Jak zajistit korozní odolnost surovin pro válečkové řetězy?

Jak zajistit korozní odolnost surovin pro válečkové řetězy?

1. Výběr materiálu
1.1 Vyberte ocel se silnou odolností proti korozi
Ocel je hlavní surovinou pro válečkové řetězy a její odolnost proti korozi přímo ovlivňuje životnost a výkon válečkových řetězů. Výběr oceli se silnou odolností proti korozi je prvním krokem k zajištění odolnosti proti korozi.válečkové řetězy.
Použití nerezových materiálů: Nerezová ocel patří mezi běžně používané korozivzdorné oceli. Obsahuje určitý podíl chromu, který na povrchu vytváří hustý film oxidu chromu, čímž zabraňuje kontaktu korozivního média s vnitřní stranou oceli. Například obsah chromu v nerezové oceli 304 je asi 18 %, což má dobrou korozivzdornost a je vhodná pro obecná korozivní prostředí. V některých speciálních prostředích, jako je mořská voda s vysokým obsahem chloridových iontů, má nerezová ocel 316 díky přidání molybdenu silnější odolnost proti bodové korozi a její korozivzdornost je asi o 30 % vyšší než u nerezové oceli 304.
Odolnost legované oceli proti korozi: Legovaná ocel může výrazně zlepšit odolnost oceli proti korozi přidáním různých legujících prvků, jako je nikl, měď, titan atd. Například přidání niklu může zlepšit stabilitu pasivačního filmu oceli a měď může zlepšit odolnost oceli proti korozi v atmosférickém prostředí. Po správném tepelném zpracování mohou některé vysokopevnostní legované oceli vytvořit na povrchu rovnoměrný oxidový film, což dále zvyšuje jejich odolnost proti korozi. Vezměme si jako příklad legovanou ocel obsahující nikl a měď, její rychlost koroze v průmyslovém atmosférickém prostředí je pouze 1/5 rychlosti koroze běžné uhlíkové oceli.
Vliv povrchové úpravy oceli na odolnost proti korozi: Kromě výběru vhodné oceli je povrchová úprava také důležitým prostředkem ke zlepšení odolnosti oceli proti korozi. Například vrstva zinku, niklu a dalších kovů se nanáší na povrch oceli pomocí technologie pokovování, aby se vytvořila fyzická bariéra, která zabraňuje kontaktu korozivních médií s ocelí. Pozinkovaná vrstva má dobrou odolnost proti korozi v atmosférickém prostředí a její životnost proti korozi může dosáhnout desítek let. Poniklovaná vrstva má vyšší tvrdost a lepší odolnost proti opotřebení a může také účinně zlepšit odolnost oceli proti korozi. Kromě toho může chemická konverzní vrstva, jako je fosfátování, vytvořit na povrchu oceli chemickou konverzní vrstvu, která zlepšuje odolnost proti korozi a přilnavost povlaku oceli.

2. Povrchová úprava
2.1 Zinkování
Galvanizace je jednou z důležitých metod povrchové úpravy oceli válečkových řetězů. Potažením ocelového povrchu vrstvou zinku lze účinně zlepšit jeho odolnost proti korozi.
Princip ochrany pozinkované vrstvy: Zinek vytváří v atmosférickém prostředí hustý film oxidu zinečnatého, který může zabránit kontaktu korozivního média s ocelí. Pokud je pozinkovaná vrstva poškozena, zinek také působí jako obětní anoda, která chrání ocel před korozí. Studie ukázaly, že odolnost pozinkované vrstvy proti korozi může dosáhnout desítek let a její rychlost koroze v běžném atmosférickém prostředí je pouze asi 1/10 rychlosti koroze běžné oceli.
Vliv procesu zinkování na odolnost proti korozi: Mezi běžné procesy zinkování patří žárové zinkování, galvanické zinkování atd. Zinková vrstva vytvořená žárovým zinkováním je silnější a má lepší odolnost proti korozi, ale na povrchu se mohou vyskytnout určité nerovnosti. Galvanické zinkování umožňuje regulovat tloušťku zinkové vrstvy, aby byl povrch rovnoměrnější a hladší. Například pomocí procesu galvanického zinkování lze regulovat tloušťku zinkové vrstvy mezi 5-15 μm a její odolnost proti korozi je srovnatelná s žárovým zinkováním a kvalita povrchu je lepší, což je vhodné pro válečkové řetězy s vysokými požadavky na povrch.
