DE102020100640A1 - Process for improving the corrosion resistance of fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels and fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteilen aus hochlegierten Stählen und Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit.The invention relates to a method for improving the corrosion resistance of fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels and fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels with improved corrosion resistance.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteilen aus hochlegierten Stählen und Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen.The invention relates to a method for improving the corrosion resistance of fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels and fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels.
Hochlegierte Stähle, mit einem Gehalt mindestens eines Legierungselementes von mindestens 5 Gew.-%, finden in vielen Bereichen unter verschiedensten Bedingungen Anwendung, u.a. dort, wo eine gute Korrosionsbeständigkeit gefordert ist, bspw. im Behälterbau. Gerade unter Hochtemperaturbedingungen in Kombination mit reduzierenden oder oxidierenden oder alkalihaltigen Atmosphären können auch hochlegierte Stähle eine unzureichende Korrosionsbeständigkeit aufweisen, so dass der Wunsch nach einer Verbesserung besteht.High-alloy steels with a content of at least one alloy element of at least 5% by weight are used in many areas under a wide variety of conditions, including where good corrosion resistance is required, e.g. in tank construction. Especially under high temperature conditions in combination with reducing or oxidizing or alkali-containing atmospheres, high-alloy steels can also have inadequate corrosion resistance, so that there is a desire for improvement.
Das Alfinieren, als Verfahren zum Aufbringen einer aluminumhaltigen Schicht ist ca. seit 1950 bekannt und wird vor allem im Verbundguss genutzt. Beim Verbundguss werden üblicherweise Bauteile aus einem metallischen Material, bspw. Gusseisen, von einer aluminiumbasierten Schmelze umgossen. Das Alfinieren dient dabei dem Erzeugen einer Verbindungsschicht zwischen dem Bauteil und der aluminiumbasierten Schmelze und gewährleistet die dauerhafte und belastbare Verbindung. Beispiele sind in Aluminium-Gusskolben eingegossene Kolbenringträger aus Grauguss. Um diese Verbindung zu verbessern sind verschiedene Vorbehandlungsschritte des Bauteils bekannt bspw. aus
Aus
Bekanntermaßen bilden sich beim Alfinieren eines eisenhaltigen Bauteils intermetallische Phasen, die zu einer dauerhaften Verbindung beim Verbundguss führen.It is known that intermetallic phases are formed when alfinizing a ferrous component, which leads to a permanent bond in composite casting.
Das Alfinieren kann auch zur Ausbildung einer Oxidationsschutzschicht genutzt werden, wie in
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteilen aus hochlegierten Stählen und Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit anzugeben.The object of the invention is to provide a method for improving the corrosion resistance of fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels and fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels with improved corrosion resistance.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche wieder.The object is achieved by a method with the features of claim 1. Furthermore, the object is achieved by fastening and / or reinforcement components with the features of claim 6. The subclaims reproduce advantageous configurations.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteilen aus hochlegierten Stählen durchgeführt, indem die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 700°C vorgewärmt werden, und anschließend auf den vorgewärmten Bauteilen eine aluminiumbasierte Schicht erzeugt wird. Dabei weisen die hochlegierten Stähle erfindungsgemäß eine Zusammensetzung mit max. 0,7 Gew.-% C, 0,2 - 5 % Gew.-% Si, 1 - 7 Gew.-% Mn; 15 - 20 Gew.-% Cr; 5 - 19 Gew.-% Ni; 0,02 - 2 Gew.-% AI; 0,01 - 0,2 Gew.-% N, max. 0,045 Gew.-% P und max. 0,030 Gew.-% S, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen auf.According to the invention, a method for improving the corrosion resistance of fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels is carried out by preheating the fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels to a temperature in the range from 300 ° C to 700 ° C, and then on An aluminum-based layer is produced on the preheated components. According to the invention, the high-alloy steels have a composition with a maximum of 0.7% by weight C, 0.2-5% by weight Si, 1-7% by weight Mn; 15-20 wt% Cr; 5-19 wt% Ni; 0.02-2% by weight Al; 0.01-0.2% by weight N, max. 0.045% by weight P and max. 0.030% by weight S, the remainder being iron and unavoidable impurities.
