La resistenza alla corrosione dei tubi di precisione in acciaio inossidabile 304 è dovuta principalmente all'aggiunta di una certa concentrazione di cromo all'acciaio. Da un lato, quando il contenuto di cromo nella matrice di ferro raggiunge un certo livello, il potenziale elettrodico del ferro aumenta bruscamente; dall'altro, il cromo forma una densa pellicola di ossido sulla superficie, che protegge dalla corrosione ambientale. La cementazione è un metodo efficace per il rinforzo superficiale dei tubi di precisione in acciaio inossidabile 304, ma il processo di cementazione tradizionale ne riduce la resistenza alla corrosione.
Perché il trattamento di cementazione convenzionale compromette la resistenza alla corrosione dei tubi in acciaio inossidabile austenitico? Questo perché, ad alte temperature, gli atomi di cromo presenti nel tubo di acciaio si combinano facilmente con gli atomi di carbonio per formare carburo di cromo, che precipita inizialmente ai bordi dei grani di austenite dello strato cementato e forma una rete di distribuzione. A causa dell'ampio raggio degli atomi di Cr, è difficile per il Cr interno diffondersi nello strato superficiale povero di cromo, con conseguente carenza locale di cromo sulla superficie, e anche lo strato protettivo del denso film di ossido di Cr2O3 dell'acciaio inossidabile risulta danneggiato.
Pertanto, per garantire che i tubi di precisione in acciaio inossidabile 304 non vengano corrosi dalla cementazione, è necessario assicurarsi che non si formino precipitati di carburi. Poiché i carburi di cromo si formano entro un certo intervallo di temperatura, la cementazione deve essere eseguita entro un intervallo di bassa temperatura appropriato per evitare la formazione e la precipitazione di carburi.
A questa temperatura, a causa del piccolo raggio degli atomi di carbonio e della diffusione attraverso il meccanismo interstiziale, gli atomi di carbonio possono diffondere nel reticolo dell'acciaio inossidabile austenitico e formare una soluzione solida dopo la cementazione; gli atomi di Fe e Cr hanno raggi maggiori e possono diffondere solo attraverso il meccanismo di scambio. Senza sufficiente energia di attivazione della diffusione, gli atomi di ferro e cromo non possono muoversi. Questo garantisce che non si formino carburi di cromo. I carburi di cromo si formano a 550 °C, quindi il trattamento di cementazione a bassa temperatura dei tubi di precisione in acciaio inossidabile 304 verrà eseguito a una temperatura inferiore a 550 °C per migliorarne la resistenza superficiale e altre proprietà senza danneggiare la resistenza alla corrosione originale del tubo in acciaio.
Le principali fasi del processo sono le seguenti: la superficie del tubo di precisione in acciaio inossidabile viene pretrattata prima del trattamento, chiamato attivazione superficiale della lega. Il processo di attivazione utilizza una miscela di HCl puro e N2 a 250 °C per 2 ore. L'HCl può rimuovere efficacemente la struttura del film di passivazione dell'ossido di cromo sulla superficie dell'acciaio inossidabile austenitico. Lo scopo dell'aggiunta di N2 è quello di creare un ambiente non ossidante a pressione atmosferica per garantire che gli atomi di cromo nella matrice non siano più ossidati ed evitare la rigenerazione del film di passivazione.
Successivamente, la cementazione a 470°C per 20 ore può ottenere uno strato indurito con una profondità di circa 70 micron. Rispetto al materiale non trattato, le prestazioni del tubo in acciaio inossidabile 316 trattato con LTCSS sono significativamente migliorate: la durezza superficiale aumenta dagli originali 400hv a 1000hv; il limite di fatica aumenta da 200 MPa a 325 MPa; in termini di resistenza alla corrosione, in una soluzione di NaCl 0,6 mol/l, il potenziale di vaiolatura anodica aumenta da +140 mV a +990 mV.
In sintesi, la cementazione convenzionale distruggerà la resistenza alla corrosione dei tubi di precisione in acciaio inossidabile 304, ma dopo il trattamento di cementazione a bassa temperatura, non solo viene mantenuta la resistenza alla corrosione originale, ma anche la durezza superficiale e la resistenza all'usura risultano notevolmente migliorate, il che migliora efficacemente l'affidabilità e la durata dei tubi di precisione in acciaio inossidabile 304.
Data di pubblicazione: 18-06-2024