１前言甲铵泵是尿素生产装置中的关键设备之一，过去都是从国外进口。四川某化工厂为了使进口设 备的备件国产化，于１９９０年委托重庆长江变速器厂研制００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ双相钢柱 塞和阀座，代替进口件。甲铵泵的工作介质是氨基甲酸铵液或液氨，腐蚀性较强。引进的柱塞和阀 座表面镀铬，以满足耐腐蚀性的要求。甲铵泵柱塞在介质中每分钟往复运动７０次，进口压力０ １ＭＰａ，出口压力为２２ＭＰａ。经化学热处理获得耐蚀耐磨的表面，以保障其性能。该厂经过 多次试验，研制成功００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ双相钢循环抛光硫氮碳共渗的柱塞和阀座，代替 了进口件，每年节省可观的外汇。２试验设备与工艺２１试验设备试验设备为ＲＸ２４５１ ２型高温箱式炉、４５ｋＷ不锈钢坩锅井式加热炉等。高温箱式炉用于固溶处理，坩锅井式炉用于 ＳＮＣ共渗。盐浴介质为ＳＮＣ共渗基盐（Ｊ１）、再生盐（Ｚ１）、氧化盐（Ｙ１）等。 新盐浴的配制，将Ｊ１新盐加入不锈钢坩锅中，通电升温并启动抽风装置。固体盐逐渐熔为液体 ，需不断填加新盐，达到需要的液面高度，使其完全熔化。在（５９０～６００）℃空载保温３ｈ ，取样分析盐浴成分。调整氰酸根ＣＮＯ－白滨：男，高工，主要从事热处理工艺、设备设计和研 究，发表论文３４篇，曾获重庆市科技成果三等奖和市机械局科研成果奖励。收稿日期：１９９８ 年１０月１１日。浓度为（３４～４０）％。若低于下限时加入Ｚ１再生盐，直到ＣＮＯ－浓度 至合格范围。然后放入工件进行ＳＮＣ共渗。盐浴在使用过程中，由于液体盐面挥发和出炉工件粘 附损失，液面要降低，必须加入适量的基盐和再生盐，以保证表面处理质量。经常使用的盐浴成分 会变化，ＣＮＯ－浓度要降低，必须每星期分析一次。必要时抽查氰根ＣＮ－、硫离子Ｓ２－和碳 酸根离子ＣＯ２－３。使其符合ＣＮ－＜０１％、Ｓ２－＝（１０～４０）×１０－６、ＣＯ２ －３＝（１０～１８）％的要求。虽然共渗盐浴中，化学反应生成的Ｓ、Ｎ、Ｃ原子会渗入工件表 面，但是为了保证硫原子的含量稳定，通常每周在调整盐浴成分时，按每１００ｋｇ盐浴填加２ ５ｋｇ的Ｋ２Ｓ。２２工艺过程２２１预先热处理将００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ钢柱塞与 阀座的坯件进行（１０００～１０５０）℃×３ｈ固溶→水冷至室温→（５６０～６００）℃×１ ．５ｈ时效→空冷。该钢种为（Ａ＋Ｆ）双相不锈钢，固溶处理使奥氏体逐步长入铁素体，合金元 素及碳在α、γ相间重新分配，最后α相消失，γ相进一步均匀化。时效使钢材沉淀析出高密度合 金化合物，增大弥散度，获得较高的强度。２２２ＳＮＣ共渗固溶时效的坯件，经机加工成柱 塞与阀座，在共渗前除油、除锈、装卡和烘干，然后装入ＳＮＣ共渗盐浴中，进行共渗处理。循环 抛光ＳＮＣ共渗工艺曲线见图１。２２３抛光柱塞或阀座完成第Ⅰ次ＳＮＣ共渗后，出炉水冷 ，然后进行机械抛光或研磨。去除表面盐渍和粗糙多孔的氧化物、硫化物显微层，使表面更加光洁 。再放回共渗浴炉，图１循环抛光ＳＮＣ共渗工艺曲线２３技术要求和检验进口的柱塞和阀座， 图纸要求材料用耐腐蚀不锈钢，硬度（３８～４０）ＨＲＣ、表面镀铬处理。国产化柱塞与阀座， 材质选用００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ双相不锈钢，固溶时效强化后，进行表面循环抛光ＳＮＣ共 渗处理。渗层深度≥（７０～９０）μｍ（化合物层＋弥散析出层），渗层表面硬度≥（３８０～ ４００）ＨＶ，表面呈均匀黑色、无盐渍、碰伤和划痕。