一种高氮马氏体不锈钢的脱碳脱氮层评价方法与流程

本发明涉及脱碳脱氮层评价方法，特别涉及一种高氮马氏体不锈钢的脱碳脱氮层评价方法。

背景技术：

1、马氏体不锈钢是一类可通过淬火硬化，结合不同温度回火获得不同强韧性组合的不锈钢，主要用于轴承、丝杠、蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械、模具等耐蚀环境中服役的器件，典型牌号有cr13型、cr15型、cr18型等。当碳元素含量较高时，钢水在凝固时容易出现粗大共晶碳化物，并在后续加热和变形过程中不易消除，影响马氏体不锈钢的韧性、寿命等，如9cr18mo钢在轧制成材的情况下仍然具有粗大的碳化物。目前，向马氏体不锈钢中加入氮元素，降低碳元素含量，取得了很好的优化效果，发现氮在基体中的固溶可降低不锈钢贫cr区域的影响，提高材料耐蚀性；钢中加氮后组织细化，m2n相与m2(c,n)相弥散析出，m23c6相细化且析出减少；碳化物和晶粒的双细化，碳化物分布更加均匀，使钢具有高硬度、高强韧性以及优异的耐蚀性。在此基础上，形成了系列高氮马氏体不锈钢，典型牌号如30cr15mo1n(x30n)、40cr15mo2vn(x40n)、60cr15mon(x60n)、9cr18mon(x90n)等，应用于高耐蚀环境下服役的滚珠丝杠和轴承等领域。氮元素通过常压或加压冶炼过程中加入增氮剂，利用液态钢水高固溶能力以及外部压力，将氮元素加入到钢中，冷却到室温时氮元素处于过饱和状态，尤其是在淬火后成为马氏体组织以后。

2、高氮马氏体不锈钢在热处理过程中表面容易发生脱碳脱氮现象，导致耐蚀性、耐磨性等性能将低。普通碳钢热处理后的脱碳层通常通过金相法、硬度法等容易辨别，但是对于高氮马氏体不锈钢，由于碳氮元素都属于间隙原子，化学性质相似，脱碳脱氮层与基体之间显微组织形貌的差异较小，脱碳脱氮层的准确表征是科研和生产面临的共性难题。

3、本发明针对高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层表征的难点问题，经过科学研究，提出一种高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层评价方法，为高氮马氏体不锈钢钢的研究和生产提供技术支持。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种脱碳脱氮层表征准确、科学合理的高氮马氏体不锈钢的脱碳脱氮层评价方法。通过多种手段对热处理后脱碳脱氮层特性实现精确表征，为机械加工余量设定提供依据。所述高氮马氏体不锈钢是指含一定量碳、氮间隙元原子，经淬火热处理后微观组织以马氏体相为主、具有超高硬度的不锈钢。

2、本发明提供的高氮马氏体不锈钢的脱碳脱氮层评价方法，其技术方案为：

3、一种高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层评价方法，高氮马氏体不锈钢的成分包括cr≥12％，n≥0.1％，c≥0.2％，mo≥0.5％，余量为fe，以及少量添加的v、nb微合金元素和不可避免的杂质；以上成分的钢淬火处理后获得马氏体组织；脱碳脱氮层评价采用成分分析法、相分析法和硬度分析法进行分析，取得到的最大的脱碳脱氮层深度作为预留加工余量厚度；

4、成分分析法为首先使用机械方法剥层，每层厚度为0.05-0.1mm，对每个剥层用化学法或电子探针显微分析仪分析c元素和n元素的变化，通过每层c、n元素含量与基体含量之间的比较获得脱碳脱氮层深度；

5、所述相分析法为在样品的端头，用磨床每间隔0.1mm加工出平面样品，用x射线衍射测量每个样品的残余奥氏体体积分数，得出不同深度样品的奥氏体体积分数；采用化学相分析的方法，萃取不同深度样品析出相，定性定量表征析出相的类型和数量；通过不同样品深度检测结果与基体检测结果之间的比较获得脱碳脱氮层深度；

