一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法
【專利摘要】一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法，配置滲氮?jiǎng)瑢⒛拘?、尿素、碳酸鈉和氯化銨，按質(zhì)量比10∶6∶3∶1均勻混合；熱處理爐電源將爐內(nèi)溫度升至500至700℃，開始保溫，1小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行電脈沖處理，其脈沖參數(shù)為電壓6.5至9KV、頻率7至10Hz，處理10分鐘后停止電脈沖，50分鐘后再使用相同參數(shù)進(jìn)行10分鐘的電脈沖處理，如此往復(fù)次數(shù)4次以上；提升滲氮的效率，縮短滲氮的時(shí)間、大大降低其能量能耗。
【專利說明】一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滲氮方法，更具體而言，涉及一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]奧氏體不銹鋼是指那些使用狀態(tài)組織為奧氏體的不銹鋼。奧氏體不銹鋼主要化學(xué)成分有Cr、N1、Mn、N等元素。奧氏體不銹鋼中Cr≥18%而Ni≥8%，其中Crl8%和8% Ni的配合是世界各國(guó)奧氏體不銹鋼的典型成分。奧氏體不銹鋼是目前全世界應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，約占世界上不銹鋼總產(chǎn)量的近2/3。同時(shí)由于奧氏體不銹鋼具有優(yōu)秀的耐酸性、抗氧化性、抗輻射性、高溫和低溫力學(xué)性能、生物相容性等，所以在石油、化工、電力、交通、航空、航天、航海、國(guó)防、能源開發(fā)以及輕工、紡織、醫(yī)學(xué)、食品等工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的用途。
[0003]lCrl8Ni9Ti是典型奧氏體不銹鋼牌號(hào)，同時(shí)也是產(chǎn)量和用量最大的奧氏體不銹鋼。其化學(xué)成分為 C ≤ 0.12%、Si≤ 1.00%、Mn ≤2.00%、S ≤ 0.030%、P ≤ 0.035%、Cr=17.00-19.00%、Ni=8.00-11.00%、fe余量。滲氮通常處理溫度在500°C以上，工件變形量小，在奧氏體不銹鋼敏化溫度范圍停留時(shí)間短，可以有效提高奧氏體不銹鋼表面硬度和耐磨性，按照滲劑的特點(diǎn)，可以分為固體滲N、氣體滲N、液體滲N、離子滲N等多種。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，固體滲是最原始的方法現(xiàn)應(yīng)用最少，后三種工藝方法應(yīng)用最多，其中又以氣體滲氮所占比重最大，而近年來(lái)離子滲氮和液體滲氮方法則發(fā)展最快。
[0004]氣體滲氮相較于其他滲氮工藝其生產(chǎn)效率有明顯改進(jìn)，滲N深度可達(dá)在100-200 μ m之間，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)，但存許多問題，即污染問題十分嚴(yán)重導(dǎo)致尾氣處理費(fèi)用十分高昂，且滲速較慢導(dǎo)致能耗很高，氨氣消耗量大、廢氣、廢水難以處理，其應(yīng)用范圍正在在逐步縮小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法，通過該方法可以提高奧氏體不銹鋼的滲氮效率，顯著降低能耗消耗。
[0006]一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法，步驟1、奧氏體不銹鋼的棒材表面進(jìn)行噴砂或酸洗；步驟2、配置滲氮?jiǎng)?，將木屑、尿素、碳酸鈉和氯化銨，按質(zhì)量比10:6:3:1均勻混合；步驟3、棒材的兩端，分別與兩根電線焊接；然后，將棒材裝入罐的正中央，周圍用滲氮?jiǎng)┨顫M；滲氮罐裝入熱處理爐，電線連接電脈沖設(shè)備；步驟4、熱處理爐電源將爐內(nèi)溫度升至500至700°C，開始保溫，1小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行電脈沖處理，其脈沖參數(shù)為電壓6.5至9KV、頻率7至10Hz，處理10分鐘后停止電脈沖，50分鐘后再使用相同參數(shù)進(jìn)行10分鐘的電脈沖處理，如此往 復(fù)次數(shù)4次以上；步驟5、滲氮罐隨爐冷卻，待其冷卻后開罐，截?cái)嚯娋€。
