奥氏体不锈钢低温气体渗碳层组织性能及催渗技术研究

发布时间：2018-06-08 03:17

  本文选题：奥氏体不锈钢 + 低温气体渗碳　； 参考：《机械科学研究总院》2015年博士论文

【摘要】：具有良好耐腐蚀、耐热和焊接等性能的奥氏体不锈钢广泛应用于石油化工、能源电力、交通运输、航空航海以及日常生活等领域。然而,硬度低、耐磨性差等特点严重制约了它的一些特殊环境中的使用。所以,对其进行表面硬化处理是扩大其应用范围的最主要途径。化学热处理方法是提高奥氏体不锈钢表面强度的有效方法。然而,常规条件下的渗氮、渗碳或碳氮共渗处理虽可提高其表面强度,但由于较高温度处理所产生的高温合金化组织,导致奥氏体不锈钢的腐蚀性能大幅度降低,因此,必须开发新的表面耐蚀强化方式,满足生产和生活需求。本课题以国民经济重点领域中对耐磨、耐蚀材料的需求为背景,以探索奥氏体不锈钢表面耐蚀强化处理过程中存在的技术基础问题为目的,开发奥氏体不锈钢低温气体渗碳技术,在保持奥氏体不锈钢原有的耐腐蚀性能的基础上,提高表面硬度,改善耐磨性。本论文利用自主研制的低温气体渗碳炉,开发了奥氏体不锈钢低温气体渗碳成套技术,并分析了渗碳层的微观组织与结构,研究了低温气体渗碳处理对奥氏体不锈钢表面耐蚀性能和摩擦学性能的影响,探讨了耐蚀强化机制。为提高奥氏体不锈钢低温气体渗碳处理效率,开发了在此工艺条件下的稀土催渗技术,取得了满意的结果,为奥氏体不锈钢低温气体耐蚀强化技术的工业化应用打下了良好的基础。(1)研究低温条件下的奥氏体不锈钢气体渗碳技术,开发不锈钢表面钝化膜去除工艺,掌握渗碳气体成分、渗碳温度、渗碳保温时间等工艺参数之间的关系,获得理想的表面耐蚀强化层。结果表明:在渗碳温度450°C~500°C和渗碳保温时间32 h~72 h工艺条件下,总渗碳层深度深度最厚至78μm,其表面最高硬度可达1250 HV,是奥氏体不锈钢基体硬度的3倍以上,强化效果非常明显。在不损害奥氏体不锈钢腐蚀性能的前提下,低温气体渗碳表面强化技术较优工艺为渗碳温度470°C,渗碳保温时间48 h。渗碳前要经过两次预处理,温度和时间分别为250°C和2 h。(2)研究了低温条件下扩散进入奥氏体不锈钢基体中的碳原子分布规律以及对原奥氏体不锈钢的晶体结构、碳化物析出的影响,探索它的强化机理。XRD分析显示,由于碳原子的渗入,奥氏体不锈钢的晶格常数发生了不同程度的变化;EDS能谱和ICP分析显示,低温气体渗碳层中碳含量由表层到基体逐渐减少,其最高含量达到5%左右,高于奥氏体不锈钢基体中碳平衡浓度,呈现出过饱和特性,形成S相;低温气体渗碳层的硬度梯度变化与其总渗碳层的组织和碳浓度变化有一定的关系,在碳化物析出之前,强化方式为固溶强化,碳化物析出之后强化方式转变为固溶强化和弥散强化的共同作用。(3)研究奥氏体不锈钢低温气体渗碳层腐蚀性能和摩擦学性能。研究发现,通过适当的奥氏体不锈钢低温气体渗碳工艺处理,可以实现完全的奥氏体不锈钢固溶强化,防止不锈钢中腐蚀性能基本元素铬的损失,保持了奥氏体不锈钢的腐蚀性能;碳化物形成之前,强化方式为固溶强化,大幅度提高了奥氏体不锈钢的表面强度和摩擦学性能,实现了耐蚀强化的效果。在此基础上,绘制了奥氏体不锈钢低温气体渗碳工艺参数与渗碳层腐蚀性能的关系图,对实际生产中合理选择奥氏体不锈钢耐蚀强化处理工艺具有重要的指导意义。(4)从奥氏体不锈钢低温气体渗碳技术工业发展出发,开发了奥氏体不锈钢低温气体渗碳条件下的稀土催渗技术,有效地提高了低温渗碳速度。同时研究奥氏体不锈钢在低温气体渗碳条件下的稀土催渗机理及其对强化机制的影响。结果表明:适当的稀土催渗处理对提高低温气体渗碳渗速具有明显的作用,在推荐的稀土催渗工艺条件下,渗碳层的深度和表面硬度分别提高了23.4%和16.3%,该技术的开发为奥氏体不锈钢低温气体耐蚀强化技术的工业化应用打下了良好的基础。
[Abstract]:Austenitic stainless steel with good corrosion resistance, heat resistance and welding properties is widely used in the fields of petrochemical, energy, electricity, transportation, aviation and navigation, and daily life. However, low hardness, poor wear resistance and other characteristics seriously restrict the use in some special environments. Therefore, the surface hardening treatment is expanded. The most important way of its application is that chemical heat treatment is an effective method to improve the surface strength of austenitic stainless steel. However, the nitriding, carburizing or carbonitriding treatment under conventional conditions can improve the surface strength of austenitic stainless steel, but the corrosion properties of austenitic stainless steel are caused by high temperature alloying tissue produced by high temperature treatment. As a result, new surface corrosion resistance strengthening methods must be developed to meet the needs of production and life. This topic is based on the needs of wear resistant and corrosion resistant materials in the key areas of the national economy, in order to explore the technical basis for the corrosion resistance of austenitic stainless steel and to develop Austenitic stainless steel. On the basis of maintaining the original corrosion resistance of austenitic stainless steel, the temperature gas carburizing technology improves the surface hardness and the wear resistance. In this paper, the cryogenic gas carburizing complete technology of austenitic stainless steel was developed by using the self developed cryogenic gas carburizing furnace, and the microstructure and structure of the carburized layer were analyzed, and the low temperature gas was studied. The effect of Carburizing on the corrosion resistance and Tribological Properties of austenitic stainless steel surface is discussed. In order to improve the efficiency of low temperature gas carburizing of austenitic stainless steel, the rare earth infiltration technology under this technological condition has been developed, and the results are satisfactory, which is the work of the austenitic stainless steel low temperature gas corrosion strengthening technology. A good foundation is laid in the application of the industrial application. (1) the study of the austenitic stainless steel carburizing technology under low temperature, the development of the removal process of