Kuidas tagada rullkettide tooraine korrosioonikindlus?
1. Materjali valik
1.1 Valige tugeva korrosioonikindlusega teras
Teras on rullkettide peamine tooraine ja selle korrosioonikindlus mõjutab otseselt rullkettide kasutusiga ja jõudlust. Tugeva korrosioonikindlusega terase valimine on esimene samm keti korrosioonikindluse tagamiseks.rullketid.
Roostevabast terasest materjalide kasutamine: Roostevaba teras on üks levinumaid korrosioonikindlaid teraseid. See sisaldab teatud koguses kroomielemente, mis võivad pinnale moodustada tiheda kroomoksiidi kile, et vältida söövitava keskkonna kokkupuudet terase sisemusega. Näiteks 304 roostevaba terase kroomisisaldus on umbes 18%, millel on hea korrosioonikindlus ja mis sobib üldiseks söövitavaks keskkonnaks. Mõnes erikeskkonnas, näiteks kõrge kloriidioonide sisaldusega mereveekeskkonnas, on 316 roostevabal terasel tänu molübdeenielementide lisamisele tugevam korrosioonikindlus ja selle korrosioonikindlus on umbes 30% kõrgem kui 304 roostevabal terasel.
Legeerterase korrosioonikindlus: Legeerteras võib terase korrosioonikindlust oluliselt parandada mitmesuguste legeerelementide, näiteks nikli, vase, titaani jms lisamisega. Näiteks nikli lisamine võib parandada terase passiivkihi stabiilsust ja vase lisamine võib parandada terase korrosioonikindlust atmosfäärikeskkonnas. Pärast nõuetekohast kuumtöötlust võivad mõned ülitugevad legeerterased pinnale moodustada ühtlase oksiidikihi, mis suurendab veelgi nende korrosioonikindlust. Näiteks niklit ja vaske sisaldava legeerterase korrosioonikiirus tööstuslikus atmosfäärikeskkonnas on vaid 1/5 tavalise süsinikterase korrosioonikiirusest.
Terase pinnatöötluse mõju korrosioonikindlusele: Lisaks sobiva terase valimisele on pinnatöötlus oluline vahend ka terase korrosioonikindluse parandamiseks. Näiteks kantakse terase pinnale galvaniseerimistehnoloogia abil tsingi-, nikli- ja muude metallide kiht, mis moodustab füüsilise barjääri, mis takistab söövitavate keskkondade kokkupuudet terasega. Tsingitud kihil on hea korrosioonikindlus atmosfäärikeskkonnas ja selle korrosioonikindluse eluiga võib ulatuda aastakümneteni. Nikeldatud kihil on suurem kõvadus ja parem kulumiskindlus ning see võib tõhusalt parandada ka terase korrosioonikindlust. Lisaks võib keemilise konversioonikile töötlemine, näiteks fosfaatimine, moodustada terase pinnale keemilise konversioonikile, mis parandab terase korrosioonikindlust ja katte nakkumist.
2. Pinnatöötlus
2.1 Tsinkimine
Tsinkimine on üks olulisi meetodeid rullkettidega terase pinnatöötluseks. Terase pinna katmine tsingikihiga aitab selle korrosioonikindlust tõhusalt parandada.
Tsingitud kihi kaitsepõhimõte: tsink moodustab atmosfäärikeskkonnas tiheda tsinkoksiidkile, mis takistab söövitava keskkonna kokkupuudet terasega. Tsingitud kihi kahjustumisel toimib tsink ka ohverdusanoodina, kaitstes terast korrosiooni eest. Uuringud on näidanud, et tsinkkihi korrosioonikindlus võib ulatuda aastakümneteni ja selle korrosioonikiirus üldises atmosfäärikeskkonnas on vaid umbes 1/10 tavalise terase omast.
Tsinkimisprotsessi mõju korrosioonikindlusele: Levinud tsinkimisprotsesside hulka kuuluvad kuumtsinkimine, elektrotsinkimine jne. Kuumtsinkimise teel moodustunud tsingikiht on paksem ja parema korrosioonikindlusega, kuid pinnal võib esineda ebatasasusi. Elektrotsinkimise abil saab tsingikihi paksust reguleerida, et pind oleks ühtlasem ja siledam. Näiteks elektrotsinkimise abil saab tsingikihi paksust reguleerida vahemikus 5–15 μm, selle korrosioonikindlus on võrreldav kuumtsinkimisega ja pinna kvaliteet on parem, mis sobib kõrgete pinnanõuetega rullketttoodete jaoks.
