Khả năng chống ăn mòn của ống thép không gỉ 304 chủ yếu là do việc bổ sung một lượng crom nhất định vào thép. Một mặt, khi hàm lượng crom trong ma trận sắt đạt đến một mức nhất định, điện thế điện cực của sắt sẽ tăng mạnh; mặt khác, crom tạo thành một lớp màng oxit dày đặc trên bề mặt, giúp ngăn chặn sự ăn mòn trong môi trường. Tôi cacbon hóa là một phương pháp tăng cường bề mặt hiệu quả cho ống thép không gỉ 304, nhưng quy trình tôi cacbon hóa truyền thống sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn của nó.
Tại sao phương pháp tôi cacbon hóa thông thường lại phá hủy khả năng chống ăn mòn của ống thép không gỉ austenit? Điều này là do, ở nhiệt độ cao, các nguyên tử crom trong ống thép dễ dàng kết hợp với các nguyên tử cacbon để tạo thành cacbua crom, chất này trước tiên kết tủa tại ranh giới hạt austenit của lớp cacbon hóa và tạo thành mạng lưới phân bố. Do bán kính lớn của các nguyên tử Cr, Cr bên trong khó khuếch tán vào lớp bề mặt nghèo crom, dẫn đến sự thiếu hụt crom cục bộ trên bề mặt, và lớp màng oxit Cr2O3 dày đặc bảo vệ thép không gỉ cũng bị phá hủy.
Do đó, trên cơ sở đảm bảo ống thép không gỉ 304 chính xác không bị ăn mòn do quá trình thấm cacbon, cần phải đảm bảo không có sự kết tủa cacbua. Vì cacbua crom được hình thành trong một phạm vi nhiệt độ nhất định thuộc dải nhiệt độ cao, nên quá trình thấm cacbon phải được thực hiện trong phạm vi nhiệt độ thấp thích hợp để tránh sự hình thành và kết tủa cacbua.
Ở nhiệt độ này, do bán kính nhỏ của các nguyên tử cacbon và sự khuếch tán thông qua cơ chế xen kẽ, các nguyên tử cacbon có thể khuếch tán vào mạng tinh thể của thép không gỉ austenit và tạo thành dung dịch rắn sau quá trình thấm cacbon; các nguyên tử Fe và Cr có bán kính lớn hơn và chỉ có thể khuếch tán thông qua cơ chế trao đổi. Nếu không có đủ năng lượng hoạt hóa khuếch tán, các nguyên tử sắt và crom không thể di chuyển. Điều này đảm bảo rằng cacbua crom sẽ không được hình thành. Cacbua crom được hình thành ở 550°C, vì vậy quá trình thấm cacbon ở nhiệt độ thấp đối với ống thép không gỉ 304 sẽ được thực hiện ở nhiệt độ dưới 550°C để cải thiện độ bền bề mặt và các đặc tính khác mà không làm giảm khả năng chống ăn mòn ban đầu của ống thép.
Các bước chính của quy trình như sau: Bề mặt của ống thép không gỉ chính xác được xử lý sơ bộ trước khi gia công, gọi là hoạt hóa bề mặt hợp kim. Quá trình hoạt hóa sử dụng hỗn hợp khí HCl tinh khiết và N2 ở 250°C trong 2 giờ. HCl có thể loại bỏ hiệu quả cấu trúc của lớp màng thụ động oxit crom trên bề mặt thép không gỉ austenit. Mục đích của việc thêm N2 là tạo ra môi trường không oxy hóa dưới áp suất khí quyển để đảm bảo các nguyên tử crom trong ma trận không bị oxy hóa thêm và tránh sự tái tạo của lớp màng thụ động.
Sau đó, quá trình thấm cacbon ở 470℃ trong 20 giờ có thể thu được lớp cứng với độ dày khoảng 70 micron. So với vật liệu chưa qua xử lý, hiệu suất của ống thép không gỉ 316 được xử lý bằng LTCSS được cải thiện đáng kể, độ cứng bề mặt tăng từ 400hv ban đầu lên 1000hv; giới hạn mỏi tăng từ 200MPa lên 325MPa; về khả năng chống ăn mòn, trong dung dịch NaCl 0,6mol/l, điện thế rỗ anot tăng từ +140mV lên +990mV.
Tóm lại, quá trình thấm cacbon thông thường sẽ phá hủy khả năng chống ăn mòn của ống thép không gỉ 304, nhưng sau khi xử lý thấm cacbon ở nhiệt độ thấp, không chỉ khả năng chống ăn mòn ban đầu được duy trì mà độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn cũng được cải thiện đáng kể, giúp nâng cao hiệu quả độ tin cậy và tuổi thọ của ống thép không gỉ 304.
Thời gian đăng bài: 18/06/2024