Korrosionsbeständigkeit im Sinne der Erfindung meint die Beständigkeit gegenüber Korrosion in alkalihaltigen, reduzierenden oder alkalihaltigen, oxidierenden Atmosphären und unter hohen Temperaturen. Derartige alkalihaltige, reduzierende oder oxidierende Atmosphären sind mit volatilen Elementen und/oder Verbindungen, wie Alkali- und/oder Schwefel- und/oder Chlorverbindungen, infolge der Nutzung von Sekundärbrennstoffen, belastet. Hohe Temperaturen meint dabei Temperaturen von mindestens 800°C bis maximal 1200°C, bevorzugt mindestens 900°C bis maximal 1200°C.Corrosion resistance in the context of the invention means the resistance to corrosion in alkaline, reducing or alkaline, oxidizing atmospheres and at high temperatures. Such alkaline, reducing or oxidizing atmospheres are polluted with volatile elements and / or compounds, such as alkali and / or sulfur and / or chlorine compounds, as a result of the use of secondary fuels. High temperatures mean temperatures of at least 800 ° C. to a maximum of 1200 ° C., preferably at least 900 ° C. to a maximum of 1200 ° C.
Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile im Sinne der Erfindung sind Bauteile, die zur Befestigung von Feuerfestmaterialien in Hochtemperaturanlagen oder zur Bewehrung von Hochtemperaturanlagen dienen, bspw. Anker zur Befestigung oder Bewehrung der Feuerfestzustellungen in Zement- oder Kalköfen.Fastening and / or reinforcement components within the meaning of the invention are components that serve to fasten refractory materials in high-temperature systems or to reinforce high-temperature systems, e.g. anchors for fastening or reinforcing the refractory linings in cement or lime kilns.
Hochlegierte Stähle weisen bekanntermaßen eine wenige nm dicke Passivierungsschicht aus Chromoxiden und/oder Nickeloxiden auf, die die Korrosionsbeständigkeit der hochlegierten Stähle bewirkt.It is known that high-alloy steels have a passivation layer a few nm thick made of chromium oxides and / or nickel oxides, which makes the high-alloy steels resistant to corrosion.
Die aluminiumbasierte Schicht wird erzeugt, indem die vorgewärmten Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile mit einer aluminiumbasierten Schmelze in Kontakt gebracht werden, so dass auf der Oberfläche der vorgewärmten Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile eine aluminiumbasierte Schicht erzeugt wird. Die aluminiumbasierte Schicht bildet sich auf der Passivierungsschicht der hochlegierten Stähle.The aluminum-based layer is produced by bringing the preheated fastening and / or reinforcement components into contact with an aluminum-based melt, so that an aluminum-based layer is produced on the surface of the preheated fastening and / or reinforcement components. The aluminum-based layer forms on the passivation layer of the high-alloy steels.
Eine aluminiumbasierte Schmelze im Sinne der Erfindung ist eine Schmelze aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bevorzugt einer Aluminium-Silizium-Legierung.An aluminum-based melt in the context of the invention is a melt made of aluminum or an aluminum alloy, preferably an aluminum-silicon alloy.
Vorteilhaft wird durch die, auf der Passivierungsschicht der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen, erzeugte aluminiumbasierte Schicht die Korrosionsbeständigkeit der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile verbessert.The aluminum-based layer produced on the passivation layer of the fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels advantageously improves the corrosion resistance of the fastening and / or reinforcement components.
