Come garantire la resistenza alla corrosione delle materie prime delle catene a rulli?

Come garantire la resistenza alla corrosione delle materie prime delle catene a rulli?

1. Selezione del materiale
1.1 Selezionare acciaio con forte resistenza alla corrosione
L'acciaio è la materia prima principale delle catene a rulli e la sua resistenza alla corrosione influisce direttamente sulla durata e sulle prestazioni delle catene a rulli. La scelta di un acciaio con elevata resistenza alla corrosione è il primo passo per garantire la resistenza alla corrosione dicatene a rulli.
Applicazione dei materiali in acciaio inossidabile: l'acciaio inossidabile è uno degli acciai resistenti alla corrosione più comunemente utilizzati. Contiene una certa percentuale di elementi di cromo, che possono formare una densa pellicola di ossido di cromo sulla superficie per impedire al mezzo corrosivo di entrare in contatto con l'interno dell'acciaio. Ad esempio, il contenuto di cromo dell'acciaio inossidabile 304 è di circa il 18%, il che lo rende dotato di una buona resistenza alla corrosione ed è adatto ad ambienti corrosivi generici. In alcuni ambienti speciali, come l'acqua di mare con un elevato contenuto di ioni cloruro, l'acciaio inossidabile 316 presenta una maggiore resistenza alla vaiolatura grazie all'aggiunta di elementi di molibdeno, e la sua resistenza alla corrosione è circa il 30% superiore a quella dell'acciaio inossidabile 304.
Resistenza alla corrosione degli acciai legati: gli acciai legati possono migliorare significativamente la resistenza alla corrosione dell'acciaio aggiungendo una varietà di elementi di lega, come nichel, rame, titanio, ecc. Ad esempio, l'aggiunta di nichel può migliorare la stabilità del film di passivazione dell'acciaio, mentre il rame può migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio nell'ambiente atmosferico. Dopo un adeguato trattamento termico, alcuni acciai legati ad alta resistenza possono formare un film di ossido uniforme sulla superficie, migliorando ulteriormente la loro resistenza alla corrosione. Prendendo ad esempio un acciaio legato contenente nichel e rame, il suo tasso di corrosione in un ambiente atmosferico industriale è solo 1/5 di quello del normale acciaio al carbonio.
L'effetto del trattamento superficiale dell'acciaio sulla resistenza alla corrosione: oltre alla scelta dell'acciaio più adatto, anche il trattamento superficiale è un importante strumento per migliorarne la resistenza alla corrosione. Ad esempio, uno strato di zinco, nichel e altri metalli viene placcato sulla superficie dell'acciaio tramite la tecnologia di placcatura per formare una barriera fisica che impedisce il contatto con l'acciaio con agenti corrosivi. Lo strato zincato ha una buona resistenza alla corrosione nell'ambiente atmosferico e la sua durata può raggiungere decenni. Lo strato nichelato presenta una maggiore durezza e una migliore resistenza all'usura e può anche migliorare efficacemente la resistenza alla corrosione dell'acciaio. Inoltre, il trattamento di conversione chimica, come la fosfatazione, può formare un film di conversione chimica sulla superficie dell'acciaio per migliorarne la resistenza alla corrosione e l'adesione del rivestimento.

2. Trattamento superficiale
2.1 Zincatura
La zincatura è uno dei metodi più importanti per il trattamento superficiale dell'acciaio delle catene a rulli. Rivestendo la superficie dell'acciaio con uno strato di zinco, è possibile migliorarne efficacemente la resistenza alla corrosione.
Principio di protezione dello strato zincato: lo zinco forma una densa pellicola di ossido di zinco nell'ambiente atmosferico, che può impedire al mezzo corrosivo di entrare in contatto con l'acciaio. Quando lo strato zincato è danneggiato, lo zinco funge anche da anodo sacrificale per proteggere l'acciaio dalla corrosione. Studi hanno dimostrato che la resistenza alla corrosione dello strato zincato può raggiungere decenni e il suo tasso di corrosione in un ambiente atmosferico generale è solo circa 1/10 di quello dell'acciaio ordinario.
