Elementy ze stali węglowej są regularnie poddawane wyżarzaniu lub obróbce cieplnej w atmosferach azotowo-wodorowych w celu zmniejszenia naprężeń, zmiany mikrostruktury i/lub poprawy wyglądu powierzchni na kilka lat. Natężenie przepływu i skład atmosfery używanej do wyżarzania komponentów w piecach są zwykle określane metodą prób i błędów.

Chociaż skład atmosfery azotowo-wodorowej wprowadzanej do pieca nie zmienia się z upływem czasu, prawdziwy potencjał redukcyjny lub utleniający atmosfery wewnątrz pieca zmienia się z czasem w sposób ciągły z powodu wycieków i pochyleń odlewniczych w piecu, desorpcji zanieczyszczeń, takich jak wilgoć powstająca na powierzchni elementów lub rozkład środka smarnego na powierzchni elementów poddawanych wyżarzaniu. 

Wszystkie gatunki stali nierdzewnych są stopami na bazie żelaza ze znaczną zawartością procentową chromu. Zazwyczaj jest to poniżej 30% chromu i powyżej 50% żelaza. Za właściwości nierdzewne odpowiada niewidoczna, przylegająca, ochronna i samoregenerująca się warstwa tlenku chromu (Cr₂O₃) na powierzchni. Stal nierdzewna jest odporna na rdzewienie w temperaturze pokojowej, ale ze względu na obecność chromu i innych pierwiastków stopowych, takich jak tytan i molibden, jest podatna na odbarwienia wskutek utleniania się w podwyższonej temperaturze.

Na zwiększone utlenianie się wpływa m.in. wysoki punkt rosy, duża ilość tlenu, tlenki ołowiu i boru oraz azotki na powierzchni. Jasną stal nierdzewną w zależności od składu należy przetwarzać w atmosferze silnie redukującej z punktem rosy poniżej -40°C i co najmniej 25% wodoru.

Zielony kolor widoczny na częściach ze stali nierdzewnej to tlenek chromu (Cr₂O₃). Tworzy się, gdy w atmosferze pieca znajduje się zbyt dużo tlenu i/lub wilgoci, co zwykle jest spowodowane wyciekiem wody, słabą szczelnością atmosfery lub zbyt niskimi prędkościami przepływu gazu atmosferycznego. Ciemnozielono-brązowy kolor wskazuje na znaczny poziom wolnego tlenu wewnątrz pieca, spowodowany dużym wyciekiem powietrza.

Oprócz tradycyjnych testów stali i miedzi niektóre firmy przepuszczają kawałek stali nierdzewnej przez piec, aby sprawdzić, czy występuje wysoka zawartość wilgoci i tlenu. Lepszym i bardziej precyzyjnym sposobem pomiaru poziomu wilgoci i tlenu jest instalacja analizatora tlenu i miernika punktu rosy. Jest niedrogi i bardzo dokładny. Jeśli na częściach ze stali nierdzewnej tworzy się zielona warstwa tlenkowa, wskazuje to na brak optymalizacji pieca lub atmosfery.

Odcynkowanie jest zwykle definiowane jako wypłukiwanie cynku ze stopów miedzi w roztworze wodnym. W obróbce termicznej mosiądzu (i innych stopów zawierających cynk) odcynkowanie polega na usunięciu cynku z podłoża metalowego podczas procesów termicznych, takich jak lutowanie i wyżarzanie, zwykle ze względu na bardzo niskie ciśnienie pary nasyconej cynku w stopach. Odcynkowanie może prowadzić do nadmiernego zapylenia pieca, tworzenia się stopów oparów cynku z innymi metalami, a w skrajnych przypadkach do utraty właściwości stopu.

Choć eliminacja odcynkowania nie zawsze jest możliwa, można zmniejszyć jego stopień podczas obróbki termicznej. Kontrolowanie temperatury, czasu narażenia na daną temperaturę i potencjału redukcyjnego atmosfery w piecu pomaga zminimalizować odcynkowanie i usprawnić przetwarzanie termiczne. Jednak wyzwaniem może być zrozumienie, które zmienne należy zmienić. Specjaliści branżowi firmy Air Products, mający doświadczenie w obróbce termicznej, mogą pomóc określić zmienne, których regulacja pozwoli obniżyć koszty i zwiększyć produktywność poprzez zminimalizowanie odcynkowania.

Wyżarzanie jasne stali wymaga warunków, które zapewniają redukcję do tlenków stali. Tradycyjnie diagram Ellinghama był używany do przewidywania warunków, które odpowiadają utlenianiu czystych metali lub redukcji ich tlenków. Metodę tę można wykorzystać do przewidywania warunków, które powinny powodować redukcję do tlenków żelaza i tlenków pierwiastków tworzących stop dodawanych do stali, takich jak tlenek chromu w przypadku stali nierdzewnych. To tradycyjne podejście nie jest precyzyjne, ponieważ wykorzystuje się tylko dane termodynamiczne dotyczące czystych metali i ich tlenków, ignorując fakt, że żelazo i dodatki stopowe tworzą stały roztwór. Ponadto można określić jedynie przybliżony stosunek równowagowego ciśnienia cząstkowego wodoru i pary wodnej do utleniania określonego metalu w określonej temperaturze.

Alternatywnie można użyć dokładniejszych i wygodniejszych schematów z danymi dotyczącymi stali i innych stopów, które są tworzone przy pomocy nowoczesnych baz danych i programów komputerowych, takich jak FactSage™ (oprogramowanie termochemiczne i pakiet bazy danych opracowane wspólnie przez firmy Thermfact/CRCT i GTT-Technologies) lub oprogramowanie Thermo-Calc. Korzystając z krzywych utleniania-redukcji, przedstawionych jako punkt rosy atmosfer czystego wodoru lub atmosfer azotowo-wodorowych w porównaniu do temperatury, można szybko wybrać atmosferę do wyżarzania stali bez tworzenia się tlenków. Wykres na rysunku 1 został obliczony przy użyciu FactSage. Na wykresie widać, że krzywe utleniania-redukcji dla systemów Fe-18%Cr i Fe-18%Cr-8%Ni reprezentujących stal nierdzewną są wyższe niż odpowiednie krzywe Cr/Cr₂O₃. W przypadku stopów (np. stali) można uzyskać bardziej precyzyjne obliczenia, korzystając z danych termodynamicznych zarówno z baz danych czystych substancji (tj. czystych metali i tlenków), jak i roztworów. Takie wykresy można stworzyć w oparciu o konkretną stal dla atmosfery o różnych składach.

Metody te mogą pomóc w rozwiązywaniu problemów i optymalizacji operacji wyżarzania poprzez równoważenie zużycia wodoru z jakością produktu.

Rysunek 1: