Przegląd proszków ze stali nierdzewnej

Proszek ze stali nierdzewnej jest wszechstronnym materiałem o zastosowaniach w wielu branżach. Niniejszy przewodnik zawiera kompleksowy przegląd proszków ze stali nierdzewnej, w tym metod produkcji, gatunków, właściwości, zastosowań i nie tylko.

Przegląd proszków ze stali nierdzewnej

Proszek ze stali nierdzewnej odnosi się do cząstek stali nierdzewnej w postaci proszku. Jest on wytwarzany przez rozpylanie lub redukcję stali nierdzewnej do postaci drobnego proszku do różnych celów przemysłowych.

Niektóre kluczowe właściwości i zalety proszku ze stali nierdzewnej obejmują:

• Wysoka wytrzymałość i trwałość
• Odporność na korozję i zużycie
• Możliwość spiekania w złożone kształty
• Zakres pierwiastków stopowych do dostosowania właściwości
• Możliwość recyklingu
• Efektywność kosztowa

Proszek ze stali nierdzewnej jest używany w takich zastosowaniach, jak drukowanie 3D, powlekanie powierzchni, lutowanie twarde, spawanie, części do metalurgii proszków i nie tylko. Wielkość globalnego rynku proszków ze stali nierdzewnej wyniosła ponad $1 miliarda w 2021 roku i przewiduje się, że wzrośnie przy CAGR ponad 8% od 2022 do 2030 roku.

Rodzaje Proszek ze stali nierdzewnej

Istnieją różne gatunki i rodzaje proszku ze stali nierdzewnej podzielone na kategorie według mikrostruktury, pierwiastków stopowych, właściwości i zamierzonych zastosowań.

Typ	Opis	Skład	Właściwości	Zastosowania
Austenityczny	Niemagnetyczny, wyższa odporność na korozję	Cr, Ni, Mo	Ciągliwy, niehartowalny	Motoryzacja, architektura, chemia
Martenzytyczny	Magnetyczny, większa wytrzymałość	Cr, niższy Ni	Hartowność, mniejsza odporność na korozję	Sztućce, narzędzia chirurgiczne, zawory
Ferrytyczny	Magnetyczny, niższy koszt	Cr, bez Ni	Mniej plastyczny, umiarkowanie odporny na korozję	Motoryzacja, urządzenia, zastosowania przemysłowe
Dupleks	Równowaga wytrzymałości i odporności na korozję	Cr, Ni, Mo, N	Dobra spawalność, wyższy koszt	Przetwórstwo chemiczne, ropa i gaz, przemysł morski, papierniczy
Utwardzanie przez wytrącanie	Hartowny gatunek martenzytyczny	Cr, Ni, Cu, Al	Wysoka wytrzymałość po starzeniu	Lotnictwo i kosmonautyka, wytwarzanie energii

Proces produkcji proszku ze stali nierdzewnej

Proszek ze stali nierdzewnej może być wytwarzany różnymi metodami. Główne procesy produkcyjne obejmują:

Atomizacja - Stopione stopy stali nierdzewnej są rozpylane na drobne kropelki, które zestalają się w cząstki proszku. Stosowane są metody atomizacji wodnej, gazowej, plazmowej lub odśrodkowej. W ten sposób powstają sferyczne, rafinowane proszki idealne do druku 3D.

Elektroliza - Obiekt ze stali nierdzewnej jest zawieszony jako anoda w ogniwie elektrolitycznym. Tlen generowany na anodzie reaguje ze stalą, tworząc proszek tlenków żelaza i chromu.

Frezowanie - Złom stali nierdzewnej jest mechanicznie mielony do postaci nieregularnego, kanciastego proszku, dobrze nadającego się do prasowania w kompakty. Niższy koszt, ale szerszy rozkład wielkości cząstek.

Redukcja - Tlenki stali nierdzewnej są redukowane przy użyciu wodoru lub tlenku węgla w celu uzyskania drobnego proszku stali nierdzewnej.

Formowanie wtryskowe metali - Surowiec w postaci proszku ze stali nierdzewnej i spoiwa jest formowany wtryskowo, a następnie spiekany w celu uzyskania złożonych części o kształcie siatki.

Każda metoda pozwala uzyskać proszki o różnych rozmiarach, kształtach, czystości i kosztach. Proces produkcji jest dostosowany do danego zastosowania.

