Cijevi od nehrđajućeg čelika s debelim stijenkama imaju mnoge prednosti, kao što su otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama, jaka otpornost na koroziju, dobra plastičnost, izvrsna izvedba zavarivanja itd., te se naširoko koriste u raznim područjima civilne industrije. Međutim, zbog niske tvrdoće i niske otpornosti na habanje nehrđajućeg čelika, njegova će primjena u mnogim prilikama biti ograničena, osobito u okruženju u kojem postoji više čimbenika poput korozije, trošenja i velikog opterećenja koji utječu jedni na druge, vijek trajanja materijali od nehrđajućeg čelika značajno će se skratiti. Dakle, kako povećati tvrdoću površine cijevi od nehrđajućeg čelika debelih stijenki?

Sada postoji metoda za povećanje površinske tvrdoće cijevi s debelim stijenkama ionskim nitriranjem kako bi se poboljšala otpornost na habanje i time produžio njihov vijek trajanja. Međutim, austenitne cijevi od nehrđajućeg čelika ne mogu se ojačati promjenom faze, a konvencionalno ionsko nitriranje ima visoku temperaturu nitriranja, koja je viša od 500°C. Kromovi nitridi će se istaložiti u sloju nitriranja, čineći matricu od nehrđajućeg čelika siromašnom kromom. Iako je površinska tvrdoća značajno povećana, površinska otpornost cijevi na koroziju također će biti ozbiljno oslabljena, čime će se izgubiti karakteristike debelostjenih cijevi od nehrđajućeg čelika.

Korištenje opreme za DC pulsno ionsko nitriranje za obradu austenitnih čeličnih cijevi ionskim nitriranjem na niskim temperaturama može poboljšati površinsku tvrdoću čeličnih cijevi s debelim stijenkama, dok otpornost na koroziju ostaje nepromijenjena, čime se povećava njihova otpornost na trošenje. U usporedbi s uzorcima tretiranim ionskim nitriranjem na konvencionalnoj temperaturi nitriranja, usporedba podataka također je vrlo očita.

Eksperiment je proveden u 30kW DC pulsnoj peći za ionsko nitriranje. Parametri DC impulsnog napajanja su podesivi napon 0-1000V, podesivi radni ciklus 15%-85%, i frekvencija 1kHz. Sustav za mjerenje temperature mjeri se infracrvenim termometrom IT-8. Materijal uzorka je austenitna cijev od nehrđajućeg čelika 316 debelih stijenki, a kemijski sastav je 0,06 ugljik, 19,23 krom, 11,26 nikal, 2,67 molibden, 1,86 mangan, a ostatak je željezo. Veličina uzorka je Φ24mm×10mm. Prije eksperimenta, uzorci su redom polirani vodenim brusnim papirom kako bi se uklonile mrlje od ulja, zatim su očišćeni i osušeni alkoholom, a zatim stavljeni u središte katodnog diska i vakuumirani na ispod 50 Pa.

Mikrotvrdoća nitriranog sloja može doseći čak i iznad 1150HV kada se ionsko nitriranje izvodi na zavarenim cijevima od austenitnog nehrđajućeg čelika 316 pri niskim temperaturama i konvencionalnim temperaturama nitriranja. Nitrirani sloj dobiven niskotemperaturnim ionskim nitriranjem je tanji i ima visok gradijent tvrdoće. Nakon ionskog nitriranja na niskoj temperaturi, otpornost na habanje austenitnog čelika može se povećati 4-5 puta, a otpornost na koroziju ostaje nepromijenjena. Iako se otpornost na habanje može povećati 4-5 puta ionskim nitriranjem pri uobičajenoj temperaturi nitriranja, otpornost na koroziju cijevi s debelim stijenkama od austenitnog nehrđajućeg čelika bit će smanjena do određene mjere jer će se kromovi nitridi taložiti na površini.