專利名稱：奧氏體金屬的滲碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于硬化奧氏體金屬表面的滲碳方法。
奧氏體不銹鋼、特殊奧氏體不銹鋼由于其優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的可加工性已被廣泛使用。然而，上述奧氏體不銹鋼等不具有淬火硬化性，而且加工硬化性也不怎么好。因此，它們不適合用于要求高耐磨性的零件。
因而以?shī)W氏體不銹鋼為代表的奧氏體金屬具有優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的可加工性。但是，奧氏體金屬由于硬度低也具有容易破壞的缺點(diǎn)，這就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問(wèn)題。除了上述的淬火之外，通常有例如(1)滲碳、(2)滲氮等用于改進(jìn)硬度的方法。滲碳是一種由下述步驟組成的方法，即在不低于A1相變溫度(約720℃)加熱低碳鋼或低合金鋼，使其保持一種奧氏體相，在RX氣體或含CO的氣體混合物下，使“C”擴(kuò)散滲入到上述鋼的表面，以便產(chǎn)生硬化。通常在不低于A1相變溫度(約720℃)下進(jìn)行滲碳，因?yàn)槌趭W氏體金屬之外的鋼的情況下，在不高于700℃的溫度時(shí)“C”在鐵素體相中的溶解度是極低的。
另外，一般認(rèn)為，以?shī)W氏體不銹鋼為代表的上述奧氏體金屬由于在表面形成一種包括Cr2O3的鈍化層顯示出耐腐蝕性。這種鈍化層即使在300-700℃的溫度范圍內(nèi)也是穩(wěn)定的，不僅能阻止腐蝕性物質(zhì)滲入，而且能阻止用于滲氮和滲碳的氮原子和碳原子等滲入。
作為在其上已形成上述鈍化層的奧氏體金屬的上述(1)的滲碳，有一種方法是將奧氏體金屬加熱到高于700℃，以破壞或者削弱上述鈍化層，然后使碳原子滲入其中。滲碳是不可能的，并且目前也沒(méi)有進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，因?yàn)殁g化層存在于不高于700℃的溫度，大大低于鋼的A1相變溫度。
然而，如果按照上述方法加熱到高于700℃，那末鈍化層被破壞或者削弱，而且整個(gè)強(qiáng)度下降，因?yàn)閵W氏體金屬本身的內(nèi)部(芯部)軟化，這就不能保持用于機(jī)械零件的最低強(qiáng)度。因此，至今工業(yè)上對(duì)奧氏體金屬幾乎不進(jìn)行滲碳。
從另一方面來(lái)說(shuō)，作為為了改進(jìn)奧氏體金屬硬度的上述(2)的滲氮，迄今主要有下述三種方法。
第一種方法是使用NaCNO、KCNO或其他同類物質(zhì)的鹽溶滲氮，這種方法通過(guò)保持在500-600℃破壞在上述奧氏體金屬表面上的鈍化層，以使氮原子滲入其中。
在第二種方法中，首先通過(guò)濺蝕，破壞并除去上述奧氏體金屬表面上的上述鈍化層，然后奧氏體金屬用N2氣、NH3氣或其他同類氣體進(jìn)行滲氮。
按照這兩種方法，破壞或者削弱鈍化層，以便氮原子滲入奧氏體金屬內(nèi)部至某一范圍。但是，存在著奧氏體金屬固有的耐腐蝕性顯著降低的缺點(diǎn)，因?yàn)楸砻嫔系你t濃度降低。
此外，還存在其他問(wèn)題，即由于滲氮，表面粗糙變得更嚴(yán)重，而且因?yàn)榈舆M(jìn)入而引起奧氏體金屬本身膨脹，使尺寸精度降低。另外，也存在其他問(wèn)題，即奧氏體金屬本身經(jīng)過(guò)上述滲氮被磁化。