Gatunki proszku ze stali nierdzewnej

W handlu dostępne są różne standardowe gatunki stali nierdzewnej w proszku. Typowe pierwiastki stopowe obejmują chrom, nikiel, molibden, mangan i azot. Oto niektóre z najczęściej używanych gatunków:

• 304/304L - najpopularniejszy gatunek, doskonała odporność na korozję
• 316/316L - Dodatek molibdenu zapewnia odporność na korozję wżerową/szczelinową
• 410 - podstawowy gatunek martenzytyczny, ogólnego przeznaczenia
• 420 - wyższa zawartość węgla, stosowana do narzędzi skrawających
• 17-4PH - gatunek martenzytyczny utwardzany wydzieleniowo, dobra wytrzymałość
• 15-5PH - utwardzanie wydzieleniowe, wyższa wytrzymałość i twardość
• Gatunki niestandardowe - zoptymalizowany skład do spiekania, drukowania 3D itp.

Właściwości proszku ze stali nierdzewnej

Kluczowe właściwości proszku ze stali nierdzewnej obejmują:

Wielkość cząstek - Zwykle od 5 do 150 mikronów. Węższa dystrybucja poprawia spiekanie.

Morfologia - Kształt jest kulisty dla atomizacji, nieregularny dla frezowania. Wpływa na przepływ i gęstość upakowania.

Gęstość pozorna - Zazwyczaj od 40 do 50% rzeczywistej gęstości wskazującej na porowatość między cząstkami.

Płynność - Ważne dla wypełniania matryc. Ulepszony przez sferyczne cząstki i dodatki.

Ściśliwość - Stopień zagęszczenia po zagęszczeniu. Krytyczny dla spiekania.

Spiekalność - Zdolność do łączenia się w gęstą masę po podgrzaniu. Wpływ na czystość, rozmiar, kształt.

Skład stopu - Określa właściwości, takie jak wytrzymałość, odporność na korozję, odporność na zużycie itp.

Kontrolując charakterystykę i skład proszku, właściwości gotowych spiekanych części można dostosować do potrzeb aplikacji.

Zastosowania Proszek ze stali nierdzewnej

Niektóre z głównych zastosowań proszku ze stali nierdzewnej obejmują:

Druk 3D

Druk 3D, znany również jako produkcja addytywna, tworzy części warstwa po warstwie z proszku ze stali nierdzewnej przy użyciu energii lasera lub wiązki elektronów. Korzyści obejmują swobodę projektowania, zmniejszenie ilości odpadów, szybkie prototypowanie i masową personalizację. Popularne metody obejmują bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS), selektywne topienie laserowe (SLM) i topienie wiązką elektronów (EBM).

Metalurgia proszków

W metalurgii proszków proszek ze stali nierdzewnej jest zagęszczany, a następnie spiekany w celu wytworzenia wysokowydajnych części, takich jak koła zębate, filtry i komponenty samochodowe. Umożliwia masową produkcję złożonych kształtów przy niskich kosztach i minimalnej ilości odpadów materiałowych.

Powłoki powierzchniowe

Powłoki proszkowe ze stali nierdzewnej są nakładane metodą natrysku termicznego lub napawania laserowego. Zapewniają odporność na zużycie, ochronę antykorozyjną, barierę termiczną i przewodność elektryczną na powierzchniach komponentów pracujących w wymagających warunkach.

Lutowanie twarde i miękkie

Pasta proszkowa ze stali nierdzewnej może być stosowana jako wypełniacz do łączenia elementów ze stali nierdzewnej wymagających różnych połączeń materiałowych lub dużych szczelin. Lutowanie zapewnia mocne połączenia w wysokich temperaturach.

Spawanie

Specjalistyczne druty proszkowe z rdzeniem topnikowym ze stali nierdzewnej są stosowane do spawania materiałów ze stali nierdzewnej, poprawiając wytrzymałość spoiny i odporność na korozję w porównaniu do drutów litych. Rdzeń proszkowy zawiera pierwiastki stopowe.

Granulowany węgiel aktywny

Proszek ze stali nierdzewnej jest dodawany podczas produkcji węgla aktywnego w celu zwiększenia wytrzymałości mechanicznej i odporności na ścieranie w zastosowaniach związanych z uzdatnianiem wody.

Inne aplikacje niszowe

Proszek ze stali nierdzewnej znajduje również zastosowanie w produkcji narzędzi diamentowych, prekursorów nanomateriałów, ekranowania elektromagnetycznego, produkcji rdzeni stalowych i materiałów ciernych.

