不銹鋼具有抗腐蝕等廣泛特點，隨著其礦冶技術(shù)與產(chǎn)能的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大。而粉末冶金不銹鋼制品更具有少無切削加工，比精密鑄件精度高，也不存在電鍍等涂層制品的環(huán)保問題等優(yōu)點，近十多來也取得快速發(fā)展。如汽車擋風(fēng)玻璃后視鏡底座，國外早己采用不銹鋼件取代有色鑄件或其他防銹涂層件。
福州福清福耀玻璃集團公司，是當今世界最大汽車擋風(fēng)玻璃制造基地之一。為了出口市場的需要，每年需大量進口配套用的粉末冶金不銹鋼后視鏡底座。因受供貨量與周期以及價格的制約，深感其國產(chǎn)化的必要。2001年中在有關(guān)方面參與下，協(xié)議建立了專門生產(chǎn)基地。經(jīng)過不斷的努力，于2002年底國產(chǎn)化研制成功，次年投入批量生產(chǎn)。2005年產(chǎn)量約百萬件，并有部份出口。擴建后的生產(chǎn)線現(xiàn)己達到年產(chǎn)300萬件的能力。
二、工藝裝備及原材料選擇
據(jù)查國內(nèi)為數(shù)不多的粉末冶金不銹鋼制品廠，基本上采用真空燒結(jié)工藝�？紤]到真空燒結(jié)一次性投資大且未必方便于穩(wěn)定、連續(xù)、大批量生產(chǎn)等情況，根據(jù)技術(shù)合作者的建議，決定采用氨分解氣氛及連續(xù)爐燒結(jié)的設(shè)計方案。選用的主要設(shè)備有：(1)100噸全自動粉末冶金液壓機；(2)高溫貫通式鉬絲爐，爐管尺寸：長一寬一高為4000×150×130mm；(3)5M3/h低露點(≤一60℃)的氨分解裝置；(4)其他相關(guān)前后處理設(shè)備及檢測儀器等。
按相關(guān)文件規(guī)定選用AISI430L或434牌號的不銹鋼材料。試制曾分別使用河北與浙江產(chǎn)的430L水霧化粉末進行對以試驗。
三、研制概況及技術(shù)攻關(guān)要點
第一階段研制。依據(jù)國外工業(yè)化生產(chǎn)的零星報導(dǎo)，自力更生進行各種方案的探索性試驗。包括變更燒結(jié)溫度、保溫時間、裝料量及其方式、添加燒結(jié)活化劑以及其他多種的方案。歷經(jīng)數(shù)月的反復(fù)摸索，任憑方案怎么組合與優(yōu)化，燒結(jié)出爐后的樣品就是見不到一點點的不銹鋼光澤，且樣品的強度、韌性、硬度及斷口金相組織等方面與進口樣件比較都相差甚遠。
為探求失敗的原因，曾復(fù)查所購置設(shè)備的質(zhì)量指標，結(jié)果均正常達標(如氨分解氣氛露點達到≤一60℃等)�？磥硭鼈兯坪醵寄軡M足國外報導(dǎo)的主要工藝參數(shù)的要求。但是為何燒結(jié)不出合格的樣品?可是定有它特殊的難點與“技術(shù)決竅”?經(jīng)過努力尋找及再試驗，許久也未找到答案。在無從著手的情況下，研制組自動解散，國產(chǎn)化工作被迫暫停。
第二階段試制。新組成的研制小組，總結(jié)了前階段失敗的教訓(xùn)并根據(jù)以往創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化研制工作的經(jīng)驗，進行了國內(nèi)外科技文獻及相關(guān)“活信息”的收集，通過精心的消化吸收與歸納分析，在對不銹鋼燒結(jié)的難點有了較清晰認識的基礎(chǔ)上，終于從中分析出解決的方案。茲簡述如下：
(1)不銹鋼燒結(jié)的難點及成功燒結(jié)的必要與充分條件。不銹鋼是以Fe--Cr合金為基礎(chǔ)，根據(jù)塔曼(Tamman)定律，只有Cr的含量超過125%(原子含量；重量為117%)時，F(xiàn)e--Cr合金的鐵陽極電位才能產(chǎn)生飛躍式的提高，使合金的抗蝕性取得突變的改善，從而確保了它在一定介質(zhì)條件不產(chǎn)生銹蝕。對此抗蝕性機理的解釋是由于Cr元素非常容易被鈍化所致。所謂鈍化即Cr與周圍介質(zhì)反應(yīng)生成一層極薄(幾個nm)的氧化膜并產(chǎn)生包覆的現(xiàn)象。鈍化層因失去了化學(xué)活性，呈現(xiàn)出與惰性金屬相似的特性，且在一定條件下是致密的，不容易產(chǎn)生溶解等反應(yīng)。即使損壞，又會再鈍化。
如上所述，不難發(fā)現(xiàn)正是不銹鋼粉末的表層存在這樣的鈍化層，極大地阻礙了其燒結(jié)還原的進行，從而使得粉末冶金不銹鋼燒結(jié)變得非常困難。
