א. מה המשמעות של דקרבוריזציה?
Decarburization, במילים פשוטות, הוא הסרת פחמן מפני השטח של פלדה.
פלדה היא בעצם סגסוגת פחמן-ברזל, ותכולת הפחמן קובעת את החוזק והקשיות של הפלדה. כאשר צינורות פלדה נחשפים לסביבת טמפרטורה- גבוהה, אטומי הפחמן על פני השטח מגיבים עם חמצן, אדי מים, גפחמן דו חמצני וכו' באטמוספירה שמסביב, הופך לגזים ונמלט, וכתוצאה מכךירידה משמעותית בתכולת הפחמן בשכבת פני השטח בהשוואה למטריצה הפנימית. שכבה זו של אזור פחמן נמוך- נקראת שכבת הפירוק.
לדוגמה: זה כמו אפיית לחם; החלק החיצוני נשרף ומאבד לחות, בעוד שהחלק הפנימי עדיין רך - הפירוק הוא כאשר "שכבת פני השטח של הפלדה נשרפת ומאבדת את הפחמן שלה".
II. סיבות ועקרונות שלשחרור פחמים (נקודות מפתח)
הפירוק של צינורות פלדה מגולוונת מתרחשת בעיקר בשני שלבי טמפרטורה-גבוהים:
שלב 1: שלב ייצור צינור שחור (צינור ריתוך/טיפול בחום):
אם רצועת הפלדה עוברת חימום-בטמפרטורה גבוהה לפני הריתוך, או עוברת טיפול חישול/נורמליזציה לאחר הריתוך, באווירה חמצונית, יתרחש דה-קרבוריזציה.
שלב 2: שלב החישול לפני גלוון חם (הקריטי ביותר):
בקווי ייצור רציפים של גלוון חם, פסי פלדה/צינורות פלדה נכנסים לסיר האבץ לאחר שעברו דרך תנור חישול (בדרך כלל ב-800-900 מעלות), במטרה לרכך את הפלדה, להעלים מתח ולשקם את שכבת תחמוצת פני השטח. אם האווירה בתוך הכבשן נשלטת בצורה לא נכונה, מתרחשת כאן דה-קרבוריזציה.
ארבעה עקרונות תגובה כימית של דה-קרבוריזציה:
| סוג תגובה | משוואה כימית | תנאים |
| פירוק חמצון ישיר | C + O₂ → CO₂ | תכולת חמצן מופרזת בכבשן |
| פירוק CO₂ (תגובת Bodol) | C + CO₂ → 2CO | לחץ חלקי CO₂ גבוה בתנור |
| פירוק אדי מים | C + H₂O → CO + H₂ | נקודת טל גבוהה (תכולת לחות גבוהה) בכבשן |
| פירוק גז מימן | C + 2H₂ → CH₄ | אווירת מימן גבוהה, טווח טמפרטורות ספציפי |
היגיון ליבה:
ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, האטמוספרה המחמצנת חזקה יותר (יותר O₂/CO₂/H₂O), וככל שזמן ההחזקה ארוך יותר, כך הפירוק חמור יותר.פחמן מתפזר מחלקו הפנימי של חומר הבסיס אל פני השטח ולאחר מכן "נאכל" על ידי האטמוספירה, ויוצר שיפוע פחמימות שיורד בהדרגה מהמשטח אל הפנים.
הערה נוספת:
הטמפרטורה בתהליך גילווןעצמו (אבץ טבילה, בערך 450 מעלות) נמוך יחסית, ובדרך כלל דאינו גורם ישירות לשחרור משמעותי. רוב בעיות הפירוק בצינורות מגולוונים נעוצות בשלבי חישול או צינור שחור לפני הגלוון.
III. מאפיינים של צינורות פלדה מגולוונת מפורקת
1. מראה חריג של השִׁכבָה
- פני השטח מופיעים כהה, אפרפר, עם ברק לא אחיד,וייתכנו "כתמים אפורים".
