Rintangan kakisan paip keluli tahan karat 304 adalah terutamanya disebabkan oleh penambahan kepekatan kromium tertentu pada keluli. Di satu pihak, apabila kandungan kromium dalam matriks besi mencapai tahap tertentu, potensi elektrod besi akan meningkat dengan mendadak; sebaliknya, kromium membentuk filem oksida padat pada permukaan, yang melindungi kakisan dalam persekitaran. Pengkarbonan adalah kaedah pengukuhan permukaan yang berkesan untuk paip keluli tahan karat 304, tetapi proses pengkarbonan tradisional akan mengurangkan rintangan kakisannya.
Mengapakah rawatan pengkarbonan konvensional memusnahkan rintangan kakisan paip keluli tahan karat austenit? Ini kerana, pada suhu tinggi, atom kromium dalam paip keluli mudah bergabung dengan atom karbon untuk membentuk kromium karbida, yang mula-mula termendak di sempadan butiran austenit lapisan pengkarbonan dan membentuk taburan rangkaian. Disebabkan jejari atom Cr yang besar, sukar bagi Cr dalaman untuk meresap ke dalam lapisan permukaan yang kurang kromium, mengakibatkan kekurangan kromium setempat pada permukaan, dan lapisan pelindung filem oksida Cr2O3 yang padat bagi keluli tahan karat juga rosak.
Oleh itu, atas dasar memastikan paip keluli tahan karat 304 tidak berkarat akibat pengkarbonan, adalah perlu untuk memastikan karbida tidak termendak. Memandangkan karbida kromium terbentuk dalam julat suhu tertentu dalam julat suhu tinggi, pengkarbonan mesti dijalankan dalam julat suhu rendah yang sesuai untuk mengelakkan pembentukan dan pemendakan karbida.
Pada suhu ini, disebabkan oleh jejari atom karbon yang kecil dan resapan melalui mekanisme celahan, atom karbon boleh meresap ke dalam kekisi keluli tahan karat austenit dan membentuk larutan pepejal selepas pengkarbonan; atom Fe dan Cr mempunyai jejari yang lebih besar dan hanya boleh meresap melalui mekanisme pertukaran. Tanpa tenaga pengaktifan resapan yang mencukupi, atom besi dan kromium tidak boleh bergerak. Ini memastikan bahawa karbida kromium tidak akan terbentuk. Karbida kromium terbentuk pada suhu 550°C, jadi rawatan pengkarbonan suhu rendah paip keluli tahan karat jitu 304 akan dijalankan pada suhu di bawah 550°C untuk meningkatkan kekuatan permukaan dan sifat lain tanpa merosakkan rintangan kakisan asal paip keluli.
Langkah-langkah proses utama adalah seperti berikut: Permukaan paip keluli tahan karat jitu dirawat terlebih dahulu sebelum rawatan, yang dipanggil pengaktifan permukaan aloi. Proses pengaktifan menggunakan gas campuran HCl tulen dan N2 pada suhu 250°C selama 2 jam. HCl boleh menanggalkan struktur filem pasifasi kromium oksida pada permukaan keluli tahan karat austenit dengan berkesan. Tujuan penambahan N2 adalah untuk mewujudkan persekitaran bukan pengoksidaan di bawah tekanan atmosfera untuk memastikan atom kromium dalam matriks tidak lagi teroksida dan mengelakkan penjanaan semula filem pasifasi.
Kemudian, pengkarburisasi pada suhu 470℃ selama 20 jam boleh menghasilkan lapisan yang dikeraskan dengan kedalaman kira-kira 70 mikron. Berbanding dengan bahan yang tidak dirawat, prestasi paip keluli tahan karat 316 yang dirawat dengan LTCSS meningkat dengan ketara, kekerasan permukaan meningkat daripada 400hv asal kepada 1000hv; had keletihan meningkat daripada 200MPa kepada 325mpa; dari segi rintangan kakisan, dalam larutan NaCl 0.6mol/l, potensi lubang anodik meningkat daripada +140mv kepada +990mv.
Secara ringkasnya, pengkarbonan konvensional akan memusnahkan rintangan kakisan paip keluli tahan karat 304, tetapi selepas rawatan pengkarbonan suhu rendah, bukan sahaja rintangan kakisan asal dikekalkan, tetapi juga kekerasan permukaan dan rintangan haus bertambah baik, yang berkesan meningkatkan kebolehpercayaan dan hayat perkhidmatan paip keluli tahan karat 304.
Masa siaran: 18 Jun 2024