Толстостенные трубы из нержавеющей стали имеют множество преимуществ, таких как стойкость к высокотемпературному окислению, сильная коррозионная стойкость, хорошая пластичность, отличные сварочные характеристики и т. д., и широко используются в различных областях гражданской промышленности. Однако из-за низкой твердости и низкой износостойкости нержавеющей стали ее применение во многих случаях будет ограничено, особенно в среде, где существует множество факторов, таких как коррозия, износ и большие нагрузки, которые влияют друг на друга, срок службы материалы из нержавеющей стали будут значительно сокращены. Итак, как повысить твердость поверхности толстостенных труб из нержавеющей стали?

В настоящее время существует способ повышения поверхностной твердости толстостенных труб путем ионного азотирования для повышения износостойкости и продления срока ее службы. Однако трубы из аустенитной нержавеющей стали невозможно укрепить путем фазового перехода, а обычное ионное азотирование имеет высокую температуру азотирования, превышающую 500°C. Нитриды хрома будут осаждаться в слое азотирования, что делает матрицу нержавеющей стали бедной хромом. В то время как твердость поверхности значительно увеличивается, стойкость трубы к поверхностной коррозии также будет сильно ослаблена, тем самым теряя характеристики толстостенных труб из нержавеющей стали.

Использование оборудования для импульсного ионного азотирования постоянным током для обработки труб из аустенитной стали методом низкотемпературного ионного азотирования позволяет повысить твердость поверхности толстостенных стальных труб, сохраняя при этом коррозионную стойкость неизменной, тем самым повышая их износостойкость. По сравнению с образцами, обработанными ионным азотированием при обычной температуре азотирования, сравнение данных также очень очевидно.

Эксперимент проводился в печи импульсного ионного азотирования постоянного тока мощностью 30 кВт. Параметры импульсного источника питания постоянного тока: регулируемое напряжение 0–1000 В, регулируемый рабочий цикл 15–85% и частота 1 кГц. Система измерения температуры измеряется инфракрасным термометром ИТ-8. Материал образца — аустенитная толстостенная труба из нержавеющей стали марки 316, химический состав — 0,06 углерода, 19,23 хрома, 11,26 никеля, 2,67 молибдена, 1,86 марганца, остальное — железо. Размер образца составляет Φ24×10 мм. Перед экспериментом образцы поочередно полировали водной наждачной бумагой для удаления масляных пятен, затем очищали и сушили спиртом, а затем помещали в центр катодного диска и вакуумировали до давления ниже 50 Па.

Микротвердость азотированного слоя может достигать даже более 1150HV, когда ионное азотирование выполняется на сварных трубах из аустенитной нержавеющей стали 316 при низких температурах и обычных температурах азотирования. Азотированный слой, полученный низкотемпературным ионным азотированием, тоньше и имеет высокий градиент твердости. После низкотемпературного ионного азотирования износостойкость аустенитной стали может быть увеличена в 4-5 раз, а коррозионная стойкость остается неизменной. Хотя износостойкость можно повысить в 4-5 раз за счет ионного азотирования при обычной температуре азотирования, коррозионная стойкость толстостенных труб из аустенитной нержавеющей стали будет в определенной степени снижена, поскольку на поверхности будут осаждаться нитриды хрома.