Údržba a bezpečnostní opatření týkající se pozinkované vrstvy: Pozinkovanou vrstvu je nutné během používání udržovat, aby se zabránilo mechanickému poškození. Pokud je pozinkovaná vrstva poškozena, měla by být včas opravena, aby se zabránilo vystavení oceli korozivnímu prostředí. Kromě toho v některých specifických prostředích, jako je silně kyselé nebo zásadité prostředí, bude odolnost pozinkované vrstvy proti korozi do určité míry ovlivněna a je nutné zvolit vhodný proces zinkování a následná ochranná opatření podle konkrétního prostředí.
2.2 Niklování
Niklování je další účinnou metodou pro zlepšení odolnosti oceli válečkových řetězů proti korozi. Vrstva niklu má dobrou odolnost proti korozi a opotřebení.
Odolnost niklu proti korozi: Nikl má stabilní elektrochemické vlastnosti a může v mnoha korozivních médiích tvořit stabilní pasivační film, čímž účinně zabraňuje kontaktu korozivního média s ocelí. Odolnost niklové vrstvy proti korozi je lepší než u zinkované vrstvy, zejména v prostředí obsahujícím chloridové ionty, a její odolnost proti bodové korozi je silnější. Například v prostředí mořské vody obsahující chloridové ionty je životnost niklové vrstvy proti korozi 3–5krát delší než u zinkované vrstvy.
Proces niklování a jeho vliv na výkon: Mezi běžné procesy niklování patří galvanické pokovování a chemické niklování. Galvanicky pokovená vrstva niklu má vysokou tvrdost a dobrou odolnost proti opotřebení, ale klade vysoké požadavky na rovinnost povrchu substrátu. Chemické niklování může vytvořit rovnoměrný povlak na povrchu nevodivého substrátu a tloušťku a složení povlaku lze upravit pomocí procesních parametrů. Například použitím procesu chemického niklování lze na povrchu oceli válečkového řetězu vytvořit vrstvu niklování o tloušťce 10-20 μm, jejíž tvrdost může dosáhnout více než HV700, což má nejen dobrou odolnost proti korozi, ale také dobrou odolnost proti opotřebení.
Použití a omezení niklování: Niklování se široce používá u válečkových řetězů s vysokými požadavky na odolnost proti korozi a opotřebení, například v chemickém průmyslu, potravinářském průmyslu a dalších odvětvích. Proces niklování je však poměrně složitý a nákladný a v některých silně kyselých a silně alkalických prostředích je odolnost niklové vrstvy proti korozi do určité míry omezena. Kromě toho je nutné přísně čistit odpadní vodu vznikající během procesu niklování, aby se zabránilo znečištění životního prostředí.

3. Proces tepelného zpracování
3.1 Kalení a popouštění
Kalení a popouštění je klíčovým procesem pro tepelné zpracování surovin pro válečkové řetězy. Kombinací kalení a popouštění za vysokých teplot lze výrazně zlepšit komplexní vlastnosti oceli, a tím i její odolnost proti korozi.
Role kalení a výběr parametrů: Kalení může rychle ochladit ocel, vytvořit vysoce pevné struktury, jako je martenzit, a zlepšit tvrdost a pevnost oceli. Pro suroviny pro válečkové řetězy se běžně používanými kalicími médii používají olej a voda. Například u některých středně uhlíkových legovaných ocelí může kalení v oleji zabránit vzniku trhlin při kalení a dosáhnout vyšší tvrdosti. Volba teploty kalení je klíčová, obvykle se pohybuje mezi 800 °C a 900 °C a tvrdost po kalení může dosáhnout HRC45-55. Přestože je tvrdost kalené oceli vysoká, vnitřní zbytkové napětí je velké a houževnatost nízká, takže pro zlepšení těchto vlastností je nutné popouštění za vysokých teplot.
Optimalizace vysokoteplotního popouštění: Vysokoteplotní popouštění se obvykle provádí mezi 500 ℃ a 650 ℃ a doba popouštění je obecně 2–4 hodiny. Během procesu popouštění se uvolní zbytkové napětí v oceli, tvrdost se mírně sníží, ale houževnatost se výrazně zlepší a může se vytvořit stabilní popouštěná troostitická struktura, která má dobré komplexní mechanické vlastnosti a odolnost proti korozi. Studie ukázaly, že korozní odolnost oceli po kalení a popouštění lze zlepšit o 30 %–50 %. Například v průmyslovém atmosférickém prostředí je rychlost koroze surovin válečkových řetězů, které byly kalené a popouštěné, pouze asi 1/3 rychlosti koroze neošetřené oceli. Kalení a popouštění může navíc také zlepšit únavové vlastnosti oceli, což má velký význam pro dlouhodobé používání válečkových řetězů při dynamickém zatížení.