Tsingitud kihi hooldus ja ettevaatusabinõud: Tsingitud kihti tuleb kasutamise ajal hooldada, et vältida mehaanilisi kahjustusi. Kui tsingikiht on kahjustatud, tuleks see õigeaegselt parandada, et vältida terase kokkupuudet söövitava keskkonnaga. Lisaks mõjutab teatud erikeskkond, näiteks tugev happeline või aluseline keskkond, tsingikihi korrosioonikindlust teatud määral ning vastavalt konkreetsele keskkonnale on vaja valida sobiv tsinkimisprotsess ja sellele järgnevad kaitsemeetmed.
2.2 Nikliga katmine
Nikeldamine on veel üks tõhus meetod rullketi terase korrosioonikindluse parandamiseks. Nikkelkattekihil on hea korrosioonikindlus ja kulumiskindlus.
Niklikihi korrosioonikindlus: Niklil on stabiilsed elektrokeemilised omadused ja see võib paljudes söövitavates keskkondades moodustada stabiilse passiivkihi, takistades seeläbi tõhusalt söövitava keskkonna kokkupuudet terasega. Niklikihi korrosioonikindlus on parem kui tsinkkihil, eriti kloriidioone sisaldavas keskkonnas, ja selle punktkorrosioonikindlus on tugevam. Näiteks kloriidioone sisaldavas mereveekeskkonnas on niklikihi korrosioonikindlus 3–5 korda pikem kui tsinkkihil.
Nikkeldamise protsess ja selle mõju jõudlusele: Levinud nikeldamisprotsesside hulka kuuluvad galvaaniline ja keemiline nikeldamine. Galvaanilisel niklikihil on kõrge kõvadus ja hea kulumiskindlus, kuid sellel on kõrged nõuded aluspinna tasasusele. Keemiline nikeldamine võib moodustada mittejuhtiva aluspinna pinnale ühtlase katte ning katte paksust ja koostist saab protsessiparameetrite abil reguleerida. Näiteks keemilise nikeldamise protsessi abil saab rullketi terase pinnale moodustada 10–20 μm paksuse nikeldamise kihi, mille kõvadus võib ulatuda üle HV700, millel on lisaks heale korrosioonikindlusele ka hea kulumiskindlus.
Nikliga katmise rakendusalad ja piirangud: Niklit kasutatakse laialdaselt rullkettide toodetes, millel on kõrged korrosioonikindluse ja kulumiskindluse nõuded, näiteks keemiatööstuses, toiduainetetööstuses ja muudes tööstusharudes. Nikliga katmise protsess on aga suhteliselt keeruline ja kulukas ning mõnes tugevas happelises ja tugevas leeliselises keskkonnas on nikliga katmise kihi korrosioonikindlus teatud määral piiratud. Lisaks tuleb nikliga katmise käigus tekkivat reovett keskkonnareostuse vältimiseks rangelt puhastada.
3. Kuumtöötlusprotsess
3.1 Karastamine ja noolutamine
Karastamine ja noolutamine on rullkettide tooraine kuumtöötluse võtmeprotsess. Karastamise ja kõrgtemperatuurse noolutamise kombineerimise abil saab terase terviklikke omadusi oluliselt parandada, suurendades seeläbi selle korrosioonikindlust.
Karastamise ja parameetrite valiku roll: Karastamine võimaldab terast kiiresti jahutada, moodustada ülitugevaid struktuure, näiteks martensiiti, ning parandada terase kõvadust ja tugevust. Rullkettide toorainena on tavaliselt kasutatavateks karastuskeskkondadeks õli ja vesi. Näiteks mõnede keskmise süsinikusisaldusega legeerteraste puhul aitab õlikarastamine vältida karastuspragude teket ja saavutada suurema kõvaduse. Karastamistemperatuuri valik on ülioluline, see on tavaliselt vahemikus 800–900 ℃ ja karastamisjärgne kõvadus võib ulatuda HRC45–55-ni. Kuigi karastatud terase kõvadus on kõrge, on sisemine jääkpinge suur ja sitkus halb, seega on nende omaduste parandamiseks vaja karastamist kõrgel temperatuuril.
Kõrgtemperatuurilise karastamise optimeerimine: Kõrgtemperatuurilist karastamist viiakse tavaliselt läbi temperatuuril 500 ℃–650 ℃ ja karastamisaeg on üldiselt 2–4 tundi. Karastamise käigus vabaneb terase jääkpinge, kõvadus väheneb veidi, kuid sitkus paraneb märkimisväärselt ja moodustub stabiilne karastatud troostiidi struktuur, millel on head terviklikud mehaanilised omadused ja korrosioonikindlus. Uuringud on näidanud, et terase korrosioonikindlust pärast karastamist ja karastamist saab parandada 30–50%. Näiteks tööstuslikus atmosfäärikeskkonnas on karastatud ja karastatud rullkettide tooraine korrosioonikiirus vaid umbes 1/3 töötlemata terase omast. Lisaks võib karastamine ja karastamine parandada ka terase väsimuskindlust, mis on väga oluline rullkettide pikaajaliseks kasutamiseks dünaamiliste koormuste all.
