一种提高γ-α双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法技术

本发明专利技术涉及金属材料表面处理技术领域，提供了一种提高γ

【技术实现步骤摘要】
一种提高
γ
‑
α
双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法


[0001]本专利技术涉及金属材料表面处理
，提供了一种提高γ
‑
α双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法。

技术介绍

[0002]奥氏体不锈钢由于其面心立方结构对氢不敏感而常被用作临氢结构用钢，但普通奥氏体钢较软，较低的强度使其不能承受加氢站系统上一些超高压环境，而高镍高铬的高强度沉淀强化不锈钢则价格昂贵。γ
‑
α双相不锈钢是γ相和α相约各占50％的不锈钢，强度比普通奥氏体不锈钢高2倍，但大量α相的存在使其在高压氢环境下具有高的氢脆敏感性。如果能用表面工程手段在双相不锈钢表面制备一层连续的阻氢层，防止外界氢渗入钢基体，则可为双相不锈钢在超高压临氢结构上的应用提供途径。
[0003]目前得到广泛研究的阻氢层多为利用PVD、CVD、喷涂等方法制备的陶瓷类涂层，由于陶瓷涂层成分、组织与不锈钢基体存在重大差别，在内应力或者载荷作用下容易破坏脱落，同时加工对象的几何特征和尺寸大多受到限制。除此之外人们利用化学渗氮、氮碳共渗等将奥氏体不锈钢表层γ相转变为膨胀奥氏体(S)相，从而提高奥氏体钢的耐蚀性、硬度和耐磨性。然而，S相的热稳定性差，温度>450℃时容易分解出CrN，因此有专家针对奥氏体不锈钢提出了430℃～450℃的低温氮碳共渗工艺。然而，专利技术人针对γ
‑
α双相不锈钢进行氮碳共渗处理时发现，原α发生相变产生的S相不仅比原γ发生相变产生的S相厚度薄，而且稳定性差，α相转变形成的S相在420℃就可分解形成CrN。若能使γ
‑
α双相不锈钢表面形成阻氢性能优良的均匀S相，有效抑制环境氢渗入内部钢基体，将扩宽双相钢在超高压临氢环境的应用，对于实际工程应用有着重大意义。因此必须针对γ
‑
α双相不锈钢开发新的氮碳共渗处理工艺。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种提高γ
‑
α双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法，具体步骤为(1)对双相不锈钢材料进行机械打磨抛光和超声清洗；(2)对步骤(1)的双相不锈钢材料进行气体氮碳共渗处理；(3)对步骤(2)双相不锈钢材料进行离心抛光；采用上述处理方法过氮碳共渗，γ相和α相表面可形成一层几微米厚的S相，S相致密连续，没有鼓包和空洞，无破坏材料耐蚀性的CrN相析出，氢扩散系数可降低2个数量级，从而有效阻止环境氢向内部的渗入，大大扩展了双相不锈钢在高压临氢结构中的应用。
[0005]本专利技术的具体构思如下：
[0006]大量氮原子进入FCC或BCC晶体结构，并达到过饱和状态，由此产生的压缩应变引起晶体结构变形以及晶格参数增长，形成氮原子固溶的奥氏体层(又称膨胀奥氏体层，记为γ
N
相或S相)；奥氏体转变为膨胀奥氏体仅需一步反应，铁素体转变需先转变为膨胀铁素体再转变为膨胀奥氏体。但是膨胀奥氏体的热稳定性较差，在高温下容易重新分解成膨胀铁素体和氮化铬相。弥散分布的氮化物、碳化物有利于阻氢性能的提高，但当它变成析出相
后，就会破坏表面钝化膜的完整，造成不锈钢晶间贫铬，使硬度升高，耐蚀性变差。这就是现有热处理存在的主要问题，而本申请就是针对这一缺陷而提供的解决方案。
[0007]本申请的具体技术方案如下：
[0008]一种提高γ
‑
α双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法，其包括如下步骤：
[0009](1)对双相不锈钢材料表面进行机械打磨抛光和超声清洗；
[0010](2)对步骤(1)处理后的双相不锈钢材料进行气体氮碳共渗处理；
[0011](3)对步骤(2)的双相不锈钢材料进行离心抛光。