渗层深度和硬度检查，在试样出炉空冷、 清洗、磨制后，经３％硝酸酒精腐蚀，用金相显微镜测量层深，用显微硬度计测定表面硬度。３试 验结果与分析３１ＳＮＣ共渗层００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ双相钢，循环抛光ＳＮＣ共渗处理 的多炉试样检验结果，渗层深度（９０～１００）μｍ，渗层硬度（６８０～９２０）ＨＶ０．０ ５，金相结构自表至里为白亮化合物层（由Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＳ、Ｆｅ２３（Ｎ．Ｃ）和Ｆｅ４ Ｎ构成）、弥散析出层（Ｆｅ４Ｎγ’）。工件在盐浴介质中，Ｓ、Ｎ、Ｃ３种原子同时渗入表 面。Ｓ的渗入速度小于Ｎ、Ｃ，几乎不溶于αＦｅ和γＦｅ，只能形成化合物ＦｅＳ，存在于 工件最表面层。Ｎ、Ｃ原子和Ｆｅ原子都能形成间隙固溶体与化合物，很容易被工件表面吸收并向 内部扩散。吸收在表层的Ｎ、Ｃ原子首先形成化合物Ｆｅ２３（Ｎ、Ｃ）ε相，在工件缓慢冷 却时，从ε相中析出Ｆｅ４Ｎγ’相，形成弥散析出层。在ＳＮＣ共渗中形成的氮化物白亮层， 因为含碳故不脆。又因这种氮碳化合物分布在嵌镶块的边界上，阻碍滑移，使得渗层具有高硬度高 耐磨性［１，２］。循环共渗改善工件表面的化学热渗入，加速扩散过程，能获得一般共渗处理得 不到的层深与性能［３］。３２柱塞与阀座装机试验结果其结果见表１。３３结果分析试验的 柱塞和阀座材料为奥氏体型或奥氏体＋铁素体型不锈钢，表面处理之前经固溶时效处理。由于处理 工艺不同，其结果和损坏形式也不相同。表面镀铬的柱塞与阀座，运转时间为（６２～１８０）天 ；循环抛光ＳＮＣ共渗的运转时间为（２６５～３６１）天；一般ＳＮＣ共渗的运转时间为１８４ 天；表面未进行化学处理的运转时间为２０天，表面磨损２ｍｍ，不能再使用。因为这些工件是在 腐蚀性极强的液氨或氨基甲酸铵液中运转。未经表面处理的表面，直接受介质的侵蚀，在表面缺陷 处形成腐蚀源，促使磨损加剧，造成过早失效。因为电镀工艺参数，不易精确控制，镀铬层往往颗 粒粗大，造成镀层与基体的表１循环抛光ＳＮＣ共渗处理柱塞与阀座装机试验结果钢材牌号表面处 理运转时间／天损坏情况１Ｃｒ１８Ｍｎ１０Ｎｉ５Ｍｏ３Ａ１８０腐蚀、Ｃｒ层脱落０Ｃｒ１８ Ｎｉ１２Ｍｏ２ＴｉＡ１８０腐蚀、Ｃｒ层脱落００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２ＮＢ３６０密封面磨损 ００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２ＮＢ１９９未磨损、继续用００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２ＮＢ３６０效果 优于进口件ＡＩＳＩ３２９（进口）Ａ６３缸体开裂失效ＡＩＳＩ３１６Ｌ（进口）Ａ６２缸体开 裂失效００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２ＮＢ１３０未磨损、继续用ＡＩＳＩ３１６Ｌ（进口）Ａ１６０ 腐蚀、Ｃｒ层剥落０Ｃｒ１８Ｎｉ１２Ｍｏ２ＴｉＡ１９０腐蚀、Ｃｒ层剥落００Ｃｒ２５Ｎｉ６ Ｍｏ２ＮＢ３６１密封面磨损、寿命提高ＡＩＳＩ３１６Ｌ（进口）Ａ６２阀口变形严重、无法修 复００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ上次ＳＮＣ共渗１８４阀口磨损、渗层印痕００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍ ｏ２ＮＢ２６５密封面磨损、可继续用００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２ＮＢ３３６密封面磨损很浅、还 能用００Ｃｒ２５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ水处理２０阀芯封面磨损２ｍｍ说明：表上数据由使用单位提供 ，各厂资料运转时间单位不同（有年、月、天、时），本表统一运转时间单位用“天”。