Überraschend hat sich gezeigt, das beim Erzeugen der aluminiumbasierten Schicht ein Teil der Aluminiumatome oder Aluminium- und Siliziumatome durch die Passivierungsschicht der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen hindurch in den hochlegierten Stahl diffundieren und sich eine Diffusionsschicht in und unter der Passivierungsschicht der hochlegierten Stähle ausbildet. Unter der Passivierungsschicht der hochlegierten Stähle meint dabei, dass sich die Diffusionsschicht ausgehend von der Passivierungsschicht in den hochlegierten Stahl hinein erstreckt.Surprisingly, it has been shown that when the aluminum-based layer is produced, some of the aluminum atoms or aluminum and silicon atoms diffuse through the passivation layer of the fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels into the high-alloy steel and a diffusion layer forms in and under the passivation layer of the high-alloy steel Steels. The term “passivation layer” of the high-alloy steels means that the diffusion layer extends from the passivation layer into the high-alloy steel.
In einer Ausführungsform bildet sich die Diffusionsschicht mit einer Ausdehnung von 1 µm bis 100 µm in und unter der Passivierungsschicht der hochlegierten Stähle aus. Dabei ist die Ausdehnung der Diffusionsschicht bekannterweise abhängig von der Zeit.In one embodiment, the diffusion layer is formed with an extension of 1 μm to 100 μm in and below the passivation layer of the high-alloy steels. The expansion of the diffusion layer is known to be dependent on time.
Gerade diese Diffusionsschicht wirkt sich beim Einsatz der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteilen aus hochlegierten Stählen bei hohen Temperaturen und/oder in alkalihaltigen, reduzierenden oder oxidierenden Atmosphären positiv aus, da sich die Diffusionsschicht weiter ausdehnt und sich weiter in den hochlegierten Stahl hinein erstreckt. Dabei erfolgt bei Einsatz der behandelten Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile die weitere Diffusion der Aluminium- oder Aluminium- und Siliziumatome in den hochlegierten Stahl hinein. Dabei bildet sich zusätzlich zur Passivierungsschicht des hochlegierten Stahls auf dieser eine Aluminiumoxidschicht oder eine Aluminiummischoxidschicht aus. Dadurch sind derart behandelte Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteilen unter den genannten Bedingungen deutlich länger einsetzbar und weisen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf, was vorteilhaft eine Verringerung von Stillstandszeiten infolge von Wartungsarbeiten bewirkt. Hochtemperaturanlagen sind bspw. Öfen in der Zementindustrie, in denen Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen für Feuerfestzustellungen eingesetzt werden.It is precisely this diffusion layer that has a positive effect when using the fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels treated with the method according to the invention at high temperatures and / or in alkaline, reducing or oxidizing atmospheres, since the diffusion layer expands further and continues into the high-alloyed steels Steel extends into it. When the treated fastening and / or reinforcement components are used, further diffusion of the aluminum or aluminum and silicon atoms into the high-alloy steel takes place. In addition to the passivation layer of the high-alloy steel, an aluminum oxide layer or an aluminum mixed oxide layer is formed on it. As a result, fastening and / or reinforcement components treated in this way can be used significantly longer under the conditions mentioned and have improved corrosion resistance, which advantageously reduces downtimes as a result of maintenance work. High-temperature systems are, for example, ovens in the cement industry, in which fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels are used for refractory linings.
In einer Ausführungsform sind die hochlegierten Stähle austenitische hochlegierte Stähle.In one embodiment, the high alloy steels are austenitic high alloy steels.
In einer Ausführungsform weisen die hochlegierten Stähle eine Zusammensetzung mit max. 0,7 Gew.-% C, 0,5 - 4,5 % Gew.-% Si, max. 2 Gew.-% Mn; 15 - 19,5 Gew.-% Cr; 17,5 - 18,5 Gew.-% Ni; 0,8 - 1,2 Gew.-% AI; max. 0,11 Gew.-% N, max. 0,045 Gew.-% P und max. 0,030 Gew.-% S, Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen auf.In one embodiment, the high-alloy steels have a composition with a maximum of 0.7% by weight C, 0.5-4.5% by weight Si, a maximum of 2% by weight Mn; 15-19.5 wt% Cr; 17.5-18.5 wt% Ni; 0.8-1.2% by weight of Al; max. 0.11% by weight N, max. 0.045% by weight P and max. 0.030% by weight S, the remainder being iron and unavoidable impurities.