為了克服這一難點，人們研究了氧化鉻在氫氣中氧化一還原反應(yīng)的規(guī)律。從查閱其相關(guān)反應(yīng)圖可知，單純的Fe--Cr不銹鋼，在不同的燒結(jié)溫度下所要求的氣氛的露點(臨界值)，似乎并不特別的苛刻(如在1150℃下約為-23℃)。但是這僅僅是氧化鉻開始被還原所必須的氣氛露點。
工業(yè)實踐表明，為充分保證不銹鋼粉末壓坯連續(xù)成功燒結(jié)，還要考慮更多的影響因素，如在燒結(jié)與冷卻過程中不發(fā)生污染以及合金含有其他成份時，一般要求更低的氣氛露點，此外還應(yīng)有一定的安全系數(shù)等等。因此為了確保不銹鋼燒結(jié)的正常進行，不僅要求引入的分解氨氣露點要干燥到如-60℃，更重要的是如何將氧化還原產(chǎn)生的水氣及時排出以便始終保持爐內(nèi)氣氛露點處于相應(yīng)要求的指標內(nèi)。
(2)主要技術(shù)措施。根據(jù)以上所述，通過邊試驗邊摸索，采取了多項的技術(shù)措施，使得原有裝備在燒結(jié)全過程，確保了“爐內(nèi)氣氛露”達到不銹鋼燒結(jié)的要求，從而實現(xiàn)成功地?zé)Y(jié)。其技術(shù)措施的要點為：
●粉末原材料要求低的含碳及含氧量；與燒結(jié)所有相關(guān)的物件都要求保持高的干燥度；
●改造現(xiàn)有燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)。如增設(shè)預(yù)燒結(jié)段，變更爐管尺寸并調(diào)整還原氣流量及其流向等；
●變更氨分解裝置并嚴格選用無水液氨以及改變干燥循環(huán)工藝規(guī)程等；
●選用較高的燒結(jié)溫度(如1250—1300℃)并恰當控制生產(chǎn)率以降低對氣氛露點的要求。
研制的第三階段是進一步解決另件尺寸精度、機械物理性能指標及外觀達標等問題(均以進口件為標準)。由于該另件呈薄片形，且臺階，倒錐與斜度等均有一定的精度要求，而高溫?zé)Y(jié)收縮變形很大，因而得對成型坯的尺寸與重量的設(shè)計等方面進行多次的調(diào)整。此外經(jīng)過不斷試驗，還探索出最佳后處理設(shè)備與工藝，使得另件表面光飾度也達到進口件的標準。
四、零件耐腐蝕性能考核試驗
(1)試驗方法的選擇：
事實上所有金屬或合金材料均難以保證其永不銹蝕。它們是否產(chǎn)生腐蝕取決其工作環(huán)境的條件�？墒怯捎诹慵墓ぷ鳝h(huán)境條件與另件材料自身因素可有多種組合和變化，面對這種極其錯綜復(fù)雜的情況，要制定出通用的試驗方法以判定材料耐蝕性顯然是不現(xiàn)實的。只能根據(jù)實際需要與可能制定或選用某種試驗方法。通常可供選擇的試驗方法有：
一是實際使用試驗。需要較長的時間(有的達數(shù)年)、費用大、且不易獲得定量的結(jié)果。
二是試驗室試驗。它分為摸擬試驗與加速試驗。前者是在小型模擬裝量中盡可能精確地人工模擬自然界形成的各種介質(zhì)及條件進行試驗。而加速試驗是將實際條件中，一個或少數(shù)幾個控制性因素進行強化，使之較短時間內(nèi)便于做出判定。由于它方便自由選擇和嚴格控制各個影響因素，可精確測量，試驗時問短，其結(jié)果重現(xiàn)性較好等優(yōu)點，且己制訂出相應(yīng)的國家或行業(yè)標準的方法很多。如“人造氣氛—鹽霧腐蝕試驗”及“濕熱腐蝕試驗”等即屬于此類。本另件系選用“濕熱腐蝕試驗”方法進行考核。
(2)試驗結(jié)果與分析：
試驗選擇環(huán)境氣氛系統(tǒng)在60±2℃，相對濕度95±4%的密閉容器中進行，記錄存放48小時后的銹蝕狀況。由于相關(guān)文件(包括粉末冶金不銹鋼材料標準MPIF35)沒有規(guī)定具體的判斷指標，雙方協(xié)議決定取試制件與進口件樣本進行對比試驗。即各取若干進口件與試制件，在同一狀態(tài)條件下同時進行試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者出現(xiàn)銹蝕斑點的情況各有長短(即均有一些件局部發(fā)生“點蝕”現(xiàn)象)，但相差無幾。此后重復(fù)試驗呈現(xiàn)較好的重顯性。
通過以上各項考核驗收，表明研制的產(chǎn)品己全面達到進口件的要求。于是雙方一致認定研制全面成功，并于次年便投入了大批量生產(chǎn)。
五、結(jié)論：
通過汽車不銹鋼后視鏡底座國產(chǎn)化的研制工作，表明要使氨分解氣氛與鉬絲電爐等裝備達到符合生產(chǎn)粉末冶金不銹鋼另件的要術(shù)，其關(guān)鍵在于須采取必要的硬軟技術(shù)措施，使得爐內(nèi)氣氛的露點始終低于連續(xù)燒結(jié)還原所需的“安全值”。 |
