Quá trình khử cacbon của ống thép mạ kẽm: Nguyên tắc và biện pháp đối phó

Quá trình khử cacbon, nói một cách đơn giản, là loại bỏ cacbon khỏi bề mặt thép.

Thép về cơ bản là một-hợp kim cacbon của sắt và hàm lượng cacbon quyết định độ bền và độ cứng của thép. Khi ống thép tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ-cao, các nguyên tử carbon trên bề mặt sẽ phản ứng với oxy, hơi nước, carbon dioxide, v.v. trong bầu khí quyển xung quanh, biến thành khí và thoát ra ngoài, dẫn đếnna giảm đáng kể hàm lượng carbon trên lớp bề mặt so với ma trận bên trong. Lớp có diện tích carbon thấp-này được gọi là lớp khử cacbon.

Ví dụ: Nó giống như nướng bánh mì; bên ngoài bị cháy và mất độ ẩm, trong khi bên trong vẫn mềm - quá trình khử cacbon là khi "lớp bề mặt của thép bị đốt cháy và mất đi lượng cacbon".

Quá trình khử cacbon của ống thép mạ kẽm chủ yếu xảy ra ởhai giai đoạn nhiệt độ cao:

Giai đoạn 1: Giai đoạn sản xuất ống đen (ống hàn/xử lý nhiệt):

Nếu dải thép trải qua quá trình nung nóng ở nhiệt độ-cao trước khi hàn hoặc trải qua quá trình ủ/bình thường hóa sau khi hàn trong môi trường oxy hóa thì quá trình khử cacbon sẽ xảy ra.

Giai đoạn 2: Giai đoạn ủ trước khi mạ nóng (quan trọng nhất):
Trong dây chuyền sản xuất mạ kẽm nóng liên tục, các dải thép/ống thép đi vào nồi kẽm sau khi đi qua lò ủ (thường ở nhiệt độ 800-900 độ), với mục đích làm mềm thép, loại bỏ ứng suất và phục hồi màng oxit bề mặt. Nếu bầu không khí bên trong lò được kiểm soát không đúng cách, quá trình khử cacbon sẽ xảy ra ở đây.

Bốn nguyên tắc phản ứng hóa học của quá trình khử cacbon:

Logic cốt lõi:

Nhiệt độ càng cao, không khí oxy hóa càng mạnh (nhiều O₂/CO₂/H₂O) và thời gian giữ càng lâu thì quá trình khử cacbon càng nghiêm trọng.Carbon khuếch tán từ bên trong vật liệu cơ bản ra bề mặt và sau đó bị khí quyển "ăn hết", tạo thành một gradient khử cacbon giảm dần từ bề mặt vào bên trong.

Ghi chú bổ sung:

Nhiệt độ ởquá trình mạ kẽmbản thân nó (ngâm kẽm, khoảng 450 độ) tương đối thấp và thường do không trực tiếp gây ra hiện tượng khử cacbon đáng kể. Hầu hết các vấn đề về khử cacbon trong ống mạ kẽm đều bắt nguồn từ giai đoạn ủ hoặc ống đen trước khi mạ.

1. Sự xuất hiện bất thường củalớp phủ

• Bề mặt xuất hiện tối, xám, có độ bóng không đồng đều,và "điểm xám" có thể xảy ra
• Lớp phủ có thể quá dày và thôdo ferit trong lớp khử cacbon có nhiều và hàm lượng cacbon thấp dẫn đến sự phát triển không kiểm soát của lớp hợp kim sắt{0}}kẽm (Fe-Zn intermetallic)
• Trong trường hợp nghiêm trọng, lớp phủ cóđộ bám dính kém và bong tróc

2. Tính chất cơ học giảm

• cácđộ cứng bề mặt giảm(lớp khử cacbon chủ yếu là ferrite, mềm và dai)
• cáckhả năng chống mài mòn giảm,và dễ bị trầy xước trong quá trình sử dụng
• Độ bền kéo và cường độ chảy ở bề mặt giảm, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải tổng thể-

