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滲氮方法。

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％、Ni 8％～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。

滲氮是常見的對金屬表面進行強化處理的方法，在一定溫度下一定介質中使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。傳統的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動的氨氣并加熱，保溫較長時間后，氨氣熱分解產生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴散滲入工件表層內，從而改變表層的化學成分和組織，獲得優良的表面性能。但目前的滲氮工藝中，一般采用一段式或兩段式加熱方法滲氮，滲氮氣體濃度基本保持恒定，但發明人從機理出發，經研究發現，由于滲氮需要在表面到內部形成一定厚度的滲氮層，并且滲氮層的硬度值與該處滲氮層的氮含量密切相關，而材料的內部結合力又與滲氮層的硬度變化趨勢有關，因而期望得到一種由內向外，滲氮量均勻增長且合理分布的梯度變化，既能保證材料的硬度和韌性保持合理的平衡，又使材料的硬度保持合理的變化。

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滲氮方法。采取升溫和擴散保持合理的關系，使沿材料中心方向滲氮量均勻增長且合理分布。

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滲氮方法，包括如下步驟：

1)將奧氏體不銹鋼工件進行表面鈍化膜處理；

2)將奧氏體不銹鋼放入滲氮爐中，抽真空到10^-3Pa；

3)通入滲氮氣體，加熱滲氮爐開始滲氮處理，所述的滲氮處理具體包括：

3.1高溫低濃度滲氮，在560-600℃下，經第一管路通入氨氣，所述第一管路不含有催滲劑，所述氨氣的流量為800ml/min,氨氣分解率為20-30％，保溫8-10h；

3.2低溫低濃度滲氮，在400-450℃下，經第一管路通入氨氣，所述氨氣的流量為1200ml/min，氨氣分解率為10-15％，保溫3-6h；

3.3低溫高濃度滲氮，在400-450℃下，經第二管路通入氨氣，所述第二管路含有稀土催滲劑，氨氣的流量為1800ml/min，氨氣分解率為40-50％，保溫1-2h；

3.4將滲氮后的不銹鋼工件置于緩冷坑中，靜置48-72h。

本發明相對于現有技術的優點在于：首先高溫低濃度滲氮，使活性氮原子在濃度較低情況下，借由高溫實現從表面到內部的充分擴散，以達到深度大，濃度低的氮分布，隨后采用低溫低濃度滲氮，保證表層氮原子濃度不再顯著提高前提下，進一步向內部擴散，隨后低溫高濃度滲氮，采用催滲劑催滲，顯著提高氨氣分解率，使表面形成氮原子富集，增加表面硬度，最后采用長時間緩冷的方式，使得從表層到內部的均勻化分布。

附圖說明

圖1為按本發明處理的奧氏體不銹鋼硬度及硬度分布示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和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，由于在滲氮時表面生成Cr的碳化物，導致滲氮后表面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，隨后進行兩段式滲氮處理，具體工藝為：

一種奧氏體不銹鋼的低溫氣體滲氮方法，包括如下步驟：

1)將奧氏體不銹鋼工件進行表面鈍化膜處理；

2)將奧氏體不銹鋼放入滲氮爐中，抽真空到10^-3Pa；

1)通入滲氮氣體，加熱滲氮爐開始滲氮處理，所述的滲氮處理具體包括：

3.1高溫低濃度滲氮，在560-600℃下，經第一管路通入氨氣，所述第一管路不含有催滲劑，所述氨氣的流量為800ml/min,氨氣分解率為20-30％，保溫8-10h；

3.2低溫低濃度滲氮，在400-450℃下，經第一管路通入氨氣，所述氨氣的流量為1200ml/min，氨氣分解率為10-15％，保溫3-6h；

3.3低溫高濃度滲氮，在400-450℃下，經第二管路通入氨氣，所述第二管路含有稀土催滲劑，氨氣的流量為1800ml/min，氨氣分解率為40-50％，保溫1-2h；

3.4將滲氮后的不銹鋼工件置于緩冷坑中，靜置48-72h。

將滲氮后的不銹鋼制成試樣，采用顯微硬度計檢測隨爐試樣的表面硬度和硬度梯度分布，結果如圖1所示，經過常規滲氮處理的不銹鋼滲碳層表面硬度為1085HV，滲氮厚度為60μm左右，且從表面到中心分布不均勻。而經過本發明采用三段式變溫變濃度滲氮處理的奧氏體不銹鋼滲碳層厚度達到60μm，表面硬度達到1075HV，且從表層到中心的分布比較平滑，避免了硬度劇烈變化帶來的問題。

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。