專利名稱：奧氏體鋼制件的滲鉻滲氮工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料表面硬化處理技術領域，具體涉及鈉冷快堆堆芯組件的 奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝。
背景技術：
為防止鈉冷快堆堆芯組件的奧氏體不銹鋼部件間的自焊，增加操作時的耐磨 性，防止在磨擦面上擦傷、磨損，同時在高溫鈉環境下防止鈉腐蝕，要求堆芯組 件的操作頭和過渡接頭部位、小柵板插孔的硬度須達到HV5400或HV。,i600，硬化 層有一定的厚度，如0.07 0. 14mm，堆芯組件的接觸部位表面必須進行硬化處 理。表面硬化的方法很多，為滿足不銹鋼在鈉中的上述要求，防止失鉻，必須采 用滲鉻滲氮工藝，形成以鉻的氮化物為基礎的氮化鉻(Cr2N)彌散層。
滲鉻是一種高溫擴散方法，是把鋼制件浸埋在一個甄中的滲鉻劑中，該滲鉻 劑中含有鉻，將此甄封閉，連甄一起在爐中高溫加熱數小時。加熱使滲鉻劑中的 鉻氣化，沉積在鋼奧氏體不銹鋼部件工件上并且向金屬基體中擴散，并達到一定 濃度，出現一個鐵一鉻合金覆層。在《真空粉末滲鉻熱處理技術》 一文中指出， 該工藝適用于一些要求極高的工部件、傳動件以及耐磨損耐腐蝕等工藝要求的熱 處理加工工藝流程。另一目的是以廉價的材質經加工后其各項性能指數均接近不 銹鋼，是替代不銹鋼、鎳鉻鋼、耐高溫鋼的主要途徑，通常奧氏體不銹鋼部件工 件在滲鉻罐中處于奧氏體的狀態下進行滲鉻作業的。
目前，在熱處理中用的固體滲鉻劑主要有三種， 一種是用鉻粉與氧化鋁粉的 混合物；二種是鉻鐵粉與氧化鋁粉的混合物；三種是以鉻鐵粉與氧化鋁粉的混合 物制成的粒狀固體滲鉻劑。其中，第一種所需的鉻粉價格太貴，使滲鉻工藝難以 推廣使用；第二種在使用中易產生硬性結塊，給重復使用造成很大困難；第三種 是在第二種的基礎上的改進型，它需將鉻與鐵熔化成鉻鐵合金，再粉碎成粒狀， 所以制取工藝比較復雜，其成本較高。中國專利文獻CN 1045133A公開了另一種固體滲鉻劑，采用價格較低、來源廣泛的三氧化二鉻粉與鋁、鋅等比鉻活動性強 的金屬粉末在遠低于熔化的溫度下，選用氯化胺、碘化胺等鐵鹽做催化劑，經化 學反應后生成的混合物作滲鉻劑。
為了得到所要求的滲鉻層的厚度，滲鉻混合劑和滲鉻工藝參數的選擇至關重 要。現有技術所提供的表面硬化工藝不能得到鈉冷快堆堆芯組件不銹鋼部件所需 要的硬化層。
發明內容
(一) 發明目的
本發明的目的是在在已有的表面硬化工藝基礎上，改進滲鉻劑的配方和滲鉻 工藝參數，形成一種耐腐蝕、硬度高、抗自焊的硬化層。
(二) 技術方案
為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。
一種奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝，包括奧氏體不銹鋼部件預處理、滲 鉻、清洗、氮化、檢驗等工序。關鍵在于，所用的固體滲鉻劑為鉻占質量份額為 58 70%的鐵鉻合金粉。塊狀的鐵鉻合金打碎至顆粒度為10 15mra，然后在球 磨機磨成粉，并用篩子篩分，鐵鉻合金粉的顆粒度為200 630微米。
所述的滲鉻工序包括如下步驟
步驟al，將奧氏體不銹鋼部件放入溫度為25 300°C滲鉻爐中，加熱至 (290土10)。C，保持2 4小時，再以20 30°C /小時的升溫速度加熱至(350士10) °C;
步驟a2，以60 70。C/小時的升溫速度加熱到(600±10) 。C，保持2 4小
時；
步驟a3，以90 100。C/小時的升溫速度加熱至滲鉻溫度(I賺IO) 。C， 保溫17 24小時。
步驟a4，滲鉻后，將奧氏體不銹鋼部件冷卻至(950±20) 。C，保溫3 4小 時，然后降溫至(600±10) 。C，保溫1.5 2小時，再降至(350±10) 。C，保溫 3 4小時。
