В этой статье из двух частей суммируются основные положения статьи об электрополировке и дается предварительный обзор презентации Тверберга на InterPhex в конце этого месяца. Сегодня, в Части 1, мы обсудим важность электрополировки труб из нержавеющей стали, методы электрополировки и аналитические методы. Во второй части мы представляем последние исследования пассивированных механически полированных труб из нержавеющей стали.
Часть 1: Электрополированные трубы из нержавеющей стали Фармацевтическая и полупроводниковая промышленность нуждается в большом количестве электрополированных труб из нержавеющей стали. В обоих случаях предпочтительным сплавом является нержавеющая сталь 316L. Иногда используются сплавы нержавеющей стали с 6% молибдена; сплавы C-22 и C-276 важны для производителей полупроводников, особенно когда в качестве травителя используется газообразная соляная кислота.
Легко характеризуйте дефекты поверхности, которые в противном случае были бы замаскированы в лабиринте поверхностных аномалий, встречающихся в более распространенных материалах.
Химическая инертность пассивирующего слоя обусловлена ​​тем, что и хром, и железо находятся в степени окисления 3+ и не являются нульвалентными металлами. Механически полированные поверхности сохраняли высокое содержание свободного железа в пленке даже после длительной термической пассивации азотной кислотой. Этот фактор сам по себе дает электрополированным поверхностям большое преимущество с точки зрения долговременной стабильности.
Другим важным различием между двумя поверхностями является наличие (в механически полированных поверхностях) или отсутствие (в электрополированных поверхностях) легирующих элементов. Механически полированные поверхности сохраняют основной легирующий состав с незначительной потерей других легирующих элементов, тогда как электрополированные поверхности содержат в основном только хром и железо.
Изготовление электрополированных труб Чтобы получить гладкую электрополированную поверхность, нужно начать с гладкой поверхности. Это означает, что мы начинаем с очень высококачественной стали, изготовленной для оптимальной свариваемости. Контроль необходим при плавлении серы, кремния, марганца и раскисляющих элементов, таких как алюминий, титан, кальций, магний и дельта-феррит. Полоса должна быть подвергнута термической обработке для растворения любых вторичных фаз, которые могут образоваться во время затвердевания расплава или образоваться во время высокотемпературной обработки.
Кроме того, тип отделки полосы имеет наибольшее значение. В ASTM A-480 перечислены три коммерчески доступных отделки поверхности холоднокатаной полосы: 2D (отжиг на воздухе, травление и тупая прокатка), 2B (отжиг на воздухе, травление в рулонах и полировка в рулонах) и 2BA (светлый отжиг и полировка в защитной атмосфере).
Профилирование, сварка и регулировка валика должны тщательно контролироваться для получения максимально круглой трубы. После полировки будет виден даже самый незначительный подрез сварного шва или ровная линия валика. Кроме того, после электрополировки будут видны следы прокатки, прокатные узоры сварных швов и любые механические повреждения поверхности.
После термообработки внутренний диаметр трубы должен быть механически отполирован для устранения поверхностных дефектов, образовавшихся во время формирования полосы и трубы. На этом этапе выбор отделки полосы становится критическим. Если сгиб слишком глубокий, с поверхности внутреннего диаметра трубы необходимо удалить больше металла, чтобы получить гладкую трубу. Если шероховатость неглубокая или отсутствует, необходимо удалить меньше металла. Лучшая электрополированная отделка, обычно в диапазоне 5 микродюймов или более гладкая, получается путем продольной полосовой полировки труб. Этот тип полировки удаляет большую часть металла с поверхности, обычно в диапазоне 0,001 дюйма, тем самым удаляя границы зерен, поверхностные несовершенства и образовавшиеся дефекты. Вихревая полировка удаляет меньше материала, создает «мутную» поверхность и, как правило, обеспечивает более высокую Ra (среднюю шероховатость поверхности) в диапазоне 10–15 микродюймов.
Электрополировка Электрополировка — это просто обратное покрытие. Электрополирующий раствор прокачивается по внутреннему диаметру трубки, в то время как катод протягивается через трубку. Металл предпочтительно удаляется с самых высоких точек на поверхности. Процесс «надеется» гальванизировать катод металлом, который растворяется изнутри трубки (т. е. анода). Важно контролировать электрохимию, чтобы предотвратить катодное покрытие и поддерживать правильную валентность для каждого иона.
В процессе электрополировки на поверхности анода или нержавеющей стали образуется кислород, а на поверхности катода — водород. Кислород является ключевым ингредиентом в создании особых свойств электрополированных поверхностей, как для увеличения глубины пассивирующего слоя, так и для создания настоящего пассивирующего слоя.
Электрополировка происходит под так называемым слоем «Жаке», который представляет собой полимеризованный сульфит никеля. Все, что мешает образованию слоя Жаке, приведет к дефектной электрополированной поверхности. Обычно это ион, такой как хлорид или нитрат, который предотвращает образование сульфита никеля. Другими мешающими веществами являются силиконовые масла, смазки, воски и другие длинноцепочечные углеводороды.
После электрополировки трубки промывали водой и дополнительно пассивировали в горячей азотной кислоте. Эта дополнительная пассивация необходима для удаления остатков сульфита никеля и улучшения поверхностного соотношения хрома к железу. Последующие пассивированные трубки промывали технической водой, помещали в горячую деионизированную воду, высушивали и упаковывали. Если требуется упаковка в чистом помещении, трубки дополнительно промывали в деионизированной воде до достижения заданной проводимости, затем высушивали горячим азотом перед упаковкой.
Наиболее распространенными методами анализа электрополированных поверхностей являются электронная оже-спектроскопия (AES) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) (также известная как электронная спектроскопия химического анализа). AES использует электроны, генерируемые вблизи поверхности, для генерации определенного сигнала для каждого элемента, что дает распределение элементов по глубине. XPS использует мягкие рентгеновские лучи, которые создают спектры связывания, позволяя различать молекулярные виды по степени окисления.
Значение шероховатости поверхности с профилем поверхности, аналогичным внешнему виду поверхности, не означает тот же внешний вид поверхности. Большинство современных профилировщиков могут сообщать о многих различных значениях шероховатости поверхности, включая Rq (также известный как RMS), Ra, Rt (максимальная разница между минимальным впадиной и максимальным пиком), Rz (средняя максимальная высота профиля) и несколько других значений. Эти выражения были получены в результате различных расчетов с использованием одного прохода вокруг поверхности алмазным пером. В этом обходе часть, называемая «срезом», выбирается электронным способом, и расчеты основываются на этой части.
Поверхности можно лучше описать с помощью комбинаций различных расчетных значений, таких как Ra и Rt, но не существует единой функции, которая могла бы различать две разные поверхности с одинаковым значением Ra. ASME публикует стандарт ASME B46.1, который определяет значение каждой расчетной функции.
Для получения дополнительной информации обращайтесь: Джон Тверберг, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Телефон: 262-642-8210.