本發(fā)明屬于雙相不銹鋼材料表面強(qiáng)化改性技術(shù)范疇，具體涉及一種提高鑄造雙相不銹鋼表面滲層厚度的QPQ技術(shù)。

背景技術(shù)：

雙相不銹鋼是指其固溶組織由奧氏體相與鐵素體相組成的不銹鋼種，雙相不銹鋼將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性和焊接性，與鐵素體不銹鋼所具有的較高強(qiáng)度和耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能結(jié)合在一起，作為一種可焊接的結(jié)構(gòu)材料，雙相不銹鋼發(fā)展十分迅速，在石油、化工、輕工業(yè)、能源領(lǐng)域獲得廣泛運(yùn)用。但雙相不銹鋼本身硬度低、耐磨性差，在正常的負(fù)載下與接觸件發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)承受劇烈的摩擦磨損，嚴(yán)重縮短材料的使用壽命。因此，為了延長(zhǎng)零部件的使用壽命，提高資源利用率，增加社會(huì)效益，提高雙相不銹鋼的耐磨性就顯得尤為重要。

近年來(lái)，隨著雙相不銹鋼表面強(qiáng)化研究的深入，QPQ（Quench-Polish-Quench，淬火-拋光-淬火）技術(shù)在解決材料表面耐磨方面憑借產(chǎn)品變形小、生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染等特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有的QPQ技術(shù)是一種可以同時(shí)大幅度提高金屬表面耐磨性和耐蝕性的表面強(qiáng)化熱處理技術(shù)，它實(shí)際上是低溫鹽浴氮化加鹽浴氧化。鹽浴氮化通過(guò)氰酸根的分解，產(chǎn)生活性N原子滲入工件表面，在工件表面形成高質(zhì)量的滲層，可顯著增加工件表面硬度，提高工件表面耐磨性；鹽浴氧化可以在工件表面形成具有減磨作用的Fe₃O₄

黑色氧化膜，其抗蝕性遠(yuǎn)高于鍍鉻、鍍鎳等表面防護(hù)技術(shù)的水平。在鹽浴氧化之后進(jìn)行拋光和二次氧化處理，去除表面疏松層，改善表面粗糙度，并使工件表面補(bǔ)充氧的含量，進(jìn)一步提高了工件表面的耐蝕性。該技術(shù)采用全新的無(wú)公害鹽浴配方，所用氮化鹽中基本不含氰化物，氧化鹽可以徹底分解工件從氮化鹽浴中帶出來(lái)的氰根和氰酸根，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

根據(jù)滲氮溫度的不同，QPQ技術(shù)的鹽浴滲氮可以分成鐵素體滲氮（滲氮溫度≦590℃）和奧氏體滲氮（滲氮溫度≧590℃）。目前，鐵素體滲氮在不銹鋼上的研究和應(yīng)用取得了較大進(jìn)展，雖然它能顯著改善不銹鋼的耐磨性能，但在590℃以下的鐵素體滲氮，最大的缺點(diǎn)就是滲層太薄，滲層的深度很難達(dá)到30mm以上。四川大學(xué)黃潤(rùn)波、羅偉等在較低溫度對(duì)304不銹鋼進(jìn)行鹽浴氮化處理，發(fā)現(xiàn)16h滲層厚度只有17.7mm，滲層厚度達(dá)到30mm需經(jīng)過(guò)30h以上滲氮處理。為了增加滲層厚度，更大程度提高工件耐磨性，過(guò)長(zhǎng)的延長(zhǎng)氮化時(shí)間只能增加疏松層的深度，疏松層降低表面硬度，使表面變得不光滑，增加表面的粗糙度。為此，要加深滲層的厚度必須提高氮化溫度，提高活性N原子在不銹鋼中的擴(kuò)散速度，才能加快滲層的形成，從而得到較深的滲層，達(dá)到提高工件耐磨性的目的。

