專利名稱：油管離子脈沖快速滲氮強(qiáng)韌化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型等離子脈沖快速滲氮工藝，該工藝克服了以往的滲氮層脆性大的缺點(diǎn)，提高了油管滲氮后工件的使用壽命，擴(kuò)寬了滲氮技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
至今，油田用油管存在嚴(yán)重的磨損腐蝕失效問(wèn)題，由于抽油機(jī)工作在含有大量腐蝕性液體的油水中，再加上和抽油桿的摩擦，產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕磨損斷裂。嚴(yán)重影響了油井的采油降低了效率。目前，大多數(shù)已經(jīng)采用滲氮這種工藝。滲氮最常用的是氣體滲氮和離子滲氮。氣體滲氮是在加熱的基礎(chǔ)上滲氮?dú)夥辗纸?，從而氮元素從表面擴(kuò)散到內(nèi)部，達(dá)到飽和繼續(xù)擴(kuò)散的過(guò)程，氣體滲氮一般滲氮的時(shí)間長(zhǎng)、性能沒(méi)有離子滲氮好，經(jīng)常出現(xiàn)脈狀組織和工件變形等缺陷。離子滲氮?jiǎng)t可以避免這種缺陷，而且滲氮時(shí)間大大減小，是一種很好的滲氮技術(shù)， 一般有三個(gè)過(guò)程；①含氮?dú)夥辗纸?；②活性氮原子吸附在工件表面；③N向工件內(nèi)部擴(kuò)散。 原理是含氮?dú)夥赵诟邏好}沖下電離，形成等離子體產(chǎn)生活性N離子，一般工件為陰極，這樣被電離的N就會(huì)吸附在工件表面，不斷向工件內(nèi)部擴(kuò)散，飽和形成新相繼續(xù)擴(kuò)散形成另一種新相。N原子的滲入造成基體表面固溶強(qiáng)化，還會(huì)造成晶格缺陷和彌散硬化等。對(duì)于合金鋼除了固溶硬化更重要的是彌散硬化，由于合金元素(Cr、Si、Al、W、Mo等)和N反應(yīng)生成高度彌散的合金氮化物，具有極高的硬度和耐蝕性。離子滲氮是非常精密而又實(shí)用的表面處理工藝?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電壓和真空度、通過(guò)調(diào)節(jié)不同氣氛(氫氣、氮?dú)饧捌渌o助氣體)的比例，即可獲得不同要求的滲氮組織，可以獲得注重耐蝕性的、注重耐磨性的、還可以獲得即耐蝕又耐磨的滲氮層。從而滿足不同的要求。但常規(guī)的離子滲氮工藝存在嚴(yán)重的滲氮層硬度過(guò)于太高導(dǎo)致滲氮層脆性較大，有的滲氮后經(jīng)常把脆性大的白亮層磨掉，這樣造成滲氮技術(shù)的應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的工藝解決了滲氮后硬度大、脆性大的難題，在滲氮前對(duì)油管進(jìn)行二次亞溫調(diào)質(zhì)處理，這種熱處理工藝可以明顯提高油管的強(qiáng)度和韌性，強(qiáng)度可以防止?jié)B氮時(shí)油管的變形，韌性則可以減小滲氮后工件表面的脆性，還可以增加心部的韌性，雖然硬度有所降低，但滲氮后的硬度足以滿足要求，二次亞溫調(diào)質(zhì)加滲氮后的油管有很好的綜合力學(xué)性能。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟為滲氮前先對(duì)油管材料N80鋼進(jìn)行二次亞溫調(diào)質(zhì)工藝，二次亞溫調(diào)質(zhì)包括對(duì)材料的退火+淬火+回火+ 二次亞溫淬火+回火。接著進(jìn)行化學(xué)熱處理離子滲氮，滲氮時(shí)的調(diào)節(jié)參數(shù)包括滲氮溫度，滲氮時(shí)的N2和H2的比例。離子滲氮保溫一定時(shí)間后進(jìn)行爐冷。下面對(duì)工藝的步驟做具體限制
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(1) 二次亞溫調(diào)質(zhì)中的退火溫度在800°C以上，保溫時(shí)間t = (1-1. 5)*h(min)，爐冷至600°C以下出爐，h為N80鋼油管材料的厚度；(2)第一次淬火溫度在800°C 850°C之間，保溫時(shí)間t = (1-1. 5)*h(min)，冷卻為油冷或者水冷；(3) 一次淬火后的回火溫度在500°C以上，保溫時(shí)間在20min以上，冷卻方式為空冷或者油冷；(4)第二次淬火的溫度在750°C 810°C之間，保溫時(shí)間t = (1-1. 5)*h(min)，冷卻為油冷或者水冷；(5) 二次淬火后的回火溫度在500°C 650°C之間，保溫時(shí)間在20min以上，冷卻方式為空冷或者油冷；(6)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行離子滲氮時(shí)的滲氮溫度在450°C以上，保溫時(shí)間在1小時(shí)以上，N2 和H2的比例在1 9以上。本發(fā)明可以使?jié)B氮后N80鋼的化合物層的組織為韌性較好的單相的Y ’和少量的強(qiáng)度較高的α-Fe(N)，N80鋼心部均勻分布細(xì)小的針狀鐵素體組織，這樣的工藝不僅使?jié)B氮層具有很好的韌性和強(qiáng)度，心部組織還有很高的韌性，避免了白亮層的脆性，提高了 Ν80 鋼的整體韌性和表面強(qiáng)度。還可以獲得以Y’為主和少量α-Fe(N)、耐蝕性較高的ε組成的組織。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。