第三種方法是我們開發(fā)并向日本專利局提出的專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)朖P1-177660和JP1-333424)，它是在上述滲氮之前，在含氟化物氣氛如NF3下加熱奧氏體不銹鋼表面。在這種方法中，在奧化體不銹鋼表面上形成的鈍化層，包括CrO3，經(jīng)過(guò)上述預(yù)處理變成一種氟化物層，然后在一般條件下進(jìn)行滲氮處理。從而氮?dú)庵械牡咏?jīng)過(guò)其表面均勻地滲入奧氏體不銹鋼至一定的范圍，從而形成一深度均勻的氮化物層，與此同時(shí)上述氟化物層通過(guò)與滲氮?dú)怏w中的水分或氫等接觸被除去。與上述(1)和(2)相比，我們的方法能實(shí)現(xiàn)更好的滲氮，結(jié)果奧氏體不銹鋼具有更高的硬度。但是，即使在我們的方法中，根據(jù)情況也會(huì)產(chǎn)生相同的問(wèn)題，耐腐蝕性可能降低，表面粗糙度可能變得更嚴(yán)重，滲氮產(chǎn)品可能膨脹或者起磁，這些問(wèn)題需要改進(jìn)。
因此本發(fā)明的目的是提供一種奧氏體金屬的滲碳方法，該方法是在約400℃和700℃之間的低溫(這種溫度被認(rèn)為是不可行的)下，通過(guò)在含氟化物氣體下，保持加熱奧氏體金屬，引進(jìn)已知的滲碳?xì)怏w，然后在不高于680℃的溫度下用已知的滲碳?xì)怏w進(jìn)行滲碳。
在一系列為獲得更好的奧氏體金屬表面硬度的工藝改進(jìn)研究中，我們終于得到一種想法，即如果使用我們提出的含氟化物氣體，那末在不高于鋼的A1相變溫度的溫度下，進(jìn)行滲碳就成為可能。在基于這種想法的工藝過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，在滲碳之前或者在滲碳的同時(shí)，如果用含氟化物氣體處理奧氏體金屬，那末滲碳就成為可能。我們還發(fā)現(xiàn)，在不高于680℃，最好是不高于600℃，而不是上文使用的不低于700℃，能夠獲得更有效的滲碳。
下面更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
在本發(fā)明中，奧氏體金屬在用含氟化物氣體預(yù)處理之后或在與預(yù)處理的同時(shí)進(jìn)行滲碳。
作為上述奧氏體金屬，有含有Fe不低于50％(重量)(正如下文縮寫為wt％)、Cr不低于10％(wt)的奧氏體不銹鋼，或者含有Fe約70％(wt)、Ni約10％(wt)和Cr約20％(wt)的奧氏體不銹鋼或其他奧氏體不銹鋼。尤其它們是18-8不銹鋼，例如SUS316和SUS304、或SUS310或SUS309，含Cr 23％(wt)和Ni 13％(wt)的奧氏體不銹鋼，或者含Cr 23％(wt)和Mo 2％(wt)等的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。此外，包括因科鎳鉻不銹鋼(Ni30-45％(wt)、Cr不低于10％(wt)、余量Fe等)，它是耐熱鋼。此外，上述奧氏體不銹鋼包括鎳基合金，該合金含Ni不低于45％(wt)、Cr20％(wt)、30％(wt)的Fe＋Mo、或者同類元素作為剩余部分。因此，在本發(fā)明中奧氏體金屬被定義為大體上呈現(xiàn)奧氏體相的所有金屬，這是指含不低于60％(wt)的奧氏體相。因此，奧氏體金屬在此包括Fe-Cr-Mn合金，它是用Mn代替奧氏體穩(wěn)定元素Ni。
預(yù)先或者與滲碳同時(shí)在含氟化物氣氛下進(jìn)行氟化處理。為了這種氟化處理，使用含氟化物氣體。作為上述含氟化物的氣體，包括NF3、BF3、CF4、HF、SF6、C2F6、WF6、CHF3、SiF4等的氟化合物。這些氟化合物可以單獨(dú)或者結(jié)合使用。此外，在其分子中具有F的氟化合物氣體可以用作上述的含氟化物氣體。由在熱裂化裝置裂解氟化合物氣體而形成的F2氣體和預(yù)先形成的F2氣體，也可作為上述含氟化物氣體使用。根據(jù)情況，上述的氟化合物氣體和F2氣體混合使用。上述含氟化物氣體例如氟化合物氣體及F2氣體可以單獨(dú)使用，但為了處理通常用惰性氣體如N2氣稀釋。含氟化物氣體本身在這種稀釋氣體中的濃度應(yīng)當(dāng)相當(dāng)于例如10000-100000ppm，較好是20000-70000ppm，最好是30000-50000ppm(按體積)。從實(shí)用性來(lái)看，NF3是上述化合物氣體中的最好者。這是因?yàn)镹F3具有化學(xué)穩(wěn)定性，并且因?yàn)樵诔叵滤幱跉怏w狀態(tài)而容易處理。