the passivation film on the stainless steel surface, the relationship between the composition of the carburizing gas, the carburizing temperature, the time of the carburizing and the heat preservation time and so on, has been obtained. The results show that the carburizing temperature is 450. The depth depth of the total carburized layer is the thickest to 78 u m under the condition of 32 h~72 h and carburizing heat preservation time. The maximum hardness of the surface is up to 1250 HV, and the hardness of the austenitic stainless steel matrix is 3 times more than that of the austenitic stainless steel. The strengthening effect of the low temperature gas carburizing surface is better without damaging the corrosion properties of austenitic stainless steel. The process is 470 degree C of carburization temperature and two pretreatments before carburizing and thermal insulation time 48 h.. Temperature and time are 250 C and 2 h. (2). The distribution of carbon atoms in the austenitic stainless steel matrix under low temperature and its influence on the crystal structure of the original austenitic stainless steel and the precipitation of carbides are investigated. .XRD analysis shows that the lattice constant of austenitic stainless steel changes to varying degrees because of the infiltration of carbon atoms. The EDS spectrum and ICP analysis show that the carbon content in the low temperature gas carburized layer decreases gradually from the surface to the matrix, and the highest content is about 5%, which is higher than the carbon equilibrium concentration in the austenitic stainless steel matrix. The hardness gradient of the low temperature gas carburized layer has a certain relationship with the change of the microstructure and carbon concentration of the total carburizing layer. Before the carbide precipitation, the strengthening mode is solid solution strengthening, and the strengthening mode of the carbide is changed to the common effect of solid solution strengthening and dispersion strengthening after the carbide precipitation. (3) the study of austenitic stainless steel is low. It is found that a proper austenitic stainless steel carburizing process can achieve solid solution strengthening of austenitic stainless steel, prevent the loss of the basic element chromium in stainless steel, and maintain the corrosion properties of the austenitic stainless steel. Before the formation of carbides, The strengthening method is solid solution strengthening, which greatly improves the surface strength and Tribological Properties of austenitic stainless steel, and achieves the effect of corrosion resistance. On this basis, the relationship diagram of the low temperature gas carburizing process parameters of austenitic stainless steel and the corrosion property of the carburized layer is drawn, and the corrosion resistance of austenitic stainless steel is reasonably selected in the actual production. The processing technology has important guiding significance. (4) from the development of austenitic stainless steel cryogenic gas carburizing technology industry, the rare earth infiltration technology of austenitic stainless steel under low temperature gas carburizing was developed, and the low temperature carburizing speed was effectively improved. At the same time, the rare earth osmosis machine of austenitic stainless steel under the condition of low temperature gas carburization was studied. The results show that the proper rare-earth permeation treatment has an obvious effect on improving the carburizing rate of low temperature gas. Under the recommended rare-earth infiltration process, the depth and surface hardness of the carburized layer are increased by 23.4% and 16.3% respectively. The opening of this technology is the corrosion resistance of austenitic stainless steel at low temperature. The industrial application of the operation laid a good foundation.
【学位授予单位】：机械科学研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

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本文编号：1994181