Порошок из нержавеющей стали 304l

Обзор

Порошок из нержавеющей стали 304L - это аустенитная хромоникелевая нержавеющая сталь с низким содержанием углерода. Он обладает превосходной коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и свариваемостью и широко используется в порошковой металлургии.

Буква "L" означает пониженное содержание углерода по сравнению со стандартной маркой 304. Низкий уровень углерода минимизирует выпадение карбидов и максимизирует коррозионную стойкость. Порошковая металлургия 304L представляет собой экономически эффективную альтернативу 316L для некритических применений, не требующих легирования молибденом.

В данной статье подробно рассматривается порошок из нержавеющей стали марки 304L: состав, свойства, обработка, применение, технические характеристики, поставщики, стоимость и другие технические подробности.

Состав

Номинальный состав порошка из нержавеющей стали 304L приведен ниже:

Таблица: Типичный состав порошка из нержавеющей стали 304L

Элемент	Вес %
Хром (Cr)	18-20
Никель (Ni)	8-10.5
Марганец (Mn)	<2
Кремний (Si)	<1
Углерод (C)	<0.03
Сера (S)	<0.03
Фосфор (P)	<0.045
Азот (N)	<0.1
Железо (Fe)	Баланс

 

Основными легирующими элементами являются хром и никель. Хром обеспечивает стойкость к коррозии и окислению. Никель повышает пластичность, вязкость и свариваемость.

Марганец и кремний повышают прочность. Углерод содержится в очень низком количестве для обеспечения оптимальной коррозионной стойкости. Примеси серы, фосфора и азота сведены к минимуму.

Свойства

Ниже приведены основные свойства порошка нержавеющей стали 304L в отожженном состоянии:

Таблица: Свойства порошка из нержавеющей стали 304L

Недвижимость	Значение
Плотность	7,9-8,1 г/см3
Предельная прочность на разрыв	505-620 МПа
Предел текучести	205-275 МПа
Удлинение	≥40%
Твердость	≤92 HRB
Модуль упругости	190-210 ГПа
Температура плавления	1400-1450°C
Теплопроводность	16 Вт/м-К
Электрическое сопротивление	0,072 мкΩ-см

 

Совокупность свойств делает 304L весьма полезной для широкого круга применений. Аустенитная микроструктура обеспечивает пластичность, вязкость и немагнитные свойства. 304L обладает превосходной коррозионной стойкостью, сравнимой с нержавеющей сталью 316L.

Выбор порошка с ультранизким содержанием углерода позволяет избежать выпадения карбидов, что обеспечивает максимальную коррозионную стойкость в ответственных областях применения. Прочность и твердость можно повысить холодной обработкой.

Приложения

Типичные области применения порошка из нержавеющей стали 304L включают:

• Оборудование для пищевой промышленности
• Фармацевтическая оснастка
• Компоненты химических установок
• Архитектурные панели, перила
• Медицинские инструменты и имплантаты
• Судовые метизы, фитинги, крепеж
• Потребительские товары, бытовая техника
• Механические детали, изготовленные методом порошковой металлургии
• Порошки для 3D-печати

304L обеспечивает экономически эффективную коррозионную стойкость по сравнению с 316L, когда легирование молибденом не требуется для работы в высокоагрессивных средах. Отличная полируемость и немагнитные свойства также позволяют использовать 304L для изготовления архитектурной облицовки и деталей фурнитуры.

Порошковая металлургия широко используется для изготовления небольших прецизионных деталей из 304L в больших объемах по сравнению с механической обработкой. Аддитивное производство использует порошок 304L для изготовления прототипов, оснастки и конечных компонентов в различных отраслях промышленности.

Производство порошков

Порошок из нержавеющей стали 304L промышленно производится методом газовой атомизации или распыления водой.

В распыление газаПоток инертного газа под высоким давлением расщепляет расплавленный металл на мелкие капли, в результате чего получаются сферические порошки, идеально подходящие для аддитивного производства и MIM. Распределение частиц по размерам контролируется с помощью параметров процесса.

Распыление воды с помощью струй воды под высоким давлением поток металла разбивается на мелкие частицы. При этом образуются частицы неправильной, спутниковой формы. Для аддитивного производства порошок требует последующей обработки.

Плазменное распыление иногда используется для получения очень сферических, чистых порошков из потока металлической плазмы в контролируемой инертной атмосфере. При этом обеспечивается высокая чистота и текучесть.