這種NF3氣體通常以與上述N2氣體結(jié)合在上述濃度范圍內(nèi)使用。
在本發(fā)明中，上述非滲氮的奧氏體金屬在加熱條件下，保持在上述濃度范圍的含氟化物氣體中，然后氟化。在這種情況下，奧氏體金屬靠加熱保持在例如250-600℃，最好是280-450℃的溫度。上述奧氏體金屬的保持時(shí)間通?？梢栽谑昼娮笥一蛘邘资昼姟Ｔ趭W氏體金屬表面形成的鈍化層，包括Cr2O3變成一種氟化層。與鈍化層相比，這種氟化層被認(rèn)為是容易被用于滲碳的碳原子滲入。也就是說(shuō)，通過(guò)上述氟化處理，奧氏體金屬表面形成適合于“C”滲入的狀態(tài)。
然后，在像上述的氟化處理之后進(jìn)行滲碳。在滲碳中，上述奧氏體金屬本身在爐內(nèi)在滲碳?xì)夥障略诓桓哂?80℃，較好是在不高于600℃，最好是在400-500℃之間在爐中進(jìn)行加熱，所述滲碳?xì)夥蘸珻O2和H2，或者含RX[RX成分23％CO(體積)(正如下述縮寫為vol％)、1vol％CO、31vol％H2、1vol％H2O、其余為N2；RX氣體在下文是相同成分]和CO2。因此，本發(fā)明的最大特點(diǎn)是低的滲碳溫度，在該溫度下奧氏體金屬的芯部可以不軟化和溶解。在這種情況下，CO2和H2的比率最好是CO22-10vol％，H230-40vol％，而RX和CO2的比率最好是RX80-90vol％，CO23-7vol％。此外，CO、CO2和H2的混合氣體可以用于滲碳。在這種情況下，各種比率最好是CO32-43vol％、CO22-3vol％、H 2555-65vol％。
通過(guò)這種處理，“碳”擴(kuò)散并滲到奧氏體金屬表面，結(jié)果形成一深度均勻的層。與基體材料相比，這樣的層強(qiáng)烈地實(shí)現(xiàn)改進(jìn)硬度，并保持像基體材料一樣的耐腐蝕性，因?yàn)檫@樣的層含有其中有沉淀的碳化物如Fe3C和Cr23C6的相或/和由于其中溶解過(guò)量的“C”而嚴(yán)重畸變的γ相。例如SUS316板，一種典型的奧氏體不銹鋼按如下所述進(jìn)行滲碳。首先將SUS316板放入爐中，并在NF3和N2(NF310vol％，N290vol％)的含氟化物氣氛下在300℃氟化處理40分鐘。在上述含氟化物氣體排出之后，將滲碳?xì)怏wCO、CO2和H2(32vol％CO、3vol％CO3和65vol％H2)引入爐中，使SUS316板在450℃的爐中保持16小時(shí)。結(jié)果形成表面硬度為Hv880(注意芯部是Hv230-240)厚度為20μm的硬化層。當(dāng)這種試樣按照J(rèn)IS2371進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)(正如下面縮寫為SST)時(shí)，在整個(gè)480h內(nèi)一點(diǎn)也不生銹。再者，這種硬化層不受用于硬化層抗腐蝕試驗(yàn)的Billrer試劑(酸性苦味酸酒精溶液)的浸蝕，而且?guī)缀醪皇芡跛g。此外，在上述試樣中表面粗糙度幾乎不降低，而且不出現(xiàn)由局部隆起引起的尺寸變化及不出現(xiàn)起磁。通過(guò)改變各種類型的奧氏體金屬的組合及滲碳溫度等，作為我們進(jìn)一步的研究結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滲碳溫度超過(guò)680℃時(shí)，奧氏體金屬的芯部容易軟化，耐腐蝕性也降低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從耐腐蝕性觀點(diǎn)出發(fā)，滲碳溫度較好是不高于600℃，最好是不高于500℃，這會(huì)導(dǎo)致良好的結(jié)果。如上所述，最好的滲碳溫度是400-500℃。此外，已經(jīng)知道，在奧氏體金屬之中，一種含盡可能多的Mo和Ni的穩(wěn)定奧氏體不銹鋼，在硬化后顯示良好的耐腐蝕性。
上述的氟化和滲碳步驟例如是在如

