В этой статье, состоящей из двух частей, изложены основные положения статьи об электрополировке и представлен анонс презентации Тверберга на конференции InterPhex, которая состоится в конце этого месяца. Сегодня, в первой части, мы обсудим важность электрополировки труб из нержавеющей стали, методы электрополировки и аналитические методы. Во второй части мы представим последние исследования по пассивированным трубам из нержавеющей стали, отполированным механическим способом.
Часть 1: Электрополированные трубки из нержавеющей стали. Фармацевтическая и полупроводниковая промышленность нуждаются в большом количестве электрополированных трубок 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 при использовании газообразной соляной кислоты в качестве травителя.
Позволяет легко характеризовать дефекты поверхности, которые в противном случае были бы скрыты в лабиринте поверхностных аномалий, встречающихся в более распространенных материалах.
Химическая инертность пассивирующего слоя обусловлена ​​тем, что как хром, так и железо находятся в степени окисления 3+ и не являются металлами с нулевой валентностью. Механически полированные поверхности сохраняли высокое содержание свободного железа в пленке даже после длительной термической пассивации азотной кислотой. Уже один этот фактор дает электрополированным поверхностям большое преимущество с точки зрения долговременной стабильности.
Еще одно важное различие между этими двумя типами поверхностей заключается в наличии (на механически отполированных поверхностях) или отсутствии (на электрополированных поверхностях) легирующих элементов. Механически отполированные поверхности сохраняют основной легирующий состав с незначительной потерей других легирующих элементов, в то время как электрополированные поверхности содержат в основном только хром и железо.
Изготовление электрополированных труб. Для получения гладкой электрополированной поверхности необходимо начать с гладкой поверхности. Это означает, что мы используем высококачественную сталь, изготовленную с учетом оптимальной свариваемости. Контроль необходим при плавлении серы, кремния, марганца и раскисляющих элементов, таких как алюминий, титан, кальций, магний и дельта-феррит. Полосу необходимо подвергнуть термообработке для растворения любых вторичных фаз, которые могут образоваться во время затвердевания расплава или в процессе высокотемпературной обработки.
Кроме того, тип обработки поверхности полосы является наиболее важным. В стандарте ASTM A-480 перечислены три доступных на рынке варианта обработки поверхности холодной полосы: 2D (отжиг на воздухе, травление и прокатка с затупленными концами), 2B (отжиг на воздухе, травление валков и полировка валков) и 2BA (яркий отжиг и полировка в защитной атмосфере). (валки).
Профилирование, сварка и регулировка валика должны тщательно контролироваться для получения максимально круглой трубы. После полировки будет виден даже малейший подрез сварного шва или ровная линия валика. Кроме того, после электрополировки будут очевидны следы прокатки, следы прокатки сварных швов и любые механические повреждения поверхности.
После термообработки внутренний диаметр трубы необходимо механически отполировать, чтобы устранить дефекты поверхности, образовавшиеся в процессе формования полосы и трубы. На этом этапе выбор типа полировки становится критически важным. Если складка слишком глубокая, необходимо удалить больше металла с поверхности внутреннего диаметра трубы, чтобы получить гладкую поверхность. Если шероховатость неглубокая или отсутствует, необходимо удалить меньше металла. Наилучшая электрополированная поверхность, обычно с шероховатостью в диапазоне 5 микродюймов или менее, достигается путем продольной ленточной полировки труб. Этот тип полировки удаляет большую часть металла с поверхности, обычно в диапазоне 0,001 дюйма, тем самым удаляя границы зерен, дефекты поверхности и формованные дефекты. Вихревая полировка удаляет меньше материала, создает «мутную» поверхность и обычно обеспечивает более высокое значение Ra (средняя шероховатость поверхности) в диапазоне 10–15 микродюймов.
Электрополировка — это, по сути, обратное нанесение покрытия. Раствор для электрополировки подается по внутреннему диаметру трубки, в то время как катод протягивается через трубку. Металл предпочтительно удаляется с самых выступающих точек поверхности. Цель процесса — «закалить» катод металлом, который растворяется изнутри трубки (т.е. анода). Важно контролировать электрохимические процессы, чтобы предотвратить образование катодного покрытия и поддерживать правильную валентность каждого иона.
В процессе электрополировки на поверхности анода или нержавеющей стали образуется кислород, а на поверхности катода — водород. Кислород является ключевым компонентом, обеспечивающим особые свойства электрополированных поверхностей, как для увеличения глубины пассивирующего слоя, так и для создания истинного пассивирующего слоя.
Электрополировка происходит под так называемым слоем Жаке, представляющим собой полимеризованный сульфит никеля. Любое вещество, препятствующее образованию слоя Жаке, приведет к дефектам электрополированной поверхности. Обычно это ион, такой как хлорид или нитрат, который препятствует образованию 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 соотношения хрома к железу на поверхности. Последующие пассивированные трубки промывали технологической водой, помещали в горячую деионизированную воду, сушили и упаковывали. Если требуется упаковка в чистом помещении, трубки дополнительно промывали в деионизированной воде до достижения заданной проводимости, затем сушили горячим азотом перед упаковкой.
Наиболее распространенными методами анализа электрополированных поверхностей являются оже-электронная спектроскопия (ОЭС) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) (также известная как химическая электронная спектроскопия). В ОЭС электроны, генерируемые вблизи поверхности, создают специфический сигнал для каждого элемента, что позволяет получить распределение элементов по глубине. В РФЭС используются мягкие рентгеновские лучи, которые создают спектры связи, позволяющие различать молекулярные соединения по степени окисления.
Значение шероховатости поверхности, профиль которой похож на внешний вид поверхности, не означает, что внешний вид поверхности точно такой же. Большинство современных профилографов могут сообщать множество различных значений шероховатости поверхности, включая Rq (также известный как RMS), Ra, Rt (максимальная разница между минимальной впадиной и максимальным пиком), Rz (средняя максимальная высота профиля) и ряд других значений. Эти выражения были получены в результате различных расчетов с использованием однократного прохода по поверхности алмазным инструментом. При таком проходе электронно выбирается участок, называемый «отсечкой», и расчеты основываются на этом участке.
Поверхности лучше описываются с помощью комбинаций различных расчетных параметров, 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, в котором определяется значение каждой расчетной функции.
Для получения дополнительной информации обращайтесь к Джону Твербергу, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120. Телефон: 262-642-8210.