Mechanismus vlivu kalení a popouštění na odolnost proti korozi: Kalení a popouštění zlepšuje mikrostrukturu oceli, zlepšuje její povrchovou tvrdost a houževnatost, a tím zvyšuje její schopnost odolávat erozi způsobenou korozivními médii. Na jedné straně může vyšší tvrdost snížit mechanické opotřebení korozivního média na povrchu oceli a snížit rychlost koroze; na druhé straně může stabilní organizační struktura zpomalit rychlost difúze korozivního média a oddálit výskyt korozních reakcí. Zároveň může kalení a popouštění také zlepšit odolnost oceli vůči vodíkovému křehnutí. V některých korozivních prostředích obsahujících vodíkové ionty může účinně zabránit předčasnému selhání oceli v důsledku vodíkového křehnutí.

4. Kontrola kvality
4.1 Metoda zkoušení odolnosti proti korozi
Zkouška korozní odolnosti surovin válečkového řetězu je klíčovým článkem pro zajištění jeho kvality. Pomocí vědeckých a rozumných zkušebních metod lze přesně vyhodnotit korozní odolnost materiálu v různých prostředích, čímž se zaručí spolehlivost produktu.
1. Zkouška solnou mlhou
Zkouška solnou mlhou je zrychlená metoda korozních zkoušek, která simuluje oceán nebo vlhké prostředí a je široce používána k hodnocení korozní odolnosti kovových materiálů.
Princip testu: Vzorek válečkového řetězu se umístí do zkušební komory se solnou mlhou tak, aby byl povrch vzorku nepřetržitě vystaven určité koncentraci solné mlhy. Chloridové ionty v solné mlze urychlují korozní reakci kovového povrchu. Odolnost vzorku proti korozi se hodnotí pozorováním stupně koroze vzorku během určitého časového období. Například v souladu s mezinárodní normou ISO 9227 se test v neutrální solné mlze provádí s koncentrací 5% roztoku NaCl, při teplotě kontrolované na přibližně 35 °C a zkušební době obvykle 96 hodin.
Vyhodnocení výsledků: Odolnost proti korozi se hodnotí na základě ukazatelů, jako jsou korozní produkty, hloubka bodové koroze a rychlost koroze na povrchu vzorku. U válečkových řetězů z nerezové oceli by po 96hodinové zkoušce v solné mlze měla být hloubka povrchové bodové koroze menší než 0,1 mm a rychlost koroze by měla být menší než 0,1 mm/rok, aby splňovaly požadavky na použití v běžném průmyslovém prostředí. U válečkových řetězů z legované oceli by po zinkování nebo niklování měly výsledky zkoušky v solné mlze splňovat vyšší standardy. Například po 96hodinové zkoušce v solné mlze nevykazuje poniklovaný válečkový řetěz žádnou zjevnou korozi na povrchu a hloubka bodové koroze je menší než 0,05 mm.
2. Elektrochemický test
Elektrochemické testování může poskytnout hlubší pochopení korozní odolnosti materiálů měřením elektrochemického chování kovů v korozivním prostředí.
Zkouška polarizační křivky: Vzorek válečkového řetězu se použije jako pracovní elektroda a ponoří se do korozivního média (například 3,5% roztok NaCl nebo 0,1mol/l roztoku H₂SO₄) a jeho polarizační křivka se zaznamená elektrochemickou pracovní stanicí. Polarizační křivka může odrážet parametry, jako je hustota korozního proudu a korozní potenciál materiálu. Například u válečkového řetězu z nerezové oceli 316 by hustota korozního proudu v 3,5% roztoku NaCl měla být menší než 1μA/cm² a korozní potenciál by se měl blížit -0,5V (vzhledem k nasycené kalomelové elektrodě), což naznačuje dobrou odolnost proti korozi.
Test elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS): Test EIS umožňuje měřit impedanci přenosu náboje a difuzní impedanci materiálu v korozivním prostředí a vyhodnotit tak integritu a stabilitu jeho povrchového filmu. Odolnost materiálu proti korozi lze posoudit analýzou parametrů, jako je kapacitní oblouk a časová konstanta v impedančním spektru. Například impedance přenosu náboje kalené a popouštěné oceli válečkového řetězu by měla být v testu EIS větší než 10⁴Ω·cm², což naznačuje, že jeho povrchový film má dobrý ochranný účinek.