Effetto del processo di zincatura sulla resistenza alla corrosione: i processi di zincatura più comuni includono la zincatura a caldo, l'elettrozincatura, ecc. Lo strato di zinco formato dalla zincatura a caldo è più spesso e ha una migliore resistenza alla corrosione, ma possono verificarsi delle irregolarità superficiali. L'elettrozincatura può controllare lo spessore dello strato di zinco per rendere la superficie più uniforme e liscia. Ad esempio, utilizzando il processo di elettrozincatura, lo spessore dello strato di zinco può essere controllato tra 5 e 15 μm e la sua resistenza alla corrosione è paragonabile a quella della zincatura a caldo e la qualità superficiale è migliore, il che è adatto per prodotti per catene a rulli con elevati requisiti superficiali.
Manutenzione e precauzioni dello strato zincato: lo strato zincato deve essere sottoposto a manutenzione durante l'uso per evitare danni meccanici. Se lo strato zincato è danneggiato, deve essere riparato in tempo per evitare che l'acciaio venga esposto al mezzo corrosivo. Inoltre, in alcuni ambienti speciali, come ambienti fortemente acidi o alcalini, la resistenza alla corrosione dello strato zincato può essere compromessa in una certa misura ed è necessario selezionare un processo di zincatura adeguato e le successive misure protettive in base all'ambiente specifico.
2.2 Trattamento di nichelatura
La nichelatura è un altro metodo efficace per migliorare la resistenza alla corrosione dell'acciaio per catene a rulli. Lo strato di nichelatura presenta una buona resistenza alla corrosione e all'usura.
Resistenza alla corrosione della nichelatura: il nichel ha proprietà elettrochimiche stabili e può formare una pellicola di passivazione stabile in molti mezzi corrosivi, impedendo così efficacemente il contatto del mezzo corrosivo con l'acciaio. La resistenza alla corrosione dello strato di nichelatura è migliore di quella dello strato di zinco, soprattutto in un ambiente contenente ioni cloruro, e la sua resistenza alla vaiolatura è maggiore. Ad esempio, in un ambiente marino contenente ioni cloruro, la resistenza alla corrosione dello strato di nichelatura è 3-5 volte superiore a quella dello strato di zinco.
Processo di nichelatura e il suo impatto sulle prestazioni: i processi di nichelatura più comuni includono la galvanica e la nichelatura chimica. Lo strato di nichel galvanico presenta un'elevata durezza e una buona resistenza all'usura, ma richiede elevati requisiti di planarità della superficie del substrato. La nichelatura chimica può formare un rivestimento uniforme sulla superficie di un substrato non conduttivo, e lo spessore e la composizione del rivestimento possono essere regolati tramite parametri di processo. Ad esempio, utilizzando il processo di nichelatura chimica, è possibile formare uno strato di nichelatura con uno spessore di 10-20 μm sulla superficie dell'acciaio per catene a rulli, con una durezza superiore a HV700, che non solo presenta una buona resistenza alla corrosione, ma anche all'usura.
Applicazione e limiti della nichelatura: la nichelatura è ampiamente utilizzata nei prodotti per catene a rulli con elevati requisiti di resistenza alla corrosione e all'usura, come nell'industria chimica, alimentare e in altri settori. Tuttavia, il processo di nichelatura è relativamente complesso e costoso e, in alcuni ambienti fortemente acidi e fortemente alcalini, la resistenza alla corrosione dello strato di nichelatura sarà limitata in una certa misura. Inoltre, le acque reflue generate durante il processo di nichelatura devono essere rigorosamente trattate per evitare l'inquinamento ambientale.

