溫速率為6-10℃/min，直至升溫到450-500℃，保溫2-10h。

說明書

增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼及其制備工藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼及其制備工藝。

背景技術(shù)

隨著航空航天及海洋工程的迅猛發(fā)展，裝備結(jié)構(gòu)件越來越復(fù)雜，服役環(huán)境逐漸惡劣，高性能高強(qiáng)度不銹鋼部件需求越來越多。高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼服役性能與顯微組織密切相關(guān)，其較高的強(qiáng)度主要來源于馬氏體基體的超高密度位錯和納米級析出相。其塑韌性主要通過改善奧氏體分布及含量不斷優(yōu)化。然而，其強(qiáng)度和塑性的任一提高會導(dǎo)致另一性能的下降，稱之強(qiáng)塑性倒置矛盾。所以需要借助新型制備工藝優(yōu)化其顯微組織及服役性能。

增材制造技術(shù)（也稱3D打?。┳鳛榻陙砜焖侔l(fā)展的新興工藝，可以快速、精準(zhǔn)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，簡化工序、節(jié)約材料，大幅度縮短材料研發(fā)周期，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以或無法加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造。增材制造具有高激光能量、快速冷卻及多道次循環(huán)熱處理等特點，因此，增材制造不銹鋼存在明顯熔池結(jié)構(gòu)，制備后結(jié)構(gòu)件存在應(yīng)力分布不均勻、多界面及細(xì)小組織等特點。

目前打印后的高強(qiáng)度不銹鋼顯微組織較為細(xì)小，存在納米級氧化物夾雜，部分存在明顯的熔池界面。拉伸實驗表明其力學(xué)性能可與傳統(tǒng)制造馬氏體不銹鋼相媲美。但是顯微組織相分布與傳統(tǒng)制備工藝同一成分馬氏體不銹鋼存在明顯差別。因此，開發(fā)組織可控的且同步提升強(qiáng)韌性的不銹鋼具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提出一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼及其制備工藝，克服現(xiàn)有技術(shù)中強(qiáng)塑性倒置矛盾的關(guān)系，通過優(yōu)化合金成分，針對增材制造不銹鋼建立合金成分和組織結(jié)構(gòu)的相圖關(guān)系，借助增材制造快速冷卻及高能激光等特點，制備出微納米級多尺度-多重異質(zhì)結(jié)構(gòu)高強(qiáng)韌馬氏體不銹鋼，該增材制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)馬氏體不銹鋼強(qiáng)度和斷后延伸率均明顯高于傳統(tǒng)制造類似成分的不銹鋼。

為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，按重量百分比計，其成分為，C≤0.05wt%、Si≤1wt%、Mn≤1wt%、Cr 14.5-15.5wt%、Ni 5.0-5.5wt%、Cu 4-4.5wt%、Nb 0.35-0.45wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，

且Cr當(dāng)量Cr eq=%Cr+%Mo+2.2%Ti+0.7%Nb+2.48%Al，

Ni當(dāng)量Ni eq=%Ni+35%C+20%N+0.25%Cu，

所述高強(qiáng)韌不銹鋼的屈服強(qiáng)度≥1270 MPa，抗拉強(qiáng)度≥1380MPa，斷后伸長率≥15％。

所述高強(qiáng)韌不銹鋼顯微組織包括分布于熔池底部的大塊奧氏體和形成于馬氏體板條間的薄膜奧氏體，細(xì)小的馬氏體板條基體中析出高密度納米級多重析出相。分布于熔池底部的大塊奧氏體和形成于馬氏體板條間的薄膜奧氏體提高了不銹鋼的塑韌性，細(xì)小的馬氏體板條基體中析出高密度納米級多重析出相進(jìn)一步提高了不銹鋼的抗拉強(qiáng)度。

作為本發(fā)明所述的一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的優(yōu)選方案，其中：所述Cr當(dāng)量Cr eq為13.8-15.4，所述Ni當(dāng)量Ni eq為7.5-8.8。更優(yōu)選的，所述Cr當(dāng)量Cr eq為14.5-15.0，所述Ni當(dāng)量Ni eq為7.8-8.4。

