Как обеспечить коррозионную стойкость сырья для роликовых цепей?
1. Выбор материалов
1.1 Отборная сталь с высокой коррозионной стойкостью
Сталь является основным сырьем для роликовых цепей, и ее коррозионная стойкость напрямую влияет на срок службы и производительность роликовых цепей. Выбор стали с высокой коррозионной стойкостью — это первый шаг к обеспечению коррозионной стойкости.роликовые цепи.
Применение нержавеющей стали: Нержавеющая сталь — одна из наиболее распространенных коррозионностойких сталей. Она содержит определенную долю хрома, который образует на поверхности плотную пленку оксида хрома, предотвращая контакт коррозионной среды с внутренней поверхностью стали. Например, содержание хрома в нержавеющей стали 304 составляет около 18%, что обеспечивает хорошую коррозионную стойкость и подходит для работы в агрессивных средах. В некоторых особых средах, таких как морская вода с высоким содержанием хлорид-ионов, нержавеющая сталь 316 обладает более высокой стойкостью к питтинговой коррозии благодаря добавлению молибдена, и ее коррозионная стойкость примерно на 30% выше, чем у нержавеющей стали 304.
Коррозионная стойкость легированной стали: Легированная сталь может значительно улучшить свою коррозионную стойкость за счет добавления различных легирующих элементов, таких как никель, медь, титан и др. Например, добавление никеля может повысить стабильность пассивирующей пленки стали, а медь — улучшить коррозионную стойкость стали в атмосферной среде. После соответствующей термообработки некоторые высокопрочные легированные стали могут образовывать равномерную оксидную пленку на поверхности, что еще больше повышает их коррозионную стойкость. На примере легированной стали, содержащей никель и медь, скорость ее коррозии в промышленной атмосферной среде составляет всего 1/5 от скорости коррозии обычной углеродистой стали.
Влияние обработки поверхности стали на коррозионную стойкость: Помимо выбора подходящей стали, обработка поверхности также является важным средством повышения коррозионной стойкости стали. Например, на поверхность стали наносится слой цинка, никеля и других металлов с помощью технологии гальванического покрытия, образуя физический барьер, предотвращающий контакт стали с коррозионными средами. Гальванизированный слой обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, и срок его службы может достигать десятилетий. Никелированный слой обладает более высокой твердостью и лучшей износостойкостью, а также может эффективно повысить коррозионную стойкость стали. Кроме того, обработка химической конверсионной пленкой, такая как фосфатирование, может формировать на поверхности стали химическую конверсионную пленку, улучшая коррозионную стойкость и адгезию покрытия к стали.
2. Обработка поверхности
2.1 Цинкование
Цинкование — один из важных методов обработки поверхности стали для роликовых цепей. Покрытие поверхности стали слоем цинка позволяет эффективно повысить её коррозионную стойкость.
Принцип защиты оцинкованного слоя: в атмосферных условиях цинк образует плотную пленку оксида цинка, которая предотвращает контакт стали с коррозионной средой. При повреждении оцинкованного слоя цинк также действует как жертвенный анод, защищая сталь от коррозии. Исследования показали, что коррозионная стойкость оцинкованного слоя может достигать десятилетий, а скорость его коррозии в обычных атмосферных условиях составляет лишь около 1/10 от скорости коррозии обычной стали.
Влияние процесса цинкования на коррозионную стойкость: К распространенным процессам цинкования относятся горячее цинкование, электроцинкование и др. Цинковый слой, образующийся при горячем цинковании, толще и обладает лучшей коррозионной стойкостью, но на поверхности могут возникать некоторые неровности. Электроцинкование позволяет контролировать толщину цинкового слоя, делая поверхность более однородной и гладкой. Например, при использовании процесса электроцинкования толщину цинкового слоя можно контролировать в диапазоне 5-15 мкм, а его коррозионная стойкость сопоставима с стойкостью при горячем цинковании, при этом качество поверхности лучше, что подходит для роликовых цепей с высокими требованиями к поверхности.