圖1所示的金屬馬弗爐中進(jìn)行，也就是說(shuō)，首先進(jìn)行氟化處理，然后在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行滲碳處理。在圖1中符號(hào)1是馬弗爐，2是馬弗爐的外殼，3是加熱絲，4是內(nèi)容器，5是氣體進(jìn)入管，6是排出管，7是馬達(dá)，8是風(fēng)扇，11是金屬容器，13是真空泵，14是有害物質(zhì)凈化器，15和16是氣瓶，17是流量計(jì)，18是閥門。奧氏體不銹鋼產(chǎn)品10放入爐1中，通過(guò)引入來(lái)自與管道連接的氣瓶的含氟化物氣體如NF3，借助加熱進(jìn)行氟化處理。在真空泵13的作用下氣體被引入排出管6，并且在流出之前在有害物質(zhì)凈化器14中去毒。此外，氣瓶15與一根通過(guò)將滲碳?xì)怏w引入爐爐中進(jìn)行滲碳的管道連接。最后，氣體經(jīng)過(guò)排出管6和有害物質(zhì)凈化器14放出。通過(guò)這些一系列操作，進(jìn)行氟化和滲碳處理。
因此，按照本發(fā)明的滲碳，產(chǎn)品在這樣的處理下保持良好的耐腐蝕性，這被認(rèn)為是由于以下原因。因?yàn)槭窃跐B碳之前進(jìn)行氟化處理，可以實(shí)現(xiàn)不高于680℃的低滲碳溫度。通過(guò)這種低濕的滲碳，被認(rèn)為對(duì)改進(jìn)耐腐蝕性起作用的鉻元素，在奧氏體金屬中難以作為碳化物如Cr7C2、Cr23C6或其他同類碳化物沉淀和凝聚，然后用于凝聚的沉淀物的體積縮小。結(jié)果，大量的鉻元素保留在奧氏體金屬中。通過(guò)圖3和圖2(b)與圖2(a)相比較，就可以明白這一點(diǎn)。圖3示出關(guān)于SUS316產(chǎn)品的X射線衍射結(jié)果，該產(chǎn)品在10vol％NF3和90vol％N2的含氟化物氣體下，在300℃氟化40分鐘，然后在32vol％CO、3vol％CO2和65vol％H2的滲碳?xì)怏w下在600℃滲碳4小時(shí)。圖2(b)示出關(guān)于SUS316產(chǎn)品的X射線衍射結(jié)果，這是以同樣的方法氟化并在450℃滲碳16小時(shí)。另一方面，圖2(a)示出關(guān)于SUS316產(chǎn)品的X射線衍射結(jié)果，它未進(jìn)行處理。也就是說(shuō)，圖3中的在600℃進(jìn)行滲碳，Cr23C6的峰是尖銳而高的。這意味著上述碳化物沉淀較多，而少量鉻元素保留在奧氏體金屬中。相反，圖2(b)中的在450℃進(jìn)行滲碳，幾乎不能看出Cr23C6的峰，這意味著上述鉻碳化物沉淀是非常少的，而更多的鉻元素保留在奧氏體金屬中，結(jié)果耐腐蝕性高。
此外，滲碳產(chǎn)品的硬度改善認(rèn)為是由于滲碳的碳原子引起γ晶格發(fā)生畸變而造成的。已經(jīng)清楚，在圖2(b)和(c)中的滲碳產(chǎn)品中引起γ晶格畸變，因?yàn)榘凑誜射線衍射，在450℃[圖2(b)]滲碳產(chǎn)品和在480[圖2(c)]滲碳并酸處理的產(chǎn)品的各γ相峰位置從未處理的SUS316產(chǎn)品的γ相峰位置移向低角度側(cè)(左側(cè))。此外，上述X射線衍射用RINT1500裝置、銅靶、以50KV、200mA進(jìn)行。
在本發(fā)明中，當(dāng)滲碳溫度提高時(shí)，尤其是超過(guò)450℃時(shí)，出現(xiàn)一種現(xiàn)象，即碳化物如Cr23C6沉淀在硬化層的表面上，盡管其數(shù)量很少。但是，即使在這種情況下，如果將在不高于500℃滲碳過(guò)的產(chǎn)品浸泡到強(qiáng)酸如HF-HNO3、HCl-HNO3或其他同類酸中除去上述沉淀物，則能夠保留像基體材料相同水平的耐腐蝕性和不低于Hv850(維氏硬度)的良好表面硬度。圖2(c)示出SUS316產(chǎn)品的X射線衍射圖，該產(chǎn)品在480℃滲碳，然后浸泡到濃度為5vol％HF和15vol％HNO3的強(qiáng)酸中20分鐘，其中未觀察到碳化物。