Технические характеристики порошка

Порошок из нержавеющей стали 304L поставляется в продажу в различных диапазонах размеров, морфологии и уровня качества. Ниже приведены некоторые типичные характеристики порошка:

Таблица: Технические характеристики порошка из нержавеющей стали 304L

Атрибут	Подробности
Размеры частиц	15-45 мкм, 10-100 мкм
Морфология	Сферические, неправильные
Кажущаяся плотность	2,5-4,5 г/см3
Плотность отвода	4-5 г/см3
Расход воздуха в зале	<30 с/50 г
Чистота	>99,5%
Содержание кислорода	<2000 ppm
Содержание влаги	<0,2%

 

Для получения мелких деталей в аддитивном производстве предпочтительны частицы меньшего размера - менее 45 мкм. Сферические частицы обеспечивают хорошую текучесть. Кажущаяся плотность коррелирует с эффективностью упаковки порошка.

Высокая чистота, низкое содержание кислорода и контролируемый уровень влажности обеспечивают качественные спеченные свойства. Порошок, распыляемый газом, обеспечивает наилучшие технические характеристики для ответственных применений.

Стандарты и оценки

Порошок из нержавеющей стали 304L соответствует следующим стандартам:

• ASTM A240 - Стандарт на пластины, листы и полосы из хромистой и хромоникелевой нержавеющей стали
• ASTM A313 - Стандарт на пружинную проволоку из нержавеющей стали
• ASTM A314 - Стандарт на гнутую проволоку из нержавеющей стали
• AMS 5501 - Прутки, проволока, поковки, трубы из нержавеющей стали с низким содержанием углерода
• AMS 5647 - Порошок из нержавеющей стали, распыляемый, 304L

Эквивалентные оценки включают:

• UNS S30403
• Werkstoff № 1.4306
• SUS 304L
• SS2348

Порошки могут быть изготовлены в соответствии со спецификациями ASTM или по индивидуальному заказу для конкретных применений. Порошки с ультранизким содержанием углерода и однократным прессованием обеспечивают оптимальные свойства.

Анализ затрат

Порошок из нержавеющей стали 304L стоит в пределах $15-30 за кг при газовом распылении. Порошок, распыляемый водой, дешевле - $8-15/кг, но имеет меньшую сферичность.

Цены варьируются в зависимости от объема заказа, диапазона размеров частиц, морфологии порошка, степени чистоты и маржи производителя/дистрибьютора.

На готовые детали из 304L приходится 30-60% стоимости MIM-компонентов, в зависимости от размера и сложности детали. Небольшие детали в больших объемах имеют меньшую долю стоимости материала.

Хранение и обработка порошков

Для предотвращения загрязнения и сохранения свойств порошка порошок из нержавеющей стали 304L следует хранить и обрабатывать следующим образом:

• Хранить в герметичной упаковке в сухом прохладном месте
• Используйте продувку инертным газом или вакуум для предотвращения попадания влаги
• Хранить вдали от искр, пламени и источников воспламенения
• Заземлить все оборудование для транспортировки и перемещения порошка
• Избегайте контакта с загрязняющими веществами, такими как масло, смазка, краски и т.д.
• При работе с порошком используйте СИЗ - маску, перчатки, средства защиты глаз

Пролитые порошки следует оперативно убирать с помощью неискрящих инструментов и пылесоса HEPA. Порошки умеренно чувствительны к воздействию влаги и воздуха. Правильное хранение является ключевым фактором.

Литье металлов под давлением

304L широко используется для литья под давлением небольших сложных деталей с применением порошковой металлургии. К ключевым моментам относятся:

• Сырье: 60-68% загрузка порошка с многокомпонентной системой связующего
• Формовка: Высокий размер дроби, высокая скорость впрыска, высокое давление удержания
• Дебиндинг: Отделение растворителя с последующим термоотделением
• Спекание: 1350-1400°C в атмосфере водорода или вакуума
• Вторичные операции: Обработка, лазерная маркировка, пассивация, электрополировка

Сервисные бюро MIM разработали оптимальные методы изготовления высокопроизводительных деталей из 304L, свойства которых в спеченном состоянии приближаются к свойствам деформируемого материала.