In einer Ausführungsform sind die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen Anker für die Befestigung von Feuerfestzustellungen in Hochtemperaturanlagen, wie Öfen in der Kalk- oder Zementindustrie.In one embodiment, the fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels are anchors for fastening refractory linings in high-temperature systems, such as ovens in the lime or cement industry.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Vorwärmen für 1 bis 20 Minuten.In a preferred embodiment, the preheating takes place for 1 to 20 minutes.
Vorteilhaft wird dadurch die Ausbildung der Diffusionsschicht beim Erzeugen der aluminiumbasierten Schicht begünstigt.This advantageously promotes the formation of the diffusion layer when the aluminum-based layer is produced.
In einer Ausführungsform werden die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile auf eine Temperatur im Bereich von 50 K unterhalb bis 50 K oberhalb der Schmelztemperatur der aluminiumbasierten Schmelze vorgewärmt. Ist die aluminiumbasierte Schmelze bspw. eine Fe-Si-Legierung mit einer Schmelztemperatur von 680°C, so ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile auf eine Temperatur von 650°C vorgewärmt werden. Ein Aufschmelzen des hochlegierten Stahls ist zu vermeiden.In one embodiment, the fastening and / or reinforcement components are preheated to a temperature in the range from 50 K below to 50 K above the melting temperature of the aluminum-based melt. If the aluminum-based melt is, for example, an Fe-Si alloy with a melting temperature of 680 ° C, it is advantageous if the fastening and / or reinforcement components are preheated to a temperature of 650 ° C. Avoid melting the high-alloy steel.
In einer Ausführungsform werden die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile für 1 bis 2 Minuten derart vorgewärmt, dass ein Anwärmen der Oberfläche der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile erfolgt.In one embodiment, the fastening and / or reinforcement components are preheated for 1 to 2 minutes in such a way that the surface of the fastening and / or reinforcement components is heated.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile für 5 bis 20 Minuten derart vorgewärmt, dass die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile vollständig durchgewärmt werden.In a further embodiment, the fastening and / or reinforcement components are preheated for 5 to 20 minutes in such a way that the fastening and / or reinforcement components are completely heated.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die aluminiumbasierte Schicht mittels Tauchen in eine aluminiumbasierte Schmelze oder Durchziehen durch eine aluminiumbasierte Schmelze erzeugt.In a preferred embodiment, the aluminum-based layer is produced by dipping into an aluminum-based melt or drawing through an aluminum-based melt.
Vorteilhaft kann dadurch die aluminiumbasierte Schicht einfach und kostengünstig erzeugt werden. Die derart erzeugte aluminiumbasierte Schicht weist eine poröse Struktur auf.The aluminum-based layer can advantageously be produced simply and inexpensively as a result. The aluminum-based layer produced in this way has a porous structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Tauchen oder Durchziehen für 2 bis 20 Minuten.In a further preferred embodiment, the dipping or pulling through takes place for 2 to 20 minutes.
Vorteilhaft oxidiert die erzeugte aluminiumbasierte Schicht bei Kontakt mit der umgebenden Atmosphäre, d.h. wenn das Tauchen oder Durchziehen der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile beendet ist, und es bilden sich Aluminiumoxide oder Aluminiummischoxide auf der Passivierungsschicht. Weiterhin vorteilhaft bilden die so gebildeten Aluminiumoxide oder Aluminiummischoxidschicht eine zusätzliche Passivierungsschicht.The aluminum-based layer produced advantageously oxidizes on contact with the surrounding atmosphere, i.e. when the immersion or pulling through of the fastening and / or reinforcement components has ended, and aluminum oxides or mixed aluminum oxides are formed on the passivation layer. The aluminum oxides or aluminum mixed oxide layer formed in this way also advantageously form an additional passivation layer.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die aluminiumbasierte Schicht mit einer Schichtdicke von 10 µm bis 2 mm erzeugt.In a preferred embodiment, the aluminum-based layer is produced with a layer thickness of 10 μm to 2 mm.
