保持奧氏體無錫不銹鋼耐蝕性的滲碳工藝

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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(huì)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(gè)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(dòng)。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(duì)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(gè)非氧化環(huán)境，從而保證基體中的鉻原子不會(huì)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。