Обезуглероживание оцинкованных стальных труб: принципы и меры противодействия

Проще говоря, обезуглероживание – это удаление углерода с поверхности стали.

Сталь по сути представляет собой железо-углеродистый сплав, а содержание углерода определяет прочность и твердость стали. Когда стальные трубы подвергаются воздействию высоких-температур окружающей среды, атомы углерода на поверхности вступают в реакцию с кислородом, водяным паром и т. д.углекислый газ и т. д. в окружающую атмосферу, превращаясь в газы и улетучиваясь, в результате чегозначительное снижение содержания углерода в поверхностном слое по сравнению с внутренней матрицей. Этот слой с низким-углеродом называется слоем обезуглероживания.

Например: Это похоже на выпечку хлеба; внешняя часть обгорает и теряет влагу, а внутренняя остается мягкой - обезуглероживанием называется "поверхностный слой стали сгорает и теряет углерод".

Обезуглероживание стальных оцинкованных труб в основном происходит вдве высокотемпературные ступени:-

Этап 1: Этап производства черных труб (сварка труб/термическая обработка):

Если стальная полоса подвергается высоко-нагреву перед сваркой или подвергается отжигу/нормализации после сварки, в окислительной атмосфере произойдет обезуглероживание.

Этап 2: Этап отжига перед горячим цинкованием (наиболее важный):
На производственных линиях непрерывного горячего цинкования стальные полосы/стальные трубы поступают в ванну цинкования после прохождения через печь отжига (обычно при температуре 800-900 градусов) с целью размягчения стали, устранения напряжений и восстановления поверхностной оксидной пленки. При неправильном контроле атмосферы внутри печи здесь происходит обезуглероживание.

Четыре принципа химических реакций обезуглероживания:

Основная логика:

Чем выше температура, тем сильнее окислительная атмосфера (больше O₂/CO₂/H₂O) и чем дольше время выдержки, тем сильнее обезуглероживание..Углерод диффундирует из внутренней части основного материала к поверхности, а затем «съедается» атмосферой, образуя градиент обезуглероживания, который постепенно уменьшается от поверхности к внутренней части.

Дополнительное примечание:

Температура впроцесс цинкованиясам по себе (погружение в цинк, примерно 450 градусов) относительно низкий, и обычно does не вызывает непосредственно значительного обезуглероживания. Большинство проблем обезуглероживания оцинкованных труб возникают на стадиях отжига или чернения труб перед цинкованием.

1. Ненормальный внешний видпокрытие

• Поверхность появляется темный, сероватый, с неравномерным блеском,и могут возникнуть «серые пятна»
• Покрытие может быть слишком толстый и грубыйпоскольку феррит в обезуглероженном слое обильен, а содержание углерода низкое, что приводит к неконтролируемому росту слоя железо-цинкового сплава (интерметаллида Fe-Zn)
• В тяжелых случаях покрытие имеетплохая адгезия, отслаивается

2. Снижение механических свойств.

• твердость поверхности снижается(обезуглероженный слой состоит в основном из феррита, который мягкий и прочный)
• снижается износостойкость,и он склонен к царапинам во время использования
• Предел прочности и предел текучести на поверхности уменьшаются, что влияет на общую-несущую способность.

3. Характеристики металлографической структуры.

• Перлит в обезуглероженном слое уменьшается или исчезает.почти все ферритовые
• От поверхности к ядру содержание углерода увеличивается градиентно.
• Полный обезуглероженный слой + Частичный обезуглероженный слой (переходная зона)

4. Снижение коррозионной стойкости.

• Защита слоя цинка в аномальных зонах (серые пятна, участки шелушения) не срабатывает.
• Электрохимическая активность самого обезуглероженного слоя отличается от основного материала, что приводит к аномальному коррозионному поведению.

5. Проблемы с пост-обработкой

• Обезуглероженный слой склонен ксморщивается и трескаетсяпри изгибе и расширении
• Твердость поверхности при обработке резьбы недостаточна, форма зуба неправильная.

1. Контролируйте атмосферу в печи отжига (самое важное)

• Используйтеазотная-водородная защитная атмосфера(N₂ + 5%~15% H₂), сохраняяслегка восстанавливающая среда
• Строго контролироватьточка росы(обычно требуется ниже -30 градусов), уменьшая количество водяного пара
• Контролируйте содержание кислорода и парциальное давление CO₂, чтобы избежать образования окислительной атмосферы.,

2. Контролируйте температуру и время нагрева.

• Соблюдая требования к отжигу, постарайтесь снизить температуру(скорость обезуглероживания увеличивается экспоненциально с температурой)
• Сократитевремя выдержки при высокой-температурераздел, посвященный уменьшению диффузии углерода и возможностей реакций

3. Контролируйте сырье и состояние поверхности.

• При покупке стальных полос потребуйте от сталелитейного заводасоконтролировать глубину обезуглероженного слоя(может быть оговорено в контракте, например Меньше или равно 0,05 мм)
• Уменьшитеоксидная окалинана стальной полосе, так как оксидная окалина будет катализировать реакцию обезуглероживания
• Избегайте чрезмерного травления, поскольку чрезмерная активация поверхности также усугубит последующее обезуглероживание.

4. Оптимизируйте предварительную-обработку перед цинкованием.

• Используйте разумный состав флюса (флюса), обычно ZnCl₂ + NH₄Cl, контролируйте pH и концентрацию.
• Используйте соответствующую температуру сушки, чтобы избежать окисления поверхности перед тем, как стальная труба попадет в цинковую ванну.
   

5. Мониторинг и проверка процесса

• Регулярно используйтеметаллографические методыдля определения глубины обезуглероженного слоя (в соответствии со стандартом GB/T 224)
• Контролируйте параметры атмосферы печи отжига (точку росы, содержание кислорода, содержание водорода) и записывайте их.
• Сосредоточьтесь на контроле над высоко-углеродистой сталью (чем выше содержание углерода, тем легче она обезуглероживается).

Таким образом, обезуглероживание — это когда углерод на поверхности стали «разъедается» атмосферой при высоких температурах.Основная причина кроется в атмосфере и контроле температуры печи отжига.; проявляется серым налетом, плохой адгезией и мягкой поверхностью; контрмеры представляют собой трехсторонний-подход:защитная атмосфера + контроль температуры + контроль сырья.