0
04136674922

تشکیل پوسته اکسیدی و پوسته زدایی در فرایند نورد گرم

در طی فرایند نورد گرم، سطح فولاد که در معرض هوا قرار گرفته، با آن واکنش داده و اکسید می شود و در نتیجه آن پوسته اکسیدی تشکیل می شود. تشکیل پوسته اکسیدی به عواملی مانند دما، گرید فولادی، اتمسفر محیط و زمان گرمایش فولاد با دمای بالا بستگی دارد. در فرایند نورد گرم، دو نوع پوسته اکسیدی چسبنده و شکننده به وجود می آید. پوسته های چسبنده را می توان با استفاده از آب فشار بالا (در حدود ۴۵۰ – ۲۰۰ بار) به طور موثری جدا کرد، در حالی که برای حذف پوسته های شکننده و ترد باید با توجه به عملکرد سیستم پوسته زدا و کم کردن فواصل نازل های پوسته زدا از سطح مواد، این کار را انجام داد. ویژگی های نازل و طراحی افشانک ها، نقش مهمی در عملکرد سیستم پوسته زدا دارند.

 

 

 

 

تشکیل پوسته اکسیدی و انواع آن طی فرایند نورد گرم

 

ساختار و رشد پوسته های اکسیدی تشکیل شده به آنالیز شیمیایی فولاد، دما، اتمسفر محیط و زمان گرمایش مواد اولیه بستگی دارد. پوسته اکسیدی از سطح فلز پایه به ترتیب از وستیت (FeO)، مگنتیت (Fe3O4) و هماتیت (Fe2O3) تشکیل شده است. در دماهای زیر ۵۷۰ درجه سانتیگراد، وستیت پایدار نبوده و در این دما فقط هماتیت و مگنتیت وجود دارند در حالی که در دماهای بالاتر از ۵۷۰ درجه سانتیگراد، لایه ای داخلی از جنس وستیت با هماتیت و مگنتیت همراه می شود. با توجه به بررسی های انجام شده، رشد پوسته های اکسیدی در آهن خالص، توسط نفوذ آهن در جاهای خالی وستیت و مگنتیت و همچنین نفوذ اکسیژن در هماتیت کنترل می شود. وستیت با داشتن بیشترین حالت شکل پذیری، مطلوب ترین فاز اکسیدی طی فرایند نورد گرم می باشد.

 

در فرایند اکسیداسیون، غلظت عناصر مشخص موجود در فولاد، در فصل مشترک فلز پوسته اکسیدی تغییر می کند. از آن جایی که در فرایند اکسیداسیون، نفوذ لزوماً فرایندی دو طرفه است، این غنی شدن موضعی می تواند توسط نفوذ به سمت داخل فلزات جبران شود. با توجه به اینکه در شرایط عملی، انباشته شدن عناصر در فصل مشترک فلز پوسته اکسیدی باعث اکسید شدن آن ها با سرعت بیشتری نسبت به نفوذ به سمت داخل فلز می شود، بنابراین فصل مشترک از باقیمانده و اضافه های آلیاژ غنی می شود. برای تعداد کمی از عناصر آلیاژی، شکل پوسته اکسیدی را می توان شرح داد.

 

منگنز

این عنصر، اکسیدهای MnO، Mn2O3 و Mn3O4 را تشکیل می دهد که از لحاظ شکل، مشابه با اکسیدهای آهنی است که از محلول های جامد به وجود می آیند. منگنز، همراه آهن اکسید می شود و به طور قابل ملاحظه ای در پوسته اکسیدی حضور دارد.

 

کروم و آلومینیوم

این عناصر رفتارهای مشابهی طی فرایند اکسیداسیون دارند. این عناصر زمانی که در مقادیر زیادی حضور دارند، می توانند در سطح فلز، لایه های اکسیدی مانند Al2O3 و Cr2O3 را در فصل مشترک فلز پوسته اکسیدی تشکیل دهند که باعث می شود از اکسیداسیون بیشتر فولاد جلوگیری کنند. هر چند در فولادهای کرینی، غلظت آن ها خیلی کمتر از این مقادیر است.

 

نیکل

در فصل مشترک فلز پوسته اکسیدی، نیکل به شکل رشته های فلزی پس زده می شود و این رشته ها، چسبندگی بین پوسته اکسیدی و فلز پایه را ترغیب می کنند.

 

 

 

 

گوگرد

فولادهایی که حاوی گوگرد می باشند، شامل اکسیدهای FeO و MnO و سولفیدهای FeS و MnS و ناخالصی هایی می شوند که می توانند تشکیل مذاب های اکسی سولفیدی بدهند. حداقل دمایی که نیاز است تا این واکنش ها اتفاق بیفتند، به مقدار منگنز موجود در محلول جامد بستگی دارد. مقادیر منگنز به میزان ۰٫۰۰۱ درصد (۱۰ppm) در دمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد و ۱ درصد در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد باعث تشکیل فازی با نقطه ذوب پایین می شود که به خصوص در دماهای بالاتر از ۹۶۰ درجه سانتیگراد می تواند منجر به حمله ترجیحی به مرزدانه ها شود.

 

سیلیسیوم

تاثیر سیلیسیوم (Si) به محدوده دمایی بستگی دارد. پایین تر از دمای ۱۱۷۷ درجه سانتیگراد، وستیت با دی اکسید سیلیسیوم (SiO) واکنش می دهد و تشكيل فاياليت (Fe2SiO4) در فصل مشترک فلز پوسته اکسیدی را می دهد. در مقابل، یک واکنش یوتکتیکی بین وستیت و فایالیت در دمای ۱۱۷۰ درجه سانتیگراد اتفاق می افتد و منجر به تشکیل قازی مذاب شده که این فاز مذاب به طور ترجیحی به مرزدانه ها حمله می کند و باعث چسبندگی شدید پوسته اکسیدی به فلز پایه می شود. در حین فرایند نورد گرم، سه نوع پوسته اکسیدی ممکن است به وجود آید که عبارتند از:

 

۱- پوسته اکسیدی اولیه

۲- پوسته اکسیدی ثانویه

۳- پوسته اکسیدی ثالثیه (مرحله سوم)

 

پوسته اکسیدی اولیه در حین فرایند گرمایش ماده اولیه در کوره های پیشگرم تشکیل می شود. پوسته اکسیدی ثانویه در طی فرایند نورد در محدوده دمایی نورد خشن تشکیل می شود و پوسته اکسیدی ثالثیه (مرحله سوم) در دستگاه کویل تشکیل می شود.

 

منبع: فصلنامه نورد فولاد – نویسندگان: ایمان برون، اسلام پوربندری و ابراهیم یاقوت

 

 

 

 

 

 

 

 

ارسال دیدگاه