کربن زدایی چیست؟ انواع کربن زدایی در فولاد-کربن زدایی جزئی-کربن زدایی کلی

کربن زدایی

کربن‌ زدایی (decarbonization) مخالف روند کربوریزاسیون است. به عبارتی کاهش مقدار کربن ماده.

این اصطلاح بطور معمول در متالورژی استفاده می‌شود. و کاهش کربن در فلزات (معمولاً فولاد) را توصیف می‌کند. کربن‌زدایی زمانی اتفاق می‌افتد که کربن موجود در فلز با گازهای حاوی اکسیژن یا هیدروژن (گازهای کربن‌زدایی). در دماهای 700 درجه سانتی‌گراد یا بالاتر واکنش دهد. حذف کربن باعث حذف فازهای سخت کاربیدی می‌شود. و در نتیجه فلزها در سطوحی که در تماس با گازهای کربن‌زدایی هستند، نرم می‌شوند.

کربن‌زدایی نسبت به کاربردی که فلز در آن استفاده می‌شود، می‌تواند مطلوب یا نامطلوب باشد. بنابراین این فرایند، فرآیندی است که هم می‌تواند به صورت عمدی در یکی از مراحل فرایند تولید استفاده شود. هم به عنوان عارضه جانبی یک فرایند اتفاق افتاده باشد (مانند نورد کردن). که باید از آن جلوگیری کرد یا اثرش را معکوس کرد (مانند مرحله کاربورسازی).

مکانیسم فرایند کربن‌زدایی را می‌توان با سه رویداد متمایز توصیف نمود.

واکنش در سطح فولاد

انتشار بینابینی اتم‌های کربن

انحلال کاربیدها در فولاد

از جمله ویژگی‌های کربن‌زدایی افزایش نسبی فریت (هیدروکسین آهن) و کاهش مقدار کاربید یا لایه‌های پرلیت در فولادهای هایپریوتکتوئیدی آنیل شده کروی است.

آلیاژهای هایپریوتکتوئیدی آلیاژهایی هستند که غلظت املاح در آنها بیشتر از یوتکتوئید است. در فولاد، چنین آلیاژهایی درصد کربن کمتری دارند. آلیاژهای هایپریوتکتوئید در برابر خوردگی مقاوم هستند.

کربن زدایی مجموع کربن‌زدایی جزئی و کامل است. کربن‌زدایی کامل مربوط به ناحیه‌ای است که تقریباً تمام محتوای کربن آن حذف می‌گردد. کربن‌زدایی جزئی مرتبط با ناحیه‌ای است که در آن کاهش محتوای کربن اتفاق افتاده اما هنوز میکروسکوپی. عمق کربن‌زدایی بر اساس تغییر در ریزساختار تعیین می‌شود (لوبر، 2001-2011). لایه‌های مرزی کربن‌زدایی شده (با عمق معمولی چند صدم تا دهم میلی‌متر) نرم هستند و ممکن است نیاز شود که برداشته شوند.

از آنجایی که مقدار اکسیژن در اتمسفر یا کوره‌های خلا کم است. در نتیجه محتوای کربن داخل فلزات نمی‌توانند اکسیده شوند، بنابراین کربن‌زدایی در آنها کمتر اتفاق می‌افتد یا اصلاً اتفاق نمی‌افتد.

واکنش‌های شیمیایی

VOD

یک فرایند فولاد ثانویه (به هر فرایندی می‌گویند که پس از ساخت اولیه فولاد انجام می‌شود. فولاد ثانویه عموماً گزینه ارزان‌تری نسبت به فولاد اولیه است). که قبلاً برای پالایش فولاد ضدزنگ یعنی کاهش محتوای کربن استفاده می‌شد. اکنون به طور گسترده برای تولید فولاد ULC (فوق العاده کم کربن) استفاده این فرآیند براساس اصل لوشاتلیه انجام می‌گیرد.

اکسیژن دمیده شده درون حمام فولاد مذاب با کربن واکنش می‌دهد و باعث تولید کربن مونوکسید می‌شود. کربن مونوکسید تولیدی به سرباره فلز راه می‌یابد. و از آنجایی که شرایط خلأ حفظ می‌شود CO به طور مدام حذف می‌شود. (اصل لوشاتلیه: هر چه حذف کربن مونوکسید بیشتر باشد تولید مونوکسید کربن هم بیشتر می‌شود). این فرایند را تا جایی ادامه می‌دهیم که محتوای کربن به مقدار مد نظر ما برسد.