6、硬度分析法为垂直于样品表面，采用显微硬度计，每隔0.1mm测试钢的硬度变化，通过硬度值的变化判断脱碳脱氮层深度。

7、进一步地，组织分析法为在样品的端头，用磨床每间隔0.1mm加工出平面样品，采用金相法表征不同深度样品的微观组织，通过微观形貌的变化判断脱碳脱氮层深度。

8、进一步地，所述评价方法用于表征30cr15mo1n钢；试验钢在热处理前表面磨光，热处理后利用车床按每0.05mm为一层进行剥层，共剥掉20层，每层重量不小于20克，剥层过程中避免油污以及其它外来杂质，采用碳氧分析仪，分析每层样品的c和n元素含量；在样品的端头，用磨床每间隔0.1mm加工出平面样品，用x射线衍射测量每个样品的残余奥氏体体积分数；采用化学相分析的方法，萃取不同深度样品析出相，定性定量表征析出相的类型和数量；采用金相法表征不同深度样品的微观组织；垂直于样品表面，采用显微硬度计，每隔0.1mm测试钢的硬度变化。

9、本发明的实施包括以下技术效果：

10、本发明的高氮马氏体不锈钢的脱碳脱氮层评价方法，所述的高氮马氏体不锈钢，指基于高碳铬合金加入氮元素，淬火后可形成马氏体的不锈钢，本发明的脱碳脱氮层评价方法，通过多项表征方法对热处理后脱碳脱氮层特性实现精确表征，为机械加工余量的设定以及科学研究提供准确数据。

技术特征：

1.一种高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层评价方法，其特征在于：高氮马氏体不锈钢的成分包括cr≥12％，n≥0.1％，c≥0.2％，mo≥0.5％，余量为fe，以及少量添加的v、nb微合金元素和不可避免的杂质；以上成分的钢淬火处理后获得马氏体组织；脱碳脱氮层评价采用成分分析法、相分析法和硬度分析法进行分析，取得到的最大的脱碳脱氮层深度作为预留加工余量厚度；

2.根据权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层评价方法，其特征在于：组织分析法为在样品的端头，用磨床每间隔0.1mm加工出平面样品，采用金相法表征不同深度样品的微观组织，通过微观形貌的变化判断脱碳脱氮层深度。

3.根据权利要求1所述的一种高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层评价方法，其特征在于：所述评价方法用于表征30cr15mo1n钢；试验钢在热处理前表面磨光，热处理后利用车床按每0.05mm为一层进行剥层，共剥掉20层，每层重量不小于20克，剥层过程中避免油污以及其它外来杂质，采用碳氧分析仪，分析每层样品的c和n元素含量；在样品的端头，用磨床每间隔0.1mm加工出平面样品，用x射线衍射测量每个样品的残余奥氏体体积分数；采用化学相分析的方法，萃取不同深度样品析出相，定性定量表征析出相的类型和数量；采用金相法表征不同深度样品的微观组织；垂直于样品表面，采用显微硬度计，每隔0.1mm测试钢的硬度变化。

技术总结
本发明涉及一种高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层评价方法，高氮马氏体不锈钢的成分包括Cr≥12％，N≥0.1％，C≥0.2％，Mo≥0.5％，余量为Fe，以及少量添加的V、Nb微合金元素和不可避免的杂质；以上成分的钢淬火处理后获得马氏体组织；脱碳脱氮层评价采用成分分析法、相分析法和硬度分析法进行分析，取得到的最大脱碳脱氮层深度作为预留加工余量厚度。其有益效果是：所述脱碳脱氮层评价方法包括成分分析、相分析、硬度分析、组织分析等方法等，把这些表征方法的评价结果相结合，能够准确判断高氮马氏体不锈钢脱碳脱氮层深度，为加工余量的设定以及科学研究提供准确数据。

技术研发人员：王存宇,李菁菁,俞峰,徐海峰,王辉,曹文全
受保护的技术使用者：钢铁研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24