本发明涉及一种含氮奥氏体不锈钢的制备方法。
背景技术：
奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性和良好的压力加工性能和焊接性能，因此被广泛地应用在食品、医疗、化工等领域。但是奥氏体不锈钢的强度和硬度偏低，耐磨性差，因此其应用范围受到一定的限制。如果在奥氏体不锈钢内溶入一定量的氮元素，可以显著提高奥氏体不锈钢的硬度和耐磨性。
基于氮为气体元素，冶炼过程容易扩散出来，因此含氮奥氏体不锈钢生产通常需要特殊设备。本发明通过离子渗氮法在常规奥氏体不锈钢表面形成渗氮层，然后采用固溶处理溶解表层形成的氮化层，溶解的氮元素固溶到奥氏体不锈钢基体中，由此获得含氮奥氏体不锈钢。固溶处理是指将奥氏体不锈钢加热到高温，使氮化相充分固溶到基体中，然后快速冷却的热处理工艺。本发明对离子渗氮后的奥氏体不锈钢进行固溶处理，使表层形成的氮化物全部或基本溶解，溶解的氮均匀固溶到奥氏体基体中，从而得到含氮奥氏体不锈钢。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种含氮奥氏体不锈钢的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种含氮奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样。原始态奥氏体不锈钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)将试样进行打磨处理，在无水乙醇中进行超声清洗、烘干。打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面。
(3)将试样置于离子氮化炉中，抽真空至10Pa以下，氢气溅射的氢气流量为500ml/min，氢气溅射30min，炉内压力为300Pa。将炉温升高到510～560℃，进行离子渗氮处理2～6h，冷却至室温将试样取出，得到含有渗氮层的奥氏体不锈钢试样。
离子渗氮处理具体操作为：采用氮气和氢气混合气体，氮气和氢气流量比为1：3，炉内压力300～400Pa。
(4)将含有渗氮层的奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中加热到1000～1100℃，保温60～90min，水冷至室温。
本发明的有益效果是：(1)通过对经离子渗氮的奥氏体不锈钢工件固溶处理，离子渗氮形成的渗氮层中氮化物发生溶解，氮元素向奥氏体不锈钢内部扩散，从而获得含氮奥氏体不锈钢。经离子渗氮、固溶处理获得的含氮奥氏体不锈钢表面硬度大幅度提高，耐磨性也得到极大增强；(2)克服了含氮奥氏体不锈钢生产需要特殊设备带来的高成本和高技术瓶颈难题；(3)操作流程简单便捷，通过调整离子渗氮工艺，可以实现含氮奥氏体不锈钢中氮浓度的控制；(4)比冶炼获得的含氮奥氏体不锈钢具有更优良的综合性能。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样，原始态钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)对奥氏体不锈钢进行打磨处理，打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min，烘干，去除试样表面油污和杂质。
(3)将奥氏体不锈钢试样放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空至10Pa以下，通入氢气，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持300Pa，进行溅射和清洁处理30min；溅射结束后，通入氮气，氮气流量为200ml/min，氢气流量增加到600ml/min，炉内压力保持300Pa；待炉温升高到510℃时，进入离子渗氮阶段，保温4h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
(4)将奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中升温至1000℃，然后保温90min，快速水冷至室温后取出。
实施例2
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样，原始态钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)对奥氏体不锈钢进行打磨处理，打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min，烘干，去除试样表面油污和杂质。
(3)将奥氏体不锈钢试样放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空至10Pa以下，通入氢气，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持300Pa，进行溅射和清洁处理30min；溅射结束后，通入氮气，氮气流量为200ml/min，氢气流量增加到600ml/min，炉内压力保持300Pa；待炉温升高到560℃时，进入离子渗氮阶段，保温4h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
(4)将奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中升温至1000℃，然后保温90min，快速水冷至室温后取出。
实施例3
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样，原始态钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)对奥氏体不锈钢进行打磨处理，打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min，烘干，去除试样表面油污和杂质。