本發(fā)明對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種提高滲層厚度的QPQ技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是：不但能縮短氮化時(shí)間，而且能進(jìn)一步改善氮化工件的性能，滲層厚度增加至30mm以上，不產(chǎn)生嚴(yán)重的疏松層，滲層組織致密，表面硬度提高4倍以上，試樣耐磨性明顯增加；滲氮以后進(jìn)行鹽浴氧化處理，使工件表面生成Fe₃O₄氧化層，在提高滲層耐蝕性的同時(shí)，具有反尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe₃O₄可有效降低工件表面摩擦系數(shù)，進(jìn)一步提高其耐磨性；最后對(duì)工件進(jìn)行拋光處理，去除表面的疏松層，降低表面粗糙度。

本發(fā)明所述的QPQ技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用前景，QPQ鐵素體滲氮技術(shù)由于滲層太薄而無(wú)法達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)采用提高滲層厚度的QPQ技術(shù)，大幅度提高工件的耐磨性和耐蝕性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，也將進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍，增大社會(huì)效益?？傊岣邼B層厚度的QPQ技術(shù)的市場(chǎng)是十分巨大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種提高鑄造雙相不銹鋼表面滲層厚度的QPQ技術(shù)。該技術(shù)可以在較短時(shí)間內(nèi)，在工件表面形成具有足夠深度和一定硬度的高質(zhì)量滲層，大幅度提高工件表面的硬度、強(qiáng)度和耐蝕性能，延長(zhǎng)工件的使用壽命，可應(yīng)用到核電、水利和機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，尤其是在高溫、高壓、酸堿和沙粒沖擊等腐蝕和磨損等苛刻條件下。同時(shí)，QPQ技術(shù)操作簡(jiǎn)單，生成周期短，無(wú)污染。

為了解決技術(shù)背景所存在的問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鑄造雙相不銹鋼，室溫下鑄態(tài)組織由奧氏體相分布在鐵素體基體中組成，奧氏體相體積分?jǐn)?shù)為30%~40%，各元素組成質(zhì)量百分比如下：C≤0.04%、Si≤1.0%、Mn≤1.0%、Ni：4.75~6.0%、Cr：24.5~26.5%、Mo：1.75~2.25%、Cu：2.75~3.25%、S≤0.04%、P≤0.04%，其余為Fe。

其制備方法如下：

（1）所有原材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%，質(zhì)量配比為：316L不銹鋼50%~60%、含鉬量大于60%的鉬鐵1.8%~2.2%、含鉻量大于99%的電解鉻17%~19%、純銅2.8%~3.0%、其余為工業(yè)純鐵。

（2）在中頻感應(yīng)爐中熔煉，所有原材料熔化前都要進(jìn)行除油、烘干處理；原材料在中頻感應(yīng)爐中熔化后，測(cè)定鋼水溫度；當(dāng)溫度達(dá)到1500-1550℃時(shí)，加入原材料總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的硅鈣錳粉末脫氧劑對(duì)鋼液進(jìn)行脫氧處理，最后加入造渣劑除去鋼液中的雜質(zhì)，澆注在熔模模殼中，模殼冒口撒上保溫劑，鑄件放置在空氣中冷卻；空冷后的鑄件在箱式電阻爐中經(jīng)1120℃固溶處理，保溫2h后水淬。

提高鑄造雙相不銹鋼表面滲層厚度的QPQ技術(shù)工序：清洗→預(yù)熱→氮化→氧化→清洗去鹽→干燥→拋光，主要步驟如下：

（1）將鑄造雙相不銹鋼工件用丙酮、無(wú)水乙醇清洗好后在電阻爐內(nèi)預(yù)熱，烘干工件表面水分，工件預(yù)熱后進(jìn)入氮化爐內(nèi)可以防止鹽浴噴濺和鹽浴溫度下降太多，同時(shí)預(yù)熱有助于加快氮化速度，預(yù)熱溫度為400℃，預(yù)熱時(shí)間為20min-30min，工件預(yù)熱后表面呈稻草黃色；

