马氏体不锈钢气体氮化工艺探究

　　渗氮用钢一般采用W(c)=0.15%～0.45%的普通合金结构钢，只有在腐蚀性较强的介质中工作，且要求高耐磨性、高强度和韧性时，才采用各类不锈钢。该公司主要生产各类工业汽轮机，工况服役条件相当恶劣，对零部件提出了很高要求。因此，汽轮机里相当一部分零件如阀杆、阀碟、偏心销等都采用马氏体不锈钢再进行表面氮化处理。采用马氏体不锈钢的主要目的是：一方面利用此类不锈钢的高温耐腐蚀性;另一方面通过表面渗氮来提高工件表面的耐磨性。

　　1 工艺分析

　　(1)马氏体不锈钢预处理为调质处理：2Cr12moV-5，1020℃2～3h淬油，720℃5～6℃空冷，获得回火索氏体组织;2Cr13-5，970℃2～3h淬油，670℃5～6℃空冷，获得回火索氏体组织;满足渗氮工艺要求。

　　(2)非渗氮区的防渗。采用KS-2防渗氮涂料，厚度大于0.2mm，可反复涂1～2次。

　　(3)消除钝化膜。马氏体不锈钢表面的铬离子与空气中的氧气作用会在较短的时间内形成一种薄膜(Cr2O3)，这种薄膜会阻碍氮原子的渗入。通常消除钝化膜有下列几种方法。

　　喷砂处理：用细沙将零件表面抛光去除钝化膜，该种方法缺点，需要专门的喷砂机，既要占用场地，而且对车间环境影 响很大，而喷砂时由于金属表面被沙子打掉，因而使零件的直径或 厚度减 少0.03～0.04mm影响零件的精度，另外必须严格限制去钝化膜处理后零件在空气中的停留时间，以免重新生成氧化膜[1]，故该方法不佳。

　　酸洗去除氧化膜法：酸洗法主要有磷酸法、铬酸法、盐酸法等，利用酸与工件表面的钝化膜发生化学反应，从而活化工件表面，该种方法的缺点对一些较大或较长的工件操作很困难，而且采用该种方法处理后，零件表面经常有斑点，氮化层硬度也不均匀，究其原因该种方法对零件清洗要求高，油污造成钝化膜去除不干净，另一方面原因在于酸洗后到装炉、排空这2～3h内，试样不可避免地要与空气接触，特别是通入的氨多少含有水份，必然在其表面生产新的氧化膜，阻碍氮原子的渗入[2]。

　　CCl4或N H4C l还原法：试验选用CCl4还原氧化膜，原因CCl4滴加方便而且CCl4含有4 各Cl原子 去钝化膜效果好，其原理将CCl4在炉温升到300℃后缓缓滴入炉内，由于CCl4易挥发，很快吸附在工件表面，同工件表面的氧化膜发生反应，经过1～1.5h化学处理后，工件表面的氧化 膜全部破坏，反应式如下：3CCl4+2Cr2O3=4CrCl3+3CO2.

　　当零件表面生成CrCl3时，又在450～550℃和通入的NH3反应，反应式如下：CrCl3+NH3=CrN+3 hCl这里产生的HCl一部分被带出炉外，其余的又与氧化膜反应，从而活化表面，排除了再度形成氧化膜的可能性。反应式如下：Cr2O3+6hCl=2CrCl3+3h20顺便指出一 部 分带出炉外的HCl与NH3在排气管中化合成NH4Cl，而管道的温度低于氯化氨的分解温度300℃，所以排气管很容易为氯化氨的粉末结晶所堵塞，必须经常清除。针对排气管堵塞情况，一方面我们对排气管进行改造，加大了排气管的直径;另一方面严格控制CCl4的用量，合理选择CCl4用量是本试验的重点。