Jak wybrać proszek ze stali nierdzewnej

Wybór odpowiedniego proszku ze stali nierdzewnej zależy od takich czynników jak

• Przeznaczenie - Określa to wymagane właściwości proszku i gatunek stopu. Na przykład proszek 316L zapewniający odporność na korozję lub stal maraging zapewniająca wytrzymałość.
• Proces produkcji - Rozpylony, zmielony lub zmieszany proszek dostosowany do AM, prasowania, natryskiwania termicznego itp.
• Rozmiar i kształt cząstek - Sferyczny i drobny proszek o wielkości około 20 mikronów do AM w porównaniu z nieregularnym, większym proszkiem do prasowania.
• Poziom czystości - Wysoka czystość powyżej 99,5% jest niezbędna do zastosowań krytycznych, takich jak implanty medyczne.
• Gęstość pozorna - Wyższa gęstość powyżej 3 g/cc jest pożądana dla lepszego płynięcia i zagęszczania.
• Koszt - Ceny wahają się od $50-$150 za kg w zależności od gatunku, czystości, charakterystyki cząstek i wielkości zakupu.

Do wiodących światowych dostawców należą Sandvik, Höganäs, Carpenter Powder Products, Praxair Surface Technologies i CNPC Powder, którzy mogą dostarczyć proszki zoptymalizowane pod kątem konkretnych wymagań. Najlepiej jest ściśle konsultować się z dostawcami podczas opracowywania nowych produktów.

Porównanie procesów produkcji proszków ze stali nierdzewnej

Proces	Morfologia cząsteczek	Wielkość cząstek	Czystość	Koszt	Zastosowania
Atomizacja gazu	Kulisty	5 - 150 μm	Wysoki	Średni	Produkcja addytywna, powlekanie powierzchni
Rozpylanie wody	Nieregularny, kulisty	20 - 300 μm	Średni	Niski	Części tłoczone i spiekane, powłoki
Powietrzna atomizacja plazmowa	Głównie kulisty	10 - 150 μm	Średni	Średni	Formowanie wtryskowe metali, tłoczenie
Atomizacja odśrodkowa	Kulisty	20 - 150 μm	Wysoki	Wysoki	Produkcja addytywna
Frezowanie mechaniczne	Nieregularny, kanciasty	1 - 350 μm	Niski	Niski	Prasy i części spiekane
Elektroliza	Dendrytyczny, nieregularny	1 - 150 μm	Średni	Średni	Powlekanie powierzchni, metalurgia proszków
Redukcja metalu	Nieregularny, porowaty	10 - 150 μm	Niski	Niski	Prasy i części spiekane

Instalacja zakładu produkcji proszków ze stali nierdzewnej

Instalacja instalacji do produkcji proszków ze stali nierdzewnej wymaga zwrócenia uwagi na takie czynniki, jak

• Wybór miejsca - Odpowiednia przestrzeń na sprzęt, przechowywanie surowców i produktów, media, oczyszczanie ścieków. Łatwy dostęp dla transportu.
• Narzędzia - Zasilanie elektryczne, woda technologiczna, sprężone powietrze, przewody gazu obojętnego.
• Fundacja - Mocny betonowy fundament dla rozpylaczy, młynów i pieców redukcyjnych. Wsporniki tłumiące drgania.
• Maszyny - Instalowanie kluczowego sprzętu, takiego jak piece wysokotemperaturowe, komory rękawicowe, rozpylacze, młyny, cyklony, sita zgodnie z instrukcjami producenta.
• Systemy pomocnicze - Obsługa materiałów, odpylanie, oczyszczanie gazów, utylizacja odpadów, sterowanie i automatyzacja.
• Bezpieczeństwo - Przeciwwybuchowa instalacja elektryczna, gaszenie pożaru, odpowiednia wentylacja, środki ochrony indywidualnej do pracy z proszkami metali.
• Uruchomienie - Próbne serie produkcyjne w celu sprawdzenia jakości proszku, szybkości produkcji, bezpiecznego obchodzenia się z materiałami, zgodności z przepisami ochrony środowiska.
• Certyfikacja - Rejestracja systemu jakości ISO 9001. Certyfikaty branżowe ASME, ASTM itp.

Prawidłowa instalacja i uruchomienie przez doświadczonych specjalistów zapewnia bezpieczną, zoptymalizowaną pracę i maksymalną wydajność produkcyjną instalacji proszkowej ze stali nierdzewnej.

