通过联合脱氧和热处理方法制备高性能激光定向能量沉积Fe–Cr–Ni–Co–Mo马氏体时效不锈钢

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Achieving High-Performance Laser-Directed Energy Deposited Fe–Cr–Ni–Co–Mo Maraging Stainless Steel by Combined Deoxidation and Heat Treatment Methods

激光增材制造马氏体不锈钢的微观结构与力学性能研究。通过Ti-Fe复合脱氧、Ti-Al-Zr联合脱氧三种工艺，分析了不同脱氧剂含量对LDED-MSS热处理前后显微组织（马氏体/残留奥氏体/纳米Fe?Mo颗粒）、夹杂物类型（氧化物/TiN/MnS复合夹杂）及力学性能（强度~1200MPa，冲击韧性提升）的影响，发现热处理促进晶粒细化并协同强化机制，而Zr添加（0.003-0.026wt%）通过减少夹杂物数量提高冲击韧性。

　　

摘要

马氏体时效不锈钢（MSS）因其高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性而在航空航天和压力容器领域得到广泛应用。微观结构设计与联合脱氧是开发高性能合金钢的重要策略。然而，长期以来，关于非金属夹杂物的演变行为及其对增材制造MSS机械性能的影响仍缺乏明确结论。本研究探讨了采用不同脱氧剂含量的三种原材料通过激光定向能量沉积（LDED）工艺制备的MSS的微观结构、夹杂物特征及机械性能。结果表明，经As脱氧处理的MSS样品主要由马氏体组成，其中含有少量残留奥氏体。经过热处理（HT）后，样品形成细小且等轴的晶粒，其中包含细小的马氏体团块/簇以及分散的Fe₂Mo纳米颗粒。热处理后的MSS样品强度提升至约1200 MPa，这主要归因于Hall–Petch强化和沉淀强化的协同作用。AD处理样品中的夹杂物为氧化物，而HT处理样品中的夹杂物为复合夹杂物，由氧化物、TiN和MnS组成。热处理后夹杂物略有粗化，但其数量密度保持不变。与HT处理样品（MSS-I）相比，通过Ti–Al–Zr联合脱氧处理（Zr含量分别为0.003 wt pct和0.026 wt pct）的HT MSS-LZr和HT MSS-HZr样品具有更高的冲击韧性，这得益于夹杂物数量的减少。这些研究结果阐明了联合脱氧和热处理在调控微观结构及提升LDED制备MSS机械性能中的关键作用。