Weiterhin zur Erfindung gehören Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit.The invention also includes fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels with improved corrosion resistance.
Erfindungsgemäß weisen Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen eine auf den hochlegierten Stählen vorhandene Passivierungsschicht, eine auf der Passivierungsschicht erzeugte aluminiumbasierte Schicht, und eine Diffusionsschicht auf.According to the invention, fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels have a passivation layer present on the high-alloy steels, an aluminum-based layer produced on the passivation layer, and a diffusion layer.
Erfindungsgemäß weisen die hochlegierten Stähle eine Zusammensetzung mit max. 0,7 Gew.-% C, 0,2 - 5 % Gew.-% Si, 1 - 7 Gew.-% Mn; 15 - 20 Gew.-% Cr; 5 - 19 Gew.-% Ni; 0,02 - 2 Gew.-% AI; 0,01 - 0,2 Gew.-% N, max. 0,045 Gew.-% P und max. 0,030 Gew.-% S, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen auf, und die Diffusionsschicht ist in und unter der Passivierungsschicht des hochlegierten Stahls ausgebildet.According to the invention, the high-alloy steels have a composition with a maximum of 0.7% by weight C, 0.2-5% by weight Si, 1-7% by weight Mn; 15-20 wt% Cr; 5-19 wt% Ni; 0.02-2% by weight Al; 0.01-0.2% by weight N, max. 0.045% by weight P and max. 0.030% by weight S, the remainder being iron and unavoidable impurities, and the diffusion layer is in and under the passivation layer of the high-alloy steel educated.
Eine Passivierungsschicht meint die üblicherweise bei hochlegierten Stählen vorhandene Passivierungsschicht aus Chrom- und/oder Nickeloxiden, die die Korrosionsbeständigkeit hochlegierter Stähle bewirkt.A passivation layer means the passivation layer made of chromium and / or nickel oxides, which is usually present in high-alloy steels and which causes high-alloy steels to be corrosion-resistant.
Eine aluminiumbasierte Schicht meint eine auf der Passivierungsschicht der hochlegierten Stähle erzeugte aluminiumhaltige Schicht. In einer Ausführungsform ist die aluminiumbasierte Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie einer Aluminium-Silizium-Legierung, erzeugt. Die aluminiumbasierte Schicht umfasst Aluminium- und/oder Aluminium-Mischoxide, die sich nach dem Erzeugen der aluminiumbasierten Schicht bei Kontakt mt der umgebenden Atmosphäre bilden.An aluminum-based layer means a layer containing aluminum produced on the passivation layer of the high-alloy steels. In one embodiment, the aluminum-based layer is produced from aluminum or an aluminum alloy, such as an aluminum-silicon alloy. The aluminum-based layer comprises aluminum and / or aluminum mixed oxides which, after the aluminum-based layer has been produced, form on contact with the surrounding atmosphere.
In einer Ausführungsform ist die aluminiumbasierte Schicht mittels Vorwärmen der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile auf eine Temperatur von 300°C bis 700°C und anschließendes Tauchen oder Durchziehen der vorgewärmten Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile durch eine aluminiumbasierte Schmelze, bevorzugt eine Aluminiumschmelze oder eine Aluminiumlegierungsschmelze, erzeugt worden.In one embodiment, the aluminum-based layer is by means of preheating of the fastening and / or reinforcement components to a temperature of 300 ° C. to 700 ° C. and subsequent immersion or Pulling the preheated fastening and / or reinforcement components through an aluminum-based melt, preferably an aluminum melt or an aluminum alloy melt, has been generated.
