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李志義¹、田榮華²、葛友海³、胡培中⁴

（1、重慶義揚公司、重慶長江電爐廠電話023-86669155（辦）、13002366762  2、重慶青山機械廠  郵編402761 3、重慶紅巖汽車廠車轎廠  郵編402300  4.重慶機床廠  郵編 400055）

前言：伴隨著改革開放、入世。所制造的產(chǎn)品能否打入國際先進國家市場，滲碳淬火件、氣體軟氮化件質(zhì)量要求越來越高。本文只著重討論工藝問題，預祝：采用世界**的設備，只有采用世界**流的工藝，才能生產(chǎn)出世界**流的產(chǎn)品。本人認為**流的指標：以滲碳或碳氮共滲為例。表面硬度HRC61以上（HV1轉換），非馬≤3μm （淺腐蝕）、產(chǎn)品表面光亮，無碳黑，碳化物極度彌散。馬氏體組織1-2級，殘A8%以下，變形極小，不磨齒或很少磨齒。硫化物、氧化物＜1級，同爐同鋼號同形狀尺寸產(chǎn)品硬度波動±1HRC。

一、怎樣使?jié)B碳淬火件質(zhì)量提高

1、滲碳淬火件表面硬度和非馬氏體組織^（1）：

在滲碳淬火件表面層中經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀或塊狀黑色組織，此處恰好不是表層壓應力*大的區(qū)域，已被公認是由于內(nèi)氧化而貧合金化元素導致形成屈氏體類組織，也被稱為非馬氏體組織。一旦形成此類組織，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲勞極限。因此國內(nèi)外知名的車輛制造廠家大都對非馬氏體層厚度有明確的規(guī)定，如德國波爾特、奔馳、寶馬公司要求此層厚度必須在3μm以下。非理由是：①滲碳出來要磨齒：磨齒將壓應力轉成拉壓力。②噴丸強化，該壓應力在高速旋轉生熱中衰減。不磨齒不行？不磨齒是現(xiàn)代生產(chǎn)齒輪的熱門話題。采用多用爐生產(chǎn)的齒輪不磨齒的廠家，重慶地區(qū)有重慶青山工業(yè)公司等^（3.7）?？s短滲碳時間，碳化物極度彌散節(jié)省大量機加工費用，領先于：世界任何先進國家。

1.1.1關于非馬氏體組織

滲碳淬火件的非馬氏體組織包括表面脫碳形成的鐵素體，表層沿晶界形成的屈氏體，有的鋼種是貝氏體。非馬氏體組織層和鋼表面含碳量關系的示意圖1。有此種組織工件的表層含碳量由表及里成逐漸升高趨勢，到*高值后在逐步降至心部含碳量。與*大含碳量位置相對應也是淬火后*大壓應力的地方。

1.1.2非馬氏體組織的范圍：在滲碳過程中，由于內(nèi)氧化的原因，使?jié)B體表面碳含量下降產(chǎn)生非馬氏組織，這些組織初生鐵素體，初生屈氏體（連成一片稱黑帶，未連成一片稱黑網(wǎng)），部分鋼種的貝氏體。均為非馬氏體組織。如圖1：滲碳淬火鋼非馬氏體組織層和表層碳濃度的關系

1.1.3相關的標準

1.2滲碳淬火件采用二次淬火，即在滲碳完成后在爐內(nèi)空冷，而后重新加熱再淬火。

使淬火組織細密、馬氏體針較細殘A下降（國標400倍金相測殘A的缺陷：在400倍顯微鏡下，殘A中的大量的馬氏體島看不到、而硬度不低，磁性檢測殘A合格）、變形小，耐磨性好；缺點：工藝流程時間太長。熱處理設備較差，內(nèi)氧化增加。

1.3滲碳氣源的選擇^（2）：天然氣＞丙烷＞丙酮）；*成功的“超級滲碳氣氛”是空氣/甲烷基^（9）。

1.4滲碳過程中盡可能避免CO     Cad+CO₂的滲碳機理：該機理必然是一邊滲碳一邊氧化。

1.5直接生成無氧參加下的滲碳技術是近代新技術的熱門課題。

1.5.1目前能產(chǎn)生的無氧下滲碳的氣源這些氣源在一定條件下才能優(yōu)化。（務必注意優(yōu)化措施）

重慶地區(qū)的乙炔C₂H₂也是天然氣制造的。均存在含水、含硫指標。

要使無氧參加下滲碳技術達到*多的自由活性碳原子，氣源必須要考慮含硫含水的控制：

英俄日德資料均對氣源提出含硫控制，而且指出原料氣充分除硫^（8）。有的廠家勿略上述問題，已遭受市場的冷落：有些進口設備廠家漸漸地退出中國市場。以空氣密度1.27㎏.m^-3，乙炔1.17、甲烷0.72、丙烷1.9，可見甲烷*易裂解，不易在爐內(nèi)存在死角^（10）。