3. Processo di trattamento termico
3.1 Trattamento di tempra e rinvenimento
Il trattamento di tempra e rinvenimento è un processo chiave per il trattamento termico delle materie prime delle catene a rulli. Combinando tempra e rinvenimento ad alta temperatura, è possibile migliorare significativamente le prestazioni complessive dell'acciaio, aumentandone così la resistenza alla corrosione.
Il ruolo della tempra e la selezione dei parametri: la tempra può raffreddare rapidamente l'acciaio, formare strutture ad alta resistenza come la martensite e migliorarne la durezza e la resistenza. Per le materie prime delle catene a rulli, i mezzi di tempra comunemente utilizzati includono olio e acqua. Ad esempio, per alcuni acciai legati a medio tenore di carbonio, la tempra in olio può evitare la formazione di cricche da tempra e ottenere una durezza maggiore. La selezione della temperatura di tempra è fondamentale, generalmente compresa tra 800 °C e 900 °C, e la durezza dopo la tempra può raggiungere HRC45-55. Sebbene la durezza dell'acciaio temprato sia elevata, le tensioni residue interne sono elevate e la tenacità è scarsa, pertanto è necessario un rinvenimento ad alta temperatura per migliorare queste proprietà.
Ottimizzazione del rinvenimento ad alta temperatura: il rinvenimento ad alta temperatura viene solitamente effettuato tra 500°C e 650°C e il tempo di rinvenimento è generalmente di 2-4 ore. Durante il processo di rinvenimento, le tensioni residue nell'acciaio vengono rilasciate, la durezza diminuisce leggermente, ma la tenacità viene notevolmente migliorata e si può formare una struttura troostite temprata stabile, che presenta buone proprietà meccaniche complessive e resistenza alla corrosione. Studi hanno dimostrato che la resistenza alla corrosione dell'acciaio dopo tempra e rinvenimento può essere migliorata del 30%-50%. Ad esempio, in un ambiente atmosferico industriale, il tasso di corrosione delle materie prime delle catene a rulli temprate e rinvenute è solo circa 1/3 di quello dell'acciaio non trattato. Inoltre, la tempra e il rinvenimento possono anche migliorare le prestazioni a fatica dell'acciaio, il che è di grande importanza per l'uso a lungo termine delle catene a rulli sottoposte a carichi dinamici.
Il meccanismo dell'influenza della tempra e del rinvenimento sulla resistenza alla corrosione: la tempra e il rinvenimento migliorano la microstruttura dell'acciaio, ne migliorano la durezza superficiale e la tenacità, aumentandone così la capacità di resistere all'erosione da parte di agenti corrosivi. Da un lato, una maggiore durezza può ridurre l'usura meccanica del mezzo corrosivo sulla superficie dell'acciaio e ridurre la velocità di corrosione; dall'altro, una struttura organizzativa stabile può rallentare la velocità di diffusione del mezzo corrosivo e ritardare il verificarsi di reazioni corrosive. Allo stesso tempo, la tempra e il rinvenimento possono anche migliorare la resistenza dell'acciaio all'infragilimento da idrogeno. In alcuni ambienti corrosivi contenenti ioni idrogeno, possono efficacemente prevenire il cedimento prematuro dell'acciaio dovuto all'infragilimento da idrogeno.

4. Controllo di qualità
4.1 Metodo di prova di resistenza alla corrosione
Il test di resistenza alla corrosione delle materie prime della catena a rulli è un elemento chiave per garantirne la qualità. Attraverso metodi di prova scientifici e rigorosi, è possibile valutare con precisione la resistenza alla corrosione del materiale in diversi ambienti, garantendo così l'affidabilità del prodotto.
1. Test della nebbia salina
Il test in nebbia salina è un metodo di prova accelerato della corrosione che simula un ambiente oceanico o umido ed è ampiamente utilizzato per valutare la resistenza alla corrosione dei materiali metallici.
