Časté otázky ohledně zpracování kovů a materiálů

Součásti z uhlíkové oceli byly běžně žíhány nebo tepelně zpracovávány v atmosférách na bázi dusíku a vodíku pro odstranění pnutí, změnu mikrostruktury nebo zlepšení vzhledu povrchu po řadu let. Průtok a složení atmosféry, která má být použita pro žíhání složek v pecích, se obvykle určují na základě pokusů a chyb.

Přestože se složení atmosféry na bázi dusíku a vodíku přiváděného do pece časem nemění, skutečný redukční nebo oxidační potenciál atmosféry uvnitř pece se průběžně mění v důsledku netěsností a průvanů v peci, desorpci nečistot, například vlhkosti z povrchu součástí nebo rozložením maziva přítomného na povrchu žíhaných součástí. 

Všechny třídy nerezových ocelí jsou slitiny na bázi železa s významným podílem chromu. Obvykle nerezové oceli obsahují méně než 30% chromu a více než 50% železa. Jejich nerezové vlastnosti pramení z toho, že se vytváří neviditelný, přilnavý, ochranný a samonegenerační povrchový film oxidu chromitého (Cr₂O₃). Zatímco nerezové oceli jsou rezistentní vůči korozi při pokojové teplotě, jsou náchylné ke změně zabarvení oxidací při zvýšených teplotách v důsledku přítomnosti chromu a dalších legujících prvků, jako jsou titan a molybden.

K faktorům, které přispívají ke zvýšené oxidaci, patří vysoký rosný bod, vysoký obsah kyslíku a oxidů olova, boru a nitridů na povrchu. U lesklých nerezových ocelí je v závislosti na jejich složení zpracovávejte ve vysoce redukční atmosféře s rosným bodem nižším než −40 °C a minimem 25% vodíku.

Zelená barva dílů nerezové oceli je oxid chromový (Cr₂O₃). Tvoří se tam, kde je v atmosféře pece příliš mnoho kyslíku nebo vlhkosti, což je obvykle způsobeno únikem vody, špatnou těsností atmosféry nebo příliš nízkými průtoky plynu z atmosféry. Tmavě zeleno-hnědá barva signalizuje významné úrovně volného kyslíku v peci způsobené velkým průnikem vzduchu.

Kromě tradičních testů na ocel a měď některé společnosti vkládají do pece kus nerezové oceli pro kontrolu vysoké vlhkosti a kyslíku. Lepším a přesnějším způsobem měření vlhkosti a množství kyslíku je instalace analyzátoru kyslíku a měřiče rosného bodu. Je to levný a velmi přesný. Pokud se na vašich částech z nerezové oceli vytváří zelený oxidový film, znamená to, že pec nebo atmosféra nejsou optimalizované.

Dezincifikace se obvykle definuje jako vymývání zinku z mědi ve vodném roztoku. Při tepelném zpracování mosazi (a dalších slitin obsahujících zinek) znamená dezincifikaci odstranění zinku z kovového substrátu během tepelných procesů, jako je pájení a žíhání, obvykle v důsledku velmi nízkého tlaku par zinku ve slitinách. V důsledku odzinkování může dojít k nadměrnému poprášení pece, legování jiných kovů výpary zinku,   a v extrémních případech ke ztrátě vlastností slitiny.

I když eliminace dezincifikace není vždy možná, lze ji během tepelného zpracování snížit. Regulace teploty, času a redukčního potenciálu atmosféry v peci může pomoci minimalizovat dezincifikaci a zlepšit vaše tepelné zpracování. Ovšem pochopení proměnných, které je třeba změnit, může být výzvou. Odborníci Air Products mají zkušenosti s tepelným zpracováním a mohou pomoci určit proměnné, které můžete regulovat, pro snížení nákladů a zlepšení produktivity minimalizací dezincifikace.

Jasné žíhání ocelí vyžaduje podmínky, které se redukují na oxidy oceli. Tradičně se používá k předpovídání podmínek schéma z Ellinghamu, které odpovídá oxidaci čistých kovů nebo redukci jejich oxidů,. Tuto metodu lze použít k předpovědi podmínek, které je třeba redukovat na oxidy železa, a oxidů legujících prvků přidaných do ocelí, jako je oxid chromový v případě nerezové oceli. Tento tradiční přístup není přesný, protože používá termodynamická data pouze pro čisté kovy a jejich oxidy – ignoruje skutečnost, že železo a legující prvky tvoří pevné vazby. Kromě toho lze určit přibližný rovnovážný poměr parciálního tlaku vodíku a vodní páry pro oxidaci konkrétního kovu při určité teplotě.

