I. การแยกคาร์บอนออกหมายความว่าอะไร?
การแยกสลายคาร์บอน พูดง่ายๆ ก็คือ การกำจัดคาร์บอนออกจากผิวเหล็ก
เหล็กโดยพื้นฐานแล้วคือเหล็กชนิดหนึ่ง-โลหะผสมคาร์บอน และปริมาณคาร์บอนจะเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงและความแข็งของเหล็ก เมื่อท่อเหล็กสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง- อะตอมของคาร์บอนบนพื้นผิวจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไอน้ำ และอาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ ในชั้นบรรยากาศโดยรอบกลายเป็นก๊าซและหลบหนีออกไป ส่งผลให้ iการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของปริมาณคาร์บอนบนชั้นผิวเมื่อเทียบกับเมทริกซ์ภายใน ชั้นของพื้นที่คาร์บอนต่ำ-นี้เรียกว่าชั้นการแยกคาร์บอน
ตัวอย่างเช่น: มันเหมือนกับการอบขนมปัง ภายนอกจะไหม้และสูญเสียความชื้นในขณะที่ภายในยังอ่อนอยู่ - การแยกสลายคาร์บอนคือเมื่อ "ชั้นผิวของเหล็กถูกเผาและสูญเสียคาร์บอนไป".
ครั้งที่สอง สาเหตุและหลักการของการแยกสลายคาร์บอน (ประเด็นสำคัญ)
การแยกสลายคาร์บอนของท่อเหล็กชุบสังกะสีส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่สองช่วงอุณหภูมิสูง-:
ขั้นตอนที่ 1: ขั้นตอนการผลิตท่อดำ (ท่อเชื่อม/การบำบัดความร้อน):
หากแถบเหล็กผ่านการให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง-ก่อนการเชื่อม หรือผ่านการอบอ่อน/การทำให้เป็นมาตรฐานหลังการเชื่อม ในบรรยากาศออกซิเดชัน การแยกส่วนประกอบของคาร์บอนจะเกิดขึ้น
ขั้นตอนที่ 2: ขั้นตอนการหลอมก่อนการชุบสังกะสีแบบร้อน (สำคัญที่สุด):
ในสายการผลิตชุบสังกะสีร้อนอย่างต่อเนื่อง เหล็กเส้น/ท่อเหล็กจะเข้าสู่หม้อสังกะสีหลังจากผ่านเตาหลอม (โดยปกติจะอยู่ที่ 800-900 องศา) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทำให้เหล็กอ่อนตัว ขจัดความเครียด และฟื้นฟูฟิล์มออกไซด์ที่พื้นผิว หากควบคุมบรรยากาศภายในเตาเผาไม่ถูกต้อง จะเกิดการสลายคาร์บอนที่นี่
หลักปฏิกิริยาเคมีสี่ประการของการแยกสลายคาร์บอน:
| ประเภทปฏิกิริยา | สมการทางเคมี | เงื่อนไข |
| การแยกคาร์บอนไดออกไซด์ออกซิเดชันโดยตรง | C + O₂ → CO₂ | ปริมาณออกซิเจนมากเกินไปในเตาเผา |
| การแยกคาร์บอนไดออกไซด์ของCO₂ (ปฏิกิริยาโบดอล) | C + CO₂ → 2CO | ความดันย่อยCO₂สูงในเตาเผา |
| การแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ | C + H₂O → CO + H₂ | จุดน้ำค้างสูง (มีความชื้นสูง) ในเตาเผา |
| การแยกก๊าซไฮโดรเจน | C + 2H₂ → CH₄ | บรรยากาศไฮโดรเจนสูง ช่วงอุณหภูมิจำเพาะ |
ตรรกะหลัก:
ยิ่งอุณหภูมิสูง บรรยากาศออกซิไดซ์ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น (O₂/CO₂/H₂O มากขึ้น) และยิ่งระยะเวลาในการกักเก็บนานขึ้น การสลายตัวของคาร์บอนก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น.คาร์บอนแพร่กระจายจากด้านในของวัสดุฐานสู่พื้นผิว และจากนั้นจะถูก "กิน" โดยบรรยากาศ ก่อให้เกิดการไล่ระดับการแยกคาร์บอนซึ่งจะค่อยๆ ลดลงจากพื้นผิวสู่ด้านใน
หมายเหตุเพิ่มเติม:
อุณหภูมิในกระบวนการชุบสังกะสีเอง (สังกะสีแช่ประมาณ 450 องศา) ค่อนข้างต่ำ และโดยทั่วไป dไม่ก่อให้เกิดการสลายตัวของคาร์บอนอย่างมีนัยสำคัญโดยตรง. ปัญหาการแยกสลายคาร์บอนในท่อชุบสังกะสีส่วนใหญ่มีรากฐานมาจากขั้นตอนการหลอมหรือท่อดำก่อนการชุบสังกะสี
III. ลักษณะของท่อเหล็กชุบสังกะสีแบบแยกคาร์บอน
1. รูปร่างหน้าตาไม่ปกติการเคลือบ
- พื้นผิวปรากฏขึ้น มีสีเข้ม มีสีเทา มีความแวววาวไม่สม่ำเสมอและอาจเกิด “จุดสีเทา” ได้