作為本發(fā)明所述的一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的優(yōu)選方案，其中：所述高強(qiáng)韌不銹鋼的屈服強(qiáng)度≥1300MPa，抗拉強(qiáng)度≥1440MPa，斷后伸長率≥16％。

為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，包括如下步驟：

S1、取上述成分的不銹鋼粉末備用；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品；

S3、對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理。

作為本發(fā)明所述的一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝的優(yōu)選方案，其中：所述步驟S1中，所述不銹鋼粉末粒徑為15-45 μm。

作為本發(fā)明所述的一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝的優(yōu)選方案，其中：所述步驟S2中，所述3D打印工藝的參數(shù)為：光斑直徑為100-300 μm，掃描功率為230-400 W，掃描間距為0.07-0.10 mm，掃描速度為550-900 mm/s，鋪粉厚度為0.02-0.04 mm；所述打印產(chǎn)品致密度可達(dá)97%以上。

作為本發(fā)明所述的一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝的優(yōu)選方案，其中：所述步驟S3中，所述熱處理的升溫速率為6-10 ℃/min，直至升溫到450-500℃，保溫2-10h。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提出一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼及其制備工藝，首先建立了增材制造不同合金成分與相組成的關(guān)系相圖，之后通過合金成分設(shè)計，優(yōu)化奧氏體形成元素含量，將新型合金成分優(yōu)化于馬氏體奧氏體雙相區(qū)，最終借助增材制造制備周期性分布的異質(zhì)結(jié)構(gòu)馬氏體不銹鋼，屈服強(qiáng)度≥1270 MPa，抗拉強(qiáng)度≥1380MPa，斷后伸長率≥15％。與傳統(tǒng)類似成分馬氏體不銹鋼材料相比，高強(qiáng)度和高塑性同時提高，打破了同等成分傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼強(qiáng)塑性的倒置矛盾。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼相組成與Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量的關(guān)系；

圖2為本發(fā)明實施例1不銹鋼顯微組織；

圖3為本發(fā)明各實施例和對比例不銹鋼室溫拉伸測試圖；

圖4為本發(fā)明實施例1和對比例2強(qiáng)韌性關(guān)系圖。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼及其制備工藝，能夠打破了同等成分傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼強(qiáng)塑性的倒置矛盾，實現(xiàn)高強(qiáng)度和高塑性同時提高；首先建立了增材制造不同合金成分與相組成的關(guān)系相圖，之后通過合金成分設(shè)計，優(yōu)化奧氏體形成元素含量，將新型合金成分優(yōu)化于馬氏體奧氏體雙相區(qū)，最終借助增材制造制備周期性分布的異質(zhì)結(jié)構(gòu)馬氏體不銹鋼，屈服強(qiáng)度≥1270MPa，抗拉強(qiáng)度≥1380MPa，斷后伸長率≥15％。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，按重量百分比計，其成分為，C≤0.05wt%、Si≤1wt%、Mn≤1wt%、Cr 14.5-15.5wt%、Ni 5.0-5.5wt%、Cu 4-4.5wt%、Nb 0.35-0.45wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

其中，Cr當(dāng)量Cr eq=%Cr+%Mo+2.2%Ti+0.7%Nb+2.48%Al，

Ni當(dāng)量Ni eq=%Ni+35%C+20%N+0.25%Cu，

所述Cr當(dāng)量Cr eq為13.8-15.4，所述Ni當(dāng)量Ni eq為7.5-8.8。更優(yōu)選的，所述Cr當(dāng)量Cr eq為14.5-15.0，所述Ni當(dāng)量Ni eq為7.8-8.4。

具體的，所述Cr當(dāng)量Cr eq為例，但不限于14.5、14.6、14.7、14.8、14.9、15.0中的任意一者或任意兩者之間的范圍；具體的，所述Ni當(dāng)量Ni eq為例如但不限于7.8、7.9、8.0、8.1、8.2、8.3、8.4中的任意一者或任意兩者之間的范圍。

