一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢制造技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，特别是一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢，该核级不锈钢的表面处理包括注氮和渗氮两个步骤：所述注氮步骤在离子注入能量为45‑60KeV、注入温度控制在300‑400℃、注入剂量为6×10

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢
本专利技术涉及金属材料
，特别涉及一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢。
技术介绍
在核电工程应用中，奥氏体不锈钢因其无磁性而被广泛使用，如制作控制棒包壳，工艺管道，蒸汽发生器，泵，阀及剪切机刀体等，然其服役环境非常恶劣（高温、高压、高热流、强酸性），大多数零部件因摩擦磨损会进一步腐蚀而过早失效。为提高其使用寿命，通常会对上述部件进行表面处理，渗氮处理就是针对核级不锈钢较为常用的手段。过薄的氮化层根本无法保证不锈钢的耐磨性能，为获得满意的氮化层厚度，通常需要在较高温度下进行渗氮，高温渗氮不但会导致不锈钢基体中铬大量析出造成基体贫铬，而且采用高温渗氮获得的氮化层与基体结合强度不高，容易发生剥落，一旦氮化层剥落，贫铬基体会在极短时间内被腐蚀，从而导致零件失效。研究表明，渗氮处理受材料、温度、气氛、电压、电流、时间、冷却方式等多种因素影响，目前业内尚未形成一个完整的理论体系，实际应用时的工艺参数选择无可靠的规律可循，存在极大的盲目性。鉴于成熟理论体系的缺失，目前在针对核级不锈钢表面处理这一技术上近年来始终未能取得明显的突破。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢，其特征在于，进行如下表面处理：步骤一、注氮：离子注入能量为45-60KeV、注入温度控制在300-400℃、注入剂量为6×1017ions/cm2-12×1017ions/cm2；步骤二、注氮后进行离子渗氮：渗氮温度为450-490℃，渗氮气压为250-330pa，N2:H2为2.7-3.3:1，渗氮时间为15-19h，渗氮电压为750-800V，电流为2.5-3.3A。优选的，在对核级不锈钢注氮之前，对其表面进行预处理，处理步骤包括：1、将核级不锈钢用200#SiC水磨砂纸打磨，去除其表面的切割划痕和油污，然后依次用400#、600#、800#、1000#和1200#SiC水磨砂纸对工件表面进行机械打磨；2、用尼龙抛光布和粒度为1.5μm的金刚石抛光膏对其磨光面进行机械抛光，使其表面粗糙度达到Ra≤0.05um；3、依次在丙酮溶液、蒸馏水和酒精的混合溶液中对工件进行超声波清洗，每次清洗时间不低于15分钟。进一步的，所述步骤一的离子注入能量为45KeV,注入温度为400℃，注入剂量为9×1017ions/cm2-12×1017ions/cm2。更进一步的，所述步骤二的渗氮温度为480-490℃，渗氮时间为17h,渗氮电压为800V，渗氮电流为3A。优选的，所述步骤一的渗氮温度为480℃。优选的，所述步骤一的离子注入能量为45KeV，注入温度为400℃，注入剂量为9×1017ions/cm2。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的耐磨耐腐蚀的核级不锈钢将注氮处理作为第一表面处理步骤，并将注氮和渗氮处理结合，克服了注氮后难于渗氮的问题，所获得的核级不锈钢兼具良好的耐腐蚀性和极佳的耐磨性。2、本专利技术提供的耐磨耐腐蚀核级不锈钢具有氮含量逐渐变化的氮化层，该氮化层与基体结合强度高，最高达到5Gpa,有效的解决了氮化层受压/冲击易剥落的问题。3、本专利技术所提供的耐磨耐腐蚀核级不锈钢表面形成了不同组织结构的氮化层，氮化层总厚度达到100um以上，且氮化层表面形成单一γN相，与单独注氮/渗氮相比，其γN相变宽，强度增加，γN相的生成有利于抗耐蚀性，因此处理后的不锈钢在硼酸溶液中具有更为优异的耐蚀性能。4、本专利技术所提供的耐磨耐腐蚀核级不锈钢的硬度显著提升，最高可达1500HV0.1，耐磨性获得了突破性的提高。5、本专利技术提供的耐磨耐腐蚀核级不锈钢，有效的减少（甚至避免）了高温渗氮造成的铬析出，保持了其基体优异的耐腐蚀性能。6、本专利技术提供的耐磨耐腐蚀核级不锈钢，无传统渗氮过程中因边缘效应、表面起弧造成的氮化层不均匀和灼烧现象。附图说明图1是对比例2氮化层厚度显微照片。图2是实施例3氮化层厚度显微照片。图3是对比例2划痕测试照片。图4是实施例3划痕测试照片。图5是对比例2电化学腐蚀测试照片。图6是实施例3电化学腐蚀测试照片。图7是对比例2维氏硬度测试结果。