专利名称：奥氏体钢制件的渗铬渗氮工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料表面硬化处理技术领域，具体涉及钠冷快堆堆芯组件的 奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺。
背景技术：
为防止钠冷快堆堆芯组件的奥氏体不锈钢部件间的自焊，增加操作时的耐磨 性，防止在磨擦面上擦伤、磨损，同时在高温钠环境下防止钠腐蚀，要求堆芯组 件的操作头和过渡接头部位、小栅板插孔的硬度须达到HV5400或HV。,i600，硬化 层有一定的厚度，如0.07 0. 14mm，堆芯组件的接触部位表面必须进行硬化处 理。表面硬化的方法很多，为满足不锈钢在钠中的上述要求，防止失铬，必须采 用渗铬渗氮工艺，形成以铬的氮化物为基础的氮化铬(Cr2N)弥散层。
渗铬是一种高温扩散方法，是把钢制件浸埋在一个甄中的渗铬剂中，该渗铬 剂中含有铬，将此甄封闭，连甄一起在炉中高温加热数小时。加热使渗铬剂中的 铬气化，沉积在钢奥氏体不锈钢部件工件上并且向金属基体中扩散，并达到一定 浓度，出现一个铁一铬合金覆层。在《真空粉末渗铬热处理技术》 一文中指出， 该工艺适用于一些要求极高的工部件、传动件以及耐磨损耐腐蚀等工艺要求的热 处理加工工艺流程。另一目的是以廉价的材质经加工后其各项性能指数均接近不 锈钢，是替代不锈钢、镍铬钢、耐高温钢的主要途径，通常奥氏体不锈钢部件工 件在渗铬罐中处于奥氏体的状态下进行渗铬作业的。
目前，在热处理中用的固体渗铬剂主要有三种， 一种是用铬粉与氧化铝粉的 混合物；二种是铬铁粉与氧化铝粉的混合物；三种是以铬铁粉与氧化铝粉的混合 物制成的粒状固体渗铬剂。其中，第一种所需的铬粉价格太贵，使渗铬工艺难以 推广使用；第二种在使用中易产生硬性结块，给重复使用造成很大困难；第三种 是在第二种的基础上的改进型，它需将铬与铁熔化成铬铁合金，再粉碎成粒状， 所以制取工艺比较复杂，其成本较高。中国专利文献CN 1045133A公开了另一种固体渗铬剂，采用价格较低、来源广泛的三氧化二铬粉与铝、锌等比铬活动性强 的金属粉末在远低于熔化的温度下，选用氯化胺、碘化胺等铁盐做催化剂，经化 学反应后生成的混合物作渗铬剂。
为了得到所要求的渗铬层的厚度，渗铬混合剂和渗铬工艺参数的选择至关重 要。现有技术所提供的表面硬化工艺不能得到钠冷快堆堆芯组件不锈钢部件所需 要的硬化层。
发明内容
(一) 发明目的
本发明的目的是在在已有的表面硬化工艺基础上，改进渗铬剂的配方和渗铬 工艺参数，形成一种耐腐蚀、硬度高、抗自焊的硬化层。
(二) 技术方案
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，包括奥氏体不锈钢部件预处理、渗 铬、清洗、氮化、检验等工序。关键在于，所用的固体渗铬剂为铬占质量份额为 58 70%的铁铬合金粉。块状的铁铬合金打碎至颗粒度为10 15mra，然后在球 磨机磨成粉，并用筛子筛分，铁铬合金粉的颗粒度为200 630微米。
所述的渗铬工序包括如下步骤
步骤al，将奥氏体不锈钢部件放入温度为25 300°C渗铬炉中，加热至 (290土10)。C，保持2 4小时，再以20 30°C /小时的升温速度加热至(350士10) °C;
步骤a2，以60 70。C/小时的升温速度加热到(600±10) 。C，保持2 4小
时；
步骤a3，以90 100。C/小时的升温速度加热至渗铬温度(I賺IO) 。C， 保温17 24小时。
步骤a4，渗铬后，将奥氏体不锈钢部件冷却至(950±20) 。C，保温3 4小 时，然后降温至(600±10) 。C，保温1.5 2小时，再降至(350±10) 。C，保温 3 4小时。
所述的氮化工序包括如下步骤步骤bl，在渗氮炉内以90 100。C/小时的升温速度加热至(600±10) 。C， 保温2. 5 3小时；
