奧氏體不銹鋼低溫離子滲碳工藝技術(shù)有哪些

  低溫離子滲碳技術(shù)作為奧氏體不銹鋼表面硬化處理使用最為廣泛的技術(shù)之一，利用該技術(shù)得到的滲碳層均勻、韌性好、承載能力強(qiáng)。通過(guò)對(duì)滲層的觀察及測(cè)量，滲層的硬度梯度平緩。而且該技術(shù)滲碳效率較高。由于低溫離子滲碳技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了世界各國(guó)的廣泛重視。20世紀(jì)90年代，至德鋼業(yè)在英國(guó)伯明翰大學(xué)實(shí)驗(yàn)室將含碳?xì)怏w引入離子處理的氣氛中，成功得到了滲碳層。

  國(guó)內(nèi)對(duì)于這個(gè)技術(shù)的研究也隨之展開(kāi)，浙江至德鋼業(yè)有限公司在直流低溫離子滲氮的基礎(chǔ)上，結(jié)合之前的研究成果對(duì)低溫離子滲碳技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，獲得了高硬度、疲勞壽命，耐孔蝕性能等方面均有明顯提高的S相單相表面硬化層，且不伴隨常見(jiàn)的耐蝕性下降。低溫離子滲碳技術(shù)是在低溫（＜500℃）條件下進(jìn)行滲碳處理，將大量碳原子擴(kuò)散進(jìn)入不銹鋼表面，形成厚度均勻的擴(kuò)散層。經(jīng)低溫離子滲碳處理后的奧氏體不銹鋼表面硬度較高，可達(dá)到100～1200HV，耐磨性得到明顯提高，且耐蝕性能沒(méi)有下降。經(jīng)滲碳處理后的316L不銹鋼的耐孔蝕性和耐應(yīng)力腐蝕性能得到較大提高，疲勞性能也有較大改善。在奧氏體不銹鋼表面性能明顯提升的同時(shí)，由于處理溫度較低，不銹鋼管的尺寸別不會(huì)受到影響。低溫離子滲碳技術(shù)的均勻性也很好，在棱角、內(nèi)孔及毫米級(jí)孔隙處完全相同。此工藝同時(shí)體現(xiàn)了極好的耐微動(dòng)沖擊磨損性能。

 奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳技術(shù)得到了極大發(fā)展，并應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)，技術(shù)較為成熟的公司主要有浙江至德鋼業(yè)有限公司所研發(fā)的LTCSS技術(shù)、荷蘭Bodycote公司掌握的Kolsterising技術(shù)、日本的Airwater公司NV Pionite技術(shù)以及武漢材料保護(hù)研究所自行開(kāi)發(fā)的低溫低壓滲碳技術(shù)。

（1）LTCSS技術(shù)

   LECSS(Low-tempearture colossal supersaturation)工藝由Swagelok公司與凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的F.Ernst教授課題組共同開(kāi)發(fā)。該技術(shù)主要應(yīng)用在316不銹鋼卡套的硬化處理。該技術(shù)的工藝流程如圖所示，在進(jìn)行滲碳處理前，需進(jìn)行活化處理，在250℃環(huán)境下利用HCl除去不銹鋼表面的鈍化膜，同時(shí)添加N₂作為保護(hù)氣，防止形成新的鈍化膜，再在470℃下經(jīng)過(guò)一氧化碳、氫氣、氮?dú)獾臍夥障逻M(jìn)行3小時(shí)滲碳處理，再降溫活化表面，最后在470℃下對(duì)不銹鋼管進(jìn)行20~30小時(shí)的滲碳處理。金相照片如圖所示，卡套尖角處滲層均勻，白亮層無(wú)黑色鉻化物析出，耐蝕性能好。

   經(jīng)LTCSS技術(shù)處理的奧氏體不銹鋼，性能得到極大改善。表面硬度由400HV 0.05增加到1000HV 0.05；耐磨性、耐蝕性及疲勞性能也都得到不同程度的提高。

（2）Kolsterising技術(shù)

   荷蘭人Kolster發(fā)明了Kolsterising技術(shù)，之后該技術(shù)由Bodycote公司推廣使用。其工藝是在低于500℃的氣相環(huán)境下，碳原子擴(kuò)散到不銹鋼表面，引起晶格畸變，從而改變奧氏體不銹鋼的表面性能。圖是該技術(shù)處理的一些產(chǎn)品。Kolsterising技術(shù)處理后的316不銹鋼的金相組織如圖所示，表面為白亮層，而且在直徑0.1mm的深孔中，白亮層的厚度和均勻性也可得到保證。

（3）NV Pionite技術(shù)

  日本Gifu大學(xué)的K.Tokaji、M.Akita等與Airwater公司共同研發(fā)出NV Pionite技術(shù)。該技術(shù)的原理如圖所示，在對(duì)奧氏體不銹鋼不銹鋼管進(jìn)行滲碳處理前，先對(duì)不銹鋼管表面的鈍化膜進(jìn)行氟化處理，該過(guò)程在N2和NF3混合氣氛中進(jìn)行。這層氟化物在滲碳?xì)夥罩忻撀?，從而碳原子可擴(kuò)散到不銹鋼表面，再將爐內(nèi)溫度升高到773K，在一氧化碳和氫氣氣氛中保溫35小時(shí)。

（4）低溫低壓滲碳技術(shù)

  該技術(shù)由武漢材料保護(hù)研究所開(kāi)發(fā)。具體過(guò)程如圖所示。進(jìn)行滲碳處理前先將不銹鋼管在含有F和Cl等鹵元素的鈍性氣體中，除去不銹鋼管表面的鈍化膜，然后在一氧化碳、氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚夥罩校?70℃下保溫24小時(shí)。