Šta je fenomen karbonizacije na površini čeličnih cijevi?

Deugljičenje površine čelične cijevi odnosi se na pojavu gdje, tokom -procesa toplinske obrade čelične cijevi na visokim temperaturama, ugljični elementi na njenoj površini podliježu kemijskim reakcijama s medijem u okruženju za grijanje (kao što su kisik, vodena para, ugljični dioksid, itd.) ili difundiraju u okolno okruženje, što rezultira značajnim smanjenjem sadržaja ugljične čelične cijevi.

Razumijevanje dekarbonizacije uključuje razumijevanje sljedećih ključnih tačaka:

• Suština dekarbonizacije:

Na visokim temperaturama, atomi ugljika kemijski reagiraju s atmosferom unutar peći (kao što je kisik, vodena para, ugljični dioksid, vodik) kako bi se proizveli plinovi poput ugljičnog monoksida ili metana, čime se gube s površine čelika. Ovaj proces je rezultat difuzije. S jedne strane, atomi kao što je kisik u plinu iz peći difundiraju u čelik; s druge strane, atomi ugljika u čeliku difundiraju prema van.

• Sastav dekarboziranog sloja:

Deugljični sloj čelika se obično sastoji od potpuno razugljičenog sloja i djelomično razugljičenog sloja (također poznatog kao prelazni sloj). Potpuni razugljičeni sloj se odnosi na krajnji površinski sloj gdje je sadržaj ugljika pao na ekstremno nizak nivo ili čak nulu, a u metalografskoj strukturi nema perlita; djelomično razugljičeni sloj se nalazi unutar potpuno razugljičenog sloja, pri čemu je njegov sadržaj ugljika niži od originalne vrijednosti materijala, ali nije u potpunosti uklonjen, dostižući normalnu strukturu sadržaja ugljika čelika. U slučajevima kada dekarbonizacija nije ozbiljna, ponekad se može uočiti samo djelomično razugljičeni sloj bez potpunog razugljičenog sloja.

• Kompetitivni odnos između dekarbonizacije i oksidacije:

Dekarbonizacija i oksidacija se često dešavaju istovremeno, a između njih postoji kompetitivni odnos. Sloj razugljičenja se može formirati i posmatrati samo kada brzina razugljičenja premašuje brzinu oksidacije. Ako je brzina oksidacije vrlo brza, sloj željeznog oksida će se brzo formirati na površini čelika, a ovaj sloj oksida može djelovati kao "štit" kako bi se spriječio daljnji gubitak ugljika. U ovom trenutku, jasan sloj razugljičenja možda se ne može uočiti makroskopski, ali materijal je još uvijek oštećen zbog oksidacije.

Površinska dekarbonizacija može imati značajan negativan utjecaj na performanse čeličnih cijevi:

• Smanjenje mehaničkih svojstava:

Smanjenje sadržaja ugljika na površini direktno dovodi do značajnog smanjenja tvrdoće, čvrstoće, otpornosti na habanje i čvrstoće na zamor površine čelične cijevi.

• Uzrokuje defekte gašenja:

Za čelične cijevi koje zahtijevaju kaljenje, površinska dekarbonizacija će spriječiti stvaranje martenzitne strukture visoke-tvrdoće nakon kaljenja, što rezultira nedovoljnom površinskom tvrdoćom, stvaranjem mekih mrlja, pa čak i potencijalno izazivanjem pukotina zbog neravnomjerne transformacije mikrostrukture.

• Pogoršanje performansi usluge:

Za komponente kao što su čelik za ležajeve, čelik za opruge i alatni čelik koji imaju visoke zahtjeve za površinskim performansama, dekarbonizacija će značajno smanjiti njihove ključne pokazatelje performansi kao što su otpornost na habanje, otpornost na zamor kontakta i tvrdoća crvene boje, što dovodi do ranog kvara komponenti.

Faktori koji utječu na dekarbonizaciju čelika uglavnom uključuju:

• Temperatura i vrijeme grijanja:

Što je temperatura grijanja viša i što je duže vrijeme provedeno na visokim temperaturama, to je izraženija tendencija dekarbonizacije. Međutim, za neke vrste čelika (kao što je opružni čelik 60Si2Mn), može postojati zona osjetljiva na razugljičenje unutar određenog temperaturnog raspona (kao što je 1100-1250 stupnjeva), a na višim temperaturama, dubina sloja za razugljičenje može se zapravo smanjiti.

• Atmosfera peći:

Oksidirajuće svojstvo atmosfere peći je ključno. Vodena para, ugljični dioksid i kisik imaju jake sposobnosti dekarbonizacije. Dok ugljični monoksid i metan, između ostalog, imaju određeni efekat-obogaćivanja ugljenika.

• Hemijski sastav čelika:

Što je veći sadržaj ugljika u čeliku, veća je sklonost ka razugljikovanju. Elementi legure prisutni u čeliku takođe utiču na razugljičenje u različitom stepenu. Elementi kao što su volfram, aluminijum, silicijum i kobalt mogu potaknuti dekarbonizaciju, dok elementi poput hroma i mangana pomažu u inhibiranju dekarbonizacije.

U stvarnoj proizvodnji obično se usvajaju sljedeće mjere kako bi se spriječila i ublažila dekarbonizacija:

• Optimizirajte proces grijanja:

Minimizirajte temperaturu grijanja što je više moguće i skratite vrijeme držanja na visokim temperaturama, posebno izbjegavajući produženi boravak u temperaturnom rasponu{0}}osetljivom na dekarbonizaciju tipa čelika.

• Kontrola atmosfere grijanja:

Ovo je najvažnija mjera. Pokušajte grijati u neutralnoj ili zaštitnoj atmosferi (kao što je kontrolirana atmosfera na bazi dušika-ili inertni plin), izbjegavajući direktan kontakt između čelika i plinova za deoksidaciju i dekarbonizaciju. U određenim situacijama, brzo zagrijavanje u jako oksidirajućoj atmosferi kako bi se stopa oksidacije učinila mnogo viša od brzine dekarbonizacije, i korištenje generiranog oksidnog sloja za zaštitu unutrašnjeg sloja ugljika od značajnog gubitka, također je opciona strategija procesa.

• Sprovesti mere fizičke zaštite:

Na primjer, nanijeti zaštitne premaze na čeličnu površinu ili primijeniti vakuumsku toplinsku obradu, itd.

• Rezervni dodatak za mašinsku obradu:

Tokom projektovanja dijela, potrebno je rezervirati dovoljnu količinu obrade kako bi se osiguralo da se razugljičeni sloj može potpuno ukloniti tokom naknadne mehaničke obrade.