AT142090B

AT142090B - Verfahren zur Verringerung der Rostneigung von Stahl oder Gußeisen.

Info

Publication number: AT142090B
Authority: AT
Original assignee: Ver Stahlwerke Ag
Priority date: 1929-05-11
Filing date: 1930-04-29
Publication date: 1935-06-11
Also published as: US2013600A; FR755817A; GB360926A; US2053846A; DK47773C; DK47856C; AT146170B; GB424781A

Description

Verfahren zur Verringerung der Rostneigung Von Stahl oder Gusseisen.

Es ist bekannt. dass ein Zusatz von Kupfer zum Stahl und Gusseisen in Mengen von 0'2 bis 0-3%.. in manchen Fällen auch mehr. die Rostneigung an der Atmosphäre und in sauren Wässern stark herabsetzt.

Trotz umfassender Arbeiten auf diesem Gebiete war jedoch bisher die Wirkungsweise des Kupfers bzw. der durch seine Gegenwart den Korrosionsverlauf beeinflussende Reaktionsmeehanismus noch nicht einwandfrei festgestellt und der erhöhte Korrosionswiderstand in neutralem (Fluss-und See-) Wasser noch umstritten.

Versuche haben nun ergeben, dass die den Rostvorgang hemmende Wirkung eines Kupferzusatzes zum Stahl bzw. Gusseisen grundsätzlich auf folgenden Zusammenhängen beruht. Infolge des Sauerstoffgehaltes der mit atmosphärischer Luft in Berührung stehenden, als Korrosionsmittel dienenden Wässer
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stanten Sauerstoff-oder Oxydationspotentiales ist ein Mass für die oxydierende Kraft des betreffenden Korrosionsmittels. Unter dem Einflusse dieser Oxydationskraft des Korrosionsmittels wird Kupfer neben Eisen oxydiert. Die Bedeutung dieses Oxydationspotentials für das Korrosionsverhalten kupferhaltigen Stahles oder Gusseisens besteht darin. dass das im Stahl oder Gusseisen gelöst vorliegende Kupfer in Form von Kupferionen in Lösung geht.

Die auf diese, Weise entstehenden Kupferionen werden dann infolge der Gegenwart des Eisens sofort wieder als Kupferniedersehlag gefällt und auf dem Eisen festgehalten. Je nach dem für den Entladungs-und Kristallisationsvorgang der Kupferionen massgebenden Verhältnisse kommt es so zur Ausbildung einer mehr oder weniger zusammenhängenden und deckenden Kupfer-bzw. Kupferoxydschiehte, wie es im destillierten Wasser, Regenwasser und beim Rosten an der Atmosphäre der Fall ist, oder zu einem Niederschlag von Schwammkupfer, wie in verdünnten wässerigen Salzlosungen zu beobachten ist.

Durch das in pulveriger Form ausgeschiedene Kupfer erhalten die während des Korrosioi) svorganges entstehenden Ferroferrioxydhydrate oder, wie es während des Rostens in Seewasser der Fall ist, die aus Magnesiumhydroxyd und Oxydhydraten des Eisens bestehenden Korrosionprodukte erhöhte Haftfähigkeit. Da sie im Laufe der Zeit zu einer gipsartig festen und wasserundurchlässigen Schichte erhärten, verringert sich naturgemäss in dem Masse, in dem die Oberfläche dem Angriff des Wassers entzogen wird, die Neigung des Stahles oder Gusseisens zum Rosten.

Die Ausscheidung eines Metalles während des Rostvorganges von Eisen mit nachfolgender Bildung
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vielmehr scheidet sich jedes Metall oder metalloxid, desen elektrolytisches Potential unedler als das Oxydationspotential des Korrosionsmittels und edler als das elektrolytische Potential des Eisens ist. auf dem Stahl oder Gusseisen aus und erhöht dadurch, dass das in pulveriger Form ausgeschiedene Element die entstehenden Hydroxydsehichten durchsetzt, die Haftfähigkeit, Festigkeit und Wasserundurchlässigkeit der Schutzschichten. Solche Elemente sind Arsen und Antimon.

Durch Zusatz dieser Metalloide lassen sich daher ähnliche Wirkungen wie durch den Kupferzusatz erzielen, indem bereits bei Gehalten von 0. 05% dieser Elemente oder, falls mehrere der obengenannten Zusätze vorhanden sind, insgesamt von mindestens 0'05% die obenbeschriebenen Erscheinungen mit nachfolgender Ausbildung der undurchlässigen Oxydhydratschichten auftreten. Nach oben hat der Zusatz der genannten Metalloide bezüglich
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anzuwenden.

Ein anderes Metall, das ähnliche elektrochemische Eigenschaften besitzt, ist das Nickel. Beim Zusatz dieses Metalles allein bestehen aber störende Nebenerscheinungen, die die Abscheidung von Nickel verhindern. Durch die gleichzeitige Gegenwart von Antimon oder Arsen, einzeln oder gemeinsam. gegebenenfalls mit Kupfer kombiniert, neben Nickel werden diese Nebenerscheinungen aber unterdrückt. so dass auch in diesem Falle sieh eine Schutzschicht bilden kann. Man kann also den an sich schon bestehenden besseren Rostwiderstand der nickelhaltigen Stähle und Gusseisensorten durch Zusatz von Antimon oder Arsen, einzeln oder gemeinsam, gegebenenfalls mit Kupfer kombiniert, erhöhen. Dieser Zusatz übt auch bereits bei Gehalten von 0-2 bis 5% die obengenannten Wirkungen aus.