1.5.2 優(yōu)化這些氣源的措施：水、含硫量控制越低越好。特別要強調(diào)的穩(wěn)定性、可靠性控制。

由于城市天然氣中含有水和有機硫、無機硫：而且波動很大以至于同一外國著名公司的不同作者，作出不同的結論。有些教授只知用甲烷做試驗而無水、硫介念……^（4）。對硫引起氧探頭壽命的思路不明^（5），重慶地區(qū)：^（3）有機硫30－248mg/m³，無機硫10－70 mg/m³，水份露點＞10－24℃。有時因天然氣礦脫硫設備檢修，城市天然氣無機硫高達1100mg/m³。這時很多廠家就會停產(chǎn)，而采用天然氣凈化設備的廠家，只需將再生時間縮短就可，無需停產(chǎn)。

古老的天然氣資料930℃以上裂解充分，隨著溫度的下降不易充分裂解，現(xiàn)在呢？910℃滲碳長期、穩(wěn)定地無碳黑表面光亮。滲碳的表面硬度和非馬氏體組均達到德國波爾舍、奔馳、寶馬企業(yè)標準。850～860℃  C—N共滲表面也光亮、無碳黑。（重慶綦江化肥廠、永川天然氣研究所，因每周檢測，而放棄川維廠廖永康，將兩種脫硫劑分段裝的常溫高效脫硫劑，資料我?guī)砹耍?。這種分裝，使活性碳一次使用，不便再生（活性碳再生溫度105℃、50次再生報廢），天然氣含硫高要滲硫。對產(chǎn)品質(zhì)量設備壽命，氧探頭壽命、耗氣量增加影響很大。

1.5.3 采用真空低壓滲碳技術：德國波爾舍、奔馳、寶馬質(zhì)量要求高的齒輪均采用這一技術，控制滲碳表面硬度和非馬組織和變形（滲碳后不再加工齒面）。重慶旺成、德國易普森；宜賓五糧液廠、法國湯姆森；唯一缺點：先進設備較貴，生產(chǎn)量較低。

1.6 天然氣的質(zhì)量問題：當人們在研究各種氣源滲碳時，并比較各種氣源滲碳的結果而確認，天然氣氣源是所有滲碳熱處理氣源中*好的氣源^{[1] [9]}，它不僅僅是價廉，能大大降低成本（四川重型汽車制造廠采用凈化的天然氣生產(chǎn)后單氣源耗損年節(jié)約約50萬元，一汽大眾也取得相似效果），而且滲碳傳輸*快，保持較高的有效碳勢當量；（排除那部分能增加碳勢，但進入滲碳件因氧參與下的內(nèi)氧化，使?jié)B碳速度較緩，活力較差的碳勢）；表面含碳量*高，滲碳時間*短，滲碳件表面非馬氏體組織的厚度和密度*低，一般均能0.003mm以下^[2](淺腐蝕)、表面硬度HRC61以上（HV₁轉換）；碳化物極度彌散^[3]（該文金屬熱處理編輯將總硫5mg/m³控制改為20mg/m³控制）。早在70年代市場上就有各式各樣的脫硫設備、高效脫硫劑等。含糊地講：控制總硫，不講脫有機硫和無機硫的深度，混淆兩種硫?qū)嵸|(zhì)上的差別，模糊技術實質(zhì)帶有商業(yè)性的炒作，而且進入城市的天然氣，其有機硫、無機硫，就具有差距很大的波動范圍，須經(jīng)受長期檢測考驗，以防其偶然性的合格過關。

我國應用天然氣是世界上*早的國家，有1000多年歷史。廣義地講，天然氣可分油成氣、（大慶等）氣成氣（四川等）、煤成氣等。狹義地將煤成氣（瓦斯）分出。對其成因，氣礦、天然氣處理及脫硫廠等。請參考^［11］，本文不作介紹。

1.6.1城市民用天然氣情況

民用天然氣或稱城市用天然氣為I和II標準。III標準當H₂S≤20mg/m³，也允許供用。

重慶臥龍河進入城市天然氣有機硫組成情況。有機硫經(jīng)研究約26種：

（1）硫醇RSH        甲硫醇CH₃SH            一般占有量

乙硫醇C₂H₅SH            50-200mg/m³

（2）硫醚  RSR      甲硫醚CH₃SCH₃

乙硫醚C₂H₅SC₂H₅          10-100mg/m³

（3）二硫化碳CS₂                           ＜50mg/m³

（4）二硫化物  R-S₂-R（甲二硫醚CH₃S₂CH₃）   ＜50mg/m³

（5）氧硫化物  COS  （羰基硫）             ＜20mg/m³

（6）噻吩C₄H₄S

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