本發(fā)明相比于原有類似成分15-5PH不銹鋼，基于對不銹鋼相組成的形成機(jī)理的研究，對奧氏體形成元素進(jìn)行優(yōu)化，本發(fā)明不銹鋼具有更高含量的Ni和Cu元素，從而獲得較高的Ni當(dāng)量Ni eq，使得該合金成分不銹鋼由增材制造不銹鋼相圖馬氏體區(qū)域右移至馬氏體-奧氏體雙相區(qū)，以便獲得周期性分布的奧氏體異質(zhì)結(jié)構(gòu)馬氏體不銹鋼。同時，該成分中Cr、Ni、Nb和Cu配比的主體化學(xué)成分設(shè)計可以滿足高密度析出相的形成，從而同步提高其強(qiáng)塑性。

所述高強(qiáng)韌不銹鋼顯微組織包括分布于熔池底部的大塊奧氏體和形成于馬氏體板條間的薄膜奧氏體，細(xì)小的馬氏體板條基體中析出高密度納米級多重析出相。分布于熔池底部的大塊奧氏體和形成于馬氏體板條間的薄膜奧氏體提高了不銹鋼的塑韌性，細(xì)小的馬氏體板條基體中析出高密度納米級多重析出相進(jìn)一步提高了不銹鋼的抗拉強(qiáng)度。

所述增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼顯微組織基體主要為馬氏體，其中包含20%以上奧氏體；所述高密度納米級多重析出相的尺寸為1-3nm，平均尺寸為1.5nm左右。

所述高強(qiáng)韌不銹鋼的屈服強(qiáng)度≥1270MPa，抗拉強(qiáng)度≥1380MPa，斷后伸長率≥15％；優(yōu)選地，所述高強(qiáng)韌不銹鋼的屈服強(qiáng)度≥1300MPa，抗拉強(qiáng)度≥1440MPa，斷后伸長率≥16％。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼的制備工藝，包括如下步驟：

S1、取上述成分的不銹鋼粉末備用；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品；

S3、對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理。

本發(fā)明針對增材制造不銹鋼建立合金成分和組織結(jié)構(gòu)的相圖關(guān)系，通過優(yōu)化合金成分，借助增材制造快速冷卻及高能激光等特點，制備出微納米級多尺度-多重異質(zhì)結(jié)構(gòu)高強(qiáng)韌不銹鋼，該增材制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)不銹鋼強(qiáng)度和斷后延伸率均明顯高于傳統(tǒng)制造類似成分的不銹鋼。

所述不銹鋼粉末粒徑為15-45μm，具體的，所述不銹鋼粉末粒徑為例如但不限于15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm的任意兩者之間的范圍；所述不銹鋼粉末為無空心粉，球形度≥95%以上，未檢測到夾雜物，所述粉末粒徑分布為：D10：19.3%，D50：30.9%，D90：49.2%。

所述3D打印工藝的參數(shù)為：光斑直徑100-300μm，掃描功率230-400W，掃描間距0.07-0.10mm，掃描速度550-900mm/s，鋪粉厚度0.02-0.04mm，保護(hù)氣氛為氮氣；所述打印產(chǎn)品致密度可達(dá)97%以上。

所述3D打印工藝參數(shù)可以根據(jù)打印的原料粒徑和組成進(jìn)行調(diào)整，具體的，所述光斑直徑為例如但不限于100μm、150μm、200μm、250μm、300μm中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述掃描功率為例如但不限于230W、250W、300W、300W、400W中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述掃描間距為例如但不限于0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.10mm中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述掃描速度為例如但不限于550mm/s、600mm/s、650mm/s、700mm/s、750mm/s、800mm/s、850mm/s、900mm/s中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述鋪粉厚度為例如但不限于0.02mm、0.025mm、0.03mm、0.035mm、0.04mm中的任意一者或任意兩者之間的范圍。

所述熱處理的升溫速率為6-10℃/min，直至升溫到450-500℃，保溫2-10h。所述熱處理工藝參數(shù)可以根據(jù)打印的原料組成進(jìn)行調(diào)整，具體的，所述升溫速率為例如但不限于6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述熱處理溫度為例如但不限于450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃中的任意一者或任意兩者之間的范圍；所述保溫時間為例如但不限于2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h。