表面处理 中Ａ为镀Ｃｒ，Ｂ为循环抛光ＳＮＣ共渗处理。结合力差，导至镀层脱落。有时在镀铬层还存有穿 透性小针孔，使腐蚀液渗入针孔腐蚀镀层和基体的结合面，使其结合强度降低，在往复运动中受高 压脉动液压力的作用，使镀层剥落。形成柱塞与阀座密封面腐蚀和镀铬层剥落性损坏。因此，要求 耐蚀、耐磨性能较高的柱塞和阀座类工件，尽量不采用镀铬工艺。目前国内研制成功的００Ｃｒ２ ５Ｎｉ６Ｍｏ２Ｎ双相不锈钢柱塞和阀座，经循环抛光ＳＮＣ共渗处理，可以代替同类进口产品， 该技术也能代替同类产品的表面镀铬工艺。循环抛光ＳＮＣ共渗工艺参数中温度对共渗层的硬度和 深度起着决定性的作用，共渗件在５００℃时，氮化物的弥散度最大，尺寸小，表层硬度高，但是 渗层浅。为了提高渗层深度，可以提高共渗温度。温度越高氮化物的弥散度越小，硬度降低越多［ ４］。采用两段共渗法，能获得渗层深度和硬度兼顾的效果。开始段５００℃保温，工件表面获得 致密的氮化物弥散相，使硬度最高。第二段在５７０℃保温，因为温度提高，使氮原子的扩散系数 加大，增加了氮原子向内的扩散速度，使共渗层加深。时间对渗层的影响和温度的高低有关系，当 温度较低时，氮原子的扩散系数较小，渗速较低，保温时间应稍长些。在一定的时间范围内，延长 时间，渗层深度增加，硬度也能提高。但超过一定时间极限后，氮化物发生聚集，弥散度减小，则 硬度降低。渗层深度和时间的关系，呈抛物线规律。时间延长，深度增加，最初增加快，以后逐渐 减慢。超过一定时间后，几乎不再增加。此时，想继续增大渗层深度就需要提高温度，由第一段的 ５００℃提高到第二段的保温温度５７０℃。这样，氮原子的扩散速度显著加大，渗层深度继续增 加。因为氮原子在α、ε、γ’相中的扩散系数Ｄ和温度的关系，仍符合Ｄ＝Ｄ０ｅ－ＱＲＴ的规 律。循环处理工艺影响渗层质量。循环共渗层的硬度受下限温度（５００℃）和时间（２ｈ）的控 制。而层深则取决于上限温度（５７０℃）和时间（１ｈ）。工艺中采用两段加热两次循环共渗， 在００℃×２ｈ下限保温共渗，获得细小弥散型氮化物，达到表层的高硬度和高耐磨、耐蚀性能。 在５７０℃×１ｈ的上限保温，促使氮原子的扩散，保障渗层深度。随着循环次数的增加，白亮层 加大、高硬度区与高氮区扩宽。因为循环处理能有效地利用浓度梯度和温度对扩散的有利作用［５ ］。抛光也影响渗层质量。工件在第１次循环共渗之后，表面的共渗层厚（５０～７０）μｍ，最 表层还有残渣和部分粗糙多孔的绒毛层，必须用轻机械抛光或精研法，去除表面的污物和部分氧化 物、硫化物形成的绒毛层。使工件表面更加洁净。更具有吸收Ｓ、Ｎ、Ｃ原子的活力，以保证第２ 次循环处理的质量。工件在第２次循环的第１段（５００℃×２ｈ）共渗后，表面获得的化合物层 硬度高，梯度陡且扩散层浅。工件进入第２段（５７０℃×１ｈ）保温，进一步促进氮原子向内部扩散，使渗层深度继续增加，硬度梯度变得更平缓。由于未达到氮化物极聚集长大的温度（５９０℃），所以前段生成的细小弥散的氮化物，不会聚集长大，硬度不受影响［６］。４结论（１）循环抛光硫氮碳共渗处理的耐蚀钢柱塞、阀座等可以代替进口件，寿命提高１倍，其抗腐蚀、耐磨损
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