渗氮炉罐的老化及对策

宁波海天塑机集团有限公司 （浙江 315821） 谢学兴 王 挺

炉罐老化是指渗氮炉罐经过长时间使用后，炉内氨分解率明显上升到丧失部分渗氮能力的现象。其实质是罐壁（包括炉内输氨管）对氨气分解率触媒作用增强所造成氨气消耗量增加，甚至可能使渗氮失控，渗氮产品达不到技术要求。

一般国内的渗氮炉罐和输氨管是由18-8Ti不锈钢材料所制成。新的渗氮炉罐由于其表面的钝化膜会妨碍氮的渗入，但是由于18-8Ti中含Ni量较低，所以还是会有渗入（一般渗入很慢，而且渗层不均匀）。随着渗氮炉次增加，渗氮时间的增加，内壁逐渐被渗氮（见附图）。在相同的工艺、温度、时间及相同的装炉量下，氨的分解率逐渐提高，为了保证工艺所需的氮势NP，这时必须退氮。

装炉量与氨分解率关系图

炉罐老化基本规律是流量慢速增长，到一定时间就快速增长到不可控NP阶段。附图是生产中一个炉子实际生产的数据情况，该炉子装炉量远未达到设备所规定的装炉量，因此，工件对氨分解率的作用是主要影响因素，炉罐吸[N]是逐渐缓慢的，反映了真实的情况。

众所周知，一般情况下氨分解率越低，NP越高，渗氮能力越强。但必须指出的是，氨分子分解产生的氮原子是非常活泼的，如不被吸收则会以极快的速度结合成稳定的氮分子，而这稳定的氮分子是不能被钢表面所吸收的。当氨分解率很高时，也就是气氛中氨气所占比例越小，即氨气浓度越小，则单位时间内撞击钢件表面上的氨分子数目越少，分解产生的氮原子数目也越少，渗氮能力就越低。也有人认为氨分解率越高，炉中氢气浓度较高，会吸附在钢件表面，从而影响氮原子的吸收。当然假设气氛中全部是氨，即分解率为0，没有产生氮原子，那当然也谈不上渗氮。因此，在生产中，控制合理且很低的分解率，必然使得氨消耗量剧增，而且气流冲击工件，导致温度不均匀和无法控制，进而造成工件渗层不均匀和变形，有些甚至会造成渗氮难以控制。分解率和NP还受到化合物层控制，氮浓度过高会增加脆性。在合理的NP下，有利于渗氮速度的提高。