مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
واژه کربن زدایی در لغت به معنای کاهش کربن است. این اصطلاح بیشتر در متالورژی کاربرد دارد و به منظور کاهش میزان کربن در فلزات و اکثرا فولاد است. زمانی که در دماهای 700 درجه سانتی‌گراد یا بیشتر کربن موجود در فلز با گازهای حاوی هیدروژن یا اکسیژن واکنش دهد کربنزدایی در فلزات اتفاق می‌افتد. کربن زادیی برعکس روند کربوریزاسیون است.
کربنزدایی در فلزات
با حذف کربن در فلزات فازهای سخت کاربیدی حذف می‌شوند و فلزها در سطوحی که، با گازهای کربن زدایی در تماس هستند نرم خواهند شد. کربن زدایی می‌تواند مطلوب یا نامطلوب باشد که این موضوع به کاربردی که فلز در آن استفاده می‌شود بستگی دارد. فرآیند کربن زدایی هم می‌تواند در یکی از مراحل تولید به صورت عمدی استفاده شود، هم در یک فرایند، بعنوان عارضه جانبی رخ دهد که باید اثرش را معکوس و یا از آن جلوگیری نمود.
سازوکار فرایند کربن زدایی را می‌توان در سه رویداد شرح داد:
- واکنش در سطح فولاد
- انتشار بینابینی اتم‌های کربن
- انحلال کاربیدها در فولاد
کاهش میزان کاربید یا لایه‌های پرلیت در فولادهای هایپریوتکتوئیدی آنیل شده کروی و افزایش نسبی فریت از ویژگی‌های فرایند کربن زدایی است. در آلیاژهای هایپریوتکتوئیدی غلظت املاح بالاتر از از یوتکتوئید است. چنین آلیاژهایی در فولاد از درصد کربن کمتری برخوردارند. و این آلیاژها در برابر خوردگی مقاومت دارند.
کربنزدایی مجموع کربن زدایی کامل و جزئی است. منظور از کربن زدایی جزئی ناحیه‌ای است که درآن محتوای کربن کاهش یافته اما هنوز کربن در آن ناحیه وجود دارد. و در کربن زدایی کامل، تمام محتوای کربن ناحیه مربوط حذف شده است. عمق کربنزدایی، در طول ارزیابی میکروسکوپی، بر اساس تغییرات ایجاد شده در ریزساختار تعیین می‌گردد (لوبر، 2001-2011).
با توجه به اینکه میزان اکسیژن در کوره‌های خلا یا اتمسفر کم است، محتوای کربن موجود در داخل فلزات نمی‌توانند اکسیده شوند، در نتیجه کربنزدایی در آن‌ها هرگز اتفاق نمی‌افتد یا کمتر رخ می‌دهد.
کربنزدایی با اکسیژن در خلا (VOD)
VOD یک فرایند فولاد ثانویه است که در گذشته به منظور پالایش فولاد ضدزنگ به معنی کاهش محتوای کربن استفاده می‌شد. اما در حال حاظر به صورت گسترده برای تولید فولاد ULC (فوق العاده کم کربن) کاربرد دارد.
فرآیند کربنزدایی در فلزات با اکسیژن در خلا بر اساس اصل لوشاتلیه انجام می‌شود. درون حمام فولاد مذاب، اکسیژن دمیده شده با کربن واکنش داده و کربن مونوکسید تولید می‌گردد. این کربن مونوکسید به سرباره فلز راه یافته و در شرایطی که خلا حفظ می‌شود به طور مداوم CO حذف می‌گردد. این فرایند را تا زمانی که محتوای کربن به میزان مورد نظر ما برسد ادامه می‌دهیم. بر اساس اصل لوشاتیه، هرچه حذف CO بیشتر باشد تولید آن نیز افزایش می‌یابد.