實施例1

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，采用如下制備工藝：

S1、取不銹鋼粉末備用：

粉末成分為C: 0.044 wt%, Si: 0.58 wt%, Mn: 0.46 wt%,Cr: 14.73 wt%, Ni:5.01 wt%,Cu: 4.01 wt%,Nb:0.385 wt%。余者為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。粉末粒徑為15-45 μm，平均直徑21.81 μm，無空心粉，球形度95%以上，未檢測到夾雜物，氧含量為186 ppm；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品：

3D打印工藝的光斑直徑為100μm，掃描功率為230 W，掃描間距為0.10 mm，掃描速度為886 mm/s，鋪粉厚度為0.02 mm，保護(hù)氣氛為氮氣，所述打印產(chǎn)品致密度為98.5%；

3.對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理：

所述熱處理在馬弗爐中進(jìn)行，熱處理的升溫速率為8 °C/min，直至升溫到500℃，保溫4h。

實施例2

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，采用如下制備工藝：

S1、取不銹鋼粉末備用：

粉末成分為C: 0.044 wt%, Si: 0.58 wt%, Mn: 0.46 wt%,Cr: 14.73 wt%, Ni:5.01 wt%,Cu: 4.01 wt%,Nb:0.385 wt%。余者為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。粉末粒徑為15-45 μm，平均直徑21.81 μm，無空心粉，球形度95%以上，未檢測到夾雜物，氧含量為186 ppm；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品：

3D打印工藝的光斑直徑為100μm，掃描功率為260 W，掃描間距為0.10 mm，掃描速度為550 mm/s，鋪粉厚度為0.02 mm，保護(hù)氣氛為氮氣，所述打印產(chǎn)品致密度為99.2%；

3.對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理：

所述熱處理在馬弗爐中進(jìn)行，熱處理的升溫速率為8 °C/min，直至升溫到500℃，保溫4h。

實施例3

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，采用如下制備工藝：

S1、取不銹鋼粉末備用：

粉末成分為C: 0.044 wt%, Si: 0.58 wt%, Mn: 0.46 wt%,Cr: 14.73 wt%, Ni:5.01 wt%,Cu: 4.01 wt%,Nb:0.385 wt%。余者為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。粉末粒徑為15-45 μm，平均直徑21.81 μm，無空心粉，球形度95%以上，未檢測到夾雜物，氧含量為186 ppm；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品：

3D打印工藝的光斑直徑為100μm，掃描功率為260 W，掃描間距為0.10 mm，掃描速度為550 mm/s，鋪粉厚度為0.02 mm，保護(hù)氣氛為氮氣，所述打印產(chǎn)品致密度為99.2%；

3.對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理：

所述熱處理在馬弗爐中進(jìn)行，熱處理的升溫速率為8 °C/min，直至升溫到480℃，保溫4h。

實施例4

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，采用如下制備工藝：

S1、取不銹鋼粉末備用：

粉末成分為C: 0.044 wt%, Si: 0.58 wt%, Mn: 0.46 wt%,Cr: 14.53 wt%, Ni:5.13 wt%,Cu: 3.85 wt%,Nb:0.325 wt%。余者為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。粉末粒徑為15-45 μm，平均直徑21.81 μm，無空心粉，球形度95%以上，未檢測到夾雜物，氧含量為186 ppm；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品：

3D打印工藝的光斑直徑為100μm，掃描功率為260 W，掃描間距為0.10 mm，掃描速度為550 mm/s，鋪粉厚度為0.02 mm，保護(hù)氣氛為氮氣，所述打印產(chǎn)品致密度為99.3%；

3.對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理：

所述熱處理在馬弗爐中進(jìn)行，熱處理的升溫速率為8 °C/min，直至升溫到480℃，保溫4h。

對比例1

與實施例1不同之處在于，對比例1不進(jìn)行熱處理，具體工藝如下：

一種增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼，采用如下制備工藝：

S1、取不銹鋼粉末備用：

粉末成分為C: 0.044 wt%, Si: 0.58 wt%, Mn: 0.46 wt%,Cr: 14.73 wt%, Ni:5.01 wt%,Cu: 4.01 wt%,Nb:0.385 wt%。余者為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。粉末粒徑為15-45 μm，平均直徑21.81 μm，無空心粉，球形度95%以上，未檢測到夾雜物，氧含量為186 ppm；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品：