Diffusionsschicht im Sinne der Erfindung meint einen Bereich des Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteils, der sich ausgehend von der Grenzfläche Passivierungsschicht und aluminiumbasierte Schicht durch die Passivierungsschicht hindurch in den hochlegierten Stahl hinein erstreckt, in dem Aluminium-Atome und ggf. weitere Atome während und nach dem Erzeugen der aluminiumbasierten Schicht diffundieren.Diffusion layer in the sense of the invention means an area of the fastening and / or reinforcement component which, starting from the interface of the passivation layer and the aluminum-based layer, extends through the passivation layer into the high-alloy steel, in which aluminum atoms and possibly further atoms during and after diffuse the creation of the aluminum-based layer.
In einer Ausführungsform sind die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus austenitischen hochlegierten Stählen.In one embodiment, the fastening and / or reinforcement components are made from austenitic high-alloy steels.
In einer Ausführungsform weisen die hochlegierten Stähle eine Zusammensetzung mit max. 0,7 Gew.-% C, 0,5 - 4,5 % Gew.-% Si, max. 2 Gew.-% Mn; 15 - 19,5 Gew.-% Cr; 17,5 - 18,5 Gew.-% Ni; 0,8 - 1,2 Gew.-% AI; max. 0,11 Gew.-% N, max. 0,045 Gew.-% P und max. 0,030 Gew.-% S, Rest Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen auf.In one embodiment, the high-alloy steels have a composition with a maximum of 0.7% by weight C, 0.5-4.5% by weight Si, a maximum of 2% by weight Mn; 15-19.5 wt% Cr; 17.5-18.5 wt% Ni; 0.8-1.2% by weight of Al; max. 0.11% by weight N, max. 0.045% by weight P and max. 0.030% by weight S, the remainder being iron and unavoidable impurities.
In einer Ausführungsform sind die Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen Anker zur Befestigung von Feuerfestzustellungen in Hochtemperaturanlagen, wie Öfen in der Kalk- oder Zementindustrie.In one embodiment, the fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels are anchors for fastening refractory linings in high-temperature systems, such as ovens in the lime or cement industry.
Vorteilhaft weisen derartige Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit auf. Korrosionsbeständigkeit meint dabei die Beständigkeit gegenüber Korrosion in alkalihaltigen, reduzierenden oder alkalihaltigen, oxidierenden Atmosphären und unter hohen Temperaturen. Derartige alkalihaltige, reduzierende oder oxidierende Atmosphären sind mit volatilen Elementen, wie Alkalien und/oder Schwefel und/oder Chlor, infolge der Nutzung von Sekundärbrennstoffen belastet. Hohe Temperaturen meint dabei Temperaturen von mindestens 800°C bis maximal 1200°C, bevorzugt mindestens 900°C bis maximal 1200°C.Such fastening and / or reinforcement components advantageously have improved corrosion resistance. Corrosion resistance means the resistance to corrosion in alkaline, reducing or alkaline, oxidizing atmospheres and under high temperatures. Such alkaline, reducing or oxidizing atmospheres are polluted with volatile elements, such as alkalis and / or sulfur and / or chlorine, as a result of the use of secondary fuels. High temperatures mean temperatures of at least 800 ° C. to a maximum of 1200 ° C., preferably at least 900 ° C. to a maximum of 1200 ° C.
Überraschend wurde gefunden, dass sich gerade die Diffusionsschicht positiv auf die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit in alkalihaltigen, reduzierenden oder oxidierenden Atmosphären und unter hohen Temperaturen auswirkt. Bei Einsatz der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile unter hohen Temperaturen und/oder in alkalihaltigen, reduzierenden oder oxidierenden Atmosphären dehnt sich die Diffusionsschicht weiter aus und wächst weiter in den hochlegierten Stahl hinein. Dabei bildet sich zusätzlich zur Passivierungsschicht des hochlegierten Stahls auf dieser eine Aluminiumoxidschicht oder eine Aluminiummischoxidschicht aus. Diese wirken als zusätzliche Passivierungsschicht der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile und tragen zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und damit zur Erhöhung der Standzeiten derartiger Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile aus hochlegierten Stählen bei.Surprisingly, it has been found that the diffusion layer in particular has a positive effect on improving the corrosion resistance in alkaline, reducing or oxidizing atmospheres and at high temperatures. When the fastening and / or reinforcement components are used at high temperatures and / or in alkaline, reducing or oxidizing atmospheres, the diffusion layer expands further and grows further into the high-alloy steel. In addition to the passivation layer of the high-alloy steel, an aluminum oxide layer or an aluminum mixed oxide layer is formed on it. These act as an additional passivation layer of the fastening and / or reinforcement components and contribute to improving the corrosion resistance and thus to increasing the service life of such fastening and / or reinforcement components made of high-alloy steels.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die aluminiumbasierte Schicht eine poröse Struktur auf.In a preferred embodiment, the aluminum-based layer has a porous structure.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Diffusionsschicht eine Ausdehnung von 1 µm bis 100 µm auf.In a preferred embodiment, the diffusion layer has an extension of 1 μm to 100 μm.