所述的氮化工序包括如下步驟步驟bl，在滲氮爐內以90 100。C/小時的升溫速度加熱至(600±10) 。C， 保溫2. 5 3小時；
步驟b2，再以90 100°C /小時的升溫速度加熱到(950±20) °C，保溫0. 9 1.1小時，接著以同樣的升溫速度加熱到氮化溫度(1100±20) 。C，保溫4 5小 時；
步驟b3，停止加熱，通入氬氣并隨爐冷卻到(950±10) 。C，然后減少氬氣 流量，冷卻至270 300°C，再在空氣中冷卻。
所述的步驟b3中，在爐溫達到600 700°C時，為了加速冷卻，允許向爐內 送壓縮空氣或者工業氮。
為了增加氮化效果，在所述的氮化工序完畢后，再進行一次激光氮化工序， 即用6 8小時，將氮化后的部件從室溫加熱至570 600°C ，在該溫度下保溫20 24小時，然后用10 12小時降至室溫。 (三)有益效果
使用本發明所提供的滲鉻滲氮工藝處理的奧氏體不銹鋼部件達到鈉冷快堆 堆芯組件硬度和厚度要求，滿足鈉冷快堆鈉環境下使用要求。
圖l本發明所提供技術方案的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明所提供的技術方案作進一步闡述。 實施例1
本實施例為鈉冷快堆的堆芯組件操作頭和上過渡接頭滲鉻滲氮。所用的滲鉻 劑為鐵鉻合金粉，其中鉻所占質量份額為68 70%。其制備方法是將塊狀的鐵 鉻合金打碎至顆粒度為10 12mra，然后在球磨機磨成粉，并用篩子篩分，鐵鉻 合金粉的顆粒度為200 300微米。
滲鉻滲氮工藝包括奧氏體不銹鋼部件預處理、滲鉻、清洗、氮化、檢驗等工 序。其中滲鉻工序包括如下步驟
步驟al，將奧氏體不銹鋼部件放入溫度為25 300°C滲鉻爐中，加熱至(290±10)°C，保持2 4小時，再以20 30°C /小時的升溫速度加熱至(350±10) °C;
步驟a2，以60 70。C/小時的升溫速度加熱到(600±10) 。C，保持2 4小
時；
步驟a3，以90 100。C/小時的升溫速度加熱至滲鉻溫度(IIOO士IO) 。C， 保溫17 24小時。
步驟a4，滲絡后，將奧氏體不銹鋼部件冷卻至(950±20) 。C，保溫3 4小 時，然后降溫至(600±10) 。C，保溫1.5 2小時，再降至(350±10) 。C，保溫 3 4小時。
所述的氮化工序包括如下步驟
步驟bl，在滲氮爐內以90 100。C/小時的升溫速度加熱至(600±10) 。C， 保溫2.5 3小時；
步驟b2，再以90 100°C /小時的升溫速度加熱到(950±20) 。C，保溫0. 9 1.1小時，接著以同樣的升溫速度加熱到氮化溫度(1100±20) 。C，保溫4 5小 時；
步驟b3，停止加熱，通入氬氣并隨爐冷卻到(950±10) 。C，然后減少氬氣 流量，冷卻至270 300°C，再在空氣中冷卻。
將滲鉻后，用隨爐試驗件檢查滲鉻層的厚度，其厚度應為0. 07 0. 14mm， 如果厚度不夠，重新進行滲鉻工序的步驟al、步驟a2、步驟a3、步驟a4，其中 步驟a4中持續時間為1 2小時，厚度將增加0. Olmm。
氮化后，用隨爐試驗件檢查滲鉻氮化層的厚度，其厚度應為0. 07 0.14mm。 在氮化之后，零件出綠色和黑色的氧化面和劣質的滲鉻氮化層結構時，重新氮化。
實施例2
本實施例為鈉冷快堆的梅花瓣狀的小柵格板插孔滲鉻滲氮。所用的滲鉻劑為 鐵鉻合金粉，其中鉻所占質量份額為58 68%。其制備方法是將塊狀的鐵鉻合 金打碎至顆粒度為12 15mm，然后在球磨機磨成粉，并用篩子篩分，鐵鉻合金 粉的顆粒度為300 630微米。
