Каразійная ўстойлівасць дакладнай сталёвай трубы з нержавеючай сталі 304 у асноўным абумоўлена даданнем пэўнай канцэнтрацыі хрому ў сталь. З аднаго боку, калі ўтрыманне хрому ў жалезнай матрыцы дасягае пэўнага ўзроўню, электродны патэнцыял жалеза рэзка павялічваецца; з іншага боку, хром утварае на паверхні шчыльную аксідную плёнку, якая абараняе ад карозіі ў навакольным асяроддзі. Цубрызацыя з'яўляецца эфектыўным метадам умацавання паверхні дакладнай сталёвай трубы з нержавеючай сталі 304, але традыцыйны працэс цэментацыі зніжае яе каразійную ўстойлівасць.
Чаму звычайная цэментацыя пагаршае каразійную ўстойлівасць аўстэнітных труб з нержавеючай сталі? Гэта адбываецца таму, што пры высокіх тэмпературах атамы хрому ў сталёвай трубе лёгка злучаюцца з атамамі вугляроду, утвараючы карбід хрому, які спачатку выпадае на межах зерняў аўстэніту цэментаванага пласта і ўтварае сеткаватае размеркаванне. З-за вялікага радыуса атамаў хрому ўнутранаму хрому цяжка дыфузіяваць у павярхоўны пласт, бедны хромам, што прыводзіць да лакальнага дэфіцыту хрому на паверхні, а таксама пашкоджваецца ахоўны пласт шчыльнай аксіднай плёнкі Cr2O3 з нержавеючай сталі.
Такім чынам, каб не дапусціць карозіі дакладнай сталёвай трубы з нержавеючай сталі 304 у выніку цэментацыі, неабходна сачыць за тым, каб не выпадалі карбіды. Паколькі карбіды хрому ўтвараюцца ў пэўным дыяпазоне высокіх тэмператур, цэментацыю неабходна праводзіць у адпаведным дыяпазоне нізкіх тэмператур, каб пазбегнуць утварэння і выпадзення карбідаў.
Пры гэтай тэмпературы, з-за малога радыуса атамаў вугляроду і дыфузіі праз міжвузловы механізм, атамы вугляроду могуць дыфузаваць у рашотку аўстэнітнай нержавеючай сталі і ўтвараць цвёрды раствор пасля цэментацыі; атамы Fe і Cr маюць большы радыус і могуць дыфузаваць толькі праз механізм абмену. Без дастатковай энергіі актывацыі дыфузіі атамы жалеза і хрому не могуць рухацца. Гэта гарантуе, што карбіды хрому не будуць утварацца. Карбіды хрому ўтвараюцца пры 550°C, таму нізкатэмпературная цэментацыя дакладных сталёвых труб з нержавеючай сталі 304 будзе праводзіцца пры тэмпературы ніжэй за 550°C, каб палепшыць трываласць паверхні і іншыя ўласцівасці без пашкоджання першапачатковай каразійнай устойлівасці сталёвай трубы.
Асноўныя этапы працэсу наступныя: паверхня дакладнай трубы з нержавеючай сталі папярэдне апрацоўваецца перад апрацоўкай, якая называецца актывацыяй паверхні сплаву. У працэсе актывацыі выкарыстоўваецца сумесь газу чыстага HCl і N2 пры тэмпературы 250°C на працягу 2 гадзін. HCl можа эфектыўна выдаліць структуру пасівацыйнай плёнкі аксіду хрому на паверхні аўстэнітнай нержавеючай сталі. Мэта дадання N2 - стварыць неакісляльнае асяроддзе пры атмасферным ціску, каб гарантаваць, што атамы хрому ў матрыцы больш не акісляюцца і пазбегнуць рэгенерацыі пасівацыйнай плёнкі.
Затым, цэментацыя пры тэмпературы 470℃ на працягу 20 гадзін можа атрымаць зацвярдзелы пласт глыбінёй каля 70 мікрон. У параўнанні з неапрацаваным матэрыялам, характарыстыкі трубы з нержавеючай сталі 316, апрацаванай LTCSS, значна паляпшаюцца, цвёрдасць паверхні павялічваецца з зыходных 400 hv да 1000 hv; мяжа стомленасці павялічваецца з 200 МПа да 325 МПа; што тычыцца каразійнай устойлівасці, у растворы NaCl з канцэнтрацыяй 0,6 моль/л патэнцыял аноднай кропкавай адукацыі павялічваецца з +140 мВ да +990 мВ.
Карацей кажучы, звычайная цэментацыя разбурае каразійную ўстойлівасць да карозіі дакладнасці сталёвых труб з нержавеючай сталі 304, але пасля нізкатэмпературнай цэментацыі не толькі захоўваецца першапачатковая каразійная ўстойлівасць, але і значна паляпшаецца цвёрдасць паверхні і зносаўстойлівасць, што эфектыўна павышае надзейнасць і тэрмін службы дакладнасці сталёвых труб з нержавеючай сталі 304.
Час публікацыі: 18 чэрвеня 2024 г.