Případně můžete použít přesnější a pohodlnější schémata pro oceli a jiné slitiny, které jsou vytvořeny s pomocí moderních databází a počítačových programů, jako je FactSage™ (termochemický software a databázový balíček vytvořený společně mezi společnostmi Thermfact/CRCT a GTT-Technologies), nebo software termo-kalkulace. Použitím křivek oxidační redukce, vyjádřených jako rosný bod čistého vodíku nebo dusíku v atmosférách pece, v závislosti na teplotě, můžete rychle vybrat atmosféru pro žíhání oceli bez tvorby oxidů. Schéma na obrázku 1 bylo vypočítáno pomocí systému FactSage. Tento diagram ukazuje, že oxidační/redukční křivky pro systémy nikl-železo s obsahem železa-18 % Cr a Fe-18 % -8 % jsou ty, které odpovídají křivkám Cr/Cr₂O₃. U slitin (např. ocelí) lze dosáhnout přesnějších výpočtů pomocí termodynamických dat jak z čistých látek (tj. z čistých kovů a oxidů), tak z databází řešení. Takovéto diagramy lze vytvořit speciálně pro požadované oceli a rozmanité složení atmosféry.

Tyto metody vám mohou pomoci při řešení potíží a optimalizaci žíhání při vyvažování spotřeby vodíku a kvality produktu.

Obrázek 1:

Průtokoměry musí být správně dimenzovány pro každou konkrétní aplikaci, typ plynu, tlak plynu a provozní rozsah. Nejprve se ujistěte, že je průtokoměr zkalibrován na měrnou hustotu odměřovaného plynu. Zkontrolujte štítek nebo skleněnou trubici průtokoměru nebo se obraťte na výrobce. Zadruhé, používejte průtokoměr pouze při tlaku, pro který byl kalibrován. Jako příklad lze uvést průtokoměr s proměnlivou plochou, kalibrovaný na 5,5 bar a hodnotu 28,3 m³/h, který bude skutečně dodávat 21,5 m³/h, pokud bude provozován při tlaku 2,8 bar. Jedná se o chybu 24 %! Za třetí, pro dosažení nejlepší přesnosti a zajištění prostoru pro nastavení změřte průtokoměr tak, aby normální průtok poklesl na 30 až 70% plného rozsahu stupnice. Tyto tři kroky pomohou zajistit dobrou kontrolu průtoků plynu a v konečném důsledku procesu.

Tradičně jsou vysokotlaké plynové lahve režimem dodávky pro uživatele nízkých až středních objemů technických plynů. To znamená, že společnosti jsou vystaveny bezpečnostním rizikům při manipulaci s vysokotlakovými lahvemi. Pžechod na centralizovaný systém dodávek Microbulk eliminuje nutnost manipulace s lahvemi a snižuje riziko jejich promíchání. Mezi další výhody patří nižší vystavení vysokotlakým nádobám a nižší logistické komplikace při méně častých dodávkách. Air Products vyvinul možnost dodávky Microbulk jako ekonomickou a spolehlivou alternativu vysokotlakých lahví pro dodávky dusíku, argonu, kyslíku a oxidu uhličitého. 

Průmyslové plyny (např. dusík, vodík a argon) pro atmosféry v pecích se vyznačují velmi vysokou čistotou (> 99,995%). Typické úrovně nečistot jsou mnohem menší než 10 objemových dílů kyslíku (ppm) a méně než 3 ppm vlhkosti (rosný bod <- 65 °C). Tato čistota je obvykle dostatečná pro mnoho procesů pokrývajících širokou škálu materiálů. Některé materiály, mohou vyžadovat dodatečné čištění, aby dosáhly ještě nižších úrovní nečistot. V některých závodech jsou jako dodatečné opatření proti nečistotám instalována čisticí zařízení zařazená do potrubí. Přímé čištění obvykle zahrnuje odstranění kyslíku a vlhkosti. Někdy je při dodávce argonu nutné odstranit stopové nečistoty dusíku. Volba čisticího zařízení závisí na plynu a typu a množství nečistot, které mají být odstraněny.