[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)奧氏體不銹鋼強化和耐蝕的低溫氣體滲碳方法

無效

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• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102828145A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 潘鄰;張良界;李朋;楊閩紅;朱云峰
• 申請（專利權）人: 武漢材料保護研究所
• 主分類號: C23C8/22
• 分類號: C23C8/22
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權代理有限公司 42104
• 代理人: 何英君

技術領域

本發(fā)明一種實現(xiàn)奧氏體不銹鋼強化和耐蝕的低溫氣體滲碳方法，屬于化學熱處理領域。?

背景技術

奧氏體不銹鋼大量應用于化工、汽車、食品工業(yè)、藥品機械、電器元件、海運及海洋構件、裝飾及生活用品等領域，典型零件如水泵、齒輪、管道、閥門閥座、器皿、餐具等；在所有工業(yè)緊固件中，有一半以上是由不銹鋼制成的。但奧氏體不銹鋼存在一個非常明顯的弱點，即表面強度不高，直接表現(xiàn)為硬度、抗磨損性能、抗疲勞性能低，嚴重影響奧氏體不銹鋼的使用范圍，或是大幅度降低零部件的使用壽命，因此，奧氏體不銹鋼的表面強化問題，成為制約這類材料應用的瓶頸。?

目前，工業(yè)應用的奧氏體不銹鋼表面強化方式主要有離子注入、表面沉積、熱噴涂以及化學熱處理等。這些表面強化技術都不同程度地存在著不足，如，離子注入法存在注入層淺、視覺效應及難以大規(guī)模生產(chǎn)等問題，表面沉積（電沉積、化學沉積、氣相沉積等）和熱噴涂處理存在覆層與基體之間結合力較低的問題，而且，這些方法制備的覆層無法保證完全致密，腐蝕介質(zhì)一旦穿過表層滲入界面，將會造成嚴重的電偶腐蝕；常規(guī)化學熱處理，例如滲碳方法，雖然在奧氏體不銹鋼的表面強化方面有其良好的工業(yè)應用，但是因滲碳而引起奧氏體不銹鋼耐蝕性下降的問題，卻大大限制了滲碳方法在奧氏體不銹鋼領域的應用。?

因此，自上世紀后期，世界范圍的相關領域人員開始探索解決奧氏體不銹鋼滲碳處理中存在的表面強度提高伴生的腐蝕性能下降這對矛盾的方法，尋求提高奧氏體不銹鋼抗磨損性能和耐腐蝕性能的最佳配合處理方法。?

對普通鋼鐵材料而言，滲碳處理均在奧氏體區(qū)域（鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)化的溫度為727℃）進行，一般滲碳溫度在900℃以上，在化學熱處理領域，對于較低溫度下進行的滲碳處理，稱之為低溫滲碳?。?

上世紀七十年代，荷蘭學者B.H.Kolster發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼在較低溫度下滲入碳原子不僅可以大幅度提高不銹鋼的硬度，而且不會造成其耐腐蝕性能的下降。在此之后，歐美等發(fā)達國家開始了奧氏體不銹鋼低溫滲碳技術的研究，其工藝方法包括氣體、鹽浴、離子等多種方法，而真正實現(xiàn)工業(yè)化應用的主要是低溫氣體滲碳工藝。奧氏體不銹鋼低溫滲碳技術在實際工業(yè)應用中存在兩大必須解決的問題：第一，如何高效、簡便地去除奧氏體不銹鋼表面的鈍化膜，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時又不影響后續(xù)加工和應用；其次，低溫條件下碳原子在奧氏體不銹鋼中的擴散系數(shù)很小，必須開發(fā)實用的催滲技術，加快奧氏體不銹鋼低溫滲碳過程，從而提高生產(chǎn)效率。目前應用于奧氏體不銹鋼的低溫滲碳工藝方法主要有兩種，一種是以日本大同北產(chǎn)株式會社的在N₃F氣氛下加熱保持后，于680℃以下溫度進行滲碳處理；另外一種是以美國Swagelok公司為代表的的在250℃采用HCl預處理，升溫到470℃進行滲碳處理。?

日本大同北產(chǎn)株式會社氟法滲碳是在350℃條件下，通過N₃F氣體緩慢分解產(chǎn)生強氧化性氟，高效清除表面鈍化膜，裸露出新鮮的表面后在680℃條件下滲碳。氟法滲碳有兩個不足之處，第一，N₃F在350℃條件下分解產(chǎn)?生強的氧化性氟是一種劇毒、強腐蝕性氣體，對人體造成傷害，因此，對車間、設備要求比較高，其次，奧氏體不銹鋼在低于550℃的溫度進行滲碳處理，滲入的碳原子固溶于奧氏體基體而不以碳化物形式析出，形成一種擴張奧氏體（expanded?austenite）。這種過飽和的C固溶于奧氏體基體，產(chǎn)生點陣畸變，大大提高了它的硬度和磨損抗力。在680℃進行滲碳處理，滲碳過程中可能會產(chǎn)生Cr的碳化物，降低了奧氏體不銹鋼的耐蝕性。?

美國Swagelok公司開發(fā)的奧氏體不銹鋼滲碳工藝是在250℃條件下通入干燥HCl氣體，清除不銹鋼表面鈍化膜，然后在470℃的溫度條件下滲碳處理。該工藝的不足之處是，采用HCl氣體清除不銹鋼表面鈍化膜的同時，會對設備造成腐蝕破壞，減少設備的使用壽命，同時排出HCl氣體也會造成對人體的傷害。?

如上所述，目前常用的兩種奧氏體不銹鋼低溫滲碳都能高效、簡便的去除奧氏體不銹鋼表面鈍化膜，但是采用N₃F氣體對奧氏體不銹鋼進行前處理，分解產(chǎn)生的強氧化性氟屬于劇毒物質(zhì)，對人體造成極大的危害，限制其應用；采用HCl氣體清除不銹鋼表面鈍化膜，容易對設備造成較大的損壞，同時，對人體也會形成傷害。因此，這兩種奧氏體不銹鋼滲碳工藝都有一定的局限性，不能滿足熱處理產(chǎn)業(yè)要求高效、低成本、批量、自動化以及環(huán)境友好的要求。為此，必須開發(fā)新的奧氏體不銹鋼低溫滲碳的工藝，以適應飛速發(fā)展的工業(yè)需求。?

發(fā)明內(nèi)容