正如上面所述，本發(fā)明的奧氏體金屬的滲碳在不高于680℃的低溫實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閵W氏體金屬在滲碳之前或者與滲碳同時(shí)，在含氟化物氣體下一直保持加熱狀態(tài)。因此，在不降低為奧氏體金屬本身所固有的耐腐蝕性和好的可加工性的情況下，可以獲得高的表面硬度。此外，由于通過(guò)上述滲碳改進(jìn)了表面硬度，在奧氏體金屬本身中的任何不利之處，例如由滲氮引起的表面粗糙、由局部隆起引起的尺寸偏差以及起磁都不會(huì)出現(xiàn)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1示意地表示為了進(jìn)行按照本發(fā)明的滲碳的爐子結(jié)構(gòu)。
圖2(a)示出未處理的SUS316產(chǎn)品的X射線衍射曲線圖，(b)示出在450℃滲碳的SUS316產(chǎn)品的X射線衍射曲線圖，以及(c)示出SUS316產(chǎn)品的X射線衍射曲線圖，該產(chǎn)品在480℃滲碳并用強(qiáng)酸處理。
圖3示出在600℃滲碳的SUS316產(chǎn)品的X射線衍射曲線圖。
圖4示出在450℃滲碳的SUS316產(chǎn)品的截面顯微照片。
圖5示出在450℃滲碳的SUS304產(chǎn)品的截面顯微照片。以及圖6示出在450℃滲碳的NCF601產(chǎn)品的截面顯微照片。
下述實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1及對(duì)比例將厚2.5mm的SUS316板(Cr18wt％、Ni12wt％、Mo2.5wt％、Fe余量)和厚2.5m m的SUS304板(Cr18wt％、Ni8.5wt％、Fe余量)制成作為實(shí)施試樣。另外制備厚1mm的NCF601鎳基材料板(Ni60wt％、Cr23wt％、Fe14wt％)。作為對(duì)比試樣，制備厚2.5mm的SUS430鐵素體(C0.06wt％、Cr17.5wt％、Fe余量)及厚2.5mm的SUS420J2板(C0.32wt％、Cr13wt％、Fe余量)。
接著，將這些材料裝入如圖1所示的馬弗爐1中。將馬弗爐1的內(nèi)部真空驅(qū)氣并加熱至300℃。然后在這種狀態(tài)下將含氟化物氣體(NF310vol％＋N290vol％)引入到馬弗爐爐中，以在其中形成氣氛壓力，并且為了氟化使這樣一種狀態(tài)保持10分鐘。在上述含氟化物氣體排出爐1之后，使?fàn)t子內(nèi)部加熱到450℃，并在這種狀態(tài)下將滲碳?xì)怏w(CO10vol％、CO22vol％、H210vol％、N2余量)引入到爐1中，并且為了滲碳保持16小時(shí)。
由實(shí)例(SUS316、SUS304和NCF601)得到的試樣表面變黑。由對(duì)比實(shí)例得到的試樣表面不變黑。接著，磨去實(shí)例樣品表面上的上述變黑層，然后測(cè)量硬化層的表面硬度和厚度。此外，為了對(duì)比，在對(duì)比試樣上進(jìn)行相同的測(cè)量。結(jié)果示于下列表1中。
表1表面硬度(HV)A硬化層的厚度芯部硬度(μ)實(shí)施例SUS316 870-890 20(230-240)SUS304 900-920 22(320-350)NCF601 720-730 12(300-320)對(duì)比例SUS430 190-210 沒(méi)有(190-210)SUS420J2 190-210 沒(méi)有(190-210)正如上述結(jié)果表明的那樣，通過(guò)滲碳，所有實(shí)例試樣的表面硬度都得到很大改進(jìn)，在其上形成硬化層，而在所有對(duì)比試樣中一點(diǎn)也沒(méi)有看到這種現(xiàn)象。此外，SUS316、SUS304和NCF601試樣的截面顯微照片分別示于圖4、圖5和圖6中。這些照片用光學(xué)顯微鏡放大600倍獲得。在這些圖中，從底部開始表示基層、硬化層和樹脂層(黑色部分)。此外，上述樹脂層其中包括嵌入試樣的樹脂。