Karastamise ja noolutamise mõju korrosioonikindlusele: Karastamine ja noolutamine parandab terase mikrostruktuuri, pinna kõvadust ja sitkust ning seega suurendab selle võimet seista vastu söövitavale keskkonnale. Ühelt poolt võib suurem kõvadus vähendada söövitava keskkonna mehaanilist kulumist terase pinnal ja vähendada korrosioonikiirust; teiselt poolt võib stabiilne organisatsiooniline struktuur aeglustada söövitava keskkonna difusioonikiirust ja edasi lükata korrosioonireaktsioonide teket. Samal ajal võib karastamine ja noolutamine parandada ka terase vastupidavust vesinikhaprusele. Mõnes vesinikioone sisaldavas söövitavas keskkonnas saab tõhusalt ära hoida terase enneaegset purunemist vesinikhapruse tõttu.
4. Kvaliteedikontroll
4.1 Korrosioonikindluse katsemeetod
Rullketi tooraine korrosioonikindluse test on selle kvaliteedi tagamise võtmeelement. Teaduslike ja mõistlike katsemeetodite abil saab materjali korrosioonikindlust erinevates keskkondades täpselt hinnata, pakkudes seeläbi garantiid toote töökindlusele.
1. Soolapihustustest
Soolapihustustest on kiirendatud korrosioonikatse meetod, mis simuleerib ookeani või niisket keskkonda ja mida kasutatakse laialdaselt metallmaterjalide korrosioonikindluse hindamiseks.
Katse põhimõte: Rullketi proov asetatakse soolalahuse katsekambrisse, nii et proovi pind puutub pidevalt kokku teatud kontsentratsiooniga soolalahuse keskkonnaga. Soolalahuses olevad kloriidioonid kiirendavad metallpinna korrosioonireaktsiooni. Proovi korrosioonikindlust hinnatakse, jälgides proovi korrosiooni astet teatud aja jooksul. Näiteks vastavalt rahvusvahelisele standardile ISO 9227 viiakse läbi neutraalse soolalahuse katse 5% NaCl lahusega, temperatuuril umbes 35 °C ja katseajaga, mis on tavaliselt 96 tundi.
Tulemuste hindamine: Korrosioonikindlust hinnatakse selliste näitajate põhjal nagu korrosiooniproduktid, süvendi sügavus ja korrosioonikiirus proovi pinnal. Roostevabast terasest rullkettide puhul peaks pärast 96-tunnist soolapihustustesti pinna süvendi sügavus olema alla 0,1 mm ja korrosioonikiirus alla 0,1 mm aastas, et see vastaks üldise tööstuskeskkonna kasutusnõuetele. Legeerterasest rullkettide puhul peaksid pärast tsinkimist või nikeldamist soolapihustustesti tulemused vastama kõrgematele standarditele. Näiteks pärast 96-tunnist soolapihustustesti ei ole nikeldatud rullketil pinnal ilmseid korrosioone ja süvendi sügavus on alla 0,05 mm.
2. Elektrokeemiline katse
Elektrokeemiline testimine võib anda sügavama arusaama materjalide korrosioonikindlusest, mõõtes metallide elektrokeemilist käitumist söövitavas keskkonnas.
Polarisatsioonikõvera test: rullketi proovi kasutatakse tööelektroodina ja kastetakse söövitavasse keskkonda (näiteks 3,5% NaCl lahusesse või 0,1 mol/l H₂SO₄ lahusesse) ning selle polarisatsioonikõver registreeritakse elektrokeemilise tööjaama abil. Polarisatsioonikõver võib kajastada selliseid parameetreid nagu materjali korrosioonivoolutihedus ja korrosioonipotentsiaal. Näiteks 316 roostevabast terasest rullketi puhul peaks korrosioonivoolutihedus 3,5% NaCl lahuses olema väiksem kui 1 μA/cm² ja korrosioonipotentsiaal peaks olema lähedal -0,5 V-le (küllastunud kalomelelektroodi suhtes), mis näitab head korrosioonikindlust.
Elektrokeemilise impedantsi spektroskoopia (EIS) test: EIS-testiga saab mõõta materjali laenguülekande impedantsi ja difusioonimpedantsi söövitavas keskkonnas, et hinnata selle pinnakihi terviklikkust ja stabiilsust. Materjali korrosioonikindlust saab hinnata impedantsi spektri parameetrite, näiteks mahtuvusliku kaare ja ajakonstandi analüüsimise abil. Näiteks peaks karastatud ja noolutatud rullketi terase laenguülekande impedants EIS-testis olema suurem kui 10⁴Ω·cm², mis näitab, et selle pinnakihil on hea kaitsev toime.
