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保持奧氏體無錫不銹鋼耐蝕性的滲碳工藝

時(shí)間:2019-06-13    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:0

奧氏體無錫不銹鋼具有良好的抗腐蝕性能,并具有良好的韌性、易加工性、焊接性及耐熱性,但缺點(diǎn)是硬度、抗磨損性能、抗疲勞性能較低。對奧氏體不銹鋼進(jìn)行滲碳處理,是一種有效的表面強(qiáng)化方法,可惜常規(guī)滲碳工藝對奧氏體不銹鋼耐蝕性能的損害很大。所以,開發(fā)一種不損害奧氏體無錫不銹鋼耐蝕性的滲碳處理方法,化解奧氏體不銹鋼無法同時(shí)擁有良好的耐蝕性能和力學(xué)性能的窘境,就能極大地提高其應(yīng)用范圍。

  無錫不銹鋼的耐蝕性能主要是因?yàn)殇撝刑砑恿艘欢舛鹊腃r元素。一方面,Cr在鐵基體中達(dá)到一定含量時(shí)可以使鐵的電極電位獲得一個跳躍式的升高;另一方面,Cr元素在無錫不銹鋼表面形成的一層致密的氧化膜,對環(huán)境中的腐蝕起到了屏蔽的作用。為什么常規(guī)滲碳處理會破壞奧氏體不銹鋼的耐蝕性能?這是因?yàn)樵诟邷貤l件下,奧氏體不銹鋼中的Cr原子容易與C原子結(jié)合,生成碳化鉻并首先析出在滲碳層奧氏體晶界上,并形成網(wǎng)狀分布。由于Cr原子半徑較大,內(nèi)部Cr很難擴(kuò)散到表層貧Cr層,這樣就造成了表面局部貧鉻,不銹鋼的致密 Cr2O3氧化膜防護(hù)層也被破壞。

  因此,在不損害奧氏體無錫不銹鋼耐蝕性能的條件下進(jìn)行滲碳處理的前提,是保證碳化物不被析出。由于鉻的碳化物是在高溫范圍的一定的溫度區(qū)間形成的,因此,要避免碳化物的形成與析出,就必須在適當(dāng)?shù)偷臏囟葏^(qū)間內(nèi)進(jìn)行滲碳。在這個溫度條件下,由于C 的原子半徑較小,以間隙機(jī)制擴(kuò)散,滲碳后 C原子可以擴(kuò)散到奧氏體不銹鋼晶格內(nèi),形成固溶體;而 Fe、Cr原子半徑較大,只能以交換機(jī)制擴(kuò)散,在沒有足夠擴(kuò)散激活能的條件下,F(xiàn)e、Cr 原子無法移動。這樣就保證了Cr的碳化物無法形成。鉻的碳化物在550℃生成,所以奧氏體不銹鋼低溫滲碳處理將在低于550 ℃條件下進(jìn)行,這樣就可以在不損害不銹鋼原有耐蝕性能的條件下提高其表面強(qiáng)度等性能。

  美國Swagelok公司開發(fā)的 LTCSS ( Low temperature colossal supersaturation) 技術(shù),目前已經(jīng)成熟地投入使用。其主要工藝步驟如下:在處理前對奧氏體無錫不銹鋼表面做預(yù)處理,稱為合金表面活化。該活化過程采用純HCl與N2混合氣體,在250℃下保溫2小時(shí)。HCl能有效去除奧氏體無錫不銹鋼表面的氧化鉻鈍化膜組織,而添加N2的目的是為了在常壓條件下,創(chuàng)造一個非氧化環(huán)境,從而保證基體中的鉻原子不會再次被氧化,避免鈍化膜重新生成。然后,通過470℃下20小時(shí)的滲碳過程,可以得到約70微米深的硬化層。經(jīng)過 LTCSS 工藝處理的316不銹鋼與未處理的材料相比,性能有明顯改善,表面硬度從原有的400 HV提高到1000HV;疲勞極限從200 MPa提高到325MPa;在抗腐蝕性能方面,在0.6 mol/L的NaCl 溶液中,陽極點(diǎn)蝕電位從+140 mV 提高到+990 mV。

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