Техническое обслуживание и меры предосторожности для оцинкованного слоя: Оцинкованный слой необходимо поддерживать в исправном состоянии во время эксплуатации, чтобы избежать механических повреждений. В случае повреждения оцинкованного слоя его следует своевременно отремонтировать, чтобы предотвратить воздействие коррозионной среды на сталь. Кроме того, в некоторых особых средах, таких как сильнокислотные или щелочные среды, коррозионная стойкость оцинкованного слоя в определенной степени снижается, поэтому необходимо выбирать подходящий процесс оцинковки и последующие защитные меры в соответствии с конкретными условиями окружающей среды.
2.2 Никелирование
Никелирование — ещё один эффективный метод повышения коррозионной стойкости стали роликовых цепей. Никелированный слой обладает хорошей коррозионной и износостойкостью.
Коррозионная стойкость никелевого покрытия: никель обладает стабильными электрохимическими свойствами и способен образовывать устойчивую пассивирующую пленку во многих агрессивных средах, эффективно предотвращая контакт коррозионной среды со сталью. Коррозионная стойкость никелевого покрытия лучше, чем у цинкового, особенно в среде, содержащей хлорид-ионы, и его стойкость к питтинговой коррозии выше. Например, в морской воде, содержащей хлорид-ионы, срок службы никелевого покрытия в 3-5 раз превышает срок службы цинкового покрытия.
Процесс никелирования и его влияние на эксплуатационные характеристики: К распространенным процессам никелирования относятся электролитическое и химическое никелирование. Электролитическое никелирование обладает высокой твердостью и хорошей износостойкостью, но предъявляет высокие требования к плоскостности поверхности подложки. Химическое никелирование позволяет сформировать равномерное покрытие на поверхности непроводящей подложки, а толщина и состав покрытия могут регулироваться с помощью параметров процесса. Например, при использовании процесса химического никелирования на поверхности стали роликовой цепи может быть сформирован слой никеля толщиной 10-20 мкм, твердость которого может достигать более HV700, что обеспечивает не только хорошую коррозионную стойкость, но и высокую износостойкость.
Применение и ограничения никелирования: Никелирование широко используется в роликовых цепях, требующих высокой коррозионной стойкости и износостойкости, например, в химической, пищевой и других отраслях промышленности. Однако процесс никелирования относительно сложен и дорог, а в некоторых сильнокислотных и сильнощелочных средах коррозионная стойкость никелевого покрытия также в определенной степени ограничена. Кроме того, сточные воды, образующиеся в процессе никелирования, должны подвергаться строгой очистке во избежание загрязнения окружающей среды.
3. Процесс термообработки
3.1 Закалка и отпуск
Закалка и отпуск являются ключевым процессом термической обработки сырья для роликовых цепей. Благодаря сочетанию закалки и высокотемпературного отпуска можно значительно улучшить комплексные характеристики стали, тем самым повысив ее коррозионную стойкость.
Роль закалки и выбор параметров: Закалка позволяет быстро охладить сталь, сформировать высокопрочные структуры, такие как мартенсит, и повысить твердость и прочность стали. В качестве закалочной среды для роликовых цепей обычно используются масло и вода. Например, для некоторых среднеуглеродистых легированных сталей закалка в масле позволяет избежать образования закалочных трещин и получить более высокую твердость. Выбор температуры закалки имеет решающее значение, обычно в диапазоне 800–900 °C, а твердость после закалки может достигать HRC45–55. Хотя твердость закаленной стали высока, внутренние остаточные напряжения велики, а ударная вязкость низка, поэтому для улучшения этих свойств требуется высокотемпературный отпуск.
Оптимизация высокотемпературного отпуска: Высокотемпературный отпуск обычно проводится при температуре 500–650 ℃, а время отпуска, как правило, составляет 2–4 часа. В процессе отпуска снимается остаточное напряжение в стали, твердость незначительно снижается, но ударная вязкость значительно повышается, и может быть сформирована стабильная отпущенная трооститовая структура, обладающая хорошими комплексными механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Исследования показали, что коррозионная стойкость стали после закалки и отпуска может быть улучшена на 30–50%. Например, в промышленной атмосферной среде скорость коррозии сырья роликовых цепей, прошедших закалку и отпуск, составляет лишь около 1/3 от скорости коррозии необработанной стали. Кроме того, закалка и отпуск также могут улучшить усталостную прочность стали, что имеет большое значение для длительной эксплуатации роликовых цепей под динамическими нагрузками.