AOD

این فرآیند نیز جزو فرایندهای فولاد ثانویه است. در این فرآیند شکافته شدن با سرعت مافوق صوت با مخلوطی از اکسیژن و یک گاز بی اثر (نیتروژن یا آرگون) انجام می‌شود. باید بیان نمود که در اینجا نیز اکسیژن با محتوای کربن واکنش داده است و به سرباره راه می‌یابد. در این فرآیند هرچقدر به مقدار مدنظر کربن نزدیک‌تر می‌شویم. میزان دمش اکسیژن کاهش و میزان دمش گاز بی اثر افزایش می‌یابد. و در انتها برای همگن شدن کامل حمام و واکنش مؤثر سرباره-فلز، آرگون دمیده می‌شود.

تفاوت‌ها و شباهت‌ها

در فرایند VOD فشار جزئی کربن مونوکسید به کمک خلاء کاهش دهی می‌شود. ولی در فرایند AOD این عمل به کمک گاز بی‌اثر انجام می‌گیرد. اما در نهایت هر دو روش پالایش بر اساس اصل لوشاتلیه انجام می‌گیرند.

فرایند AOD سریع و ارزان است. امروزه AOD در کارخانه‌های فولادسازی در تولید فولادهای زنگ نزن بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع، فرآیند VOD به ویژه برای تولید مخلوط فولاد ضدزنگ که سهم کمتری دارد مناسب است.

فولاد برق

فولاد الکتریکی یکی از موادی است که در تولید آن از فرایند کربن زدایی استفاده می‌شود. برای جلوگیری از واکنش گازهای اتمسفر با خود فلز، فولاد الکتریکی در فضایی از نیتروژن، هیدروژن و بخار آب بازپخت می‌شود. در این فرایند برای جلوگیری از اکسیداسیون آهن از مقادیر ویژه‌ای از هیدروژن و بخار آب استفاده می‌شود. تا تنها ماده واکنش دهنده کربن باشند که به مونوکسید کربن تدبیل می‌شود.

فولاد ضدزنگ

فولاد ضدزنگ حاوی مواد افزودنی است که قابلیت اکسیده شدن بالایی دارند. مانند کروم و مولیبدن، کربن‌زدایی چنین فولادهایی فقط در واکنش با هیدروژن خشک قابل انجام است. هیدروژن خشک، برخلاف هیدروژن مرطوب که به گونه‌ای تولید می‌شود که دارای مقداری آب باشد، هیدروژن محتوای آبی ندارد. که باعث می‌شود نتوان از هیدروژن مرطوب در فرایند کربن زدایی فولادهای ضد زنگ استفاده کرد محتوای آبی موجود در آن است.

به عنوان یک اثر نا مطلوب

کربن‌زدایی غیر عمد می‌تواند برای خواص سطحی محصولات (جایی که وجود کربن مطلوب است) نامطلوب باشد. این فرایند ممکن است در طی عملیات حرارتی یا پس از نورد یا آهنگی اتفاق بیافتد. زیرا ماده تنها تا عمق معینی با توجه به دما و مدت زمان حرارت‌دهی تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

از جمله روش‌های جلوگیری از این فرایند نامطلوب می‌توان به استفاده از یک اتمسفر بی اثر یا با فشاری که کاهش می‌یابد. اعمال گرمایش مقاومتی برای مدتی کوتاه، محدود کردن زمان قرار گرفتن مواد در زیر گرمای زیاد، که در کوره راهپیمایی نیز از آن استفاده می‌شود. یا کربورسازی ترمیمی که، از یک اتمسفر هیدروکربنی برای انتقال کربن به سطح مواد در طول بازپخت استفاده می‌کند، اشاره نمود. مواد بدون کربن سطح را می‌توان با آسیاب کردن نیز حذف کرد.

یک روش جلوگیری

یک روش جلوگیری از کربن زدایی در یک ماده فولادی شامل استفاده از مخلوطی از پودر SiC و پودر فلزی آلومینیوم. روی ماده فولادی علاوه بر اعمال یک بازدارنده اکسیداسیون روی آن و حرارت دهی به آن می‌باشد. به گونه‌ای که هر متر مربع از سطح فولاد با 30 تا 300 گرم SiC پوشش دهی شود. روش حاضر به ویژه برای جلوگیر از کاهش استحکام مواد فولادی به دلیل کربن‌زدایی سطحی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای پیدا کردن مکان فعالیت استیل دی بر روی کلمه (نقشه) کلید نمایید

استیل دی –Steel day

02166396590– 09922704358

آدرس دفتر مرکزی: تهران – جاده قدیم کرج – بعد از کارخانه شیرپاستوریزه – فتح سیزدهم – مجتمع پایتخت- واحد C9

ارتباط با ما در شبکه های اجتماعی (با کلیک بر روی لینک های زیر به ما بپیوندید)

https://t.me/steel_day تلگرام

https://www.instagram.com/steel_day.ir اینستاگرام