3. Sukeldamistest
Sukeldamiskatse on korrosioonikatse meetod, mis simuleerib tegelikku kasutuskeskkonda. Rullketi näidis kastetakse pikaks ajaks kindlasse söövitavasse keskkonda, et jälgida selle korrosioonikäitumist ja jõudluse muutusi.
Katsetingimused: Valige sobiv söövitav keskkond vastavalt rullketi tegelikule kasutuskeskkonnale, näiteks happeline lahus (väävelhape, vesinikkloriidhape jne), aluseline lahus (naatriumhüdroksiid jne) või neutraalne lahus (näiteks merevesi). Katsetemperatuuri kontrollitakse tavaliselt toatemperatuuril või tegeliku kasutustemperatuuri vahemikus ning katseaeg on tavaliselt mitu nädalat kuni mitu kuud. Näiteks keemilises keskkonnas kasutatavate rullkettide puhul kastetakse need 30 päevaks 40 °C juures 3% H₂SO₄ lahusesse.
Tulemuste analüüs: Korrosioonikindlust hinnatakse selliste näitajate mõõtmise abil nagu proovi massikaotus, mõõtmete muutus ja mehaaniliste omaduste muutus. Massikaotuse määr on oluline näitaja korrosiooni astme mõõtmiseks. Roostevabast terasest rullkettide massikaotuse määr pärast 30-päevast sukeldamiskatset peaks olema alla 0,5%. Legeerterasest rullkettide massikaotuse määr pärast pinnatöötlust peaks olema alla 0,2%. Lisaks tuleks testida ka proovi mehaaniliste omaduste muutusi, nagu tõmbetugevus ja kõvadus, et tagada selle vastavus kasutusnõuetele söövitavas keskkonnas.
4. Kohapealne riputuskatse
Kohapealne riputuskatse seisneb rullketi proovi otseses kokkupuutes tegeliku kasutuskeskkonnaga ja korrosioonikindluse hindamises, jälgides selle korrosiooni pikka aega.
Katsekorraldus: Valige tüüpiline tegelik kasutuskeskkond, näiteks keemiatöökoda, avamereplatvorm, toiduainetetöötlemistehas jne, ja riputage või kinnitage rullketi proov seadmele teatud intervalliga. Katseaeg on tavaliselt mitu kuud kuni mitu aastat, et tagada proovi korrosioonikäitumise täielik jälgimine tegelikus keskkonnas.
Tulemuste registreerimine ja analüüs: Jälgige ja testige proove regulaarselt ning registreerige teavet, näiteks pinna korrosiooni ja korrosioonisaaduse morfoloogia. Näiteks keemiatöökoja keskkonnas ei ole pärast üheaastast riputustesti nikeldatud rullketi pinnal ilmseid korrosioonijälgi, samas kui tsingitud rullketi pinnale võib tekkida väike kogus süvendeid. Erinevate materjalide ja töötlusprotsesside proovide korrosiooni võrdlemisel tegelikus keskkonnas saab selle korrosioonikindlust täpsemalt hinnata, mis on oluline alus materjali valikuks ja toote kujundamiseks.
5. Kokkuvõte
Rullketi tooraine korrosioonikindluse tagamine on süstemaatiline projekt, mis hõlmab mitmeid lülisid, nagu materjali valik, pinnatöötlus, kuumtöötlusprotsess ja range kvaliteedikontroll. Sobivate ja tugeva korrosioonikindlusega terasmaterjalide, näiteks roostevaba terase ja legeerterase, valimise ning pinnatöötlusprotsesside, näiteks tsinkimise ja nikeldamise, kombineerimise abil saab rullkettide korrosioonikindlust oluliselt parandada. Karastamine ja noolutamine kuumtöötlusprotsessis parandavad veelgi terase terviklikku jõudlust, optimeerides karastamis- ja noolutamisparameetreid, et sellel oleks parem korrosioonikindlus ja mehaanilised omadused keerulistes keskkondades.
Kvaliteedikontrolli osas annab mitmesuguste katsemeetodite, näiteks soolalahuse pihustuskatse, elektrokeemilise katse, sukeldamiskatse ja kohapealse rippumiskatse rakendamine teadusliku aluse rullkettide toorainete korrosioonikindluse põhjalikuks hindamiseks. Need katsemeetodid suudavad simuleerida erinevaid tegelikke kasutuskeskkondi ja täpselt tuvastada materjalide korrosioonikäitumist ja jõudluse muutusi erinevates tingimustes, tagades seeläbi toote töökindluse ja vastupidavuse tegelikes rakendustes.
Üldiselt saab ülaltoodud lülide kooskõlastatud optimeerimise kaudu rullketi tooraine korrosioonikindlust tõhusalt parandada, selle kasutusiga pikendada ja täita kasutusnõudeid erinevates tööstuskeskkondades.
Postituse aeg: 16. aprill 2025