接著，用金剛砂紙拋光上述試樣，并且通過(guò)按照J(rèn)IS Z 2371的鹽霧試驗(yàn)和浸泡到50℃的15％HNO3中經(jīng)受另一種類型的耐腐蝕試驗(yàn)，并且還測(cè)定各個(gè)試樣的磁導(dǎo)率。未處理的SUS316、SUS304和NCF601產(chǎn)品的結(jié)果，以及其滲氮產(chǎn)品的結(jié)果也都示于表2中。
表2SUS316 SUS304 NCF601在鹽霧試驗(yàn)時(shí)的生銹時(shí)間未處理 不低于480h 不低于480h 不低于480h在580℃滲氮 1.5h1.5h 不低于480h實(shí)施例1不低于480h 24h 不低于480h50℃的15％HNO3中浸泡在580℃滲氮?dú)錃馀莩霈F(xiàn) 氫氣泡出現(xiàn) 黑色表面實(shí)施例1 未變化 未變化 未變化磁導(dǎo)率 (μ)未處理 1.002------在580℃滲氮 1.251------實(shí)施例1 1.002------板局部隆起的尺寸精度(mm)未處理 2.4952.495 1.004在580℃滲氮+0.015 +0.015 +0.007實(shí)施例1+0.002 +0.003 +0.001按下述制備上述SUS316、SUS304和NCF601的滲氮的對(duì)比試樣。用與上述實(shí)施例相同的氟化氣體、在同樣的爐中、在相同的條件下將對(duì)比試樣氟化40分鐘。然后，在從爐中排出含氟化物的氣體后，將滲氮?dú)怏w(50vol％NH3、25vol％N2和25vol％H2)引入爐中，并使?fàn)t內(nèi)加熱到580℃，為了滲氮使這種狀態(tài)保持3小時(shí)。
從上述表2可以看出，對(duì)于在SST(鹽霧試驗(yàn))中生銹的試樣來(lái)說(shuō)，開始產(chǎn)生銹的時(shí)間比滲氮的產(chǎn)品長(zhǎng)，而浸泡到15％HNO3中的試驗(yàn)沒(méi)有出現(xiàn)變化，這表明這些試樣優(yōu)于滲氮的產(chǎn)品。而且，滲氮產(chǎn)品起磁，而這些試樣都不起磁。還有，與滲氮產(chǎn)品相比，幾乎不產(chǎn)生局部隆起，形成高的尺寸精度。
實(shí)施例2將通過(guò)擠壓SUS316(17wt％Cr、12wt％Ni、3wt％Mo和余量Fe)線材形成的M6螺栓、通過(guò)擠壓無(wú)磁不銹鋼(17.8wt％Cr、11.5wt％Ni、1.4wt％Mn、0.5wt％N和余量Fe)線材而形成的直徑4mm的自攻螺釘，以及與實(shí)施例1相同的SUS316板和SUS304板放入圖1的爐中，并且加熱到最高達(dá)400℃，然后以和實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行氟化。接著，將用于滲碳的混合氣體(50vol％CO、10vol％H2和其余N2)引入爐中，為了滲碳使這樣狀態(tài)保持32小時(shí)。在這種情況下，氟化和滲碳幾乎是同時(shí)進(jìn)行的。如此得到的試樣經(jīng)受吹風(fēng)，以便除去表面上的黑色層(厚度1-2μm)，然后測(cè)量表面硬度。由SUS316形成的M6螺栓、無(wú)磁不銹鋼自攻螺釘、SUS316板和SUS304板的硬度分別是Hv 820、860、780和830，硬化層的深度分別是18μm、19μm、20μm和21μm。
然后將如此得到的試樣浸泡到15％HNO3的60％的溶液中30分鐘，以便完全除去附在其上的鐵。此外，這些試樣經(jīng)受用于檢驗(yàn)?zāi)透g性的SST。結(jié)果是，SUS316螺栓、無(wú)磁不銹鋼自攻螺釘、SUS316板在超過(guò)480小時(shí)一點(diǎn)也不生銹。SUS304板在71小時(shí)產(chǎn)生少量的淡紅色銹斑。由這些結(jié)果看出，像上述一樣得到良好的耐腐蝕性。
實(shí)施例3