- הציפוי עשוי להיות עבה ומחוספס מדימכיוון שהפריט בשכבה המפורקת מצוי בשפע ותכולת הפחמן נמוכה, מה שמוביל לצמיחה בלתי מבוקרת של שכבת סגסוגת האבץ-(Fe-Zn intermetallic)
- במקרים חמורים, הציפוי ישהידבקות לקויה ומתקלפים
2. ירידה בתכונות מכניות
- הקשיות פני השטח יורדת(השכבה המפורקת היא בעיקר פריט, שהוא רך וקשיח)
- הההתנגדות לבלאי יורדת,והוא נוטה להישרט במהלך השימוש
- חוזק המתיחה וחוזק התנובה על פני השטח יורדים, ומשפיעים על יכולת נשיאת העומס הכוללת-
3. מאפייני המבנה המטאלוגרפי
- הפרליט בשכבה המפורקת יורד או נעלם, כמעט כולם פריט
- מהמשטח אל הליבה, תכולת הפחמן עולה בשיפוע
- שכבה מפוררת מלאה + שכבה מפוררת חלקית (אזור מעבר)
4. עמידות בפני קורוזיה מופחתת
- ההגנה על שכבת האבץ באזורים חריגים (כתמים אפורים, אזורי קילוף) נכשלת
- הפעילות האלקטרוכימית של השכבה המפורקת עצמה שונה מחומר הבסיס, וכתוצאה מכך התנהגות קורוזיה חריגה
5. בעיות בעיבוד פוסט-
- השכבה decarburized נוטהקמטים וסדקיםבמהלך כיפוף והתרחבות
- קשיות פני השטח אינה מספקת במהלך עיבוד החוט, וצורת השן אינה סדירה
IV. כיצד להימנע מהפחתת פחמן
1. לשלוט על האווירה של תנור החישול (הכי חשוב)
- השתמש באחנקן-אטמוספירה מגנה על מימן(N₂ + 5%~15% H₂), שמירה על אסביבה מצמצמת מעט
- שליטה קפדנית עלנקודת טל(נדרש בדרך כלל מתחת ל-30 מעלות), הפחתת אדי מים
- שליטה בתכולת החמצן ובלחץ החלקי של CO₂ כדי למנוע אווירה חמצונית,
2. בקרת טמפרטורת החימום והזמן
- תוך עמידה בדרישות החישול, נסה לעשות זאת להוריד את הטמפרטורה(קצב הפירוק גדל באופן אקספוננציאלי עם הטמפרטורה)
- קצר אתזמן החזקה בטמפרטורה-הגבוההסעיף להפחתת דיפוזיית פחמן והזדמנויות תגובה
3. בקרת חומרי גלם ומצב פני השטח
- בעת רכישת רצועות פלדה, דרשו ממפעל הפלדה לעשות זאתמְשׁוּתָףבקר את עומק השכבה המפורקת(ניתן לקבוע בחוזה, כגון פחות או שווה ל-0.05 מ"מ)
- צמצם אתאבנית תחמוצתעל רצועת הפלדה, שכן אבנית התחמוצת תזרז את תגובת הפירוק
- הימנע מכבישה מופרזת, שכן הפעלה מוגזמת של פני השטח תחריף גם את הפירוק שלאחר מכן
4. בצע אופטימיזציה של-טיפול מקדים לפני הגלוון
- השתמש בהרכב סביר של השטף (שטף), בדרך כלל ZnCl₂ + NH₄Cl, בקרת pH וריכוז
- השתמש בטמפרטורת ייבוש מתאימה כדי למנוע חמצון פני השטח לפני שצינור הפלדה נכנס לסיר האבץ
5. מעקב ופיקוח תהליכים
- שימוש קבועשיטות מטאלוגרפיותכדי לזהות את עומק השכבה המפורקת (בהתאם לתקן GB/T 224)
- מעקב אחר פרמטרי האטמוספירה של תנור החישול (נקודת טל, תכולת חמצן, תכולת מימן) ורשום אותם
- התמקדו בשליטה בפלדת פחמן גבוהה-(ככל שתכולת הפחמן גבוהה יותר, כך היא משחררת פחמן קלה יותר) תוך תשומת לב רבה יותר
תַקצִיר
לסיכום, דקרבוריזציה היא כאשר הפחמן על פני הפלדה "נאכל" על ידי האטמוספירה בטמפרטורות גבוהות.הסיבה השורשית נעוצה בבקרת האטמוספירה והטמפרטורה של תנור החישול; זה מתבטא כציפוי אפור, הידבקות לקויה ומשטח רך; אמצעי הנגד הם גישה משולשת-שלהגנה על אווירה + בקרת טמפרטורה + בקרת חומר גלם.
