В последние годы, с непрерывным развитием производственных процессов и технологий, было признано, что азот обладает огромным преимуществом в стабилизации аустенита в стали, сохраняя превосходные немагнитные свойства аустенита. То же самое относится и к изделиям из нержавеющей стали. Кроме того, при непрерывном развитии и применении технологии 3D - печати преимущества высокоазотной нержавеющей стали для инъекционного формования металлов (MIM) в электронной промышленности становятся все более очевидными.

Нержавеющая сталь с высоким содержанием азота заменяет никель

Нержавеющая сталь является одним из величайших изобретений в истории материального развития человечества и теперь проникает во все аспекты производства и жизни человека. Нержавеющая сталь из - за ее превосходной коррозионной стойкости широко используется в различных суровых промышленных условиях в промышленности; В области повседневной жизни он используется для изготовления компонентов или конечных продуктов для различных потребительских товаров (например, посуды) и может поддерживать серебристый металлический блеск в течение длительного времени, любимый потребителями.

На ранних этапах развития нержавеющей стали исследования азотистой нержавеющей стали не привлекли большого внимания. Во - первых, из - за ограничений производственного процесса трудно добавить газообразный азот в стальную воду; Второй вопрос заключался в том, вызывает ли азот хрупкость нержавеющей стали, что в то время было спорным. Только в 1912 году в литературе впервые было зафиксировано значительное влияние азота на механические свойства стали и стабильность аустенита. Позднее, в 1926 году, другое исследование показало, что азот оказывает аналогичное влияние на хром и феррохромовые сплавы. С 1930 - х годов документально зафиксированы исследования по добавлению азота в феррохромовые сплавы для повышения их прочности. Во время Второй мировой войны из - за нехватки никеля изучение возможности замены азота стабильным аустенитом никеля стало горячей точкой. В то время, в дополнение к известному влиянию азота на структуру и прочность нержавеющей стали, было впервые обнаружено положительное влияние азота на коррозионную стойкость нержавеющей стали.

В истории развития высокоазотной стали есть два фактора, которые побудили людей задуматься о значении азота как элемента сплава из нержавеющей стали: во - первых, предложение никеля, важного элемента сплава в нержавеющей стали, постепенно уменьшается; Во - вторых, производство высокопрочной аустенитной нержавеющей стали. Когда метод печи AOD (аргоно - кислородное обезуглероживание) реализует возможность использования азота в качестве элемента сплава, азотное сплавление нержавеющей стали быстро ускоряется. В частности, в аустенитной нержавеющей стали, регулируя содержание азота и марганца вместо никеля, можно производить высококачественную, экономически эффективную высокоазотную нержавеющую сталь, которая может даже снизить содержание никеля до менее 0,1%, что приводит к образованию высокоазотной, не никелевой аустенитной нержавеющей стали.

Аустенитная нержавеющая сталь является одним из самых важных инженерных материалов, из - за ее сильной коррозионной стойкости, высокой растяжимости, немагнитности, широко используется в промышленности. Традиционная аустенитная нержавеющая сталь содержит много никеля. Хотя присутствие никеля стабилизирует аустенитную ткань в стали, есть некоторые проблемы, которые трудно решить. Например, стоимость никеля выше; Присутствие атомов, замещающих твердый раствор в аустенитах, не может эффективно повысить прочность и твердость материала; Плохая биосовместимость и восприимчивость к аллергическим реакциям человека ограничивают его применение в области потребительской электроники и биомедицины.

Для решения этих проблем азот вводится в аустенитную нержавеющую сталь вместо никеля, что приводит к образованию высокоазотной нержавеющей стали. По сравнению с традиционной аустенитной нержавеющей сталью, высокоазотная нержавеющая сталь имеет сравнительные преимущества. Например, азот гораздо стабильнее по аустениту, чем никель. Небольшое количество азота может эффективно стабилизировать аустенитную структуру в нержавеющей стали, уменьшая образование феррита и мартенсита в процессе обработки материала, тем самым поддерживая высокую коррозионную и немагнитную стойкость аустенитной нержавеющей стали. Азот, как зазорный твердый растворимый элемент, может эффективно повышать твердость и прочность аустенита, сохраняя при этом хорошую растяжимость материала. Замена никеля азотом может уменьшить высвобождение никеля из материала, улучшить биосовместимость материала и эффективно повысить стойкость аустенитной нержавеющей стали к точечной и трещинистой коррозии.

Таким образом, высокоазотная аустенитная нержавеющая сталь стала горячей точкой для исследований в последние годы и все чаще используется в промышленности.

