高温渗氮制备高氮不锈钢工艺及其性能的研究

【摘要】：增加不锈钢中的氮含量可获得高氮不锈钢,从而进一步提高不锈钢的强度和耐蚀性。作为一种新型工程材料,高氮不锈钢在工业生产中发挥着越来越重要的作用。本文通过优化高温渗氮工艺参数,研究了高温渗氮过程中加热温度、保温时间、氮气压力等工艺参数对Cr17-14Mn-2Mo-0.4N不锈钢渗氮层的影响,同时探讨了高温渗氮工艺参数对高氮不锈钢的显微组织、力学性能、耐蚀性能的影响机理,并得出以下主要结论: 在加热温度为1200℃、保温时间为24h、氮气压力在0.2MPa～0.5MPa的工艺条件下,可以在不锈钢表面获得厚度在2.0mm以上的渗氮层,渗氮层平均氮含量最大可达1.1%,与原材料相比,氮含量增加了2倍。经高温渗氮工艺处理后得到的渗氮层为单一奥氏体组织;相对于未渗氮试样而言,渗氮试样的强度得以提高的同时,其延伸率、断面收缩率并未大幅度降低,仍然保持着较高的水平。采用高温渗氮工艺得到的高氮奥氏体不锈钢在0.9%NaCl生理盐水和模拟血浆溶液中具有优异的耐蚀性,尤其是耐点蚀性能;氮含量的提高可明显提高不锈钢的耐蚀性能,每提高0.01%氮含量,可以使点蚀电位提高10mV以上。在加热温度1200℃、氮气压力0.3MPa、保温时间24h条件下得到的高氮奥氏体不锈钢在0.9%NaCl生理盐水中的点蚀电位约1200mV,大大高于渗氮前约320mV的水平。 结合渗氮层硬度测试结果及原子扩散理论,推导出了无镍双相不锈钢高温渗氮层中氮含量的分布模型。该分布模型对无镍双相不锈钢高温渗氮层中的氮含量具有一定的预测能力,可以利用该模型对不同工艺获得的渗层氮含量进行估算,因而对不锈钢高温渗氮工艺的实施应具有一定的指导意义。