Ausdehnung meint dabei einen Bereich, der sich ausgehend von der Grenzfläche Passivierungsschicht und aluminiumbasierte Schicht durch die Passivierungsschicht hindurch in den hochlegierten Stahl hinein erstreckt.Extension means an area which, starting from the interface between the passivation layer and the aluminum-based layer, extends through the passivation layer into the high-alloy steel.
Bei Einsatz der Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile nimmt die Ausdehnung der Diffusionsschicht zu.When the fastening and / or reinforcement components are used, the expansion of the diffusion layer increases.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile in Hochtemperaturanlagen in alkalihaltigen, reduzierenden oder oxidierenden Atmosphären verwendet.In a preferred embodiment, the fastening and / or reinforcement components according to the invention are used in high-temperature systems in alkaline, reducing or oxidizing atmospheres.
Hochtemperaturanlagen meint Anlagen wir Öfen, bspw. Kalk- oder Zementöfen, in denen Temperaturen von bis zu 1200°C und alkalihaltige, reduzierende oder oxidierende Atmosphären vorliegen.High-temperature systems means systems such as ovens, e.g. lime or cement ovens, in which temperatures of up to 1200 ° C and alkaline, reducing or oxidizing atmospheres are present.
AusführungsbeispieleEmbodiments
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.The invention is to be explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment. The exemplary embodiments are intended to describe the invention without restricting it.
Beispiel 1example 1
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Befestigungs- und/oder Bewehrungsbauteile, konkret Anker zur Befestigung von Feuerfestzustellungen in Zementöfen behandelt, um deren Korrosionsbeständigkeit unter Einsatzbedingungen zu verbessern. Die Anker sind als gebogene Rundstäbe mit einem Durchmesser von 6 mm bis 12 mm und einer Länge von 400 mm bis 1000 mm aus einem hochlegierten Stahl mit der chemischen Zusammensetzung entsprechend Tabelle 1 einbaufähig vorgefertigt.
Tabelle 1: chemische Zusammensetzung des hochlegierten Stahls, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen
Die Anker werden bei einer Temperatur von 650°C für ca. 10 Minuten vorgewärmt, wobei dabei die Anker dabei vollständig durchgewärmt werden. Anschließend wurde auf den Ankern eine aluminiumbasierte Schicht erzeugt, indem die vorgewärmten Anker für 20 Minuten in eine flüssige Aluminium-2,5 %-Silizium-Schmelze mit einer Temperatur von 680°C getaucht wurden.The anchors are preheated at a temperature of 650 ° C for approx. 10 minutes, the anchors being completely warmed through. An aluminum-based layer was then produced on the anchors by immersing the preheated anchors in a liquid aluminum 2.5% silicon melt at a temperature of 680 ° C. for 20 minutes.
Derart behandelte Anker weisen im Vergleich zu Ankern aus dem gleichen Stahl, die nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit im Einsatz im Zementofen auf, was sich durch eine Standzeiterhöhung von 200 bis 400 % äußert.Anchors treated in this way have, compared to anchors made of the same steel that were not treated with the method according to the invention, an improved corrosion resistance when used in cement kilns, which is expressed by an increase in service life of 200 to 400%.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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