A resistência à corrosão dos tubos de aço inoxidável 304 de precisão deve-se principalmente à adição de uma certa concentração de cromo ao aço. Por um lado, quando o teor de cromo na matriz de ferro atinge um determinado nível, o potencial eletroquímico do ferro aumenta consideravelmente; por outro lado, o cromo forma uma película de óxido densa na superfície, que a protege da corrosão. A cementação é um método eficaz de reforço superficial para tubos de aço inoxidável 304 de precisão, mas o processo tradicional de cementação reduz sua resistência à corrosão.
Por que o tratamento de cementação convencional destrói a resistência à corrosão de tubos de aço inoxidável austenítico? Isso ocorre porque, em altas temperaturas, os átomos de cromo no tubo de aço se combinam facilmente com os átomos de carbono para formar carboneto de cromo, que precipita inicialmente nos contornos de grão da austenita da camada cementada, formando uma rede. Devido ao grande raio dos átomos de Cr, o Cr interno tem dificuldade em se difundir para a camada superficial pobre em cromo, resultando em deficiência localizada de cromo na superfície. Além disso, a camada protetora de óxido de cromo (Cr₂O₃) do aço inoxidável também é danificada.
Portanto, para garantir que o tubo de aço inoxidável 304 de precisão não sofra corrosão durante a cementação, é necessário assegurar que não ocorra a precipitação de carbonetos. Como os carbonetos de cromo se formam em uma determinada faixa de temperatura, principalmente em altas temperaturas, a cementação deve ser realizada em uma faixa de baixa temperatura adequada para evitar a formação e a precipitação desses carbonetos.
Nessa temperatura, devido ao pequeno raio dos átomos de carbono e à difusão pelo mecanismo intersticial, os átomos de carbono podem se difundir na estrutura cristalina do aço inoxidável austenítico e formar uma solução sólida após a cementação; os átomos de Fe e Cr têm raios maiores e só podem se difundir pelo mecanismo de troca. Sem energia de ativação de difusão suficiente, os átomos de ferro e cromo não conseguem se mover. Isso garante que não haverá formação de carbonetos de cromo. Os carbonetos de cromo se formam a 550 °C, portanto, o tratamento de cementação a baixa temperatura de tubos de aço inoxidável 304 de precisão será realizado a uma temperatura inferior a 550 °C para melhorar sua resistência superficial e outras propriedades sem comprometer a resistência à corrosão original do tubo de aço.
As principais etapas do processo são as seguintes: A superfície do tubo de aço inoxidável de precisão é pré-tratada antes do tratamento, o que é chamado de ativação da superfície da liga. O processo de ativação utiliza uma mistura gasosa de HCl puro e N2 a 250 °C por 2 horas. O HCl remove eficazmente a estrutura da película de passivação de óxido de cromo na superfície do aço inoxidável austenítico. O objetivo da adição de N2 é criar um ambiente não oxidante sob pressão atmosférica para garantir que os átomos de cromo na matriz não sejam mais oxidados e evitar a regeneração da película de passivação.
Em seguida, a cementação a 470 °C durante 20 horas permite obter uma camada endurecida com uma profundidade de cerca de 70 micrômetros. Comparado com o material não tratado, o desempenho do tubo de aço inoxidável 316 tratado com LTCSS é significativamente melhorado, com a dureza superficial aumentando de 400 HV para 1000 HV; o limite de fadiga aumentando de 200 MPa para 325 MPa; e, em termos de resistência à corrosão, em solução de NaCl 0,6 mol/L, o potencial de pite anódico aumenta de +140 mV para +990 mV.
Em resumo, a cementação convencional destrói a resistência à corrosão de tubos de aço inoxidável 304 de precisão, mas após o tratamento de cementação a baixa temperatura, não só a resistência à corrosão original é mantida, como também a dureza superficial e a resistência ao desgaste são significativamente melhoradas, o que aumenta efetivamente a confiabilidade e a vida útil dos tubos de aço inoxidável 304 de precisão.
Data da publicação: 18/06/2024