[0007]進(jìn)一步的優(yōu)選，熱處理爐的爐內(nèi)溫度550°C。
[0008]進(jìn)一步的優(yōu)選，脈沖參數(shù)為電壓8KV、頻率9Hz。
[0009]進(jìn)一步的優(yōu)選，所述往復(fù)次數(shù)為6次。[0010]進(jìn)一步的優(yōu)選，奧氏體不銹鋼為lCrl8Ni9Ti。
[0011]進(jìn)一步的優(yōu)選，所述電線外套設(shè)陶瓷管。
[0012]進(jìn)一步的優(yōu)選，在步驟3中，首先將滲氮?jiǎng)┨顫M罐體長(zhǎng)度方向的1/10夯實(shí)，再將棒材長(zhǎng)度方向與罐體長(zhǎng)度方向保持一致，裝入罐的正中央，將其周圍用滲N劑填滿，同時(shí)覆蓋棒材末端，滲氮?jiǎng)└哂诎舨哪┒说暮穸葹楣摅w長(zhǎng)度的1/10。
[0013]進(jìn)一步的優(yōu)選，在步驟3中，棒材與電線焊接的焊絲材料H0Crl9Ni9、H0Crl9Ni9Ti或 lCrl8Ni9Ti。
[0014]進(jìn)一步的優(yōu)選，陶瓷管的尺寸選用直徑3-6_直徑的無(wú)絕緣皮銅線，并且長(zhǎng)度在30mm的陶瓷管。
[0015]在滲氮的過程中，加入電脈沖處理，在一定的的電壓、頻率、時(shí)間條件下可以提高活性氮原子的能量，使更多的活性氮原子能量滿足其擴(kuò)散激活能，從而加快了氮的擴(kuò)散過程，提升滲氮的效率，縮短滲氮的時(shí)間、大大降低其能量能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是實(shí)施例中脈沖電線示意圖。
[0017]圖2是實(shí)施例中電脈沖滲氮技術(shù)裝置示意圖。
[0018]圖3是實(shí)施 例中電脈沖滲氮方法流程示意圖。
[0019]圖4是實(shí)施例中脈沖處理后試樣不同厚度的元素含量能譜分析。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面具體說明奧氏體不銹鋼的滲氮方法,本實(shí)施例以lCrl8Ni9Ti為例進(jìn)行示范性說明，該示范性的實(shí)施例不限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0021]首先對(duì)需要滲N的ICrlSNiOTi工件進(jìn)行處理，將工件表面進(jìn)行噴砂或酸洗將阻礙N擴(kuò)散的lCrl8Ni9Ti表面的鈍化膜除去。
[0022]配置滲N劑，滲氮?jiǎng)┦悄拘?、尿素、碳酸鈉和氯化銨混合物，按質(zhì)量比10:6:3:1均勻混合。經(jīng)過計(jì)算和許多次試驗(yàn)，按照這個(gè)質(zhì)量比的滲氮?jiǎng)┛蛇_(dá)到最佳需要的技術(shù)效果。其中尿素為主要活性N元素的來(lái)源，木屑可以提高滲劑的活性，氯化銨受熱分解出HCl氣體可以將高溫下lCrl8Ni9Ti表面形成的新的鈍化膜腐蝕保證N擴(kuò)散，反應(yīng)生成NH3提高了 N的濃度，而碳酸鈉可與多余的HCl氣體反應(yīng)去除了空氣污染。
[0023]如圖1所示，準(zhǔn)備固態(tài)電脈沖所用的電線，插入到陶瓷管中。作為一種優(yōu)選，陶瓷管的尺寸選用直徑3-6mm直徑的無(wú)絕緣皮銅線，將相應(yīng)口徑的長(zhǎng)度在30mm —下的陶瓷管。將陶瓷管一個(gè)挨一個(gè)的套入導(dǎo)線，起到絕緣作用，其具體形貌如圖1所示。因?yàn)殡娒}沖處理將采用上千伏電壓，瞬時(shí)能量很高導(dǎo)線的絕緣皮容易燒焦，而采用陶瓷管組成的絕緣皮可以起到很好絕緣抗熱作用。
[0024]將ICrlSNiOTi棒材的兩端，分別與兩根電線焊接(作為一種優(yōu)選，可用H0Crl9Ni9、H0Crl9Ni9Ti或lCrl8Ni9Ti等焊絲)到一起，保證一定的物理強(qiáng)度即可。作為一種優(yōu)選，棒材長(zhǎng)度<滲N罐長(zhǎng)度的80%。