Obsługa i konserwacja urządzeń proszkowych ze stali nierdzewnej

Aby uzyskać stałą jakość i wydajność proszku ze stali nierdzewnej, główne wytyczne dotyczące obsługi i konserwacji obejmują:

• Przestrzeganie standardowych procedur operacyjnych dotyczących uruchamiania, wyłączania, planowania partii, obsługi materiałów, systemów bezpieczeństwa i monitorowania środowiska.
• Monitoruj kluczowe parametry procesu, takie jak temperatura, ciśnienie, natężenie przepływu, zużycie energii i utrzymuj je w zoptymalizowanych granicach.
• Pobieranie reprezentatywnych próbek partii proszku i testowanie ich pod kątem rozmiaru, kształtu, składu chemicznego, gęstości i płynności zgodnie z normami ASTM.
• Wykonywanie zgodnie z harmonogramem konserwacji zapobiegawczej pieców, przewodów gazowych, rozpylaczy, cyklonów, młynów młotkowych, sit itp.
• Sprawdzić sprzęt obrotowy, taki jak silniki, przekładnie, wirniki pod kątem wibracji, hałasu i nasmarować łożyska.
• Częsta kalibracja oprzyrządowania, takiego jak manometry, RTD, przepływomierze w celu zapewnienia dokładności.
• Kontrola materiałów ogniotrwałych i elementów grzewczych w piecach oraz ich naprawa/wymiana w razie potrzeby w celu uniknięcia nieplanowanych awarii.
• Zapewnienie skutecznego działania systemów odpylania w celu zminimalizowania zagrożenia wybuchem. Przestrzeganie procedur SOP dotyczących sprzątania.
• Okresowe audyty systemów bezpieczeństwa procesowego, takich jak wyłączniki awaryjne, wykrywanie pożaru/gazu, wentylacja.

Dzięki przeszkolonemu personelowi i starannym procedurom konserwacji, zakłady produkcji proszków ze stali nierdzewnej mogą działać przez lata bez większych problemów.

Jak wybrać dostawcę proszku ze stali nierdzewnej

Wybierając dostawcę proszku ze stali nierdzewnej, należy wziąć pod uwagę kluczowe czynniki:

• Specyfikacja proszku - Możliwość dostarczenia wymaganego gatunku, rozmiaru/kształtu cząstek, poziomu czystości, gęstości i charakterystyki przepływu.
• Certyfikaty jakości - Dostawca powinien posiadać akredytację ISO 9001, AS9100, Nadcap oraz odpowiednią dokumentację jakościową.
• Wiedza techniczna - Wiedza z zakresu metalurgii umożliwiająca dostosowanie proszku do konkretnych zastosowań i zapewnienie wsparcia w tym zakresie.
• Możliwości produkcyjne - Wykorzystanie nowoczesnej technologii atomizacji, mielenia i przesiewania w celu spójnej produkcji proszków.
• Możliwości testowania - W pełni wyposażone laboratorium do kompleksowego testowania i charakteryzacji proszków zgodnie z międzynarodowymi standardami.
• Kompetencje w zakresie badań i rozwoju - Zaangażowanie w badania i rozwój nowych produktów dla nowych zastosowań, takich jak AM.
• Obsługa klienta - Terminowa reakcja na zapytania, zamówienia i prośby. Jasne warunki dotyczące cen, dostawy i zwrotów.
• Zgodność z przepisami - Dokumentacja, taka jak karty charakterystyki substancji niebezpiecznych, certyfikaty zgodności z przepisami dotyczącymi ochrony środowiska.
• Sieć logistyczna - Zdolność do bezpiecznego transportu materiałów w opakowaniach zgodnych z przepisami dotyczącymi ładunków niebezpiecznych.

Do wiodących światowych dostawców proszków ze stali nierdzewnej należą Sandvik, Carpenter Powder Products, Hoganas, Praxair Surface Technologies i CNPC Powder.

Plusy i minusy Proszek ze stali nierdzewnej

Plusy	Wady
Doskonała wytrzymałość i odporność na korozję	Stosunkowo wysoki koszt w porównaniu ze stalą węglową
Możliwość formowania złożonych kształtów poprzez spiekanie i AM	Niższa przewodność cieplna niż w przypadku innych metali
Szeroka gama gatunków do różnych zastosowań	Wymaga wykończenia powierzchni w celu poprawy estetyki
Wysoce konfigurowalne właściwości dzięki dodatkom stopowym	Trudne do obróbki w niektórych utwardzonych gatunkach
Łatwy do dezynfekcji w celu zapewnienia higieny w zastosowaniach spożywczych/medycznych	Może podlegać korozji wżerowej w niektórych środowiskach
Dobre właściwości w wysokich temperaturach	Nie przewodzi prądu elektrycznego/magnetycznego jak inne metale
100% nadaje się do recyklingu i jest przyjazny dla środowiska	Wymagana specjalna obsługa ze względu na reaktywność drobnego proszku
Ugruntowane metody produkcji o wysokiej dostępności	Ograniczona liczba wykwalifikowanych dostawców na całym świecie