Механизм влияния закалки и отпуска на коррозионную стойкость: Закалка и отпуск улучшают микроструктуру стали, повышают её твердость и ударную вязкость, тем самым увеличивая её сопротивление эрозии под воздействием агрессивных сред. С одной стороны, более высокая твердость может уменьшить механический износ поверхности стали под воздействием агрессивной среды и снизить скорость коррозии; с другой стороны, стабильная организационная структура может замедлить скорость диффузии агрессивной среды и отсрочить возникновение коррозионных реакций. В то же время закалка и отпуск также могут улучшить стойкость стали к водородному охрупчиванию. В некоторых агрессивных средах, содержащих ионы водорода, это может эффективно предотвратить преждевременное разрушение стали из-за водородного охрупчивания.
4. Контроль качества
4.1 Метод испытания на коррозионную стойкость
Испытание на коррозионную стойкость сырья для роликовых цепей является ключевым звеном в обеспечении их качества. Благодаря научным и рациональным методам испытаний можно точно оценить коррозионную стойкость материала в различных средах, что гарантирует надежность продукции.
1. Испытание солевым туманом
Испытание солевым туманом — это метод ускоренного коррозионного воздействия, имитирующий океаническую или влажную среду, и широко используемый для оценки коррозионной стойкости металлических материалов.
Принцип испытания: Образец роликовой цепи помещается в камеру для испытаний в солевом тумане, так что поверхность образца непрерывно подвергается воздействию солевого тумана определенной концентрации. Ионы хлора в солевом тумане ускоряют коррозионную реакцию металлической поверхности. Коррозионная стойкость образца оценивается путем наблюдения за степенью коррозии образца в течение определенного периода времени. Например, в соответствии с международным стандартом ISO 9227, проводится испытание в нейтральном солевом тумане с концентрацией раствора NaCl 5%, температурой около 35°C и временем испытания, обычно составляющим 96 часов.
Оценка результатов: Коррозионная стойкость оценивается на основе таких показателей, как продукты коррозии, глубина точечных повреждений и скорость коррозии на поверхности образца. Для роликовых цепей из нержавеющей стали после 96-часового испытания в солевом тумане глубина точечных повреждений на поверхности должна быть менее 0,1 мм, а скорость коррозии — менее 0,1 мм/год, чтобы соответствовать требованиям эксплуатации в обычных промышленных условиях. Для роликовых цепей из легированной стали после гальванизации или никелирования результаты испытания в солевом тумане должны соответствовать более высоким стандартам. Например, после 96-часового испытания в солевом тумане никелированная роликовая цепь не имеет явной коррозии на поверхности, а глубина точечных повреждений составляет менее 0,05 мм.
2. Электрохимический тест
Электрохимические испытания позволяют глубже понять коррозионную стойкость материалов путем измерения электрохимического поведения металлов в агрессивных средах.
Тест поляризационной кривой: Образец роликовой цепи используется в качестве рабочего электрода и погружается в коррозионную среду (например, 3,5%-ный раствор NaCl или 0,1 моль/л раствор H₂SO₄), после чего его поляризационная кривая регистрируется с помощью электрохимической рабочей станции. Поляризационная кривая может отражать такие параметры, как плотность коррозионного тока и коррозионный потенциал материала. Например, для роликовой цепи из нержавеющей стали 316 плотность коррозионного тока в 3,5%-ном растворе NaCl должна быть менее 1 мкА/см², а коррозионный потенциал должен быть близок к -0,5 В (относительно насыщенного каломельного электрода), что указывает на хорошую коррозионную стойкость.
Электрохимическая импедансная спектроскопия (ЭИС): Метод ЭИС позволяет измерить импеданс переноса заряда и диффузионный импеданс материала в коррозионной среде для оценки целостности и стабильности его поверхностной пленки. Коррозионную стойкость материала можно оценить, анализируя такие параметры, как емкостная дуга и постоянная времени в спектре импеданса. Например, импеданс переноса заряда закаленной и отпущенной стали роликовой цепи должен превышать 10⁴ Ом·см² в тесте ЭИС, что указывает на хороший защитный эффект ее поверхностной пленки.