結(jié)合本發(fā)明內(nèi)容，對(duì)Ν80鋼鋼二次亞溫調(diào)質(zhì)離子滲氮的工藝提供以下實(shí)例實(shí)例1(1) 二次亞溫調(diào)質(zhì)中的退火溫度在840°C，保溫時(shí)間8min，h為5mm ；(2)第一次淬火溫度在840°C，保溫時(shí)間8min，冷卻為油冷；(3) 一次淬火后的回火溫度為600°C，保溫時(shí)間在30min，冷卻方式為空冷；(4)第二次淬火的溫度在785°C，保溫時(shí)8min，冷卻為油冷；(5) 二次淬火后的回火溫度在550°C，保溫時(shí)間在30min，冷卻方式為空冷；(6)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行離子滲氮時(shí)的滲氮溫度為540°C，保溫時(shí)間在8小時(shí)，N2和H2的比例為1 5。至此得到的N80鋼的滲氮層白亮層的組織為以Y ’為主和少量α -Fe(N)、耐蝕性較高的ε組成，具有較好的韌性和強(qiáng)度，且滲氮層具有較小的脆性、很好的耐蝕性。實(shí)例2(1) 二次亞溫調(diào)質(zhì)中的退火溫度在840°C，保溫時(shí)間8min，h為5mm ；(2)第一次淬火溫度在840°C，保溫時(shí)間8min，冷卻為油冷；(3) 一次淬火后的回火溫度為600°C，保溫時(shí)間在30min，冷卻方式為空冷；(4)第二次淬火的溫度在785°C，保溫時(shí)8min，冷卻為油冷；(5) 二次淬火后的回火溫度在600°C，保溫時(shí)間在30min，冷卻方式為空冷；(6)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行離子滲氮時(shí)的滲氮溫度500°C，保溫時(shí)間在8小時(shí)，N2和H2的比例為 1 1。
至此得到的N80鋼的滲氮層白亮層的組織為以Y ’為主和少量α -Fe(N)組成，具有較好的韌性和強(qiáng)度。實(shí)例3(1) 二次亞溫調(diào)質(zhì)中的退火溫度在840°C，保溫時(shí)間8min，h為5mm ；(2)第一次淬火溫度在840°C，保溫時(shí)間8min，冷卻為油冷；(3) 一次淬火后的回火溫度為600°C，保溫時(shí)間在30min，冷卻方式為空冷；(4)第二次淬火的溫度在785°C，保溫時(shí)8min，冷卻為油冷；(5) 二次淬火后的回火溫度在550°C，保溫時(shí)間在30min，冷卻方式為空冷；(6)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行離子滲氮時(shí)的滲氮溫度540°C，保溫時(shí)間在8小時(shí)，N2和H2的比例為 1 3。至此得到的N80鋼的滲氮層白亮層的組織為單相的Y ’，具有較好的韌性和一定的強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1. 一種N80鋼的強(qiáng)韌化工藝，包括滲氮前先對(duì)材料進(jìn)行二次亞溫調(diào)質(zhì)工藝，二次亞溫調(diào)質(zhì)包括對(duì)材料的退火+淬火+回火+ 二次亞溫淬火+回火。接著進(jìn)行化學(xué)熱處理離子滲氮，滲氮時(shí)的調(diào)節(jié)參數(shù)包括滲氮溫度，滲氮時(shí)的隊(duì)和吐的比例。離子滲氮保溫一定時(shí)間后進(jìn)行爐冷。包括下面具體步驟(1)二次亞溫調(diào)質(zhì)中的退火溫度在800°C以上，保溫時(shí)間t = (l-1.5)*h(min)，爐冷至 6000C以下出爐，h為N80鋼材料的厚度；(2)第一次淬火溫度在800°C 850°C之間，保溫時(shí)間t= (1-1. 5) *h (min)，冷卻為油冷或者水冷。一次淬火后的回火溫度在500°C以上，保溫時(shí)間在20min以上，冷卻方式為空冷或者油冷；(3)第二次淬火的溫度在750810°C之間，保溫時(shí)間t= (1-1. 5) *h (min)，冷卻為油冷或者水冷；二次淬火后的回火溫度在500 V 650 V之間，保溫時(shí)間在20min以上，冷卻方式為空冷或者油冷；(4)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行離子滲氮時(shí)的滲氮溫度在450°C以上，保溫時(shí)間在1小時(shí)以上，N2和H2 的比例在1 9以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型N80鋼離子脈沖快速滲氮工藝，本發(fā)明主要通過(guò)二次調(diào)質(zhì)+離子滲氮提高材料的韌性和強(qiáng)度及耐蝕耐磨性能。本發(fā)明通過(guò)改變二次回火溫度、滲氮時(shí)的溫度和滲氮時(shí)的N2和H2的比例，就可以得到不同性能的滲氮層組織，滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合。通過(guò)本發(fā)明工藝得到的滲氮層具有很好的韌性和強(qiáng)度，滲氮之后的N80鋼表面具有很高的強(qiáng)度和一定的韌性，心部具有很高的韌性，具有很好的綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C23C8/38GK102560506SQ20121001461
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者馮濤, 孫永興, 楊武虎, 楊潔 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)