专利名称：低碳高铬钢高浓度渗碳方法
技术领域：
本发明属于低碳高铬钢，尤其是用作石油钻头衬套的1Cr17钢的高浓度渗碳方法。
众所周知，用作石油钻头衬套的1Cr17钢需要有很高的耐磨性和疲劳强度，要提高它的耐磨性和疲劳强度，对其表面进行渗碳处理是常用的优良热处理方法。为满足石油钻头衬套的使用要求，1Cr17钢需要渗碳质量高，需要进行高浓度渗碳，1Cr17钢石油钻头衬套要求表面渗碳均匀，表面无氧化脱碳腐蚀剥落现象，渗碳浓度为2.7%～3.8%，渗碳层厚2.3～3.3毫米，经淬火回火后表面硬度HRC62-68。大家知道，1Cr17钢高浓度渗碳困难，迄今为止，对于1Cr17钢还没有一种较好的高浓度渗碳方法。
目前，国内通常用固体渗碳方法处理1Cr17钢，采用固体渗碳方法，1Cr17钢的渗碳质量极差，渗碳浓度普遍较低，表面氧化脱碳腐蚀剥落现象严重，一次合格率也较低;气体渗碳方法比固体渗碳方法好，但因1Cr17钢高浓度渗碳困难，至今还未探索出用气体渗碳方法对1Cr17钢进行高浓度渗碳;真空渗碳方法为当今世界的兴新技术，用真空渗碳方法处理1Cr17钢，其渗碳质量高，渗碳浓度也高，表面渗碳均匀，无氧化脱碳腐蚀剥落现象，无疑采用真空渗碳方法处理1Cr17钢石油钻头衬套，可使其能完全达到使用性能的要求。日本海斯公司已首先应用真空渗碳技术(参见《铸锻热研究》1979年第一期文章“Cr17不锈钢的真空渗碳”)，而我国对真空渗碳方法还处在试验阶段，如上海第一石油机械厂正在试验用真空渗碳方处理1Cr17钢。
尽管真空渗碳质量高，然而由于真空渗碳技术要求高，其设备造价昂贵，一台真空渗碳炉价值数十万元;真空渗碳炉受其技术限制，炉膛小，生产率低;另外，真空渗碳操作复杂，一般工人不易掌握，以上原因导致真空渗碳经济性差，难于实现广泛的工业化。
本发明的目的在于探索出一种低碳高铬钢，尤其是用作石油钻头衬套的1Cr17钢的高浓度渗碳方法。本发明采用天然气高浓度渗碳工艺，用大功率大容积井式气体渗碳炉处理低碳高铬钢，不仅能实现高浓度渗碳，渗碳质量优良，而且具有设备造价低廉，生产率高，操作容易等优点，克服了固体渗碳的缺点和真空渗碳经济性差难于实现工业化之不足。
本发明采用一般的井式气体渗碳炉，这种渗碳炉造价低，一台只需几万元，比真空渗碳炉价廉数十倍;这种气体渗碳炉功率高，容积大，功率可达120～130千瓦，炉膛容积可达14～16米3，一次可渗碳工件200公斤以上，在生产能力上是真空渗碳的数十倍;为保证渗碳质量，炉膛分上、中、下三部份自动或半自动控制工艺参数;本发明操作简单，一般工人容易掌握。采用本发明处理1Cr17钢石油钻头衬套，其渗碳浓度可高达4.5%，渗碳层厚可达3.5毫米，衬套表面渗碳均匀、美观呈银灰色，无氧化脱碳腐蚀削落现象，经淬火回火后硬度高达HRC66～68。渗碳浓度和渗碳层厚度可根据需要，通过调整炉温，渗碳时间和天然气流量等工艺参数而获得。
下面参照附图，对本发明作详细说明。
附
图1为本发明处理的1Cr17钢的金相组织，放大200倍。
附图2为低碳高铬钢天然气高浓度渗碳工艺曲线。
参见图1，可以看出本发明处理的1Cr17钢渗碳金相组织，合金碳化物网状分布均匀且厚，表明含碳量高，并无脱碳现象。
参见图2，本工艺曲线适用于低碳高铬钢，这种低碳高铬钢的含碳量为0.08%～0.15%，含铬量为12%～28%。低碳高铬钢天然气高浓度渗碳工艺分排气、渗碳、扩散和降温四阶段。裂化气即经过脱硫处理的天然气与空气一定比例通入裂化炉进行分解裂化制备而成的气体;富化气即天然气，是渗碳剂。
排气阶段炉温700～1000℃，通入裂化气，其流量为1.0～3.0米3/小时，工件入炉;
炉温800～900℃，裂化气流量为1.0～2.0米3/小时;
通入富化气，其流量为0.4～0.8米3/小时;
渗碳阶段炉温1000～1080℃，裂化气流量为1.0～2.0米3/小时，富化气流量为0.4～0.8米3/小时，时间6～12小时，炉压150～250毫米水柱;
扩散阶段炉温1000～1080℃，裂化气流量为1.0～2.0米3/小时，富化气流量为0.1～0.4米3/小时，时间8～12小时，炉压150～250毫米水柱;
降温阶段断电炉温自然下降，裂化气流量为1.0～3.0米3/小时，停止供应富化气;炉温降到700℃以下，工件出炉空冷。
权利要求
1.一种低碳高铬钢的渗碳方法，其特征是所述方法采用天然气高浓度渗碳工艺，该工艺包括排气、渗碳、扩散和降温四个阶段，各阶段的工艺参数为排气阶段炉温700～1000℃，通入裂化气，其流量为1.0～3.0米3/小时，工件入炉；炉温800～900℃，裂化气流量为1.0～2.0米3/小时，通入富化气(天然气)，其流量为0.4～0.8米3/小时；渗碳阶段炉温1000～1080℃，裂化气流量为1.02.0米3/小时，富化气流量为0.4～0.8米3/小时，时间6～12小时，炉压150～250毫米水柱；扩散阶段炉温1000～1080℃，裂化气流量为1.02.0米3/小时，富化气流量为0.1～0.4米3/小时，时间8～12小时，炉压150～250毫米水柱；降温阶段断电炉温自然下降，裂化气流量为1.0～3.0米3/小时，停止供应富化气；炉温降到700℃以下，工件出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法处理的低碳高铬钢的含碳量为0.08%～0.15%，含铬量为12%～28%。
全文摘要
本发明属于低碳高铬钢的高浓度渗碳方法。该方法采用天然气高浓度渗碳工艺和高功率大容积渗碳炉处理低碳高铬钢，不仅能获得良好的渗碳质量，而且具有设备造价低廉、生产效率高和操作方便等优越的经济性，克服了固体渗碳的缺点和真空渗碳难于实现工业化之不足。
文档编号C23C8/22GK1050049SQ8910410
公开日1991年3月20日 申请日期1989年9月4日 优先权日1989年9月4日
发明者江汝溪 申请人:国营长安机器制造厂