Principio del test: il campione di catena a rulli viene posizionato in una camera di prova in nebbia salina in modo che la superficie del campione sia costantemente esposta a una determinata concentrazione di nebbia salina. Gli ioni cloruro presenti nella nebbia salina accelerano la reazione di corrosione della superficie metallica. La resistenza alla corrosione del campione viene valutata osservando il grado di corrosione del campione entro un determinato periodo di tempo. Ad esempio, in conformità con la norma internazionale ISO 9227, viene condotto un test in nebbia salina neutra con una concentrazione di nebbia salina di una soluzione di NaCl al 5%, una temperatura controllata a circa 35 °C e un tempo di prova solitamente di 96 ore.
Valutazione dei risultati: la resistenza alla corrosione viene valutata in base a indicatori quali prodotti di corrosione, profondità di vaiolatura e velocità di corrosione sulla superficie del campione. Per le catene a rulli in acciaio inossidabile, dopo un test in nebbia salina di 96 ore, la profondità di vaiolatura superficiale dovrebbe essere inferiore a 0,1 mm e la velocità di corrosione dovrebbe essere inferiore a 0,1 mm/anno per soddisfare i requisiti di utilizzo degli ambienti industriali generali. Per le catene a rulli in acciaio legato, dopo la zincatura o la nichelatura, i risultati del test in nebbia salina dovrebbero soddisfare standard più elevati. Ad esempio, dopo un test in nebbia salina di 96 ore, la catena a rulli nichelata non presenta corrosione evidente sulla superficie e la profondità di vaiolatura è inferiore a 0,05 mm.
2. Test elettrochimico
I test elettrochimici possono fornire una comprensione più approfondita della resistenza alla corrosione dei materiali misurando il comportamento elettrochimico dei metalli in mezzi corrosivi.
Test della curva di polarizzazione: il campione di catena a rulli viene utilizzato come elettrodo di lavoro e immerso in un mezzo corrosivo (come una soluzione di NaCl al 3,5% o una soluzione di H₂SO₄ 0,1 mol/L), e la sua curva di polarizzazione viene registrata da una stazione di lavoro elettrochimica. La curva di polarizzazione può riflettere parametri quali la densità di corrente di corrosione e il potenziale di corrosione del materiale. Ad esempio, per una catena a rulli in acciaio inossidabile 316, la densità di corrente di corrosione in una soluzione di NaCl al 3,5% dovrebbe essere inferiore a 1 μA/cm² e il potenziale di corrosione dovrebbe essere prossimo a -0,5 V (rispetto all'elettrodo a calomelano saturo), il che indica una buona resistenza alla corrosione.
Test di spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS): il test EIS può misurare l'impedenza di trasferimento di carica e l'impedenza di diffusione del materiale nel mezzo corrosivo per valutare l'integrità e la stabilità del suo film superficiale. La resistenza alla corrosione del materiale può essere valutata analizzando parametri come l'arco capacitivo e la costante di tempo nello spettro di impedenza. Ad esempio, l'impedenza di trasferimento di carica dell'acciaio per catene a rulli temprato e rinvenuto dovrebbe essere maggiore di 10⁴Ω·cm² nel test EIS, il che indica che il suo film superficiale ha un buon effetto protettivo.
3. Test di immersione
Il test di immersione è un metodo di prova della corrosione che simula l'ambiente di utilizzo reale. Il campione di catena a rulli viene immerso a lungo in uno specifico mezzo corrosivo per osservarne il comportamento alla corrosione e le variazioni di prestazioni.
Condizioni di prova: selezionare il mezzo corrosivo appropriato in base all'ambiente di utilizzo effettivo della catena a rulli, come una soluzione acida (acido solforico, acido cloridrico, ecc.), una soluzione alcalina (idrossido di sodio, ecc.) o una soluzione neutra (come l'acqua di mare). La temperatura di prova è generalmente controllata a temperatura ambiente o all'intervallo di temperatura di utilizzo effettivo e la durata del test è solitamente compresa tra diverse settimane e diversi mesi. Ad esempio, le catene a rulli utilizzate in ambienti chimici vengono immerse in una soluzione di H₂SO₄ al 3% a 40 °C per 30 giorni.