步骤b2，再以90 100°C /小时的升温速度加热到(950±20) °C，保温0. 9 1.1小时，接着以同样的升温速度加热到氮化温度(1100±20) 。C，保温4 5小 时；
步骤b3，停止加热，通入氩气并随炉冷却到(950±10) 。C，然后减少氩气 流量，冷却至270 300°C，再在空气中冷却。
所述的步骤b3中，在炉温达到600 700°C时，为了加速冷却，允许向炉内 送压縮空气或者工业氮。
为了增加氮化效果，在所述的氮化工序完毕后，再进行一次激光氮化工序， 即用6 8小时，将氮化后的部件从室温加热至570 600°C ，在该温度下保温20 24小时，然后用10 12小时降至室温。 (三)有益效果
使用本发明所提供的渗铬渗氮工艺处理的奥氏体不锈钢部件达到钠冷快堆 堆芯组件硬度和厚度要求，满足钠冷快堆钠环境下使用要求。
图l本发明所提供技术方案的工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明所提供的技术方案作进一步阐述。 实施例1
本实施例为钠冷快堆的堆芯组件操作头和上过渡接头渗铬渗氮。所用的渗铬 剂为铁铬合金粉，其中铬所占质量份额为68 70%。其制备方法是将块状的铁 铬合金打碎至颗粒度为10 12mra，然后在球磨机磨成粉，并用筛子筛分，铁铬 合金粉的颗粒度为200 300微米。
渗铬渗氮工艺包括奥氏体不锈钢部件预处理、渗铬、清洗、氮化、检验等工 序。其中渗铬工序包括如下步骤
步骤al，将奥氏体不锈钢部件放入温度为25 300°C渗铬炉中，加热至(290±10)°C，保持2 4小时，再以20 30°C /小时的升温速度加热至(350±10) °C;
步骤a2，以60 70。C/小时的升温速度加热到(600±10) 。C，保持2 4小
时；
步骤a3，以90 100。C/小时的升温速度加热至渗铬温度(IIOO士IO) 。C， 保温17 24小时。
步骤a4，渗络后，将奥氏体不锈钢部件冷却至(950±20) 。C，保温3 4小 时，然后降温至(600±10) 。C，保温1.5 2小时，再降至(350±10) 。C，保温 3 4小时。
所述的氮化工序包括如下步骤
步骤bl，在渗氮炉内以90 100。C/小时的升温速度加热至(600±10) 。C， 保温2.5 3小时；
步骤b2，再以90 100°C /小时的升温速度加热到(950±20) 。C，保温0. 9 1.1小时，接着以同样的升温速度加热到氮化温度(1100±20) 。C，保温4 5小 时；
步骤b3，停止加热，通入氩气并随炉冷却到(950±10) 。C，然后减少氩气 流量，冷却至270 300°C，再在空气中冷却。
将渗铬后，用随炉试验件检查渗铬层的厚度，其厚度应为0. 07 0. 14mm， 如果厚度不够，重新进行渗铬工序的步骤al、步骤a2、步骤a3、步骤a4，其中 步骤a4中持续时间为1 2小时，厚度将增加0. Olmm。
氮化后，用随炉试验件检查渗铬氮化层的厚度，其厚度应为0. 07 0.14mm。 在氮化之后，零件出绿色和黑色的氧化面和劣质的渗铬氮化层结构时，重新氮化。
实施例2
本实施例为钠冷快堆的梅花瓣状的小栅格板插孔渗铬渗氮。所用的渗铬剂为 铁铬合金粉，其中铬所占质量份额为58 68%。其制备方法是将块状的铁铬合 金打碎至颗粒度为12 15mm，然后在球磨机磨成粉，并用筛子筛分，铁铬合金 粉的颗粒度为300 630微米。
