马氏体不锈钢气体氮化工艺探究

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1、马氏体不锈钢气体氮化工艺探究摘要：该文对马氏体不锈钢气体氮化去钝化膜进行探讨，分析了采用CC14去钝化膜的可行性，并用试验方法确定CC14的加入量；CC14用量一般控制在156?ml/m3左右。关键词：马氏体不锈钢气体氮化氧化膜CC14中图分类号：TG156.82文献标识码：A文章编号：1674-098X(2013)01(b)-00-02渗氮用钢一般采用W(c)二0.15%〜0.45%的普通合金结构钢，只有在腐蚀性较强的介质中工作，但要求高耐磨性、高强度和韧性时，才采用各类不锈钢。该公司主要生产各类工业汽轮机，工况服役条件相当恶劣，对零部件提

2、出了很高要求。因此，汽轮机里相当一部分零件如阀杆、阀碟、偏心销等都采用马氏体不锈钢再进行表面氮化处理。采用马氏体不锈钢的主要目的是：一方面利用此类不锈钢的高温耐腐蚀性；另一方面通过表面渗氮来提高工件表面的耐磨性。1工艺分析(1)马氏体不锈钢预处理为调质处理：2Crl2?moV-5,1020?°C2〜3?h淬油，720?°C5〜6?°C空冷，获得回火索氏体组织；2Crl3-5,970?°C2~3?h淬油，670?°C5〜6?°C空冷，获得回火索氏体组织；满足渗氮工艺耍求。(1)非渗氮区的防渗。采用KS-2防渗氮涂料，厚度大于0・2?nun,可反

3、复涂1~2次。(2)消除钝化膜。马氏体不锈钢表面的鎔离子与空气中的氧气作用会在较短的时间内形成一种薄膜(Cr203),这种薄膜会阻碍氮原子的渗入。通常消除钝化膜有下列几种方法。喷砂处理：用细沙将零件表面抛光去除钝化膜，该种方法缺点，需耍专门的喷砂机，既要占用场地，而且对车间环境影响很大，而喷砂时由于金属表面被沙子打掉，因而使零件的直径或厚度减少0.03-0.04?mm影响零件的精度，另外必须严格限制去钝化膜处理后零件在空气中的停留时间，以免重新生成氧化膜［1］,故该方法不佳。酸洗去除氧化膜法：酸洗法主耍有磷酸法、锯酸法、盐酸法等，利用酸与工件

4、表面的钝化膜发牛化学反应，从而活化工件表面，该种方法的缺点对一些较大或较长的工件操作很困难，而且采用该种方法处理后，零件表面经常有斑点，氮化层硬度也不均匀，究其原因该种方法对零件清洗要求高，油污造成钝化膜去除不干净，另一方面原因在于酸洗后到装炉、排空这2〜3?h内，试样不可避免地要与空气接触，特别是通入的氨多少含有水份，必然在其表面牛产新的氧化膜，阻碍氮原了的渗入［2］。CC14或NH4C1还原法：试验选用CC14还原氧化膜，原因CC14滴加方便而且CC14含有4各C1原子去钝化膜效果好，其原理将CC14在炉温升到300?°C后缓缓滴入炉内，

5、由于CC14易挥发，很快吸附在工件表面，同工件表面的氧化膜发生反应，经过1〜l・5?h化学处理后，工件表面的氧化膜全部破坏，反应式如下：3CC14+2Cr203=4CrC13+3C02当零件表面生成CrC13时，乂在450〜550?°C和通入的NH3反应，反应式如下：CrC13+NH3二CrN+3?hCl这里产生的HC1—部分被带出炉外，其余的又与氧化膜反应，从而活化表面，排除了再度形成氧化膜的可能性。反应式如下：Cr203+6?hCl=2CrC13+3?h20顺便指出一部分带出炉外的HC1与NH3在排气管中化合成NH4C1,而管道的温度低于

6、氯化氨的分解温度300?°C,所以排气管很容易为氯化氨的粉末结晶所堵塞，必须经常清除。针对排气管堵塞情况，一方面我们对排气管进行改造，加大了排气管的直径；另一方面严格控制CC14的用量，合理选择CC14用量是本试验的重点。2试验材料和方法2Crl2?moV与2Crl3钢的化学成分符合GB/T8732-2010《汽轮机叶片用钢》要求。化学成分实测见表1。试验钢先采用调质的预先热处理。气体渗氮设备:RM-90-6KM型井式气体渗氮炉，炉膛尺寸4)800?mmX1800?mm；试样尺寸10X10X50;为满足图纸对深层、硬度、脆性等的要求，确定符合

7、工艺要求的渗氮参数，制定工艺如下。①赶气：升温到200?°C等温0・5?h,通氨气保持炉内正压；②去膜：升温到300?°C缓慢滴入CC14,去除材料表面的钝化膜；③渗氮：升温到570?°C保温，第一阶段氨分解率沪30%〜35%保温15?h,第二阶段氨分解率a=40%〜60%保温20?h;④退氮：升温到590?°C氨分解率a$90%保温2?h,炉冷至250?°C以下出炉空冷。CC14的用量受炉腔大小的影响，根据有关资料介绍N114C1用量一般控制在46~700?g/m3差距很大，缺乏实际应用价值[4],我们选取中间段200〜500?g/n)3,

8、换算成CC14用量大约控制在90~225?ml/m3,我们根据实际炉膛的体积，选择CC14的用量如下表进行试验，见表2。3试验结果与分析不同CC14用量试验结果见表