[發明專利]一種16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝

在審

• 申請號: 201710641884.2
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN109321867A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 王昊杰;王昭東;田勇;李勇
• 申請（專利權）人: 東北大學;沈陽東博熱工科技有限公司
• 主分類號: C23C8/22
• 分類號: C23C8/22;C21D1/18;C21D1/26
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，將試樣在真空低壓滲碳爐中進行奧氏體化，加熱工藝為三段加熱工藝：加熱速率為5～15℃/min，分別在650±5℃保溫時間30～60min和850±5℃保溫時間30～60min，930±5℃保溫0.5～1.5h在真空低壓滲碳爐內進行滲碳；隨后采用爐冷方式降溫至920±5℃保溫30min；最終采取油淬方式進行冷卻至室溫。

2.按照權利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，真空低壓滲碳爐進行930±5℃滲碳參數為：滲碳和擴散交替進行，滲碳時乙炔壓力為250～350Pa，乙炔流量為5～25L/min，擴散時氮氣壓力為60～80Pa。

3.按照權利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，真空低壓滲碳爐進行930±5℃滲碳時，乙炔壓力為250～350Pa，乙炔流量為5～25L/min。

4.按照權利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，淬火介質為真空淬火油，淬火時間10～20min。

5.按照權利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，真空低壓滲碳之前，將試樣放入真空低壓滲碳爐內，將其加熱到900～1000℃進行退火處理，隨后將試樣加工成圓片，圓片用于后續真空低壓滲碳熱處理。

6.按照權利要求1所述的16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，工藝模型中關鍵過程參數測定如下，其中：

(1)碳通量分段標定測定

將圓片試樣分別滲碳時間30s、60s、90s、120s，滲碳后的材料用天平進行稱重，分別對滲碳不同時刻的試樣進行碳通量的測定，獲得碳通量隨滲碳變化曲線；

(2)擴散系數

通過對試樣進行反算，考慮Nb和W元素在滲碳過程中與碳原子親和力較大，容易形成碳化物，減弱碳原子的擴散系數，且形成的碳化物會阻礙碳原子的擴散通道，所以對式1進行優化，針對16Cr3NiWMoVNbE鋼優化Nb和W的綜合影響因子，其合金系數表達式為公式2：

D＝(0.000047×exp(-1.6·C)·exp(-(37000-6600·C)/R·T))·q (1)

q＝q₀-q_(Nb,W) (3)

其中，D為擴散系數，q為合金系數，q₀為優化的合金系數；q_(Nb,W)為Nb和W的綜合影響因子的合金系數；

公式(1)、(2)為行業內普遍使用的經驗公式，公式(3)是在基于這兩個公式基礎上，針對16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳時特殊使用的公式，為實驗過程中研究得到；其中：q_(Nb,W)綜合影響因子是根據實驗測定的深層深度結果和預測結果進行對比，通過滲碳工藝模型反算得到。

7.按照權利要求6所述的16Cr3NiWMoVNbE鋼真空低壓滲碳工藝，其特征在于，碳通量分段標定測定時，隨著滲碳時間的延長，平均碳通量也隨之下降，隨著滲碳的進行，碳濃度梯度逐漸降低，單位時間內進入試樣表面的碳原子數減少；在滲碳初期30秒內，氣固界面碳濃度梯度較大，運用分段平均法測定得到的碳通量是整體平均法測定得到的碳通量的2.5倍，相應的滲碳時間將減少60％，分段設定碳通量避免第一個脈沖帶來的影響，對后續脈沖時間會實現更精確的控制。