渗铬、氮化工序同步骤1。其不同之处是氮化工序完成后进行激光氮化工序，即用6 8小时，将氮化后的部件从室温加热至570 600°C，在该温度下保温20 24小时，然后用10 12小时降至室温。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明 的精神和范围。这样，假若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等 同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，包括奥氏体不锈钢部件预处理、渗铬、清洗、氮化、检验等工序，其特征在于所用的固体渗铬剂为铬占质量份额为58～70％的铁铬合金粉，颗粒度为200～630微米；所述的渗铬工序包括如下步骤步骤a1，将奥氏体不锈钢部件放入温度为25～300℃渗铬炉中，加热至(290±10)℃，保持2～4小时，再以20～30℃/小时的升温速度加热至(350±10)℃；步骤a2，以60～70℃/小时的升温速度加热到(600±10)℃，保持2～4小时；步骤a3，以90～100℃/小时的升温速度加热至渗铬温度(1100±10)℃，保温17～24小时。步骤a4，渗铬后，将奥氏体不锈钢部件冷却至(950±20)℃，保温3～4小时，然后降温至(600±10)℃，保温1.5～2小时，再降至(350±10)℃，保温3～4小时。所述的氮化工序包括如下步骤步骤b1，在渗氮炉内以90～100℃/小时的升温速度加热至(600±10)℃，保温2.5～3小时；步骤b2，再以90～100℃/小时的升温速度加热到(950±20)℃，保温0.9～1.1小时，接着以同样的升温速度加热到氮化温度(1100±20)℃，保温4～5小时；步骤b3，停止加热，通入氩气并随炉冷却到(950±10)℃，然后减少氩气流量，冷却至270～300℃，再在空气中冷却。
2. 根据权利要求1所述的所述的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，其特 征在于步骤b3中，在炉温达到600 700。C时，允许向炉内送压縮空气或者工 业氮。
3. 根据权利要求1所述的所述的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，其特 征在于在所述的氮化工序完毕后，再进行一次激光氮化工序，即用6 8小时，将氮化后的部件从室温加热至570 60(TC,在该温度下保温20 24小时，然后 用10 12小时降至室温。
4. 根据权利要求1所述的所述的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，其特 征在于将渗铬后，用随炉试验件检査渗铬层的厚度，其厚度应为0. 07 0. 14mrn， 如果厚度不够，重新进行渗铬工序的步骤al、步骤a2、步骤a3、步骤a4，其中 步骤a4中持续时间为1 2小时。
5. 根据权利要求1所述的所述的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺，其特 征在于氮化后，用随炉试验件检査渗铬氮化层的厚度，其厚度应为0.07 0. 14mnu
6. 根据权利要求1或5所述的所述的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺， 其特征在于氮化后检验，零件出绿色和黑色的氧化面和劣质的渗铬氮化层结构 时，重新氮化。
全文摘要
本发明公开了一种钠冷快堆堆芯组件的奥氏体不锈钢部件的渗铬渗氮工艺。该工艺包括奥氏体不锈钢部件预处理、渗铬、清洗、氮化、检验等工序，其中所用的固体渗铬剂为铬占质量份额为58～70％的铁铬合金粉，颗粒度为200～630微米。本发明所提供的渗铬渗氮工艺处理的奥氏体不锈钢部件达到钠冷快堆堆芯组件硬度和厚度要求。
文档编号C23C10/40GK101333639SQ20081013523
公开日2008年12月31日 申请日期2008年8月6日 优先权日2008年8月6日
发明者尤吉堃, 张汝娴, 段海燕, 王晓荣, 谢光善, 金跃庆, 钱顺发 申请人:中国原子能科学研究院