ความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 ส่วนใหญ่เกิดจากการเติมโครเมียมในความเข้มข้นที่เหมาะสมลงในเหล็ก ในด้านหนึ่ง เมื่อปริมาณโครเมียมในเนื้อเหล็กถึงระดับหนึ่ง ศักยภาพทางไฟฟ้าของเหล็กจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในอีกด้านหนึ่ง โครเมียมจะสร้างฟิล์มออกไซด์หนาแน่นบนพื้นผิว ซึ่งช่วยป้องกันการกัดกร่อนจากสภาพแวดล้อม การอบชุบด้วยคาร์บอนเป็นวิธีการเสริมความแข็งแรงของพื้นผิวที่มีประสิทธิภาพสำหรับท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 แต่กระบวนการอบชุบด้วยคาร์บอนแบบดั้งเดิมจะลดความต้านทานการกัดกร่อนลง
เหตุใดการอบชุบคาร์บอนแบบดั้งเดิมจึงทำลายความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติก? เนื่องจากที่อุณหภูมิสูง อะตอมของโครเมียมในท่อเหล็กจะรวมตัวกับอะตอมของคาร์บอนได้ง่ายเพื่อสร้างโครเมียมคาร์ไบด์ ซึ่งจะตกตะกอนที่ขอบเกรนของออสเทนิติกในชั้นอบชุบคาร์บอนก่อน และก่อตัวเป็นโครงข่ายกระจายตัว เนื่องจากอะตอมของโครเมียมมีรัศมีขนาดใหญ่ จึงทำให้โครเมียมภายในแพร่กระจายไปยังชั้นผิวที่ขาดโครเมียมได้ยาก ส่งผลให้เกิดการขาดโครเมียมเฉพาะจุดบนพื้นผิว และชั้นป้องกันของฟิล์มออกไซด์ Cr2O3 ที่หนาแน่นของเหล็กกล้าไร้สนิมก็ได้รับความเสียหายด้วย
ดังนั้น เพื่อให้แน่ใจว่าท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 จะไม่เกิดการกัดกร่อนจากการอบชุบด้วยความร้อน จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการตกตะกอนของคาร์ไบด์ เนื่องจากโครเมียมคาร์ไบด์จะก่อตัวขึ้นในช่วงอุณหภูมิหนึ่งภายในช่วงอุณหภูมิสูง การอบชุบด้วยความร้อนจึงต้องดำเนินการในช่วงอุณหภูมิต่ำที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวและการตกตะกอนของคาร์ไบด์
ที่อุณหภูมินี้ เนื่องจากรัศมีของอะตอมคาร์บอนมีขนาดเล็กและการแพร่ผ่านกลไกช่องว่าง อะตอมคาร์บอนจึงสามารถแพร่เข้าไปในโครงผลึกของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกและเกิดเป็นสารละลายของแข็งหลังจากการอบชุบด้วยคาร์บอน ในขณะที่อะตอมเหล็กและโครเมียมมีรัศมีใหญ่กว่าและสามารถแพร่ผ่านกลไกการแลกเปลี่ยนเท่านั้น หากไม่มีพลังงานกระตุ้นการแพร่ที่เพียงพอ อะตอมเหล็กและโครเมียมจะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่เกิดโครเมียมคาร์ไบด์ โครเมียมคาร์ไบด์จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 550°C ดังนั้นการอบชุบด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำสำหรับท่อเหล็กเหล็กกล้าไร้สนิม 304 ที่มีความแม่นยำสูง จะต้องดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 550°C เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของพื้นผิวและคุณสมบัติอื่นๆ โดยไม่ทำลายความต้านทานการกัดกร่อนดั้งเดิมของท่อเหล็ก
ขั้นตอนหลักของกระบวนการมีดังนี้: ก่อนการบำบัด พื้นผิวของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมที่มีความแม่นยำสูงจะได้รับการเตรียมการเบื้องต้น ซึ่งเรียกว่าการกระตุ้นพื้นผิวโลหะผสม กระบวนการกระตุ้นใช้ก๊าซผสมระหว่าง HCl บริสุทธิ์และ N2 ที่อุณหภูมิ 250°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง HCl สามารถกำจัดโครงสร้างของฟิล์มออกไซด์โครเมียมบนพื้นผิวของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนิติกได้อย่างมีประสิทธิภาพ การเติม N2 มีจุดประสงค์เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่เกิดออกซิเดชันภายใต้ความดันบรรยากาศ เพื่อให้แน่ใจว่าอะตอมของโครเมียมในเนื้อโลหะจะไม่ถูกออกซิไดซ์อีกต่อไป และหลีกเลี่ยงการเกิดฟิล์มออกไซด์ขึ้นใหม่
จากนั้น การอบชุบด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิ 470℃ เป็นเวลา 20 ชั่วโมง จะได้ชั้นผิวแข็งที่มีความหนาประมาณ 70 ไมครอน เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่ไม่ผ่านการบำบัด ประสิทธิภาพของท่อสแตนเลส 316 ที่ผ่านการบำบัดด้วย LTCSS ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ความแข็งของผิวเพิ่มขึ้นจากเดิม 400 hv เป็น 1000 hv ขีดจำกัดความล้าเพิ่มขึ้นจาก 200 MPa เป็น 325 MPa และในด้านความต้านทานการกัดกร่อน ในสารละลาย NaCl 0.6 mol/l ศักยภาพการเกิดหลุมกัดกร่อนแบบแอโนดเพิ่มขึ้นจาก +140 mV เป็น +990 mV
โดยสรุปแล้ว การอบชุบคาร์บอนแบบดั้งเดิมจะทำลายความต้านทานการกัดกร่อนของท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 แต่หลังจากการอบชุบคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำ ไม่เพียงแต่ความต้านทานการกัดกร่อนเดิมจะยังคงอยู่ แต่ความแข็งของพื้นผิวและความต้านทานการสึกหรอจะดีขึ้นอย่างมาก ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของท่อเหล็กกล้าไร้สนิม 304 ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
วันที่เผยแพร่: 18 มิถุนายน 2024