厚肉ステンレス鋼管は、耐高温酸化性、強力な耐食性、良好な可塑性、優れた溶接性などの多くの利点を備えており、さまざまな民生産業分野で広く使用されています。しかし、ステンレス鋼は硬度が低く、耐摩耗性が低いため、特に腐食、摩耗、高荷重などの複数の要因が存在し、相互に影響を与える環境では、ステンレス鋼の用途は限られます。ステンレス鋼材は大幅に短縮されます。では、厚肉ステンレス鋼管の表面硬度を高めるにはどうすればよいでしょうか。

厚肉パイプの表面硬度をイオン窒化処理により高め、耐摩耗性を向上させて寿命を延ばす方法が開発されました。しかし、オーステナイト系ステンレス鋼管は相変化による強化ができず、従来のイオン窒化処理では窒化温度が500℃以上と高温になります。窒化クロムは窒化層に沈殿し、ステンレス鋼のマトリックスをクロム不足にします。表面硬度は大幅に向上しますが、パイプの表面耐食性は著しく低下し、厚肉ステンレス鋼パイプの特性が失われます。

直流パルスイオン窒化装置を用いてオーステナイト系鋼管を低温イオン窒化処理することにより、厚肉鋼管の耐食性を維持したまま表面硬度を向上させ、耐摩耗性を向上させることができます。従来の窒化温度でイオン窒化処理したサンプルと比較すると、データの比較も非常に明白です。

実験は 30kW DC パルスイオン窒化炉で実施されました。 DCパルス電源のパラメータは、調整可能な電圧0～1000V、調整可能なデューティサイクル15%～85%、および周波数1kHzです。温度測定系は赤外線温度計IT-8で測定します。サンプルの材質はオーステナイト系316厚肉ステンレス鋼管で、化学組成は炭素0.06、クロム19.23、ニッケル11.26、モリブデン2.67、マンガン1.86、残りは鉄です。サンプルサイズはΦ24mm×10mmです。実験前に、サンプルを順番に水サンドペーパーで研磨して油汚れを取り除き、その後アルコールで洗浄して乾燥させた後、陰極ディスクの中心に置き、50Pa未満に真空引きしました。

オーステナイト系 316 ステンレス鋼の溶接パイプに低温および従来の窒化温度でイオン窒化を実行すると、窒化層の微小硬度は 1150HV 以上に達することもあります。低温イオン窒化により得られる窒化層は薄く、硬度勾配が大きい。低温イオン窒化後、オーステナイト鋼の耐摩耗性は 4 ～ 5 倍向上し、耐食性は変わりません。イオン窒化処理により従来の窒化温度で耐摩耗性を4～5倍向上させることができますが、オーステナイト系ステンレス鋼の厚肉パイプでは表面に窒化クロムが析出するため、耐食性はある程度低下します。