Dickwandige Edelstahlrohre haben viele Vorteile, wie z. B. Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, starke Korrosionsbeständigkeit, gute Plastizität, hervorragende Schweißleistung usw., und werden in verschiedenen zivilen Industriebereichen häufig eingesetzt. Aufgrund der geringen Härte und der geringen Verschleißfestigkeit von Edelstahl ist seine Anwendung jedoch in vielen Fällen begrenzt, insbesondere in einer Umgebung, in der mehrere Faktoren wie Korrosion, Verschleiß und hohe Belastung vorhanden sind und sich gegenseitig auf die Lebensdauer auswirken Edelstahlmaterialien werden deutlich verkürzt. Wie lässt sich also die Härte der Oberfläche dickwandiger Edelstahlrohre erhöhen?

Jetzt gibt es eine Methode, die Oberflächenhärte dickwandiger Rohre durch Ionennitrieren zu erhöhen, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern und so die Lebensdauer zu verlängern. Rohre aus austenitischem Edelstahl können jedoch nicht durch Phasenwechsel verstärkt werden, und beim herkömmlichen Ionennitrieren liegt eine hohe Nitriertemperatur vor, die über 500 °C liegt. Chromnitride scheiden sich in der Nitrierschicht aus, wodurch die Edelstahlmatrix chromarm wird. Während die Oberflächenhärte erheblich erhöht wird, wird auch die Oberflächenkorrosionsbeständigkeit des Rohrs stark geschwächt, wodurch die Eigenschaften dickwandiger Edelstahlrohre verloren gehen.

Der Einsatz von DC-Puls-Ionennitrierungsgeräten zur Behandlung von austenitischen Stahlrohren mit Niedertemperatur-Ionennitrierung kann die Oberflächenhärte dickwandiger Stahlrohre verbessern und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit unverändert lassen, wodurch ihre Verschleißfestigkeit erhöht wird. Im Vergleich zu den mit Ionennitrierung behandelten Proben bei herkömmlicher Nitrierungstemperatur ist der Datenvergleich ebenfalls sehr offensichtlich.

Das Experiment wurde in einem 30-kW-Gleichstrom-Impuls-Ionennitrierungsofen durchgeführt. Die Parameter der DC-Pulsstromversorgung sind einstellbare Spannung 0-1000 V, einstellbares Tastverhältnis 15 %-85 % und Frequenz 1 kHz. Das Temperaturmesssystem wird mit einem Infrarot-Thermometer IT-8 gemessen. Das Material der Probe ist austenitisches 316 dickwandiges Edelstahlrohr und seine chemische Zusammensetzung beträgt 0,06 Kohlenstoff, 19,23 Chrom, 11,26 Nickel, 2,67 Molybdän, 1,86 Mangan und der Rest ist Eisen. Die Probengröße beträgt Φ24mm×10mm. Vor dem Experiment wurden die Proben der Reihe nach mit Wasserschleifpapier poliert, um Ölflecken zu entfernen, dann mit Alkohol gereinigt und getrocknet und dann in die Mitte der Kathodenscheibe gelegt und auf unter 50 Pa abgesaugt.

Die Mikrohärte der nitrierten Schicht kann sogar über 1150 HV liegen, wenn die Ionennitrierung an geschweißten Rohren aus austenitischem 316-Edelstahl bei niedrigen Temperaturen und herkömmlichen Nitriertemperaturen durchgeführt wird. Die durch Niedertemperatur-Ionennitrierung erhaltene Nitrierschicht ist dünner und weist einen hohen Härtegradienten auf. Nach dem Niedertemperatur-Ionennitrieren kann die Verschleißfestigkeit von austenitischem Stahl um das 4- bis 5-fache erhöht werden, und die Korrosionsbeständigkeit bleibt unverändert. Obwohl die Verschleißfestigkeit durch Ionennitrieren bei herkömmlicher Nitriertemperatur um das 4- bis 5-fache erhöht werden kann, wird die Korrosionsbeständigkeit dickwandiger Rohre aus austenitischem Edelstahl bis zu einem gewissen Grad verringert, da sich Chromnitride auf der Oberfläche absetzen.