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氮化炉罐的老化及对策

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氮化能力的现象。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,甚至可能使得渗氮失控,氮化产品达不到技术要求。
一般国内的氮化炉罐和输氨管是由18-8Ti不锈钢材料所制成。新的氮化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(一般渗入慢,而且渗层不均匀)。随着氮化炉次增加,氮化时间的增加,内壁逐渐被氮化。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。
炉罐老化基本规律是流量慢速增长,到一定时间就快速成长到不可控NP阶段。一般情况下氨分解率越低,NP越高,氮化能力越强。但必须指出的是氨分子分解产生的氮原子是活泼的,如不被吸收则会以快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积上的氨分子数目越少,分解产生的氮原子数目也越少,氮化能力就越低。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,那当然也谈不上氮化。因此,在生产中,控制合理的且低的分解率,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,有些甚至会造成氮化难以控制。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,有利于氮化速度的加速。
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