[0012]其中所述的双相不锈钢材料为冷轧态材料，优选待处理材料的厚度为0.5mm～8mm。
[0013]进一步地，在步骤(1)中所述将双相不锈钢材料进行打磨、抛光和超声清洗的步骤基体包括：
[0014]采用机械研磨方法对材料表面进行逐级打磨，抛光既可采用机械抛光也可采用电解抛光；
[0015]其中可选的机械打磨抛光方式如下：
[0016]采用150#、400#、600#、800#、1000#、1500#和2000#的SiC砂纸对基体上下进行逐级打磨抛光，打磨抛光后材料表面粗糙度小于Ra1.6即可；无论采用何种抛光方式，只需打磨抛光后材料表面粗糙度小于Ra1.6即可。
[0017]将抛光后的不锈钢用去离子水和乙醇进行超声波清洗15min；
[0018]将清洗后的不锈钢用冷风吹干。
[0019]所述步骤(2)进行低温氮碳共渗时的步骤包括：
[0020]将真空加热炉温度升至380℃～400℃；
[0021]向所述真空加热炉内通入NH3、CO和N2，且三者的流量控制比为NH3:CO:N2＝2:1:1；
[0022]将炉内压力设置为0.07MPa～0.09MPa，并进行低温氮碳共渗20h～25h。
[0023]步骤(3)离心抛光的参数为时间：10min～20min，频率：20Hz～40Hz，通过离心抛光可以去除上一步骤热处理后材料表面的氧化层，可以得到光滑平整，渗层均匀有光泽的高质量渗层。
[0024]相较于现有技术，本专利技术上述技术方案的有益效果在于：
[0025](1)本专利技术通过低温氮碳共渗处理，借助于渗入的氮和碳原子将双相不锈钢表面的奥氏体相和原先对氢敏感的铁素体相都转变为膨胀奥氏体相结构，且无有害氮化铬的析出；
[0026](2)在不锈钢表面原位生长得到的阻氢层相较于PVD技术得到的涂层没有明显的涂层与基底之间的界面，存在扩散层，结合力强，不易脱落，极大的延长了涂层使用寿命；
[0027](3)本专利技术制备的阻氢涂层氢扩散系数可降低2个数量级，能够应用在阻氢领域，拓宽了双相不锈钢的应用领域。
附图说明
[0028]图1为实施例1中2205基体金相组织图，由γ相和α相构成；
[0029]图2为实施例1中380℃氮碳共渗处理截面金相组织图，表面γ相和α相转变成均匀连续S相；
[0030]图3为对照例1中420℃渗氮处理截面金相组织图，α相转变形成的S相较薄且部分分解出CrN相；
[0031]图4为实施例2中2205不锈钢电化学氢渗透曲线图；
[0032]图5为实施例2中2205不锈钢经380℃氮碳共渗处理后的电化学氢渗透曲线图。
具体实施方式
[0033]为了更好的理解本专利技术，下面结合实例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不局限于下面的实施例。除非另有定义，下述实施例中所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。下述实施例中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。下述实施例中所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高γ
‑
α双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)对双相不锈钢材料表面进行机械打磨抛光和超声清洗；(2)对步骤(1)处理后的双相不锈钢材料进行气体氮碳共渗处理；(3)对步骤(2)的双相不锈钢材料进行离心抛光。2.根据权利要求1所述提高γ
‑
α双相不锈钢阻氢性能的化学热处理方法，其特征在于，步骤(1)中机械打磨抛光方式如下：采用150#、400#、600#、800#、1000#、1500#和2000#的SiC砂纸对基体上下进行逐级打磨，打磨抛光后材料表面粗糙度小于Ra1.6即...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵卫民，唐静，夏琪良，孙冲，孙建波，林学强，李丹，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：