[0025]如圖2所示，把滲N劑裝入圓柱形滲N罐中填滿，填滿罐體長(zhǎng)度方向的1/10并且夯實(shí)，將與電線焊接好的lCrl8Ni9Ti棒材長(zhǎng)度方向與罐體長(zhǎng)度方向保持一致，裝入罐的正中央，再將其周圍用滲N劑填滿，同時(shí)覆蓋棒材末端，滲N劑高于棒材末端的厚度為罐體長(zhǎng)度的1/10，夯實(shí)將導(dǎo)線穿過罐蓋的兩個(gè)空洞，最后密封滲N罐。
[0026]如圖2所示，將整個(gè)滲N罐裝入熱處理爐中，把導(dǎo)線從熱處理爐的頂端的熱電偶插口出導(dǎo)出。再將電線兩末端與電脈沖設(shè)備連接，脈沖設(shè)備接口處與電線緊密連接防止電火花產(chǎn)生。
[0027]如圖3所示為電脈沖滲N方法流程圖，接通熱處理爐電源將爐內(nèi)溫度升至500至700°C，作為一種優(yōu)選為550°C，開始保溫，Ih后對(duì)其進(jìn)行電脈沖處理，其脈沖參數(shù)為電壓
6.5至9KV、頻率7至IOHz，作為一種優(yōu)選，選擇電壓8KV、頻率9Hz ;處理IOmin后停止電脈沖，50min后再通入IOmin相同參數(shù)的電脈沖處理，如此往復(fù)4次以上，作為一種優(yōu)選，次數(shù)為6次最佳，期間熱處理爐一直保持500至700°C之間的某一溫度不變。即在500至700°C之間的某一溫度保溫lh，后進(jìn)行6h的電脈沖(每小時(shí)I次,一次IOmin)加500至700°C之間的某一溫度恒溫處理，一共保溫7h。
[0028]處理完成后將滲N罐隨熱處理爐冷卻，待其冷卻后開罐，將焊接口與電線截?cái)嗉赐瓿蓾BN處理。
[0029]觀察經(jīng)過電脈沖滲N處理后lCrl8Ni9Ti的近表面處顯微組織，可知其滲N層大約為 170 μ m。
[0030]圖4是脈沖處理后試樣不同厚度的元素含量能譜分析，(a)距試樣表面O μ m ; (b)距試樣表面50 μ m ; (C)距試樣表面100 μ m ; (d)距試樣表面200 ym;(e)距試樣表面300 μ m ;從圖中可以看 出經(jīng)過電脈沖處理的基體組織中鉻質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由試樣表面向試樣內(nèi)部依次降低。由金屬的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理可知，基體表面產(chǎn)生的鉻氮化合物越多，基體表面的鉻含量越高。由此可知，該試樣離表面距離為O μ m和50 μ m處的氮含量最高，離表面距離為IOOym到300μπι處的氮含量較低。說明了經(jīng)電脈沖處理的固體軟氮化試樣的氮化層是符合要求的。
[0031]觀察為電脈沖滲N后試樣表面不同元素的能譜面掃描分析，可以看出C、Cr、N、N1、Ti元素的分布十分均勻，說明電脈沖滲N工藝加快了 lCrl8Ni9Ti中C、Cr、N、N1、Ti等多種元素的擴(kuò)散，使多種在lCrl8Ni9Ti均勻分布，從而全面提高了該合金的各項(xiàng)綜合性能。電脈沖滲N后ICrlSNiOTi棒材的的表面十分光潔，不會(huì)出現(xiàn)如傳統(tǒng)氮化后的過氮化層，不用進(jìn)行噴丸或酸洗等去皮過程。
[0032]本發(fā)明顯著縮短lCrl8Ni9Ti棒材的滲N時(shí)間至7h，相當(dāng)于固態(tài)滲N時(shí)間的1/2，氣態(tài)滲N的1/3-1/7，離子滲N的1/2，與最快的氣態(tài)滲N相當(dāng)。可以顯著地降低熱處理時(shí)間，顯著地節(jié)約能源，提高生產(chǎn)效率。
[0033]滲N層深度比一般的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)滲N工藝要高，可達(dá)170 μ m,相比于離子滲N滲層深度提高了近一倍，可以大大增加其表面耐磨性和表面強(qiáng)度。
[0034]本發(fā)明滲氮方法，從滲氮?jiǎng)┑綕BN過程，幾乎沒有有害固體、液體和氣體產(chǎn)生，環(huán)保無(wú)污染同時(shí)節(jié)約了大量尾氣和污水處理成本。
[0035]本滲氮方法可以利用原有的熱處理爐進(jìn)行滲N生產(chǎn)，相比于離子滲N工藝須采用全新生產(chǎn)線而言在原有生產(chǎn)線上稍加改動(dòng)的電脈沖N技術(shù)，可以減少大量的廠房改裝費(fèi)用，快速投入生產(chǎn)，節(jié)約社會(huì)資源。