Proszek ze stali nierdzewnej vs. ciało stałe ze stali nierdzewnej

Parametr	Proszek ze stali nierdzewnej	Stałe elementy ze stali nierdzewnej
Stan	Postać drobnego proszku	Pełne pręty, płyty i rury
Produkcja	Atomizacja, elektroliza, mielenie	Odlewanie, walcowanie, obróbka wlewków ze stali nierdzewnej
Skład	Często niestandardowe stopy	Standardowe gatunki serii 300/400
Zastosowania	Produkcja addytywna, metalurgia proszków	Ogólna produkcja elementów spawanych i gotowych komponentów
Właściwości	Drobne ziarno, bez naprężeń	Grubsze ziarna, możliwe naprężenia
Przetwarzanie	Zagęszczanie i spiekanie	Gięcie, obróbka skrawaniem, spawanie, obróbka cieplna
Koszt	$50-150 za kg	$3-10 za kg dla klas towarowych
Dostępność	Ograniczona liczba dostawców	Łatwo dostępne na całym świecie
Czas realizacji	Może być długi w przypadku zamówień niestandardowych	Krótsze czasy realizacji dla standardowych gatunków

FAQ

P: Jakie są najpopularniejsze gatunki proszku ze stali nierdzewnej?

O: 304, 304L i 316L to najpopularniejsze gatunki austenityczne, natomiast 410 i 17-4PH to powszechnie stosowane gatunki martenzytyczne. Dostępne są również niestandardowe stopy zoptymalizowane pod kątem zastosowań AM lub spiekania.

P: Jaki jest typowy zakres wielkości cząstek proszku ze stali nierdzewnej?

O: Rozmiary cząstek mogą wahać się od około 1 mikrona do ponad 150 mikronów. Jednak rozmiar 10-45 mikronów jest powszechny w wielu zastosowaniach, takich jak MIM, AM i prasowanie.

P: Jak odporność na korozję wpływa na części ze stali nierdzewnej wykonane metodą metalurgii proszków?

O: Części P/M mogą wykazywać nieco niższą odporność na korozję niż formy kute ze względu na resztkową porowatość, jeśli nie są w pełni zagęszczone. Właściwe spiekanie i wykończenie minimalizuje ten efekt.

P: Co powoduje utlenianie powierzchni podczas pracy z proszkiem ze stali nierdzewnej?

Drobny proszek ze stali nierdzewnej może łatwo utleniać się pod wpływem powietrza. Zaleca się stosowanie próżni lub atmosfery gazu obojętnego, aby zapobiec utlenianiu.

P: Jaka jest obrabialność i skrawalność stali nierdzewnych P/M w porównaniu z formami kutymi?

O: Stal nierdzewna P/M jest mniej plastyczna i podatna na obróbkę niż formy kute ze względu na porowatość i wyższą twardość. Zielona obróbka proszków przed spiekaniem poprawia wykończenie.

P: Jaki jest typowy wskaźnik produkcji komercyjnych proszków ze stali nierdzewnej?

Szybkość produkcji zależy od wielkości sprzętu i procesu. Typowe zakłady średniej skali produkują 100-300 kg/godz. proszku ze stali nierdzewnej.

P: Jakie środki ostrożności są wymagane podczas pracy z proszkiem ze stali nierdzewnej?

O: Unikać wdychania pyłu, stosując maski oddechowe. Zapewnić odpowiednią wentylację, uziemienie i iskrobezpieczne oświetlenie, aby zapobiec wybuchom pyłu. Stosować odsysanie pyłu i środki ochrony indywidualnej.

Wnioski

Proszek ze stali nierdzewnej oferuje wyraźne korzyści w zakresie wytrzymałości, odporności na korozję i elastyczności produkcji. Dzięki zróżnicowanym metodom produkcji, gatunkom stopów, właściwościom cząstek i zastosowaniom, proszek ze stali nierdzewnej zapewnia inżynierom projektantom rozszerzone możliwości opracowywania innowacyjnych komponentów przy użyciu metalurgii proszków i technik addytywnych. Wybierając odpowiedni proszek, metodę produkcji i parametry procesu, proszek ze stali nierdzewnej może zapewnić doskonałą wydajność w najbardziej wymagających warunkach w różnych branżach.

poznaj więcej procesów druku 3D