图8是实施例3维氏硬度测试结果。图9是实施例3X射线衍射结果。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，应该注意的是下述实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。制备本专利技术所述的耐磨耐腐蚀核级不锈钢需使用的设备有多功能离子注入增强沉积设备、LD-3型离子渗氮炉，干燥箱，这些设备为本领域技术人员常用的注氮和渗氮设备，所用试验材料为核级304不锈钢，化学成分（以质量分数计）为：C≤0.07%，Si≤1.0%，Mn≤2.0%，Cr：17.0%~19.0%，Ni：8.0%~12.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，Fe余量。具体制备步骤如下：第一步、核级不锈钢的预处理1）打磨：用200#SiC水磨砂纸打磨，去除表面的切割划痕和油污，然后依次用400#、600#、800#、1000#和1200#SiC水磨砂纸对核级不锈钢表面进行机械打磨；2）抛光：尼龙抛光布和粒度为1.5μm的金刚石抛光膏对各试样磨光面进行机械抛光，表面粗糙度达到Ra≤0.05um；3）清洗：依次在丙酮溶液、蒸馏水和酒精的混合溶液中进行超声波清洗，时间约为15分钟；4）干燥：将清洗后的核级不锈钢放如干燥箱内冷风干燥，密封待用。第二步、离子注氮：将经过预处理的核级不锈钢放入多功能离子注入增强沉积设备进行注氮，离子注入能量为45KV、注入温度控制在300-400℃，注入剂量为6×1017ions/cm2-12×1017ions/cm2；第三步、离子渗氮：将注氮后的核级不锈钢放入离子渗氮炉内进行渗氮处理，设置炉内温度为450-490℃，渗氮气压为330pa，N2:H2为3：1，渗氮时间为15-19h。采用上述方法处理过的核级不锈钢表面会产生一层厚度均匀的复合氮化层，该氮化层具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和与基体的结合强度。该氮化厚度≥100um,表面硬度远远优于现有离子渗氮；XRD分析显示复合氮化层具备单一、宽化的γN相（参见），因而具有良好的耐腐蚀性；电化学腐蚀试验显示，处理后的核级不锈钢自腐蚀电位提高，腐蚀电流增加缓慢，腐蚀率较传统渗氮处理的核级不锈钢大为降低；划痕试验显示复合氮化层载荷可达60N以上，且划痕边缘不出现复合氮化层剥离现象。为验证本专利技术提供的耐磨耐腐蚀核级不锈钢相对于现有注氮、渗氮表面处理工艺后的核级不锈钢的综合性能的改进幅度，申请人使用现有工艺及上述制备方法做了8组试验。其中，上述制备方法为实施例1-5共五组；未经任何处理的核级不锈钢为对比例1；按现有工艺作渗氮处理为对比例2；按现有工艺作注氮处理为对比例3。实施例1-5的不同之处主要在于对第二步和第三步的部分参数进行了调整，从而产生了各项性能指标略有差异的不同氮化层。各实施例及对比例的具体处理参数见下表1所示。针对上述实施例1-5和对比例1-3，申请人进行了氮化层显微厚度测量、维氏硬度测试、电化学腐蚀测试、划痕测试（测量氮化层结合强度），测试结果见表2所示。从上表测试结果可以看出，采用本专利技术方法处理的对核级不锈钢取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢，采用以下方法进行表面处理：步骤一、注氮：离子注入能量为45‑60KeV、注入温度控制在300‑400℃、注入剂量为6×10

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐腐蚀的核级不锈钢，采用以下方法进行表面处理：步骤一、注氮：离子注入能量为45-60KeV、注入温度控制在300-400℃、注入剂量为6×1017ions/cm2-12×1017ions/cm2；步骤二、注氮后进行离子渗氮：渗氮温度为450-490℃、渗氮气压为280-350Pa、N2:H2为2.7:1-3.3:1、渗氮时间为15-19h、渗氮电压为750-800V、渗氮电流为2.5-3.3A。2.根据权利要求1所述的耐磨耐腐蚀的核级不锈钢，其特征在于，进行所述注氮步骤之前，先对不锈钢表面进行预处理，处理步骤包括：1）、将待处理核级不锈钢用200#SiC水磨砂纸打磨，去除表面的切割划痕和油污，然后依次用400#、600#、800#、1000#和1200#SiC水磨砂纸对其表面进行机械打磨;2）、用尼龙抛光布和粒度为1.5μm的金刚石抛光膏对其打磨面进行机械抛光，使其表面粗糙度达到Ra≤0.05um;3）、依次在丙酮溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐德文，邹树梁，任宇宏，邓话，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43