[发明专利]奥氏体钢制件的渗铬渗氮工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面硬化处理技术领域，具体涉及钠冷快堆堆芯组件的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺。

背景技术

为防止钠冷快堆堆芯组件的奥氏体不锈钢部件间的自焊，增加操作时的耐磨性，防止在磨擦面上擦伤、磨损，同时在高温钠环境下防止钠腐蚀，要求堆芯组件的操作头和过渡接头部位、小栅板插孔的硬度须达到HV₅400或HV_0.1600，硬化层有一定的厚度，如0.07～0.14mm，堆芯组件的接触部位表面必须进行硬化处理。表面硬化的方法很多，为满足不锈钢在钠中的上述要求，防止失铬，必须采用渗铬渗氮工艺，形成以铬的氮化物为基础的氮化铬(Cr₂N)弥散层。

渗铬是一种高温扩散方法，是把钢制件浸埋在一个甄中的渗铬剂中，该渗铬剂中含有铬，将此甄封闭，连甄一起在炉中高温加热数小时。加热使渗铬剂中的铬气化，沉积在钢奥氏体不锈钢部件工件上并且向金属基体中扩散，并达到一定浓度，出现一个铁-铬合金覆层。在《真空粉末渗铬热处理技术》一文中指出，该工艺适用于一些要求极高的工部件、传动件以及耐磨损耐腐蚀等工艺要求的热处理加工工艺流程。另一目的是以廉价的材质经加工后其各项性能指数均接近不锈钢，是替代不锈钢、镍铬钢、耐高温钢的主要途径，通常奥氏体不锈钢部件工件在渗铬罐中处于奥氏体的状态下进行渗铬作业的。

目前，在热处理中用的固体渗铬剂主要有三种，一种是用铬粉与氧化铝粉的混合物；二种是铬铁粉与氧化铝粉的混合物；三种是以铬铁粉与氧化铝粉的混合物制成的粒状固体渗铬剂。其中，第一种所需的铬粉价格太贵，使渗铬工艺难以推广使用；第二种在使用中易产生硬性结块，给重复使用造成很大困难；第三种是在第二种的基础上的改进型，它需将铬与铁熔化成铬铁合金，再粉碎成粒状，所以制取工艺比较复杂，其成本较高。中国专利文献CN 1045133A公开了另一种固体渗铬剂，采用价格较低、来源广泛的三氧化二铬粉与铝、锌等比铬活动性强的金属粉末在远低于熔化的温度下，选用氯化胺、碘化胺等铁盐做催化剂，经化学反应后生成的混合物作渗铬剂。

为了得到所要求的渗铬层的厚度，渗铬混合剂和渗铬工艺参数的选择至关重要。现有技术所提供的表面硬化工艺不能得到钠冷快堆堆芯组件不锈钢部件所需要的硬化层。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是在在已有的表面硬化工艺基础上，改进渗铬剂的配方和渗铬工艺参数，形成一种耐腐蚀、硬度高、抗自焊的硬化层。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，包括奥氏体不锈钢部件预处理、渗铬、清洗、氮化、检验等工序。关键在于，所用的固体渗铬剂为铬占质量份额为58～70％的铁铬合金粉。块状的铁铬合金打碎至颗粒度为10～15mm，然后在球磨机磨成粉，并用筛子筛分，铁铬合金粉的颗粒度为200～630微米。

所述的渗铬工序包括如下步骤：

步骤a1，将奥氏体不锈钢部件放入温度为25～300℃渗铬炉中，加热至(290±10)℃，保持2～4小时，再以20～30℃/小时的升温速度加热至(350±10)℃；

步骤a2，以60～70℃/小时的升温速度加热到(600±10)℃，保持2～4小时；

步骤a3，以90～100℃/小时的升温速度加热至渗铬温度(1100±10)℃，保温17～24小时。

步骤a4，渗铬后，将奥氏体不锈钢部件冷却至(950±20)℃，保温3～4小时，然后降温至(600±10)℃，保温1.5～2小时，再降至(350±10)℃，保温3～4小时。

所述的氮化工序包括如下步骤：

步骤b1，在渗氮炉内以90～100℃/小时的升温速度加热至(600±10)℃，保温2.5～3小时；

步骤b2，再以90～100℃/小时的升温速度加热到(950±20)℃，保温0.9～1.1小时，接着以同样的升温速度加热到氮化温度(1100±20)℃，保温4～5小时；

步骤b3，停止加热，通入氩气并随炉冷却到(950±10)℃，然后减少氩气流量，冷却至270～300℃，再在空气中冷却。

所述的步骤b3中，在炉温达到600～700℃时，为了加速冷却，允许向炉内送压缩空气或者工业氮。

为了增加氮化效果，在所述的氮化工序完毕后，再进行一次激光氮化工序，即用6～8小时，将氮化后的部件从室温加热至570～600℃，在该温度下保温20～24小时，然后用10～12小时降至室温。