Проектирование для АМ

При аддитивном производстве с использованием порошка из нержавеющей стали 304L основные рекомендации по проектированию включают:

• Поддерживать толщину стенок более 1 мм
• Использование самонесущих геометрических форм с углами более 45°
• Предусмотрены дренажные отверстия для удаления нерасплавившегося порошка
• Наблюдение за влиянием ориентации здания на свойства
• Учет усадки 20-25% при проектировании сопрягаемых деталей
• Предусмотрены припуски на обработку 0,5-1 мм для критических посадок
• Уменьшение выступов, мостиков, мелких деталей, требующих опор

Контроль качества

Контроль качества порошка из нержавеющей стали 304L включает в себя:

• Химический анализ - ICP и OES для проверки состава
• Анализ размеров частиц - Лазерно-дифракционный анализатор размеров частиц
• Морфология порошка - СЭМ-изображение при больших увеличениях
• Кажущаяся плотность и плотность отвода - метод расходомера Холла
• Расход порошка - метод воронки с расходомером Холла
• Потери при прокаливании - гравитационная печь ASTM E sin
• Анализ влажности - титрование по Карлу Фишеру, анализ LECO

Для спеченных MIM-деталей испытания включают:

• Допуски на размеры - контроль на КИМ
• Плотность - метод Архимеда
• Микроструктура - оптическая микроскопия, анализ изображений
• Механические испытания - твердость, растяжение, усталость, удар по Шарпи

Здоровье и безопасность

Как и большинство порошков и деталей из нержавеющей стали, 304L не представляет особого риска для здоровья при правильном обращении:

• При работе с порошком используйте СИЗ - маску, перчатки, защитные очки
• Избегайте контакта с кожей для предотвращения сенсибилизации
• Для уборки пыли и порошка используйте пылесос с HEPA-фильтром
• Избегайте вдыхания сварочных или плавильных паров
• Утилизация в соответствии с местными экологическими нормами
• При шлифовании или обработке спеченных деталей обеспечьте надлежащую вентиляцию и защиту органов дыхания

Для 304L не требуется специальных мер по утилизации. При соблюдении соответствующих процедур она представляет минимальную опасность для работников и окружающей среды.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем разница между порошками из нержавеющей стали 304 и 304L?

   В 304L содержание углерода ниже (<0,03%), чем в 304 (<0,08%), что обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, особенно при сварке. 304 более распространен.

2. Требуется ли для порошка 304L контролируемая атмосфера?

   Не обязательно, но хранение в герметичных контейнерах с инертным газом предотвращает окисление и загрязнение.

3. Какой размер частиц лучше всего подходит для АМ?

   Размер 15-45 мкм является типичным для АМ с порошковым напылением, обеспечивающим хорошую текучесть и высокое разрешение. Используются и более крупные размеры 45-100 мкм.

4. Используется ли 304L для 3D-печати металлов?

   Да, 304L широко используется в порошковой 3D-печати и 3D-печати методом направленного энергетического осаждения для изготовления прототипов, оснастки и конечных деталей.

5. Что приводит к окислению порошка и потере возможности его повторного использования?

   Воздействие воздуха/влаги приводит к окислению поверхности. Правильное герметичное хранение с использованием влагопоглотителей и поглотителей кислорода предотвращает это.

6. Требует ли 304L отжига в растворе после лазерного спекания?

   Да, снятие напряжений при температуре 1050-1150°С и быстрое охлаждение способствуют восстановлению пластичности и вязкости после быстрого затвердевания.

7. Какую чистоту можно ожидать от деталей из MIM 304L, подвергнутых спеканию?

   Первоначально Ra 3-6 мкм. Полировка и травление позволяют достичь менее 0,5 мкм. Покрытие также дает гладкую поверхность.

8. Какие допуски могут быть достигнуты при изготовлении деталей из 304L MIM?

   Типичным является ±0,1-0,3%, но для высокоточных компонентов возможны допуски менее ±0,1%.

9. Почему сталь 304L предпочтительнее нержавеющей стали 304?

   Более низкий уровень углерода придает 304L лучшую коррозионную стойкость, особенно при сварке, снижая сенсибилизацию. Эта марка стала доминирующей.

10. Какова стоимость порошка 304L по сравнению с порошком 304?

    Как правило, 10-30% дороже 304L из-за более низкого содержания углерода. Цена также зависит от количества заказанных изделий.