Der Nickelzusatz bewirkt bis zu 10% eine merkliche Steigerung der Beständigkeit.

Die gleiche Wirkung kann durch alle Legierungszusätze erreicht werden, deren elektrolytisehes Potential unedler als das konstante Oxydationspotential des Korrosionsmittels (Eh = 0-5 Volt). aber edler als das elektrolytische Potential des Stahles oder Gusseisens ist und die während des Korrosionsvorganges zur Bildung einer festhaftenden Schichte führen.

Günstige Ergebnisse werden auch bei Verwendung eines Zinnzusatzes in Mengen von 0. 05 bis 5"" erzielt. Es ist zwar an sich bekannt. dem Stahl zur Erhöhung seines Korrosionswiderstandes Zinn zuzusetzen. Nach der vorliegenden Erfindung soll aber das Zinn nur in Verbindung mit zwei weiteren Legierungselementen der vor-oder nachstehend gekennzeichneten Art verwendet werden.

Die Beständigkeit der undurchlässigen Schutzschicht erfährt aber eine Einschränkung durch den Umstand, dass der Sauerstoff der Lösung die Schichte allmählich zu körnigem und durchlässigem schwarzen Rost (FeO, FeO,. aq) und weiterhin zu braunem Rost (FeO,. aq) oxydiert. Die hiedurch entstehenden Löcher und Risse in der Ferrohydroxydschichte beeinträchtigen ihre Sehutzwirkung und können sie vorübergehend sogar aufheben. Dadurch, dass man dem Stahl bzw.

Gusseisen ausser den obengenannten Zusätzen noch kleine Mengen von Metallen zusetzt, deren Oxydationsprodukte vermöge ihrer chemischen Beschaffenheit nicht weiter oxydiert werden können, die ferner infolge ihrer zähen gallertartigen Konsistenz in den porösen, schwammigen Niederschlägen haften bleiben, unter Wasser erhärten und undurchlässig werden, wird die durch die Oxydation der Ferrohydroxydschiehte auftretende schwad- liche Wirkung der Löcher und Risse unwirksam gemacht. so dass die Schutzwirkung aufrechterhalten bleibt. Solche Metalle sind in erster Linie Magnesium und Aluminium. Die in Frage kommende Wirkung wird auch bereits durch verhältnismässig kleine Zusätze erzielt, die beispielsweise bei Aluminium 0. 05% bis 0-5% betragen.

Ein höherer Zusatz wirkt aber ebenfalls, ohne jedoch bei Stählen besondere Vorteile
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je nach der sonstigen Zusammensetzung zwischen 0-5 bis 500 Aluminium erreicht wird, wenngleich auch hier von Gehalten von 0-05% Aluminium ab bereits eine Schutzwirkung auftritt, die technisch verwertbar ist. Magnesium übt diese Wirkung im Stahl und Gusseisen in Mengen von etwa 0-1% ab aus. Der Magnesiumgehalt kann bis etwa 5% betragen, jedoch werden im allgemeinen so hohe Gehalte aus andern Gründen besser vermieden. Auch Zinn und Nickel üben eine ähnliche Wirkung aus und können daher in den obenangegebenen Mengen zur Erhöhung der Beständigkeit der durch einen der genannten Legierungszusätze gebildeten undurchlässigen Schutzschicht zugesetzt werden.

Selbstverständlich ist die Massnahme des Zusatzes der genannten Elemente auch möglich bei Stahl und Gusseisen. die nur der atmosphärischen Korrosion unterliegen ; hier reicht jedoch der Kupfergehalt allein meist aus, um eine brauchbare Wirkung zu erzielen.

Diese schützende Wirkung durch Zusätze der genannten Elemente bleibt auch erhalten, wenn der Stahl aus andern Gründen mit Elementen, wie z. B. Wolfram. Molybdän, Vanadin, Kobalt, Titan, Bor, Zirkon und Beryllium, in den gebräuchlichen Mengen legiert oder der Gehalt an Mangan, Silizium.

Phosphor und Kupfer über das für gewöhnliche Stähle hinausgehende Mass etwas erhöht wird.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verringerung der Rostneigung von Stahl oder Gusseisen, insbesondere des Rostangriffes durch Wässer und feuchtes Erdreich, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stahl oder Gusseisen anstatt Kupfer oder gleichzeitig mit demselben Antimon und Arsen in Mengen von 0-05 bis 5%, einzeln oder zusammen, als solche Elemente zugesetzt werden, deren elektrolytisches Potential unedler als das konstante Oxydationspotential des Korrosionsmittels (Eh = + 0. 5 Volt), aber edler als das elektrolytische Potential des Stahles oder Gusseisens ist und die während des Korrosionsvorganges zur Bildung einer festhaftenden Schichte führen.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser Antimon und Arsen, die einzeln oder zusammen vorhanden sein können, Magnesium in Mengen von 0-1 bis 5% oder Nickel in Mengen EMI2.2

3. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Magnesium in Mengen von 0-1 bis 5% oder Aluminium in Mengen von 0-05 bis 5%, einzeln oder gemeinsam, in Verbindung mit Kupfer allein oder neben Antimon und Arsen verwendet werden.

4. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausser Kupfer, Aluminium und Magnesium ein Zusatz von 0-2 bis 5% Nickel verwendet wird, wobei mindestens eines der Elemente Aluminium und Magnesium anwesend sein muss.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausser Arsen. Antimon.

Nickel, Magnesium und Aluminium Zusätze von Zinn in Mengen von 0-05 bis 5% verwendet werden, wobei Zinn gemeinsam mit mindestens zwei der vorgenannten Elemente verwendet werden muss.