Decarburazione di tubi in acciaio zincato: principi e contromisure

La decarburazione, in poche parole, è il rimozione del carbonio dalla superficie dell’acciaio.

L'acciaio è essenzialmente una lega di ferro-carbonio e il contenuto di carbonio determina la resistenza e la durezza dell'acciaio. Quando i tubi di acciaio sono esposti a un ambiente ad alta-temperatura, gli atomi di carbonio sulla superficie reagiscono con ossigeno, vapore acqueo, canidride carbonica, ecc. nell'atmosfera circostante, trasformandosi in gas e fuoriuscendo, risultando ina significativa riduzione del contenuto di carbonio sullo strato superficiale rispetto alla matrice interna. Questo strato di area a basso-carbonio è chiamato strato di decarburazione.

Ad esempio: è come cuocere il pane; l'esterno si brucia e perde umidità, mentre l'interno è ancora morbido - la decarburazione avviene quando "lo strato superficiale dell'acciaio viene bruciato e perde il suo carbonio".

La decarburazione dei tubi in acciaio zincato avviene principalmente indue fasi ad alta-temperatura:

Fase 1: Fase di produzione del tubo nero (tubo di saldatura/trattamento termico):

Se il nastro di acciaio viene sottoposto a riscaldamento ad alta-temperatura prima della saldatura o a trattamento di ricottura/normalizzazione dopo la saldatura, in un'atmosfera ossidativa, si verificherà la decarburazione.

Fase 2: Fase di ricottura prima della zincatura a caldo (la più critica):
Nelle linee di produzione continue di zincatura a caldo, i nastri/tubi di acciaio entrano nella vasca di zinco dopo essere passati attraverso un forno di ricottura (solitamente a 800-900 gradi), con lo scopo di ammorbidire l'acciaio, eliminare lo stress e ripristinare la pellicola di ossido superficiale. Se l'atmosfera all'interno del forno non viene controllata correttamente, qui avviene la decarburazione.

Quattro principi di reazione chimica di decarburazione:

Logica fondamentale:

Maggiore è la temperatura, più forte è l'atmosfera ossidante (più O₂/CO₂/H₂O) e più lungo è il tempo di mantenimento, più grave è la decarburazione.Il carbonio si diffonde dall'interno del materiale base verso la superficie e viene poi "consumato" dall'atmosfera, formando un gradiente di decarburazione che diminuisce gradualmente dalla superficie verso l'interno.

Nota aggiuntiva:

La temperatura nelprocesso di zincaturastesso (zinco ad immersione, circa 450 gradi) è relativamente basso e generalmente dnon provoca direttamente una decarburazione significativa. La maggior parte dei problemi di decarburazione nei tubi zincati sono radicati nelle fasi di ricottura o di nero del tubo prima della zincatura.

1. Aspetto anomalo delrivestimento

• Appare la superficie scuro, grigiastro, con lucentezza non uniforme,e possono verificarsi "punti grigi".
• Il rivestimento può essere troppo denso e ruvidoperché la ferrite nello strato decarburato è abbondante e il contenuto di carbonio è basso, portando a una crescita incontrollata dello strato di lega di ferro-zinco (Fe-Zn intermetallico)
• Nei casi più gravi, il rivestimento hascarsa adesione e si stacca

2. Proprietà meccaniche ridotte

• ILla durezza superficiale diminuisce(lo strato decarburato è costituito principalmente da ferrite, che è morbida e tenace)
• ILla resistenza all'usura diminuisce,ed è soggetto a graffiarsi durante l'uso
• La resistenza alla trazione e la resistenza allo snervamento in superficie diminuiscono, influenzando la capacità di carico-complessiva

3. Caratteristiche della struttura metallografica

• La perlite nello strato decarburato diminuisce o scompare, essendo quasi tutti ferrite
• Dalla superficie al nucleo, il contenuto di carbonio aumenta secondo un gradiente
• Strato decarburato completo + Strato decarburato parziale (zona di transizione)

4. Ridotta resistenza alla corrosione

• La protezione dello strato di zinco nelle aree anomale (macchie grigie, aree scrostate) fallisce
• L'attività elettrochimica dello strato decarburato stesso è diversa da quella del materiale di base, con conseguente comportamento anomalo della corrosione

5. Problemi di post-elaborazione

• Lo strato decarburato è incline arughe e screpolaturedurante la flessione e l'espansione
• La durezza superficiale è insufficiente durante la lavorazione della filettatura e la forma del dente è irregolare

1. Controllare l'atmosfera del forno di ricottura (la cosa più importante)

• Utilizzare aatmosfera protettiva di azoto-idrogeno(N₂ + 5%~15% H₂), mantenendo aambiente leggermente riducente
• Controllare rigorosamente ilpunto di rugiada(di solito richiesto sotto i -30 gradi), riducendo il vapore acqueo
• Controllare il contenuto di ossigeno e la pressione parziale di CO₂ per evitare un'atmosfera ossidativa,

2. Controllare la temperatura e il tempo di riscaldamento

• Mentre soddisfi i requisiti di ricottura, prova a farlo abbassare la temperatura(la velocità di decarburazione aumenta esponenzialmente con la temperatura)
• Accorcia iltempo di mantenimento ad alta-temperaturasezione per ridurre la diffusione del carbonio e le opportunità di reazione

3. Controllare le materie prime e le condizioni della superficie

• Quando si acquistano nastri di acciaio, richiederlo all'acciaieriacoControllare la profondità dello strato decarburato(può essere stipulato nel contratto, ad esempio Inferiore o uguale a 0,05 mm)
• Ridurre ilscaglia di ossidosul nastro di acciaio, poiché le incrostazioni di ossido catalizzeranno la reazione di decarburazione
• Evitare un decapaggio eccessivo, poiché un'attivazione superficiale eccessiva aggraverà anche la successiva decarburazione

4. Ottimizza il pre-trattamento prima della zincatura

• Utilizzare una composizione ragionevole del flusso (flusso), solitamente ZnCl₂ + NH₄Cl, controllare il pH e la concentrazione
• Utilizzare una temperatura di asciugatura adeguata per evitare l'ossidazione superficiale prima che il tubo d'acciaio entri nel recipiente di zinco
   

5. Monitoraggio e ispezione del processo

• Utilizzare regolarmentemetodi metallograficiper rilevare la profondità dello strato decarburato (secondo la norma GB/T 224)
• Monitorare i parametri atmosferici del forno di ricottura (punto di rugiada, contenuto di ossigeno, contenuto di idrogeno) e registrarli
• Concentrarsi sul controllo dell'acciaio ad alto-carbonio (maggiore è il contenuto di carbonio, più facile sarà la decarburazione) con maggiore attenzione

In sintesi, la decarburazione avviene quando il carbonio sulla superficie dell'acciaio viene "consumato" dall'atmosfera ad alte temperature.La causa principale risiede nell’atmosfera e nel controllo della temperatura del forno di ricottura; si manifesta come rivestimento grigio, scarsa adesione e superficie morbida; le contromisure prevedono un triplice-approccioatmosfera protettiva + controllo della temperatura + controllo delle materie prime.