Nitriding is widely known method to improve the surface properties without deterioration of core properties. However nitriding is case hardening method by precipitation of nitride and it cause the deflection of chromium. So that austenitic stainless steel is hard to apply the surface nitriding without deterioration of corrosion property. Recently, S phase(Expanded austenite) was observed in austenitic stainless steel by low temperature nitriding and nitriding of austenitic stainless steel has being renewed. However austenitic stainless steel is hard to apply the surface nitriding because of surface passive film which contributes to the property of corrosion resistance. To apply low temperature gaseous nitriding, it is necessary to remove the surface passive film effectively for nitriding.
In this work, gaseous nitriding of 304L stainless steel was applied to investigate the effect of Molybdenum known as strong nitride former and the effective surface activation pretreatment for low temperature gaseous nitriding. Modified 304 stainless steel added 1.5 wt% of Molybdenum was developed for investigation. Gaseous nitriding was carried out below 450℃ in 100% ammonia atmosphere to increase surface hardness through S phase without CrN precipitates and new surface activation method with ammonia gas was developed to remove surface passive film for effective gaseous nitriding before nitriding as pretreatment.
In the results, 304L stainless steel pretreated with ammonia gas showed a superior nitriding potential compared with other pretreatment like preheating in air and oxynitriding. Specimens pretreated with ammonia gas were well nitride at any temperature and it was possible to nitride the 304 stainless steel with pretreatment by ammonia gas at ultra low temperature(330℃). In case of modified 304 stainless steel, the results from nitrided specimens show that the thickness of nitride layer is more thick than 304L stainless steel and this phenomena was more significantly with decreasing temperature and it was observed that the thickness of nitride layer in modified 304 stainless steel was more thick by hardness profiles. After nitriding at ultra low temperature(300℃), nitride layer was observed in modified 304 stainless steel and was not in 304 stainless steel.
질화 처리는 재료 특성의 열화 없이 표면 특성을 향상시킬 수 있는 널리 알려진 처리법이다. 하지만 질화 처리는 질화물을 형성하는 표면 경화법이기에 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 부식 특성의 저하 없이는 질화 처리가 힘들다. 최근에 S phase가 발견되면서 오스테나이트계 스테인레스강의 저온 질화 처리가 재조명되고 있다. 하지만 오스테나이트계 스테인레스강은 표면에 존재하는 부동태 피막에 의하여 질화 처리가 힘드므로 질화 처리를 실시하기 위하여는 표면의 부동태 피막을 효과적으로 제거하는 표면 활성화가 필요하다. 수정된 304 스테인레스강은 1.5 wt%의 Mo가 첨가된 것으로 연구를 위하여 개발되었다. 가스 질화는 450℃ 이하의 온도에서 100% 암모니아를 사용하여 실시하였고 표면의 부동태 피막을 효과적으로 제거하기 위한 연구 또한 진행되었다.
결과적으로 암모니아 가스를 사용하여 전처리를 실시한 304L 스테인레스강의 경우 다른 표면 처리법보다 질화 포텐셜이 훨씬 높은 것으로 드러났다. 더욱이 암모니아 가스를 사용한 전처리의 경우 극저온의 온도에서도 질화가 가능하였다. 새로 고안된 304 스테인레스강의 경우 기존의 304보다 두꺼운 질화층을 형성하였고 온도가 감소할수록 현상은 뚜렷이 관찰되었다. 또한 304의 경우 300도의 온도에서는 질화층이 관찰되지 않았지만 개발된 304의 경우에는 질화층이 관찰되었다.