滲鉻、氮化工序同步驟1。其不同之處是氮化工序完成后進行激光氮化工序，即用6 8小時，將氮化后的部件從室溫加熱至570 600°C，在該溫度下保溫20 24小時，然后用10 12小時降至室溫。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明 的精神和范圍。這樣，假若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等 同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝，包括奧氏體不銹鋼部件預處理、滲鉻、清洗、氮化、檢驗等工序，其特征在于所用的固體滲鉻劑為鉻占質量份額為58～70％的鐵鉻合金粉，顆粒度為200～630微米；所述的滲鉻工序包括如下步驟步驟a1，將奧氏體不銹鋼部件放入溫度為25～300℃滲鉻爐中，加熱至(290±10)℃，保持2～4小時，再以20～30℃/小時的升溫速度加熱至(350±10)℃；步驟a2，以60～70℃/小時的升溫速度加熱到(600±10)℃，保持2～4小時；步驟a3，以90～100℃/小時的升溫速度加熱至滲鉻溫度(1100±10)℃，保溫17～24小時。步驟a4，滲鉻后，將奧氏體不銹鋼部件冷卻至(950±20)℃，保溫3～4小時，然后降溫至(600±10)℃，保溫1.5～2小時，再降至(350±10)℃，保溫3～4小時。所述的氮化工序包括如下步驟步驟b1，在滲氮爐內以90～100℃/小時的升溫速度加熱至(600±10)℃，保溫2.5～3小時；步驟b2，再以90～100℃/小時的升溫速度加熱到(950±20)℃，保溫0.9～1.1小時，接著以同樣的升溫速度加熱到氮化溫度(1100±20)℃，保溫4～5小時；步驟b3，停止加熱，通入氬氣并隨爐冷卻到(950±10)℃，然后減少氬氣流量，冷卻至270～300℃，再在空氣中冷卻。
2. 根據權利要求1所述的所述的奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝，其特 征在于步驟b3中，在爐溫達到600 700。C時，允許向爐內送壓縮空氣或者工 業氮。
3. 根據權利要求1所述的所述的奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝，其特 征在于在所述的氮化工序完畢后，再進行一次激光氮化工序，即用6 8小時，將氮化后的部件從室溫加熱至570 60(TC,在該溫度下保溫20 24小時，然后 用10 12小時降至室溫。
4. 根據權利要求1所述的所述的奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝，其特 征在于將滲鉻后，用隨爐試驗件檢査滲鉻層的厚度，其厚度應為0. 07 0. 14mrn， 如果厚度不夠，重新進行滲鉻工序的步驟al、步驟a2、步驟a3、步驟a4，其中 步驟a4中持續時間為1 2小時。
5. 根據權利要求1所述的所述的奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝，其特 征在于氮化后，用隨爐試驗件檢査滲鉻氮化層的厚度，其厚度應為0.07 0. 14mnu
6. 根據權利要求1或5所述的所述的奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝， 其特征在于氮化后檢驗，零件出綠色和黑色的氧化面和劣質的滲鉻氮化層結構 時，重新氮化。
全文摘要
本發明公開了一種鈉冷快堆堆芯組件的奧氏體不銹鋼部件的滲鉻滲氮工藝。該工藝包括奧氏體不銹鋼部件預處理、滲鉻、清洗、氮化、檢驗等工序，其中所用的固體滲鉻劑為鉻占質量份額為58～70％的鐵鉻合金粉，顆粒度為200～630微米。本發明所提供的滲鉻滲氮工藝處理的奧氏體不銹鋼部件達到鈉冷快堆堆芯組件硬度和厚度要求。
文檔編號C23C10/40GK101333639SQ20081013523
公開日2008年12月31日 申請日期2008年8月6日 優先權日2008年8月6日
發明者尤吉堃, 張汝嫻, 段海燕, 王曉榮, 謝光善, 金躍慶, 錢順發 申請人:中國原子能科學研究院