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大口徑方管表面處理技術(shù)發(fā)展的重要里程碑

試驗(yàn)證明，大口徑方管高溫滲氮后淬火，即在1050～1150℃的真空爐中使氮溶解在大口徑方管的表層，然后快速冷卻下來(lái)，使氮化物來(lái)不及析出，從而可在大口徑方管表面形成含氮固溶強(qiáng)化的奧氏體滲氮層。高氮表面處理后，不僅提高了大口徑方管表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，且心部仍保持固溶處理的組織和性能。因?yàn)檫@種滲氮層的晶格參數(shù)與γ相不同，被稱之為“S相”。在S相中，氮原子固溶于奧氏體晶格內(nèi)部，且抑制氮化鉻在晶界處析出，因此在不降低大口徑方管耐蝕性能的前提下，顯著提高了大口徑方管的表面硬度。由此發(fā)展起來(lái)的不銹鋼表面S相改性技術(shù)成為大口徑方管表面處理技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。實(shí)驗(yàn)證明，將含碳?xì)怏w代替氮?dú)庖�入離子處理的氣氛中，也能獲得一層類似于滲氮層的S相硬化層。

　　但是，傳統(tǒng)的滲氮、滲碳技術(shù)雖然提高了大口徑方管表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，但由于滲氮、滲碳溫度高，形成了氮化物和碳化物的沉淀相，犧牲了不銹鋼的耐蝕性。同時(shí)，由于不銹鋼表面形成一層致密的氧化膜，阻礙了氮、碳原子的滲入擴(kuò)散。這些因素嚴(yán)重地制約了不銹鋼滲氮、滲氮表面處理技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。

　　與傳統(tǒng)滲氮、滲碳技術(shù)不同，S相滲層技術(shù)是一種低溫滲氮/滲碳技術(shù)。例如低溫離子滲氮技術(shù)，將滲氮溫度降低至450℃以下，滲入的氮形成固溶奧氏體，顯著提高了大口徑方管的硬度，同時(shí)抑制滲氮過(guò)程中鉻的氮化物析出，保持了大口徑方管的耐腐蝕性能。低溫離子滲氮技術(shù)，可獲得幾十微米的單相含氮膨脹奧氏體相。低溫離子滲碳具有滲層均勻、韌性好、承載能力強(qiáng)、硬度梯度平緩、滲碳效率高等優(yōu)點(diǎn)。另?yè)?jù)報(bào)道，通過(guò)對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行氟化處理，消除大口徑方管表面的氧化膜，同時(shí)在試樣表面形成氟化膜，這種氟化膜提高了活性氮的吸附和擴(kuò)散滲入，可使不銹鋼的滲氮溫度降低到300℃。

　　滲氮大口徑方管可提供一個(gè)較強(qiáng)的亞表層來(lái)支承干滑動(dòng)時(shí)所形成的氧化膜，比未滲氮試樣能承受更高負(fù)荷。滲氮鋼的磨損是氧化磨損機(jī)制，而未滲氮大口徑方管的磨損則是粘著和塑性變形機(jī)制。