[0036]電脈沖滲N后lCrl8Ni9Ti棒材的的表面十分光潔，不會(huì)出現(xiàn)如傳統(tǒng)氮化后的過氮化層，不用進(jìn)行噴丸或酸洗等去皮過程，進(jìn)一步節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境。
[0037]經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，得出電脈沖滲N技術(shù)不但可以加快滲N過程，同時(shí)由于脈沖能量的加入提高了不同原子的能量，加快了 C、Cr、N、N1、Ti等多種元素的擴(kuò)散，使多種在lCrl8Ni9Ti均勻分布，從而全面提高了該合金的各項(xiàng)綜合性能。[0038]應(yīng)當(dāng)理解到，本發(fā)明并非局限于上述實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容，而在不違背本發(fā)明權(quán)利要求范圍的條件下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型。所以，凡是不脫離本發(fā)明公開完成的修改和變型，都是落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種奧氏體不銹鋼的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于: 步驟1、奧氏體不銹鋼的棒材表面進(jìn)行噴砂或酸洗； 步驟2、配置滲氮?jiǎng)瑢⒛拘?、尿素、碳酸鈉和氯化銨，按質(zhì)量比10:6:3:1均勻混合； 步驟3、棒材的兩端，分別與兩根電線焊接；然后，將棒材裝入滲氮罐的中央，周圍用滲氮?jiǎng)┨顫M；滲氮罐裝入熱處理爐，電線連接電脈沖設(shè)備； 步驟4、熱處理爐電源將爐內(nèi)溫度升至500至700°C，開始保溫，I小時(shí)后對(duì)其進(jìn)行電脈沖處理，其脈沖參數(shù)為電壓6.5至9KV、頻率7至IOHz，處理10分鐘后停止電脈沖，50分鐘后再使用相同參數(shù)進(jìn)行10分鐘的電脈沖處理，如此往復(fù)次數(shù)4次以上； 步驟5、滲氮罐隨爐冷卻，待其冷卻后開罐，截?cái)嚯娋€。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:熱處理爐的爐內(nèi)溫度550。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:脈沖參數(shù)為電壓8KV、頻率 9Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:所述往復(fù)次數(shù)為6次。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:奧氏體不銹鋼為lCrl8Ni9Ti0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:所述電線外套設(shè)陶瓷管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:在步驟3中，首先將滲氮?jiǎng)┨顫M罐體長(zhǎng)度方向的1/10夯實(shí)，再將棒材長(zhǎng)度方向與罐體長(zhǎng)度方向保持一致，裝入罐的正中央，將其周圍用滲N劑填滿，同時(shí)覆蓋棒材末端，滲氮?jiǎng)└哂诎舨哪┒说暮穸葹楣摅w長(zhǎng)度的1/10。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:在步驟3中，棒材與電線焊接的焊絲材料 H0Crl9Ni9、H0Crl9Ni9Ti 或 lCrl8Ni9Ti。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的電脈沖輔助滲氮方法，其特征在于:陶瓷管的尺寸選用直徑3-6mm直徑的無(wú)絕緣皮銅線，并且長(zhǎng)度在30mm的陶瓷管。
【文檔編號(hào)】C23C8/62GK103741092SQ201310672610
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】劉興江, 齊錦剛, 王建中, 孫玉玲, 吳敵, 李揚(yáng) 申請(qǐng)人:遼寧工業(yè)大學(xué)