(3)将奥氏体不锈钢试样放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空至10Pa以下，通入氢气，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持300Pa，进行溅射和清洁处理30min；溅射结束后，通入氮气，氮气流量为200ml/min，氢气流量增加到600ml/min，炉内压力保持300Pa；待炉温升高到510℃时，进入离子渗氮阶段，保温2h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
(4)将奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中升温至1100℃，然后保温60min，水冷至室温后取出。
实施例4
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样，原始态钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)对奥氏体不锈钢进行打磨处理，打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min，烘干，去除试样表面油污和杂质。
(3)将奥氏体不锈钢试样放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空至10Pa以下，通入氢气，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持400Pa，进行溅射和清洁处理30min；溅射结束后，通入氮气，氮气流量为200ml/min，氢气流量增加到600ml/min，炉内压力保持400Pa；待炉温升高到510℃时，进入离子渗氮阶段，保温4h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
(4)将奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中升温至1100℃，然后保温90min，水冷至室温后取出。
实施例5
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样，原始态钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)对奥氏体不锈钢进行打磨处理，打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min，烘干，去除试样表面油污和杂质。
(3)将奥氏体不锈钢试样放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空至10Pa以下，通入氢气，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持400Pa，进行溅射和清洁处理30min；溅射结束后，通入氮气，氮气流量为200ml/min，氢气流量增加到600ml/min，炉内压力保持400Pa；待炉温升高到560℃时，进入离子渗氮阶段，保温2h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
(4)将奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中升温至1000℃，然后保温90min，水冷至室温后取出。
实施例6
(1)将原始态奥氏体不锈钢加工切割成试样，原始态钢为不锈钢中的一种，优选304不锈钢，试样尺寸为10mm×10mm×10mm。
(2)对奥氏体不锈钢进行打磨处理，打磨处理为将试样分别用320#～2000#的SiC砂纸进行打磨至镜面，试样浸泡于20ml的无水乙醇中进行超声波清洗15min，烘干，去除试样表面油污和杂质。
(3)将奥氏体不锈钢试样放入LD-8CL型直流等离子体氮化炉内，抽真空至10Pa以下，通入氢气，氢气流量为500ml/min，炉内压力保持400Pa，进行溅射和清洁处理30min；溅射结束后，通入氮气，氮气流量为200ml/min，氢气流量增加到600ml/min，炉内压力保持400Pa；待炉温升高到560℃时，进入离子渗氮阶段，保温2h；渗氮结束后，试样随炉冷却至室温。
(4)将奥氏体不锈钢试样放入箱式电阻炉中升温至1100℃，然后保温60min，水冷至室温后取出。
实施例1所得的奥氏体不锈钢的渗氮层厚度为75.2～78.4μm，渗层硬度约为1204Hv0.1，约为基体硬度的4.3倍；经固溶处理后含氮量约为0.52％，表层硬度比基体表面硬度大约提高了220Hv0.1，比基体的耐磨性提高了200％左右。
实施例2所得的奥氏体不锈钢的渗氮层厚度为115.6～121.3μm，渗层硬度约为1248Hv0.1，约为基体硬度的4.4倍；经固溶处理后含氮量约为0.73％，表层硬度比基体表面硬度大约提高了400Hv0.1，比基体的耐磨性提高了300％左右。
实施例3所得的奥氏体不锈钢的渗氮层厚度为72.5～74.1μm，渗层硬度约为1187Hv0.1，约为基体硬度的4.2倍；经固溶处理后含氮量约为0.48％，表层硬度比基体表面硬度大约提高了200Hv0.1，比基体的耐磨性提高了200％左右。
实施例4所得的奥氏体不锈钢的渗氮层厚度为76.7～79.8μm，渗层硬度约为1218Hv0.1，约为基体硬度的4.3倍；经固溶处理后含氮量约为0.59％，表层硬度比基体表面硬度大约提高了300Hv0.1，比基体的耐磨性提高了250％左右。
实施例5所得的奥氏体不锈钢的渗氮层厚度为109.2～113.4μm，渗层硬度约为1246Hv0.1，约为基体硬度的4.4倍；经固溶处理后含氮量约为0.71％，表层硬度比基体表面硬度大约提高了380Hv0.1，比基体的耐磨性提高了200％左右。
实施例6所得的奥氏体不锈钢的渗氮层厚度为108.3～113.1μm，渗层硬度约为1242Hv0.1，约为基体硬度的4.4倍；经固溶处理后含氮量约为0.78％，表层硬度比基体表面硬度大约提高了420Hv0.1，比基体的耐磨性提高了300％左右。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。