کربنزدایی با استفاده از آرگون و اکسیژن (AOD)
کربنزدایی در فلزات با استفاده از آرگون و اکسیژن نیز در دسته فرآیندهای فولاد ثانویه قرار دارد. در طی این فرآیند شکافته شدن با مخلوطی از اکسیژن و یک گاز بی‌اثر مانند آرگون یا نیتروژن با سرعت مافوق صوت انجام می‌شود. که اکسیژن با کربن وارد واکنش شده و به سرباره راه پیدا می‌کند. هرچقدر در این فرایند به میزان کربن مورد نظر نزدیک‌تر شویم مقدار دمش اکسیژن کاهش و میزان دمش گاز بی اثر، بیشتر می‌شود. در آخر برای واکنش موثر سرباره-فلز و همگن شدن کامل حمام، آرگون دمیده می‌شود.
مقایسه VOD و AOD
در VOD به کمک خلاء، فشار جزئی کربن مونوکسید کاهش می‌یابد اما در فرایند AOD این عملیات توسط گاز بی‌اثر انجام می‌شود. اما هردو روش از اصل لوشاتلیه پیروی می‌کنند.
فرآیند AOD ارزان‌تر و سریع‌تر است و در تولید فولادهای زنگ‌نزن و در کارخانه‌های فولادسازی استفاده می‌شود. اما برای تولید مخلوط فولاد ضدزنگ که سهم کمتری دارد فرایند VOD مناسب است.
فولاد الکتریکی
در تولید فولاد الکتریکی از فرایند کربن زدایی استفاده می‌شود. فولاد الکتریکی در فضایی از بخار آب، نیتروژن و هیدروژن به دلیل جلوگیری از واکنش گازهای اتمسفر با فلز، بازپخت می‌شود. در طی این فرایند از مقادیر ویژه‌ای از هیدروژن و بخار آب، به منظور جلوگیری از اکسیداسیون آهن استفاده می‌شود تا فقط، کربن ماده‌ی واکنش دهنده باشد که تبدیل به مونوکسید کربن می‌شود.
کربنزدایی فولاد ضدزنگ
در فولاد ضدزنگ مواد افزودنی مانند کروم و مولیبدن وجود دارد که از قابلیت اکسیده شدن بالایی برخوردارند. کربن زدایی این فولادها، تنها با هیدروژن خشک انجام می‌شود. هیدروژن خشک بدون محتوای آبی است. در فرایند کربن زدایی فولاد ضدزنگ نمی‌توان از هیدروژن مرطوب به علت وجود محتوای آبی استفاده کرد.
کربن زدایی در فلزات به عنوان یک اثر نامطلوب
زمانی که وجود کربن مطلوب است کربن زدایی غیرعمد برای خواص سطحی محصولات مضر است. این فرایند ممکن است پس از آهنگری، نورد یا هنگام عملیات حرارتی رخ دهد زیرا ماده با توجه به مدت زمان حرارت‌دهی و دما فقط تا عمق مشخصی تحت تأثیر قرار می‌گیرد.
می‌توان برای جلوگیری از این فرایند نامطلوب از روش‌های زیر استفاده نمود:
- اعمال گرمایش مقاومتی برای مدت کوتاه
- کربورسازی ترمیمی
- استفاده از یک اتمسفر با فشار کاهش یافته یا بی اثر
- محدود کردن زمان قرار گرفتن مواد در زیر گرمای زیاد
مواد بدون کربن سطح را می‌توان از طریق آسیاب کردن حذف نمود.
روش جلوگیری از کربن زدایی
برای جلوگیری از کربنزدایی در یک ماده فولادی، بکار بردن مخلوطی از پودر فلزی آلومنیوم و پودر SiC بر روی ماده فولادی، به طوری‌که هر مترمربع از سطح فولاد با 30 تا 500 گرم SiC پوشش داده شود علاوه بر اعمال یک بازدارنده اکسیداسیون روی آن و باعث حرارت دادن نیز می‌شود. همچنین به علت کربنزدایی سطحی، این روش برای جلوگیری از کاهش استحکام مواد فولادی استفاده می‌شود.
بیشتر بخوانید: همه چیز در مورد اسیدشویی فولاد ضدزنگ