- การเคลือบอาจจะ หนาและหยาบเกินไปเนื่องจากเฟอร์ไรต์ในชั้นที่แยกคาร์บอนออกนั้นมีอยู่มากและมีปริมาณคาร์บอนต่ำ ส่งผลให้ชั้นโลหะผสมสังกะสีของเหล็ก-เติบโตอย่างควบคุมไม่ได้ (Fe-Zn intermetallic)
- ในกรณีที่รุนแรงการเคลือบได้การยึดเกาะไม่ดีและลอกออก
2. คุณสมบัติทางกลลดลง
- ที่ความแข็งของพื้นผิวลดลง(ชั้นที่แยกคาร์บอนออกจะเป็นเฟอร์ไรต์เป็นหลักซึ่งมีความอ่อนและเหนียว)
- ที่ความต้านทานการสึกหรอลดลงและมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยขีดข่วนระหว่างการใช้งาน
- ความต้านทานแรงดึงและความแข็งแรงครากที่พื้นผิวลดลง ส่งผลต่อความสามารถในการรับน้ำหนักโดยรวม-
3. ลักษณะของโครงสร้างโลหะวิทยา
- เพิร์ลไลต์ในชั้นที่แยกคาร์บอนจะลดลงหรือหายไปเกือบทั้งหมดเป็นเฟอร์ไรต์
- จากพื้นผิวถึงแกนกลาง ปริมาณคาร์บอนจะเพิ่มขึ้นในลักษณะไล่ระดับ
- ชั้นแยกคาร์บอนสมบูรณ์ + ชั้นแยกคาร์บอนบางส่วน (โซนเปลี่ยนผ่าน)
4. ลดความต้านทานการกัดกร่อน
- การป้องกันชั้นสังกะสีในบริเวณที่ผิดปกติ (จุดสีเทา, บริเวณลอก) ล้มเหลว
- กิจกรรมเคมีไฟฟ้าของชั้นที่แยกคาร์บอนออกนั้นแตกต่างจากวัสดุฐาน ส่งผลให้เกิดพฤติกรรมการกัดกร่อนที่ผิดปกติ
5. ปัญหาหลังการประมวลผล-
- ชั้นที่แยกคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นรอยย่นและแตกระหว่างการดัดและการขยายตัว
- ความแข็งของพื้นผิวไม่เพียงพอในระหว่างการประมวลผลเกลียว และรูปร่างของฟันไม่สม่ำเสมอ
IV. วิธีหลีกเลี่ยงการแยกคาร์บอน
1.ควบคุมบรรยากาศเตาหลอม (สำคัญที่สุด)
- ใช้ไนโตรเจน-บรรยากาศป้องกันไฮโดรเจน(N₂ + 5%~15% H₂) คงไว้ลดสภาพแวดล้อมลงเล็กน้อย
- ควบคุมการเคร่งครัดจุดน้ำค้าง(ปกติต้องต่ำกว่า -30 องศา) ช่วยลดไอน้ำ
- ควบคุมปริมาณออกซิเจนและความดันย่อย CO₂ เพื่อหลีกเลี่ยงบรรยากาศออกซิเดชัน,
2. ควบคุมอุณหภูมิและเวลาทำความร้อน
- ในขณะที่ตอบสนองความต้องการการหลอมให้พยายาม ลดอุณหภูมิลง(อัตราการสลายคาร์บอนจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิ)
- ย่อให้เวลาในการถือครองในอุณหภูมิสูง-ส่วนเพื่อลดการแพร่กระจายของคาร์บอนและโอกาสในการเกิดปฏิกิริยา
3. ควบคุมวัตถุดิบและสภาพพื้นผิว
- ในการซื้อเหล็กเส้นต้องให้โรงถลุงเหล็กต้องร่วมควบคุมความลึกของชั้นที่แยกคาร์บอนออก(กำหนดไว้ในสัญญาได้ เช่น น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.05 มม.)
- ลดระดับออกไซด์บนแถบเหล็กเนื่องจากสเกลออกไซด์จะไปกระตุ้นปฏิกิริยาการแยกคาร์บอน
- หลีกเลี่ยงการดองมากเกินไป เนื่องจากการกระตุ้นพื้นผิวมากเกินไปจะทำให้กระบวนการสลายคาร์บอนรุนแรงขึ้นในภายหลัง
4. ปรับการบำบัดก่อน-ให้เหมาะสมก่อนการชุบสังกะสี
- ใช้องค์ประกอบที่เหมาะสมของฟลักซ์ (ฟลักซ์) ซึ่งโดยปกติคือ ZnCl₂ + NH₄Cl ควบคุม pH และความเข้มข้น
- ใช้อุณหภูมิการอบแห้งที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวก่อนที่ท่อเหล็กจะเข้าสู่หม้อสังกะสี
5. การติดตามและตรวจสอบกระบวนการ
- ใช้เป็นประจำวิธีการทางโลหะวิทยาเพื่อตรวจจับความลึกของชั้นแยกคาร์บอน (ตามมาตรฐาน GB/T 224)
- ตรวจสอบพารามิเตอร์บรรยากาศของเตาหลอม (จุดน้ำค้าง ปริมาณออกซิเจน ปริมาณไฮโดรเจน) แล้วบันทึก
- มุ่งเน้นไปที่การควบคุมเหล็กกล้าคาร์บอนสูง- (ยิ่งมีปริมาณคาร์บอนมากเท่าไร การแยกส่วนประกอบคาร์บอนก็จะง่ายขึ้น) โดยมีความเอาใจใส่มากขึ้น
สรุป
โดยสรุป การแยกคาร์บอนออกคือเมื่อคาร์บอนบนพื้นผิวเหล็กถูก "กินออกไป" โดยบรรยากาศที่อุณหภูมิสูงสาเหตุที่แท้จริงอยู่ที่การควบคุมอุณหภูมิและบรรยากาศของเตาหลอม; มีลักษณะเป็นการเคลือบสีเทา การยึดเกาะไม่ดี และพื้นผิวที่อ่อนนุ่ม มาตรการรับมือเป็นแนวทางสาม-ของปกป้องบรรยากาศ + การควบคุมอุณหภูมิ + การควบคุมวัตถุดิบ.
