专利名称：一种奥氏体不锈钢分段式加压固溶氮化催渗方法
技术领域：
本发明涉及一种金属表面化学热处理方法，特别是奥氏体不锈钢的固溶氮化方法。
背景技术：
作为一种新型表面化学热处理技术，固溶氮化已广泛应用于医药、化工、机械制造等生产中。传统的固溶氮化一般是在高温(1050 1200°C)和一定压力的氮气气氛中实现的。为增加固溶氮化层厚度及氮含量，需在高温N2环境中进行长时间的保温处理，以保证N2大量分解出活性N原子并获得较高的扩散速度，这就不可避免地导致奥氏体不锈钢的晶粒粗化和整体性能恶化，并加大工业生产中设备的损耗速度。因此，固溶氮化周期的长短将直接影响渗件的整体质量。通过对现有技术的检索，发现由作者Fu Ru1-dong发表一文“SolidSolutionNitriding Technology of 15Cr_7.5Mn_2.6Mo Duplex Stainless Steel，，中米用了高温多段固溶氮化，但其各段工艺的温度均大于1050°C，并未从根本上降低固溶氮化温度。文献《奥氏体不锈钢的氨气渗氮处理》中采用三段式氮化工艺，三段温度不同，但氮化介质均为NH3, N原子未固溶于不锈钢表层，有氮化物析出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高氮化效率，增加渗层的整体氮含量，有效减缓甚至避免氮化过程中渗件晶粒粗化的奥氏体不锈钢分段式加压固溶氮化催渗方法。本发明主要是:采用不同介质依次在低温和高温两段区间进行氮化处理，随后快速水冷至室温，在奥氏体不锈钢表面形成固溶氮化层。本发明的技术方案如下:( I)将奥氏体不锈钢置于专利名称为“一种具有双压平衡结构的增压高温氮化装置”、申请号为201210530358.6的固溶氮化炉中，并以0.5_2L/min流速通入NH3至炉内压强到达氮化压强0.1 1.0MPa范围，在温度为500 700°C下进行NH3氮化预处理5 10h。(2)将上述固溶氮化炉内NH3完全排出并通入N2至炉内压强到达0.1 1.0MPa范围，该N2流量为l_5L/min，后将炉温迅速升至900 1200°C进行N2固溶氮化处理I 20h，随后快速水冷至室温，在奥氏体不锈钢表面形成固溶氮化层。本发明与现有技术相比具有如下优点:1、在整个氮化过程中都具备相对较高的渗速，低温高速强渗在于NH3在较低(500 700°C)温度便分解出活性N原子，通过加压和增加流量获得高氮势，在奥氏体不锈钢表面先制备出表层富氮区或使其表面产生较高的N浓度梯度，藉此保证在高温氮化阶段有效促进N原子的扩散，提高N含量及渗层厚度。
2、利用此分段式工艺对奥氏体不锈钢固溶氮化处理得到的渗层厚度大于两段工艺分离实施所得氮化层深度的叠加，加速氮化效果显著，不但获得了更高的N含量和硬度，而且大大提高了固溶氮化效率，明显减小渗件的晶粒长大倾向。3、在同样的氮含量及渗层厚度要求下，采用该工艺可以有效缩短高温段氮化时间(或降低氮化温度)，提高固溶氮化效率，缩短固溶氮化工艺周期，降低成本及设备损耗。
图1是本发明实施例1获得的固溶氮化层微观组织图。图2是本发明实施例2获得的固溶氮化层微观组织图。图3是本发明实施例3获得的固溶氮化层微观组织图。具体实方式:实施例1:将304奥氏体不锈钢加工成薄板悬挂于专利名称为“一种具有双压平衡结构的增压高温氮化装置”、申请号为201210530358.6的固溶氮化炉中，并以0.5L/min通入NH3气，升温至500°C，在0.25MPa加压条件下氮化IOh。然后将炉内NH3排出并以流量为5L/min通入N2，迅速升温至1150°C，在0. 25MPa加压条件下固溶氮化10h，而后迅速水冷至室温。本实施例所得固溶氮化层厚度可达311 μ m左右，如图1所示。实施例2:将304奥氏体不锈钢加工成薄板悬挂于专利名称为“一种具有双压平衡结构的增压高温氮化装置”专利号为201210530358.6固溶氮化炉中，并以lL/min通入NH3气，升温至700°C，在0.1MPa加压条件下氮化5h。然后将炉内NH3排出并以流量为3L/min通入N2,迅速升温至1050°C，在0.15MPa加压条件下固溶氮化10h，而后迅速水冷至室温。本实施例所得固溶氮化层厚度可达160 μ m左右，如图2所示。实施例3:将316奥氏体不锈钢加工成薄板悬挂于专利名称为“一种具有双压平衡结构的增压高温氮化装置”专利号为201210530358.6固溶氮化炉中，并以lL/min通入NH3气，升温至600°C，在1.0MPa加压条件下氮化5h。然后将炉内NH3排出并以流量为5L/min通入N2,迅速升温至900°C，在1.0MPa加压条件下固溶氮化lh，而后迅速水冷至室温。本实施例所得固溶氮化层厚度可达90 μ m左右，如图3所示。
权利要求
1.一种奥氏体不锈钢分段式加压固溶氮化催渗方法，其特征是: (1)将奥氏体不锈钢置于专利名称为“一种具有双压平衡结构的增压高温氮化装置”、申请号为201210530358.6的固溶氮化炉中，并以0.5_2L/min流速通入NH3至炉内压强到达0.1 1.0MPa范围，在温度为500 700°C下进行NH3氮化预处理5 IOh ; (2)将上述固溶氮化炉内NH3完全排出并通入N2至炉内压强到达0.1 1.0MPa范围，该N2流量为l_5L/min，后将炉 温迅速升至900 1200°C范围进行队固溶氮化处理I 20h，随后快速水冷至室温，在奥氏体不锈钢表面形成固溶氮化层。
全文摘要
一种奥氏体不锈钢分段式加压固溶氮化催渗方法，其主要是将奥氏体不锈钢置于专利名称为“一种具有双压平衡结构的增压高温氮化装置”专利号为201210530358.6固溶氮化炉中，并以0.5-2L/min流速通入NH3至炉内压强到达0.1～1.0MPa范围，在温度为500～700℃下进行NH3氮化预处理5～10h；再将上述固溶氮化炉内NH3完全排出并以1-5L/min流速通入N2至炉内压强到达0.1～1.0MPa范围，后将炉温迅速升至900～1200℃，在此条件下进行N2固溶氮化处理1～20h，随后快速水冷至室温，在奥氏体不锈钢表面形成固溶氮化层。本发明可提高氮化效率，增加渗层的整体氮含量，有效减缓甚至避免氮化过程中渗件晶粒粗化。
文档编号C23C8/26GK103088283SQ20131000392
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者傅万堂, 王博, 时钟平, 曲明贵, 王振华, 吕知清, 刘天洋 申请人:燕山大学