3. Đặc điểm kết cấu kim loại

• Pearlite trong lớp được khử cacbon sẽ giảm hoặc biến mất, hầu hết đều là ferit
• Từ bề mặt đến lõi, hàm lượng carbon tăng theo độ dốc
• Lớp khử cacbon hoàn chỉnh + Lớp khử cacbon một phần (vùng chuyển tiếp)

4. Giảm khả năng chống ăn mòn

• Việc bảo vệ lớp kẽm ở những vùng bất thường (đốm xám, vùng bong tróc) không thành công
• Bản thân hoạt động điện hóa của lớp khử cacbon khác với vật liệu cơ bản, dẫn đến hiện tượng ăn mòn bất thường

5. Vấn đề xử lý hậu kỳ

• Lớp khử cacbon dễ bịnhăn và nứttrong quá trình uốn và giãn nở
• Độ cứng bề mặt không đủ trong quá trình xử lý ren và hình dạng răng không đều

1. Kiểm soát không khí của lò ủ (quan trọng nhất)

• Sử dụng mộtkhí quyển bảo vệ nitơ-hydro(N₂ + 5%~15% H₂), duy trìmôi trường giảm nhẹ
• Kiểm soát chặt chẽ việcđiểm sương(thường yêu cầu dưới -30 độ), giảm hơi nước
• Kiểm soát hàm lượng oxy và áp suất riêng phần CO₂ để tránh bầu không khí oxy hóa,

2. Kiểm soát nhiệt độ và thời gian gia nhiệt

• Trong khi đáp ứng các yêu cầu ủ, hãy cố gắng hạ nhiệt độ(tốc độ khử cacbon tăng theo cấp số nhân theo nhiệt độ)
• rút ngắnthời gian giữ ở nhiệt độ-caophần để giảm cơ hội khuếch tán và phản ứng carbon

3. Kiểm soát nguyên liệu và tình trạng bề mặt

• Khi mua thép dải, yêu cầu nhà máy thép phảiđồngKiểm soát độ sâu của lớp khử cacbon(có thể được quy định trong hợp đồng, chẳng hạn như Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05mm)
• Giảmquy mô oxittrên dải thép, vì lớp oxit sẽ xúc tác cho phản ứng khử cacbon
• Tránh tẩy rửa quá mức, vì hoạt động bề mặt quá mức cũng sẽ làm trầm trọng thêm quá trình khử cacbon sau đó

4. Tối ưu hoá quá trình xử lý trước{1}}trước khi mạ

• Sử dụng thành phần chất trợ dung (thông lượng) hợp lý, thường là ZnCl₂ + NH₄Cl, kiểm soát độ pH và nồng độ
• Sử dụng nhiệt độ sấy thích hợp để tránh hiện tượng oxy hóa bề mặt trước khi ống thép vào nồi kẽm
   

5. Giám sát, kiểm tra quy trình

• Sử dụng thường xuyênphương pháp luyện kimđể phát hiện độ sâu của lớp giải cacbon (theo tiêu chuẩn GB/T 224)
• Giám sát các thông số khí quyển của lò ủ (điểm sương, hàm lượng oxy, hàm lượng hydro) và ghi lại chúng
• Tập trung vào việc kiểm soát thép cacbon-cao (hàm lượng cacbon càng cao thì quá trình khử cacbon càng dễ dàng) với sự chú ý nhiều hơn

Tóm lại, quá trình khử cacbon là khi cacbon trên bề mặt thép bị khí quyển "ăn mòn" ở nhiệt độ cao.Nguyên nhân sâu xa nằm ở bầu không khí và việc kiểm soát nhiệt độ của lò ủ; biểu hiện là lớp phủ màu xám, độ bám dính kém, bề mặt mềm; các biện pháp đối phó là-cách tiếp cận theo ba hướngbảo vệ bầu không khí + kiểm soát nhiệt độ + kiểm soát nguyên liệu.