本發明屬于材料表面處理技術領域，尤其是涉及一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體碳氮共滲方法。
背景技術：
奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含cr約18％、ni8％～25％、c約0.1％時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有優良的力學性能、高韌性和塑性，可加工性以及抗腐蝕性強，被廣泛應用于化工、汽車、機械、海運及海洋構件等領域；但奧氏體不銹鋼缺點是由于含碳量極低，導致表面強度和硬度較低，抗磨損性能、抗疲勞性能低，且不可能通過相變使之強化，嚴重影響奧氏體不銹鋼的使用范圍，或是大幅度降低零工件的使用壽命。低溫碳氮共滲是常見的對金屬表面進行強化處理的方法，即在較低溫度以下，使工件表面在主要滲入氮的同時也滲入碳。碳滲入后形成的微細碳化物能促進氮的擴散，加快高氮化合物的形成。這些高氮化合物反過來又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促進便加快了滲入速度。此外，碳在氮化物中還能降低脆性。碳氮共滲層比滲碳層有更高的硬度、耐磨性、抗蝕性、彎曲強度和接觸疲勞強度。目前應用較廣的碳氮共滲方法是氣體法和鹽浴法。但目前的碳氮共滲工藝中，由于不銹鋼中含有較高含量的鉻，如果碳的濃度較高且加熱溫度過高，有時會導致活鋼表面形成粗大的塊狀活網狀碳化物，導致表面過脆，韌性急劇下降。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供了一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體碳氮共滲方法。采取兩段式升降溫，提高了碳原子從工件內部到表面的分布均勻性，提高了性能。
本發明完整的技術方案包括：
一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體碳氮共滲方法，包括如下步驟：
1)將奧氏體不銹鋼工件進行共滲前去除表面鈍化膜處理；
2)將奧氏體不銹鋼放入碳氮共滲爐中，抽真空到10-3pa；
3)通入碳氮共滲氣體，加熱碳氮共滲爐開始碳氮共滲處理，所述的碳氮共滲處理為兩段式升降溫過程，包括：
3.1由管路將體積組成為co：h2：nh3＝3：1：12的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，加熱到500℃-550℃，保溫5-8小時，
3.2隨后由管路將體積組成為co：h2：nh3＝2：1：8的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，降溫到390℃-400℃，保溫1-2小時，
3.3然后由管路將體積組成為co：h2：nh3＝3：1：12的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，升溫到480℃-500℃，保溫1小時，
3.4由管路將體積組成為co：h2：nh3＝2：1：8的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，降溫到390℃-400℃，保溫1.5小時后對碳氮共滲爐抽真空并充n2保護，緩冷到150℃下。
4)對奧氏體不銹鋼工件進行去除表面鈍化膜處理。
本發明相對于現有技術的優點在于：采用兩段式的升降溫碳氮共滲處理，并交替使用不同濃度的碳氮共滲氣體，實現了在高溫下活性碳原子在工件表面的高濃度富集以及低溫下碳原子向工件內部的順利擴散，避免形成粗大碳化物，碳化物尺寸變小同時促進了氮原子的溶解。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明做進一步說明。
選擇奧氏體不銹鋼的組分為cr：22.3％～26.5％；ni：6％～9％；mo：0.3％～0.8％；c：0.02-0.06％；mn：4％～7％；si：1.0％～1.2％；n：0.05％～0.15％；la：0.011％-0.015％；sr：0.009％-0.011％；nb：0.1～0.8％；p≤0.02％，s≤0.02％；余量為鐵和雜質。
上述組分是我院為特別為用于海運船舶的水泵、齒輪、管道、閥門等工件構件設計的不銹鋼，采用了較低的si含量，以降低鋼的脆性，提高塑性和韌性，由于在碳氮共滲時表面生成cr的碳化物，導致碳氮共滲后表面cr含量降低，難以再次形成鈍化膜，因而適當調高cr含量，有利于提高抗腐蝕性，la和sr均為晶粒細化劑，其中la已經被用于奧氏體不銹鋼中，而sr之前通常被用于鋁合金的晶粒細化中，此次在加入la的基礎上增加了sr，發現晶粒細化效果比單加la有所提高。
將上述組分的不銹鋼經熔煉，澆注得到鑄錠，經鍛造或擠壓加工工藝后得到奧氏體不銹鋼工件，隨后進行兩段式碳氮共滲處理，具體工藝為：
1.將奧氏體不銹鋼工件進行共滲前的去除表面鈍化膜處理；鈍化膜處理采用體積比為聚四氟乙烯：四氯化碳：氯化氫：乙醇＝(100-120)：(10-20)：(1.5-3)：(12-15)的活化劑，經加熱裂解后對工件進行吹掃活化，去除表面鈍化膜。
2.將奧氏體不銹鋼放入碳氮共滲爐中，抽真空到10-3pa；
3.通入碳氮共滲氣體，加熱碳氮共滲爐開始碳氮共滲處理，所述的碳氮共滲處理為兩段式升降溫過程，包括：
3.1由管路將體積組成為co：h2：nh3＝3：1：12的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，加熱到500℃-550℃，保溫5-8小時，該階段nh3分解率為30％-40％，
3.2隨后由管路將體積組成為co：h2：nh3＝2：1：8的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，降溫到390℃-400℃，保溫1-2小時，
3.3然后由管路將體積組成為co：h2：nh3＝3：1：12的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，升溫到480℃-500℃，保溫1小時，
3.4由管路將體積組成為co：h2：nh3＝2：1：8的碳氮共滲氣體，送入碳氮共滲爐中，降溫到390℃-400℃，保溫1.5小時后對碳氮共滲爐抽真空并充n2保護，緩冷到150℃下。
4.對奧氏體不銹鋼工件進行去除表面鈍化膜處理。
在實際研究中發現，如果采用高碳濃度碳氮共滲劑進行持續碳氮共滲，會導致活性碳原子在鋼表面富集的速度遠遠超過從表層到內部的擴散速度，導致鋼表面碳原子高度富集，形成粗大的塊狀活網狀碳化物，同時碳化物的粗大不利于促進氮的溶解形成高氮化合物，在本發明公開的碳氮共滲方法中，首先形成活性碳原子在工件表面的高濃度富集，隨后降溫，并降低氣體中碳原子的濃度，在保證表面碳原子濃度不增加的情況下，使碳原子向工件內部進行擴散，同時低溫下保溫避免了形成的碳化物長大，而細小的碳化物同時可以提高氮的溶解度，與鋼中的合金元素形成氮化物提高耐磨性，保溫過后表面碳原子濃度下降，隨后再次升溫并加大氣體中碳原子的濃度，形成活性碳原子在工件表面的再一次富集，隨后再次降溫并再次降低氣體中碳原子的濃度，如此既保證了避免表面形成粗大碳化物，導致表面過脆，又提高了促進了氮原子在鋼中從表面到內部的梯度分別，避免形成明顯的界面而造成使用過程的斷裂源。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。