Vai trò của đồng trong việc cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ

Vai trò của đồng trong thép không gỉ

 

 

Đồng thường có trong thép không gỉ chỉ là một nguyên tố dư. Tuy nhiên, đồng được thêm vào các hợp kim được lựa chọn để cải thiện khả năng chống ăn mòn của các hợp kim cụ thể, đặc biệt là trong các dung dịch nước biển và axit sunfuric.

 

Trong nhiều năm, đồng được xem là một yếu tố bất lợi trong sản xuất thép. Nó được liên kết với "độ giòn nóng" và được nóng chảy ở nhiệt độ được sử dụng trong rèn và lăn, khiến các vật phẩm bị phá vỡ trong quá trình xử lý. Để ngăn chặn đồng được giới thiệu như một yếu tố đi lạc, thường được chăm sóc để tách các bộ phận chứa đồng với một lượng lớn phế liệu được sử dụng trong sản xuất thép.

 

Mặc dù có những mối quan tâm lịch sử này, đồng được sử dụng rộng rãi hơn trong đúc thép không gỉ, một phần vì nó có liên quan đến "khả năng đúc" tốt, khả năng của kim loại nóng chảy chảy qua khuôn và đạt được sự đúc tốt. Trường hợp cho đồng là dương tính với việc đúc và tiêu cực cho hoạt động nóng ít chắc chắn hơn nhiều so với bằng chứng giai thoại sẽ gợi ý, vì một lượng đồng lớn hơn nhiều đã được sử dụng như một yếu tố hợp kim có chủ ý. Tuy nhiên, các tác động tích cực của đồng đối với khả năng chống ăn mòn trong các môi trường cụ thể rõ ràng hơn nhiều.

 

Đồng đã được chứng minh là cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ, đặc biệt là trong môi trường nước biển và axit sunfuric.

Thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn đối với màng thụ động rất ổn định hình thành trên bề mặt của nó khi tiếp xúc với môi trường chứa oxy. Tuy nhiên, ăn mòn rỗ thường được bắt đầu trên hoặc gần các vùi sunfua gần bề mặt.

 

Lưu huỳnh không cố ý thêm vào thép (ngoại trừ một số thép cắt tự do) vì nó có thể gây ra vấn đề trong quá trình gia công. Nếu có mặt với số lượng lớn, nó có thể dẫn đến độ giòn nóng. Do đó, mangan thường được thêm vào để kết hợp với lưu huỳnh để tạo thành các vùi mangan. Miễn là chúng có mặt với số lượng nhỏ và phân tán tinh xảo, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học bị hạn chế. Nếu có mặt với số lượng lớn hơn, chúng có thể được căn chỉnh dọc theo hướng lăn hoặc rèn, dẫn đến độ bền tác động kém theo hướng ngang.

 

Về khả năng chống ăn mòn, bất kỳ vùi nào có trên bề mặt tiếp xúc của thành phần thép không gỉ sẽ không cho phép một lớp oxit crom ổn định hình thành ở đó. Điều này trở thành một trang web lý tưởng để bắt đầu ăn mòn, có thể nhanh chóng tạo thành một hố nơi bao gồm một lần tồn tại.

 

Thêm đồng vào thép không gỉ có tác dụng có lợi thú vị đối với các vị trí ăn mòn rỗ sáng chế này. Sự hòa tan của đồng ở bề mặt dẫn đến sự kết tủa của các hợp chất đồng không hòa tan (CU2S). Điều này đến lượt nó ngăn các loài lưu huỳnh hấp phụ trên bề mặt thép, do đó ức chế sự phát triển của hố hơn nữa. Theo một cách nào đó, đồng cung cấp một hiệu ứng tự phục hồi cho thép không gỉ, không ngăn chặn sự ăn mòn rỗ không bắt đầu tại các điểm yếu trong lớp thụ động, nhưng nó làm chậm hoặc ngăn chặn sự ăn mòn hơn nữa tại các điểm này, ngăn chặn sự ăn mòn có hại hơn.

 

Ngoài các cơ chế trên, đồng cũng được cho là tạo thành một lớp bảo vệ bổ sung (lớp thụ động) trên bề mặt thép không gỉ trong các giải pháp được mô tả trước đây. Đồng sunfua có thể tồn tại ổn định hơn so với sunfua sắt hoặc niken. Do đó, người ta đã đề xuất rằng lớp đồng sunfua có thể bổ sung lớp thụ động oxit crom chính.

 

Ferralium 255 (F61, 1.45 0 7, UNS S32550) có lẽ là ví dụ tốt nhất về việc bổ sung đồng tăng lên. Là thép không gỉ siêu song song ban đầu, nó cung cấp khả năng chống ăn mòn tăng cường trong hơn 50 năm trong các môi trường nghiêm trọng nhất. Nó được phát triển từ một loại đúc có chứa đồng, một trong những lý do là khả năng đúc và hình thức rèn mới giữ lại hàm lượng đồng khoảng 2,0% để đạt được khả năng chống ăn mòn vượt trội trong nước biển và axit sunfuric.

 

Hợp kim 2 0 (2.4660, UNS N08220, AL20, C20, CN7M) là một loại niken hợp kim cao được trích dẫn như một hợp kim khác sử dụng đặc biệt bổ sung đồng để tăng cường khả năng chống ăn mòn trong axit sunfuric, với hàm lượng đồng nằm giữa 3.

 

Đồng cũng được sử dụng trong các loại thép không gỉ carbon thấp hơn như 316CU (một biến thể của hợp kim 316, UNS S31603) và 204CU (biến thể chi phí thấp hơn của hợp kim 304L) để cung cấp cải thiện khả năng chống ăn mòn.