3. Испытание на погружение
Испытание погружением — это метод коррозионных испытаний, имитирующий реальные условия эксплуатации. Образец роликовой цепи погружают в определенную коррозионную среду на длительное время для наблюдения за его коррозионным поведением и изменениями характеристик.
Условия испытаний: Выберите подходящую коррозионную среду в соответствии с реальными условиями эксплуатации роликовой цепи, например, кислый раствор (серная кислота, соляная кислота и т. д.), щелочной раствор (гидроксид натрия и т. д.) или нейтральный раствор (например, морская вода). Температура испытаний обычно поддерживается на уровне комнатной температуры или диапазона температур, характерных для реальных условий эксплуатации, а время испытаний, как правило, составляет от нескольких недель до нескольких месяцев. Например, роликовые цепи, используемые в химических средах, погружают в 3%-ный раствор H₂SO₄ при температуре 40°C на 30 дней.
Анализ результатов: Коррозионная стойкость оценивается путем измерения таких показателей, как потеря массы, изменение размеров и изменение механических свойств образца. Скорость потери массы является важным показателем степени коррозии. Для роликовых цепей из нержавеющей стали скорость потери массы после 30 дней испытаний на погружение должна быть менее 0,5%. Для роликовых цепей из легированной стали скорость потери массы после обработки поверхности должна быть менее 0,2%. Кроме того, необходимо проверить изменения механических свойств образца, таких как прочность на растяжение и твердость, чтобы убедиться, что он по-прежнему соответствует требованиям эксплуатации в агрессивной среде.
4. Испытание на подвешивание на месте.
Испытание на подвеске на месте эксплуатации заключается в непосредственном воздействии образца роликовой цепи на условия реальной эксплуатации и оценке коррозионной стойкости путем наблюдения за процессом коррозии в течение длительного времени.
Схема испытаний: Выбирается репрезентативная среда реального использования, например, химический цех, морская платформа, предприятие пищевой промышленности и т. д., и образец роликовой цепи подвешивается или закрепляется на оборудовании через определенные интервалы. Продолжительность испытаний обычно составляет от нескольких месяцев до нескольких лет, чтобы обеспечить полное изучение коррозионного поведения образца в реальных условиях.
Регистрация и анализ результатов: Регулярно наблюдайте и тестируйте образцы, регистрируйте такую информацию, как поверхностная коррозия и морфология продуктов коррозии. Например, в условиях химического цеха после 1 года испытаний на висячем положении на поверхности никелированной роликовой цепи не наблюдается явных следов коррозии, в то время как на поверхности оцинкованной роликовой цепи может появиться небольшое количество точечной коррозии. Сравнивая коррозию образцов из разных материалов и с разными процессами обработки в реальных условиях, можно более точно оценить их коррозионную стойкость, что является важной основой для выбора материала и проектирования изделия.
5. Резюме
Обеспечение коррозионной стойкости сырья для роликовых цепей — это системный проект, включающий множество звеньев, таких как выбор материала, обработка поверхности, термообработка и строгий контроль качества. Выбирая подходящие стальные материалы с высокой коррозионной стойкостью, такие как нержавеющая сталь и легированная сталь, и сочетая процессы обработки поверхности, такие как гальванизация и никелирование, можно значительно улучшить коррозионную стойкость роликовых цепей. Закалка и отпуск в процессе термообработки дополнительно повышают комплексные характеристики стали за счет оптимизации параметров закалки и отпуска, что обеспечивает лучшую коррозионную стойкость и механические свойства в сложных условиях.
В сфере контроля качества применение различных методов испытаний, таких как испытание солевым туманом, электрохимические испытания, испытание погружением и испытание на подвеске на месте эксплуатации, обеспечивает научную основу для всесторонней оценки коррозионной стойкости сырья для роликовых цепей. Эти методы испытаний позволяют имитировать различные условия реальной эксплуатации и точно определять коррозионное поведение и изменения характеристик материалов в различных условиях, тем самым обеспечивая надежность и долговечность продукции в реальных условиях применения.
В целом, благодаря скоординированной оптимизации вышеуказанных звеньев, можно эффективно повысить коррозионную стойкость сырья для роликовых цепей, продлить срок их службы и удовлетворить требования к использованию в различных промышленных условиях.
Дата публикации: 16 апреля 2025 г.