Производство высокоазотной нержавеющей стали с использованием технологии MIM

Раннее развитие высокоазотной аустенитной нержавеющей стали в основном основано на технологии литья, которая добавляет азотные элементы в расплавленное состояние металла. Из - за низкой растворимости азота в жидком железе требуется более высокое разделение азота, чтобы растворить достаточное количество азота в стальной жидкости. Однако этот метод требует использования дорогостоящего высокотемпературного и высоковольтного оборудования и имеет определенные риски, которые препятствуют его промышленному продвижению.

По сравнению с этим азот имеет гораздо более твердую растворимость в аустенитах, чем в жидком железе, поэтому порошок из нержавеющей стали может проникать в большее количество азота при низком давлении при твердом состоянии. Это делает порошковую металлургию более экономичным и эффективным способом производства высокоазотной аустенитной нержавеющей стали. Кроме того, использование порошковой металлургии может обеспечить почти чистое формование продукции, уменьшить последующую обработку и получить более однородную организацию и производительность, чем литье.

Технология MIM представляет собой новую технологию почти чистого формования, внедренную технологией инъекционного формования в области порошковой металлургии. В процессе формования металла путем инъекции сначала выбираются подходящие металлические порошки и полимерные связующие вещества, а затем смешиваются и экструзируются в соответствующих технологических условиях для получения однородных частиц. Во - вторых, путем инъекции формования, подача вводится в полость модуля в расплавленном состоянии, образуя участок заготовки. Наконец, связующее вещество в корпусе заготовки удаляется путем обезжиривания, а затем уплотняется путем спекания. Плотность готовой продукции после спекания может достигать 96% - 98% теоретической плотности, а ее механические свойства близки к кузнечному материалу.

Преимущество технологии MIM заключается в том, что она способна производить сложные металлические детали в больших количествах по очень низкой цене. В настоящее время технология MIM может использоваться для производства продуктов из нержавеющей стали с высоким содержанием азота и никеля. В настоящее время наиболее часто используемым в промышленности классом из нержавеющей стали с высоким содержанием азота и никеля, изготовленным с использованием технологии MIM, является PANACEA. Его химический состав (доля массы): углерод 0,2%, азот ≥ 0,65%, хром 16,5% ~ 17,5%, никель ≥ 0,1%, молибден 3,0% ~ 3,5%, марганец 10% ~ 12%, кремний ≥ 0,1%, запас железа. Содержание азота в исходном порошке продукта не превышает 0,3%. Опираясь на технологию спекания, можно увеличить содержание азота до более чем 0,65% и в конечном итоге получить высокопроизводительную высокоазотную без никеля аустенитную нержавеющую сталь. Несмотря на отличные характеристики этой нержавеющей стали, все еще существуют технические препятствия для массового производства. Например, азот в этом материале проникает во время спекания, и контроль его содержания азота требует понимания термодинамики и динамики процесса азотирования; Наличие азота в нержавеющей стали связано с процессом термообработки материала; Поскольку печи для спекания, используемые различными производителями, различны, оптимальные условия спекания должны быть полностью проверены на ранних этапах производства. Все эти факторы затрудняют стабильное производство этого материала.
Высоко азотнаянержавеющая сталь без никеля, изготовленная по технологии MIM, обладает более высокой прочностью и твердостью, чем традиционная аустенитная нержавеющая сталь, отличной коррозионной стойкостью и немагнитностью и является отличным материалом для изготовления конструкционных элементов электронных изделий. Shenzhen Yujiaxin Tech Co., Ltd. использует технологию инъекции металлического порошка для изготовления различных высокоточных и сложных металлических деталей. Обладая богатым опытом в области производства высокоазотной нержавеющей стали без никеля, он стремится преодолеть отраслевые технические барьеры для компонентов высококачественных продуктов, таких как медицинская, промышленная, военная и потребительская электроника. С конца 2017 года Huawei использует этот материал для изготовления кронштейнов для камер для своих флагманских телефонов и прошла через два поколения мобильных продуктов. В настоящее время были произведены четыре кронштейна камеры, каждый из которых поставляет миллионы штук, стал классическим случаем применения литья высокоазотной нержавеющей стали без никеля. С продвижением Huawei все больше и больше компонентов конструкции мобильных телефонов будут выбирать этот высокоазотный материал из аустенитной нержавеющей стали без никеля. Я считаю, что в ближайшем будущем высокоазотная нержавеющая сталь без никеля, изготовленная с использованием технологии MIM, откроет больше возможностей для развития.