將與實(shí)施例1相同的SUS316板、SUS304板和NCF601板放下與實(shí)施例1相同的爐中，并加熱到最高達(dá)400℃，通過(guò)引入與在實(shí)施例1中使用的相同的含氟化物氣體以相同的方式進(jìn)行氟化，并加熱到480℃，保持像這樣的狀態(tài)，然后引入滲碳?xì)怏w(吸熱氣體30vol％RX、2.5vol％CO2和65vol％N2)。在這樣一種狀態(tài)保持12小時(shí)后，取出所有試樣，黑銹附著在如此得到的試樣表面上。為了除去這種黑銹，進(jìn)行強(qiáng)酸處理。也就是說(shuō)，這些試樣在50℃的強(qiáng)酸(15vol％HNO3和3vol％HF的混合液)中浸泡10分鐘，然后經(jīng)受吹風(fēng)。結(jié)果是，黑銹已除去，因此其表面變成與未處理產(chǎn)品(在該產(chǎn)品中都不進(jìn)行氟化和滲碳)相同的外表。相反，制備在氟化后進(jìn)行滲碳而不用強(qiáng)酸處理的試樣，為了與上述試樣比較，用強(qiáng)酸進(jìn)行處理。用或不用強(qiáng)酸處理的兩種試樣都測(cè)量表面硬度、硬度層深度和SST。結(jié)果示于下列表3中。
表3316螺栓 無(wú)磁不銹鋼316板304板自攻螺釘芯部硬度 370 480 240 340(Hv)表面硬度(Hv)在滲碳之后 900 920 870 920在酸處理之后 850 870 820 670硬化層深度μm在滲碳之后 28 27 28 27在酸處理之后 25 24 25 20在鹽霧試驗(yàn)時(shí)為生銹時(shí)間(h)在滲碳之后 24 12 26 7在酸處理之后 不低于480 不低子480 不低于480 36從上述表3可以發(fā)現(xiàn)，用強(qiáng)酸處理的耐腐蝕性比未處理的有顯著改進(jìn)。
另外，用強(qiáng)酸處理的SUS316板的X射線衍射結(jié)果示于圖2(c)中，在這些結(jié)果中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鉻的碳化物。而且，γ層的峰比未處理者的峰向低角度移動(dòng)，因?yàn)榇罅刻既苋牖wγ層晶格中而引起晶格畸變。結(jié)果是，改進(jìn)了硬度。
實(shí)施例4與在實(shí)施例1中使用的相同的SUS316板以與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行氟化，然后加熱到最高達(dá)600℃。接著，將滲碳?xì)怏w(50vol％N2和50vol％RX)引入其中，并在保持4小時(shí)后取出。
這種試樣的表面硬度是Hv900、硬化層的深度是35μm。在表面拋光后，這種試樣經(jīng)受SST。4小時(shí)生銹，這比滲氮試樣好，但是，認(rèn)為作為滲碳試樣是不夠充分的。
在圖3中示出X射線衍射曲線，在該圖中可分辨出鉻碳化物和鉬碳化物的許多尖銳的衍射曲線。
實(shí)施例5使用與實(shí)施例2中相同的由SUS316板制成的螺栓和由無(wú)磁不銹鋼制成的自攻螺釘、使用與實(shí)施例3中相同的氟化氣體和滲碳?xì)怏w同時(shí)進(jìn)行氟化和滲碳。在這種情況下，溫度定在510℃，時(shí)間是8小時(shí)。在如此得到的螺釘?shù)念^部上的表面硬度分別是Hv920和980，硬化層的深度分別是26μm和28μm。
在進(jìn)行與實(shí)施例3相同的酸處理后，測(cè)量表面硬度，結(jié)果分別劇烈地降低到Hv580和520。
由于滲碳溫度比實(shí)施例3的零件高約30℃，所以大量的鉻碳化物沉淀在表面上。結(jié)果是零件具有不良的耐腐蝕分布，并且受強(qiáng)酸腐蝕，認(rèn)為這是表面硬度降低引起的。
實(shí)施例6將與實(shí)施例1相同的SUS316板和因科鎳鉻不銹鋼825耐熱鋼(42wt％Ni、不低于21.5wt％Cr、30wt％Fe)制成的棒、以與實(shí)施例相同的方式進(jìn)行氟化，并加熱到最高達(dá)650℃。接著，引入滲碳?xì)怏w，在該狀態(tài)保持5小時(shí)，然后取出。測(cè)定這些試樣的表面硬度和各硬化層的深度。SUS316的表面硬度是Hv1080-1100，而因科鎳鉻不銹鋼825的表面硬度是Hv1150-1180。同時(shí)，各硬化層的深度是35-40μm。