（2）設(shè)置氮化鹽浴溫度為590℃-610℃，預(yù)熱后的工件放入氮化鹽浴后要蓋上爐蓋，采用空氣壓縮機(jī)向鹽浴中通入空氣，氮化時(shí)間為60min-180min，工件放置在鹽浴坩堝中部，位于液面下50mm以下。采用的氰酸根型氮化基鹽外觀呈白色粉末狀，主要成分按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括：KCNO=65%、K₂CO₃=16%、Na₂CO₃=15%、KCN=0.6%，當(dāng)氰酸根濃度低于32wt%時(shí)，向鹽浴中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%-4%的調(diào)整鹽以提高氰酸根活性，調(diào)整鹽的主要成分為含氮有機(jī)物（（CNH）_n）；

（3）滲氮之后將工件置于氧化爐內(nèi)進(jìn)行氧化處理，設(shè)置氧化鹽浴溫度為400℃，氧化時(shí)間為15min-30min。氧化鹽為多種硝酸鹽（NaNO₃、KNO₃）的混合物粉粒，呈淺藍(lán)色。氧化鹽可徹底分解工件從氮化爐中帶出來(lái)的CN^-，達(dá)到無(wú)公害的目的，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染；

（4）將工件從氧化爐中取出空冷1-2min，待鹽液凝結(jié)后水冷并去鹽清洗、干燥，放入拋光設(shè)備中運(yùn)行30min-40min即可。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)：1）本發(fā)明提供了一種提高滲層厚度的QPQ技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是：不但能縮短氮化時(shí)間，而且能進(jìn)一步改善氮化工件的性能，滲層厚度增加至30mm以上，不產(chǎn)生嚴(yán)重的疏松層，滲層組織致密，表面硬度提高4倍以上，試樣耐磨性明顯增加；滲氮以后進(jìn)行鹽浴氧化處理，使工件表面生成Fe₃O₄氧化層，在提高滲層耐蝕性的同時(shí)，具有反尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe₃O₄可有效降低工件表面摩擦系數(shù)，進(jìn)一步提高其耐磨性；最后對(duì)工件進(jìn)行拋光處理，去除表面的疏松層，降低表面粗糙度。

2）本發(fā)明所述的QPQ技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用前景，QPQ鐵素體滲氮技術(shù)由于滲層太薄而無(wú)法達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)采用提高滲層厚度的QPQ技術(shù)，大幅度提高工件的耐磨性和耐蝕性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，也將進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用范圍，增大社會(huì)效益?？傊?，提高滲層厚度的QPQ技術(shù)的市場(chǎng)是十分巨大。

附圖說(shuō)明

圖1為經(jīng)實(shí)例1中提高滲層厚度的QPQ處理后試樣截面的金相圖；

圖2為經(jīng)實(shí)例2中提高滲層厚度的QPQ處理后試樣截面的金相圖；

圖3為經(jīng)實(shí)例3中提高滲層厚度的QPQ處理后試樣截面的金相圖。

具體實(shí)施方式

以下用實(shí)例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述，這些實(shí)例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。

實(shí)例：用中頻感應(yīng)爐將所有配料熔化，鋼液除氧除雜后澆注；空冷后的鑄件加工成10mm×20mm×50mm的塊狀試樣，隨后在箱式電阻爐中做固溶處理，固溶溫度設(shè)定為1120℃，保溫2h；固溶試樣在400℃預(yù)熱保溫30min后，進(jìn)行提高滲層厚度的QPQ處理，QPQ技術(shù)工藝參數(shù)如表2所示；最后將試樣清洗干燥。

采用顯微維氏硬度計(jì)測(cè)量各試樣的表面硬度；采用干磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試各試樣的耐磨性，其耐磨性用1h磨損量評(píng)定；采用電化學(xué)工作站測(cè)定腐蝕電流密度，以此衡量試樣的耐蝕性。

表1為試樣的主要化學(xué)成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。表3為只經(jīng)固溶處理試樣和QPQ處理試樣的各性能（硬度、耐磨性、耐蝕性）對(duì)比。

表1 試樣化學(xué)成分表（wt.%）

表2 提高滲層厚度的QPQ技術(shù)工藝參數(shù)

表3 試樣性能對(duì)比

從圖1~3可以看出，經(jīng)提高滲層厚度的QPQ處理后工件表面形成的滲層厚度均在30mm以上，表面硬度得到大幅度提高，耐磨性明顯增強(qiáng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。