本文選題：奧氏體不銹鋼 + 低溫氣體滲碳　； 參考：《機械科學(xué)研究總院》2015年博士論文

【摘要】：具有良好耐腐蝕、耐熱和焊接等性能的奧氏體不銹鋼廣泛應(yīng)用于石油化工、能源電力、交通運輸、航空航海以及日常生活等領(lǐng)域。然而,硬度低、耐磨性差等特點嚴重制約了它的一些特殊環(huán)境中的使用。所以,對其進行表面硬化處理是擴大其應(yīng)用范圍的最主要途徑�；瘜W(xué)熱處理方法是提高奧氏體不銹鋼表面強度的有效方法。然而,常規(guī)條件下的滲氮、滲碳或碳氮共滲處理雖可提高其表面強度,但由于較高溫度處理所產(chǎn)生的高溫合金化組織,導(dǎo)致奧氏體不銹鋼的腐蝕性能大幅度降低,因此,必須開發(fā)新的表面耐蝕強化方式,滿足生產(chǎn)和生活需求。本課題以國民經(jīng)濟重點領(lǐng)域中對耐磨、耐蝕材料的需求為背景,以探索奧氏體不銹鋼表面耐蝕強化處理過程中存在的技術(shù)基礎(chǔ)問題為目的,開發(fā)奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳技術(shù),在保持奧氏體不銹鋼原有的耐腐蝕性能的基礎(chǔ)上,提高表面硬度,改善耐磨性。本論文利用自主研制的低溫氣體滲碳爐,開發(fā)了奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳成套技術(shù),并分析了滲碳層的微觀組織與結(jié)構(gòu),研究了低溫氣體滲碳處理對奧氏體不銹鋼表面耐蝕性能和摩擦學(xué)性能的影響,探討了耐蝕強化機制。為提高奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳處理效率,開發(fā)了在此工藝條件下的稀土催滲技術(shù),取得了滿意的結(jié)果,為奧氏體不銹鋼低溫氣體耐蝕強化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。(1)研究低溫條件下的奧氏體不銹鋼氣體滲碳技術(shù),開發(fā)不銹鋼表面鈍化膜去除工藝,掌握滲碳氣體成分、滲碳溫度、滲碳保溫時間等工藝參數(shù)之間的關(guān)系,獲得理想的表面耐蝕強化層。結(jié)果表明:在滲碳溫度450°C~500°C和滲碳保溫時間32 h~72 h工藝條件下,總滲碳層深度深度最厚至78μm,其表面最高硬度可達1250 HV,是奧氏體不銹鋼基體硬度的3倍以上,強化效果非常明顯。在不損害奧氏體不銹鋼腐蝕性能的前提下,低溫氣體滲碳表面強化技術(shù)較優(yōu)工藝為滲碳溫度470°C,滲碳保溫時間48 h。滲碳前要經(jīng)過兩次預(yù)處理,溫度和時間分別為250°C和2 h。(2)研究了低溫條件下擴散進入奧氏體不銹鋼基體中的碳原子分布規(guī)律以及對原奧氏體不銹鋼的晶體結(jié)構(gòu)、碳化物析出的影響,探索它的強化機理。XRD分析顯示,由于碳原子的滲入,奧氏體不銹鋼的晶格常數(shù)發(fā)生了不同程度的變化;EDS能譜和ICP分析顯示,低溫氣體滲碳層中碳含量由表層到基體逐漸減少,其最高含量達到5%左右,高于奧氏體不銹鋼基體中碳平衡濃度,呈現(xiàn)出過飽和特性,形成S相;低溫氣體滲碳層的硬度梯度變化與其總滲碳層的組織和碳濃度變化有一定的關(guān)系,在碳化物析出之前,強化方式為固溶強化,碳化物析出之后強化方式轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘軓娀蛷浬娀墓餐饔谩?3)研究奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳層腐蝕性能和摩擦學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn),通過適當?shù)膴W氏體不銹鋼低溫氣體滲碳工藝處理,可以實現(xiàn)完全的奧氏體不銹鋼固溶強化,防止不銹鋼中腐蝕性能基本元素鉻的損失,保持了奧氏體不銹鋼的腐蝕性能;碳化物形成之前,強化方式為固溶強化,大幅度提高了奧氏體不銹鋼的表面強度和摩擦學(xué)性能,實現(xiàn)了耐蝕強化的效果。在此基礎(chǔ)上,繪制了奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳工藝參數(shù)與滲碳層腐蝕性能的關(guān)系圖,對實際生產(chǎn)中合理選擇奧氏體不銹鋼耐蝕強化處理工藝具有重要的指導(dǎo)意義。(4)從奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳技術(shù)工業(yè)發(fā)展出發(fā),開發(fā)了奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳條件下的稀土催滲技術(shù),有效地提高了低溫滲碳速度。同時研究奧氏體不銹鋼在低溫氣體滲碳條件下的稀土催滲機理及其對強化機制的影響。結(jié)果表明:適當?shù)南⊥链邼B處理對提高低溫氣體滲碳滲速具有明顯的作用,在推薦的稀土催滲工藝條件下,滲碳層的深度和表面硬度分別提高了23.4%和16.3%,該技術(shù)的開發(fā)為奧氏體不銹鋼低溫氣體耐蝕強化技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
[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.
【學(xué)位授予單位】：機械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

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本文編號：1994181