接著，測(cè)定進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)時(shí)的生銹時(shí)間，用HNO3強(qiáng)酸(溫度50℃)腐蝕時(shí)的生銹時(shí)間，并測(cè)定磁導(dǎo)率。結(jié)果與實(shí)施例1中的SUS316板一樣良好。
實(shí)施例7制備幾塊具有芯部硬度與用溶液處理者相同的SUS316板(17.5wt％Cr、11wt％Ni和2wt％Mo)、SUS304板(0.06wt％C、17.5wt％Cr、8wt％Ni和Fe余量)及由擠壓SUS 16線材形成的M6螺栓。在這些之中，將一些板和各產(chǎn)品的螺栓放入圖1中的爐中，加熱到320℃，通過(guò)引入氟化氣體(10vol％NF3和90vol％N2)進(jìn)行氟化，然后從爐中取出作為氟化試樣。
接著，將留下產(chǎn)品放入圖1中的爐中作為非氟化試樣，與上述氟化試樣一起加熱到460℃，在這種狀態(tài)保持，用引入的滲碳?xì)怏w(20vol％CO、75vol％H2和1vol％CO2)滲碳12小時(shí)。
在上述試樣之中，氟化試樣(實(shí)施例)呈現(xiàn)黑色表面。相反，非氟化試樣(對(duì)比例)呈現(xiàn)金屬光澤，幾乎與處理前的外表一樣。其次，所測(cè)定的表面硬度各在Hv920和1050之間。此外，硬化層深度在20μm和25μm之間。相反，在對(duì)比例，即非氟化試樣中不能看到表面硬度的改進(jìn)。
對(duì)比例對(duì)象是由擠壓實(shí)施例7中所用線材而形成的M6螺栓。這種螺栓的頭部和螺紋和硬度經(jīng)上述擠壓成型達(dá)到Hv350-390。將螺栓放入一臺(tái)Job Shop(用于熱處理的轉(zhuǎn)包)常規(guī)全能滲碳爐中，在920℃進(jìn)行60分鐘的滲碳。
結(jié)果是，滲碳的螺栓的表面硬度達(dá)到Hv580-620，而硬化層的深度是250μm。然而，頭部和螺紋的硬度地降低到Hv230-250。然后這種滲碳螺栓進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，結(jié)果在6小時(shí)形成紅色銹斑。
權(quán)利要求
1.一種奧氏體金屬的滲碳方法，它包括步驟在滲碳之前，將奧氏體金屬保持在加熱的含氟化物的氣氛中，并且使奧氏體金屬在不高于680℃的溫度進(jìn)行滲碳。
2.權(quán)利要求1所述的奧氏體金屬的滲碳方法，其中滲碳溫度規(guī)定在400-500℃范圍內(nèi)。
3.權(quán)利要求1所述的奧氏體金屬的滲碳方法，其中含氟化物氣氛的溫度規(guī)定在250-450℃范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的奧氏體金屬的滲碳方法，其中奧氏體金屬是奧氏體不銹鋼。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的奧氏體金屬的滲碳方法，其中奧氏體金屬是含32vol％Ni的鎳基合金。
全文摘要
一種奧氏體金屬的滲碳方法，它包括氟化處理奧氏體金屬和在不高于680℃的低溫下連續(xù)滲碳。滲碳溫度可以由于這種氟化處理而降低。結(jié)果是可以防止奧化體金屬中的鉻組分的碳化物沉淀。也就是說(shuō)，大量的鉻組分仍保留在奧化體金屬中。因此，奧氏體金屬表面可以硬化，并還能夠保持優(yōu)良的耐腐蝕性。
文檔編號(hào)C23C8/28GK1121118SQ94117910
公開日1996年4月24日 申請(qǐng)日期1994年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月18日
發(fā)明者田原正昭, 仙北谷春男, 北野憲三, 林田忠司, 湊輝男 申請(qǐng)人:大同北產(chǎn)株式會(huì)社