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40cr无缝管S相渗层技术的意义

发表时间:2018/7/9 16:44:44 【   

40cr无缝管S相渗层技术的意义

 


  40cr无缝管具有良好的耐蚀性、优良的韧性和可加工性能,在许多领域获得广泛应用,但耐摩擦磨损性能较差、抗疲劳性能低,严重影响了40cr无缝管零部件的使用寿命。
  试验证明,40cr无缝管高温渗氮后淬火,即在1050~1150℃的真空炉中使氮溶解在40cr无缝管工件的表层,然后快速冷却下来,使氮化物来不及析出,从而可在工件表面形成含氮固溶强化的奥氏体渗氮层。高氮表面处理后,不仅提高了40cr无缝管表面的强度、硬度和耐磨性,且心部仍保持固溶处理的组织和性能。因为这种渗氮层的晶格参数与γ相不同,被称之为“S相”。在S相中,氮原子固溶于奥氏体晶格内部,且抑制氮化铬在晶界处析出,因此在不降低40cr无缝管耐蚀性能的前提下,显著提高了40cr无缝管的表面硬度。由此发展起来的40cr无缝管表面S相改性技术成为40cr无缝管表面处理技术发展的重要里程碑。实验证明,将含碳气体代替氮气引入离子处理的气氛中,也能获得一层类似于渗氮层的S相硬化层。
  但是,传统的渗氮、渗碳技术虽然提高了40cr无缝管零件表面硬度、耐磨性和疲劳强度,但由于渗氮、渗碳温度高,形成了氮化物和碳化物的沉淀相,牺牲了40cr无缝管的耐蚀性。同时,由于40cr无缝管表面形成一层致密的氧化膜,阻碍了氮、碳原子的渗入扩散。这些因素严重地制约了40cr无缝管渗氮、渗氮表面处理技术的发展和推广应用。
  与传统渗氮、渗碳技术不同,S相渗层技术是一种低温渗氮/渗碳技术。例如低温离子渗氮技术,将渗氮温度降低至450℃以下,渗入的氮形成固溶奥氏体,显著提高了40cr无缝管的硬度,同时抑制渗氮过程中铬的氮化物析出,保持了40cr无缝管的耐腐蚀性能。低温离子渗氮技术,可获得几十微米的单相含氮膨胀奥氏体相。低温离子渗碳具有渗层均匀、韧性好、承载能力强、硬度梯度平缓、渗碳效率高等优点。另据报道,通过对40cr无缝管表面进行氟化处理,消除表面的氧化膜,同时在试样表面形成氟化膜,这种氟化膜提高了活性氮的吸附和扩散渗入,可使40cr无缝管的渗氮温度降低到300℃。
  渗氮40cr无缝管可提供一个较强的亚表层来支承干滑动时所形成的氧化膜,比未渗氮试样能承受更高负荷。渗氮钢的磨损是氧化磨损机制,而未渗氮钢的磨损则是粘着和塑性变形机制。
  40cr无缝管通过低温渗氮/渗碳,获得含氮/碳固溶饱和的扩散层,即S相渗层,不仅提高了40cr无缝管表面硬度,而且还提高了40cr无缝管的耐蚀性。例如40cr无缝管在400℃、4h离子渗氮后,在5.5%NaCl溶液中的腐蚀电位提高了三倍,在3.5%的NaCl溶液中S相耐蚀性可以提高75%。低温渗氮提高了40cr无缝管的耐蚀性,因此延长了40cr无缝管零件的使用寿命,例如核反应堆40cr无缝管控制棒处理后寿命由一年延长至三年以上。


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