[發明專利]一種提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性的方法

在審

• 申請號: 202111604069.1
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114317898A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉瑞良;李凌澤;宋天宇;邊城鑫;石宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C21D1/00
• 分類號: C21D1/00;C21D1/26;C23C8/22;C23C8/26;C23C8/32;C23C8/38
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性的方法，涉及一種提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性的方法。目的是解決采用常規的表面強化工藝處理得到的鐵素體不銹鋼的耐磨性差、或者耐磨性提高后耐腐蝕性降低等問題。方法：固溶處理，退火處理，低溫熱擴滲處理，所述低溫熱擴滲處理工藝為低溫滲氮、低溫氮碳共滲、低溫碳氮共滲、低溫滲碳。本發明首先采用優化的固溶+退火熱處理工藝，獲得無σ析出相、組織均勻化的退火態組織，此后采用低溫熱擴滲處理制備低溫熱擴滲改性層，在提高鐵素體不銹鋼硬度和耐磨性的同時，提升鐵素體不銹鋼的耐蝕性，本發明工藝簡單、處理溫度低、能耗低。本發明適用于提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性能。

技術領域

本發明涉及一種提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性的方法。

背景技術

鐵素體不銹鋼含鉻量在12～30wt.％之間，具有體心立方晶體結構，這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Al、Mo、Ti、Nb等元素，其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，屬于這一類的有1Cr17、1Cr17Mo2Ti、0Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。由于我國鎳資源比較匱乏，并且，國際上鎳資源價格波動幅度大，這極大地加速了不含鎳的鐵素體不銹鋼地發展。根據不銹鋼的純凈度，特別是碳、氮雜質含量可分為普通鐵素體不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼。鐵素體不銹鋼因其含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差，主要應用于化工、造紙、電力等行業。一般作為受力不大的耐酸結構鋼或抗氧化鋼，如汽車排氣系統，洗衣機滾筒，化工設備的容器、管道和卡套等。另外，鐵素體不銹鋼熱處理后容易出現σ析出相(σ析出相為含45wt.％Cr的Fe-Cr金屬間化合物，無磁性，硬而脆)，存在475℃脆性和925℃以上高溫脆性，缺口敏感性及較高的晶間腐蝕傾向，焊接性較差等缺點，在工業應用上受到一定限制。另外，鐵素體不銹鋼卡套等存在摩擦磨損的零部件存在耐磨性差的問題，影響管道系統的使用壽命。目前對鐵素體不銹鋼的研究主要集中在新型鐵素體不銹鋼材料的開發，研究元素種類和含量對鐵素體不銹鋼強度和耐磨性能的影響。

表面改性處理可有效地改善不銹鋼材料表面性能，是提高不銹鋼的強度、耐磨性能以及提高耐腐蝕性能的有效手段。對鐵素體不銹鋼，主要采用的表面強化處理方法有表面激光熔覆、常規熱擴滲(滲氮、滲碳、氮碳共滲、碳氮共滲等)、等離子體浸沒注入等方法，其中激光熔覆處理設備要求高、加工難度大、成本高；常規滲氮、滲碳、氮碳共滲以及碳氮共滲處理溫度大于500℃，溫度高，能耗大，處理后的鐵素體不銹鋼耐磨性提高但耐腐蝕性下降。等離子體浸沒注入的設備要求高、改性層淺，耐磨性不足。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性的方法，以解決采用常規的表面強化工藝對鐵素體不銹鋼進行處理時，加工難度大、工藝溫度高、能耗大，處理得到的鐵素體不銹鋼的耐磨性差、或者耐磨性提高后耐腐蝕性降低等問題。

本發明提高鐵素體不銹鋼表面耐磨和耐蝕性的方法按以下步驟進行：

步驟一、固溶處理

將鐵素體不銹鋼零件置于熱處理爐內進行固溶處理，固溶處理溫度為1020～1200℃，保溫時間為0.5～2h；固溶處理后的冷卻方式為水冷或油冷；冷卻以后得到組織內部無σ析出相、晶粒大小均勻的固溶態組織；固溶處理在升溫至1020～1200℃過程中升溫速率均勻，所述升溫速率不宜過快，固溶處理的升溫速率為0.5-1℃/min，保溫階段溫度應該保持上下波動小或無波動。

所述不銹鋼零件為鐵素體不銹鋼；所述鐵素體不銹鋼包括低鉻鐵素體不銹鋼、中鉻鐵素體不銹鋼、含Mo鐵素體不銹鋼、超純鐵素體不銹鋼；

步驟二、退火處理

將步驟一得到的固溶態鐵素體不銹鋼零件置于熱處理爐內進行退火處理；

固溶態鐵素體不銹鋼零件為低鉻鐵素體不銹鋼、中鉻鐵素體不銹鋼或含Mo鐵素體不銹鋼時，退火溫度為750～850℃，保溫時間0.5～2h；退火處理后的冷卻方式為空冷或爐冷；