Analisi dei risultati: la resistenza alla corrosione viene valutata misurando indicatori quali perdita di massa, variazione dimensionale e variazione delle proprietà meccaniche del campione. Il tasso di perdita di massa è un indicatore importante per misurare il grado di corrosione. Per le catene a rulli in acciaio inossidabile, il tasso di perdita di massa dopo 30 giorni di prova di immersione dovrebbe essere inferiore allo 0,5%. Per le catene a rulli in acciaio legato, il tasso di perdita di massa dovrebbe essere inferiore allo 0,2% dopo il trattamento superficiale. Inoltre, è necessario testare anche le variazioni delle proprietà meccaniche del campione, come resistenza alla trazione e durezza, per garantire che possa ancora soddisfare i requisiti di utilizzo in un ambiente corrosivo.
4. Prova di sospensione in loco
Il test di sospensione in loco consiste nell'esporre direttamente il campione di catena a rulli all'ambiente di utilizzo effettivo e valutare la resistenza alla corrosione osservandone la corrosione per un lungo periodo di tempo.
Disposizione del test: selezionare un ambiente di utilizzo reale rappresentativo, come un'officina chimica, una piattaforma offshore, un impianto di trasformazione alimentare, ecc., e appendere o fissare il campione di catena a rulli sull'attrezzatura a intervalli regolari. La durata del test è solitamente di diversi mesi o anni, per garantire che il comportamento alla corrosione del campione nell'ambiente reale possa essere pienamente osservato.
Registrazione e analisi dei risultati: osservare e testare regolarmente i campioni e registrare informazioni come la corrosione superficiale e la morfologia dei prodotti di corrosione. Ad esempio, in un'officina chimica, dopo 1 anno di test di sospensione, non si notano segni di corrosione evidenti sulla superficie della catena a rulli nichelata, mentre sulla superficie della catena a rulli zincata potrebbe comparire una piccola quantità di vaiolatura. Confrontando la corrosione di campioni di diversi materiali e processi di trattamento nell'ambiente reale, è possibile valutarne con maggiore precisione la resistenza alla corrosione, fornendo una base importante per la selezione dei materiali e la progettazione del prodotto.

5. Riepilogo
Garantire la resistenza alla corrosione delle materie prime delle catene a rulli è un progetto sistematico che coinvolge molteplici aspetti, come la selezione dei materiali, il trattamento superficiale, il processo di trattamento termico e rigorosi controlli di qualità. Selezionando materiali in acciaio idonei con elevata resistenza alla corrosione, come acciaio inossidabile e acciaio legato, e combinando processi di trattamento superficiale come zincatura e nichelatura, la resistenza alla corrosione delle catene a rulli può essere notevolmente migliorata. Il trattamento di tempra e rinvenimento nel processo di trattamento termico migliora ulteriormente le prestazioni complessive dell'acciaio ottimizzandone i parametri, in modo da ottenere una migliore resistenza alla corrosione e proprietà meccaniche in ambienti complessi.
In termini di controllo qualità, l'applicazione di vari metodi di prova, come la prova in nebbia salina, la prova elettrochimica, la prova di immersione e la prova di sospensione in loco, fornisce una base scientifica per una valutazione completa della resistenza alla corrosione delle materie prime delle catene a rulli. Questi metodi di prova possono simulare diversi ambienti di utilizzo reali e rilevare con precisione il comportamento alla corrosione e le variazioni di prestazioni dei materiali in diverse condizioni, garantendo così l'affidabilità e la durata del prodotto nelle applicazioni reali.
In generale, attraverso l'ottimizzazione coordinata dei collegamenti sopra indicati, è possibile migliorare efficacemente la resistenza alla corrosione delle materie prime delle catene a rulli, prolungarne la durata utile e soddisfare i requisiti di utilizzo in diversi ambienti industriali.