奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、石油化工、海洋工程、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。但是由于它的硬度非常低，耐摩擦磨損性能較差，很大程度上限制了它在大多行業(yè)中的應(yīng)用。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼可以通過(guò)滲碳或滲氮等方法來(lái)提高表層硬度，并且耐腐蝕性不受影響。本文針對(duì)研究的情況進(jìn)行探討。

01核心技術(shù)及難點(diǎn)

不銹鋼表面硬化的主要核心技術(shù)及難點(diǎn)如下：

1）鈍化膜去除

奧氏體不銹鋼耐腐蝕原理是在不銹鋼的表面覆蓋著一層致密、化學(xué)穩(wěn)定、且能夠進(jìn)行自修復(fù)的Cr2O3鈍化膜，能夠阻礙空氣當(dāng)中或者周?chē)h(huán)境當(dāng)中的氧進(jìn)入不銹鋼內(nèi)部，從而大大延緩了腐蝕的產(chǎn)生。但這層鈍化膜在常規(guī)的滲碳或者氮化溫度下，也會(huì)阻礙氮或碳原子進(jìn)入奧氏體不銹鋼內(nèi)。所以如何在滲碳或者滲氮的過(guò)程前，有效去除這層致密的Cr2O3鈍化膜是整個(gè)不銹鋼硬化技術(shù)的核心內(nèi)容之一。目前，不銹鋼去除鈍化膜的方法有鹽浴法、離子法和氣體法、機(jī)械噴砂、化學(xué)浸泡、納米轉(zhuǎn)化膜等方法。

2）硬化溫度

奧氏體不銹鋼硬化處理可采用高溫硬化和低溫硬化，高溫硬化一般硬化溫度≥550℃，經(jīng)過(guò)高溫硬化處理的奧氏體不銹鋼表面可獲得≥1200HV0.1的較高硬度，從而具有良好的耐磨性，但是由于硬化溫度高，使得硬化層中氮化鉻或碳化鉻析出，造成貧鉻現(xiàn)象從而大大降低了其耐蝕性能；低溫硬化一般溫度為400-450℃，既可形成S相又可避免硬化層中氮化鉻或碳化鉻析出，從而具有較高的耐磨性和耐蝕性 。

02研究方法及過(guò)程

本次研究采用316L奧氏體不銹鋼進(jìn)行低溫氣體氮碳共滲的硬化研究，具體方法及過(guò)程如下：

1）固溶處理

將奧氏體不銹鋼316L在真空氣淬爐中先進(jìn)行固溶處理，加熱溫度為1050-1150℃，保溫時(shí)間3-5h，保溫結(jié)束后氣淬，氮?dú)鈮毫?-8bar。

2）氣體法爐內(nèi)破膜處理

將固溶處理后的奧氏體不銹鋼316L放入氣體低溫氮碳共滲設(shè)備中抽真空，真空度≤10Pa后通入氮?dú)庵?0000Pa ，重復(fù)抽真空和充氮?dú)?次。沖入2000Pa氮?dú)?，升溫?50℃，通入破膜氣氛至壓力為60KPa；保溫1-2h；再升溫至380℃，通入破膜氣氛至壓力為95KPa，保溫2-5h。

3）低溫氮碳共滲處理

破膜結(jié)束后直接將溫度升至420±2℃進(jìn)行氮碳共滲，時(shí)間為15-30h，爐內(nèi)通入NH3：1-2L/min，CO：0.5-1L/min。爐內(nèi)壓力設(shè)置為70000-90000Pa。共滲結(jié)束后隨爐降溫出爐。處理后表面可獲得15-30um的耐蝕硬化層，即S相，如圖1所示。表面硬度為1100-1400HV0.1，比處理前的奧氏體不銹鋼硬度提高4-6倍，具有較好的耐磨性。

4）后處理

低溫氮碳共滲處理后的進(jìn)行電解拋光，去除表面2-3um的非S相。經(jīng)過(guò)電解拋光處理的奧氏體不銹鋼表面回復(fù)金屬光亮色且S相均勻連續(xù)，未出現(xiàn)S相斷裂的現(xiàn)象，此時(shí)經(jīng)過(guò)電解拋光的奧氏體不銹鋼耐鹽霧試驗(yàn)時(shí)間≥500h，具有優(yōu)良的耐蝕性能。電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示，420℃的氮碳共滲耐腐蝕性與原來(lái)基體相當(dāng)；380℃的氮碳共滲耐腐蝕性比基體還有提升。      

03結(jié)論

奧氏體不銹鋼可以通過(guò)氣體破膜并經(jīng)低溫氮碳共滲、電解拋光后，表面硬度可由基體硬度的140-300HV大幅提高至1000HV0.1以上，耐腐蝕性與基體基本保持不變或者略有提高。