3. Zkouška ponořením
Ponořovací zkouška je metoda korozních zkoušek, která simuluje skutečné prostředí použití. Vzorek válečkového řetězu se ponoří na dlouhou dobu do specifického korozivního média, aby se pozorovalo jeho korozní chování a změny výkonu.
Zkušební podmínky: Vyberte vhodné korozivní médium podle skutečného prostředí použití válečkového řetězu, například kyselý roztok (kyselina sírová, kyselina chlorovodíková atd.), alkalický roztok (hydroxid sodný atd.) nebo neutrální roztok (například mořská voda). Zkušební teplota se obvykle řídí pokojovou teplotou nebo rozsahem skutečných teplot použití a doba zkoušky je obvykle několik týdnů až několik měsíců. Například válečkové řetězy používané v chemickém prostředí se ponoří do 3% roztoku H₂SO₄ při 40 °C na 30 dní.
Analýza výsledků: Odolnost proti korozi se hodnotí měřením ukazatelů, jako je úbytek hmotnosti, změna rozměrů a změna mechanických vlastností vzorku. Míra úbytku hmotnosti je důležitým ukazatelem pro měření stupně koroze. U válečkových řetězů z nerezové oceli by úbytek hmotnosti po 30 dnech zkoušky ponořením měl být menší než 0,5 %. U válečkových řetězů z legované oceli by úbytek hmotnosti měl být po povrchové úpravě menší než 0,2 %. Kromě toho by měly být testovány i změny mechanických vlastností, jako je pevnost v tahu a tvrdost vzorku, aby se zajistilo, že stále splňuje požadavky na použití v korozivním prostředí.
4. Zkouška zavěšením na místě
Zkouška zavěšením na místě spočívá v přímém vystavení vzorku válečkového řetězu skutečnému prostředí a vyhodnocení jeho odolnosti proti korozi dlouhodobým pozorováním koroze.
Zkušební uspořádání: Vyberte reprezentativní prostředí pro skutečné použití, jako je chemická dílna, plošina na moři, závod na zpracování potravin atd., a v určitých intervalech zavěste nebo upevněte vzorek válečkového řetězu na zařízení. Doba zkoušky je obvykle několik měsíců až několik let, aby bylo možné plně pozorovat korozní chování vzorku v reálném prostředí.
Záznam a analýza výsledků: Vzorky pravidelně pozorujte a testujte a zaznamenávejte informace, jako je povrchová koroze a morfologie korozních produktů. Například v prostředí chemické dílny se po 1 roce zavěšení na povrchu poniklovaného válečkového řetězu neobjevily žádné zjevné stopy koroze, zatímco na povrchu pozinkovaného válečkového řetězu se může objevit malé množství důlkové koroze. Porovnáním koroze vzorků z různých materiálů a procesů zpracování v reálném prostředí lze přesněji vyhodnotit jejich odolnost proti korozi, což poskytuje důležitý základ pro výběr materiálu a konstrukci výrobku.

5. Shrnutí
Zajištění korozní odolnosti surovin válečkových řetězů je systematický projekt, který zahrnuje několik článků, jako je výběr materiálu, povrchová úprava, proces tepelného zpracování a přísná kontrola kvality. Výběrem vhodných ocelových materiálů se silnou korozní odolností, jako je nerezová ocel a legovaná ocel, a kombinací procesů povrchové úpravy, jako je zinkování a niklování, lze výrazně zlepšit korozní odolnost válečkových řetězů. Kalení a popouštění v procesu tepelného zpracování dále zvyšuje komplexní výkon oceli optimalizací parametrů kalení a popouštění, takže má lepší korozní odolnost a mechanické vlastnosti v komplexních prostředích.
Pokud jde o kontrolu kvality, poskytuje vědecký základ pro komplexní hodnocení odolnosti surovin pro válečkové řetězy proti korozi použití různých zkušebních metod, jako je zkouška solnou mlhou, elektrochemická zkouška, zkouška ponořením a zkouška zavěšením na místě. Tyto zkušební metody dokáží simulovat různá reálná prostředí použití a přesně detekovat korozní chování a změny výkonu materiálů za různých podmínek, čímž je zajištěna spolehlivost a trvanlivost produktu v reálných aplikacích.
Obecně lze koordinovanou optimalizací výše uvedených článků efektivně zlepšit odolnost surovin pro válečkové řetězy proti korozi, prodloužit jejich životnost a splnit požadavky na použití v různých průmyslových prostředích.