3D打印工藝的光斑直徑為100μm，掃描功率為260 W，掃描間距為0.10 mm，掃描速度為550 mm/s，鋪粉厚度為0.02 mm，保護(hù)氣氛為氮氣，所述打印產(chǎn)品致密度為99.2%。

對比例2

對比例2采用傳統(tǒng)冶煉制造工藝制造與實施例1-4成分相似的15-5PH馬氏體不銹鋼。采用峰值時效工藝：升溫速率為8 °C/min，直至升溫到500℃，保溫4h。

對比例3

與對比例1不同之處在于，對比例3對合金成分進(jìn)行了稍微降低，尤其是Ni和Cu含量。具體工藝如下：

一種增材制造不銹鋼，采用如下制備工藝：

S1、取不銹鋼粉末備用：

粉末成分為C: 0.039 wt%, Si: 0.42 wt%, Mn: 0.53 wt%,Cr: 14.35 wt%, Ni:4.39 wt%,Cu: 3.25 wt%,Nb:0.485 wt%。余者為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。粉末粒徑為15-45 μm，平均直徑23.65 μm，無空心粉，球形度95%以上，未檢測到夾雜物，氧含量為167 ppm；

S2、將步驟S1所述粉末采用3D打印工藝進(jìn)行打印形成打印產(chǎn)品：

3D打印工藝的光斑直徑為100μm，掃描功率為260 W，掃描間距為0.10 mm，掃描速度為550 mm/s，鋪粉厚度為0.02 mm，保護(hù)氣氛為氮氣，所述打印產(chǎn)品致密度為99.4%。

3.對步驟S2形成的打印產(chǎn)品進(jìn)行熱處理：

所述熱處理在馬弗爐中進(jìn)行，熱處理的升溫速率為8 °C/min，直至升溫到480℃，保溫4h。

對各實施例和對比例制備的不銹鋼進(jìn)行測試，得到的性能測試結(jié)果見表1。

表1 本發(fā)明實施例和對比例不銹鋼性能測試結(jié)果

圖1為本發(fā)明增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼相組成與Cr當(dāng)量和Ni當(dāng)量的關(guān)系。由圖1可以看出，以實施例1為例，本發(fā)明實施例1的合金成分的Cr當(dāng)量Cr eq為14.999，Ni當(dāng)量Ni eq為8.35，Cr當(dāng)量、Ni當(dāng)量對應(yīng)的區(qū)域位于馬氏體和奧氏體雙相區(qū)。

圖2為本發(fā)明實施例1不銹鋼的顯微組織結(jié)果，由此可知，顯微組織主要為馬氏體基體，奧氏體含量約25%。其中包含分布于熔池線底部的大塊奧氏體（17%）和分布于馬氏體板條間的薄膜奧氏體（8%）。

圖3為本發(fā)明各實施例和對比例不銹鋼室溫拉伸測試圖。由圖3可知，實施例1的屈服強(qiáng)度為1.31 GPa，比傳統(tǒng)高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼（對比例2）屈服強(qiáng)度高140 MPa；抗拉強(qiáng)度為1.41 GPa，比傳統(tǒng)高強(qiáng)度馬氏體不銹鋼（對比例2）高145 MPa。其斷后伸長率為16.3%，比傳統(tǒng)高強(qiáng)度不銹鋼（對比例2）高3.8%。對比例1未進(jìn)行熱處理的增材制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)馬氏體不銹鋼顯示出17.5%的斷后延伸率。

針對相似成分的傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼進(jìn)行抗拉強(qiáng)度及斷后伸長率統(tǒng)計分析，如圖4可知，實施例1試樣強(qiáng)度和斷后伸長率同步提高，打破了傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼的強(qiáng)塑性倒置矛盾關(guān)系。較高的強(qiáng)度來源于打印過程和時效處理的高密度位錯和納米級多重析出相；較好的塑性主要來源于高含量異質(zhì)結(jié)構(gòu)奧氏體的協(xié)調(diào)變形。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。

增材制造高強(qiáng)韌不銹鋼及其制備工藝.pdf