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Verfahren zum Herabsetzen des Kohlenstoffgehaltes von Chrom oder Chromlegierungen
Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, aus Chrom oder Chromlegierungen mit
höherem Kohlenstoffgehalt Chrom oder Chromlegierungen mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt
herzustellen.
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Es ist zu diesem Zweck bereits bekannt, kohlenstoffhaltiges Ferrochrom
durch Mahlen, z. B. in einer Kugelmühle, fein zu zerkleinern und das Pulver unter
Luftzutritt zu glühen, so daß das Pulver teilweise oxydiert, und anschließend einer
Entkohlungsglühung zu unterziehen, wobei sich der Kohlenstoff mit dem Sauerstoff
des Oxyds zu Kohlenoxyd umsetzt. Das Kohlenoxyd wird dabei durch Abpumpen oder allenfalls
durch strömenden Wasserstoff dauernd entfernt.
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Das geschilderte Verfahren ist zwar ohne weiteres durchführbar, hat
sich aber offenbar wegen der hohen damit verbundenen Kosten nicht durchsetzen können.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß
das Chrom oder die Chromlegierung geschmolzen und ein Strahl des geschmolzenen Metalls
unter oxydierenden Bedingungen, z. B. mittels eines Druckluft- oder Dampfstrahls,
fein zerteilt und gekühlt wird, so daß ein Pulver aus teilweise oxydierten Metallteilchen
mit hohem Kohlenstoffgehalt erhalten wird. Vorzugsweise sind dabei der Oxydationsgrad
und der Kohlenstoffgehalt des Metalls in an sich bekannter Weise so aufeinander
abzustimmen, daß der Sauerstoffinhalt des Pulvers dazu ausreicht, den ganzen Kohlenstoffinhalt
oder den größeren Teil des Kohlenstoffinhaltes des Pulvers in Kohlenoxyd umzuwandeln.
Das Pulver wird ohne Luftzutritt bei einem Kohlenoxyddruck geglüht, der höchstens
dem Gleichgewichtsdruck des Kohlenoxyds bei der Glühtemperatur gleich ist. Dieser
Gleichgewichtsdruck ist bei den betreffenden Legierungen wesentlich niedriger als
der Atmosphärendruck.
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Durch die Erfindung kommt das bei den bekannten Verfahren erforderliche
Mahlen des Ausgangsstoffes sowie die oxydierende Glühung in Fortfall, und es ergibt
sich der weitere Vorteil, daß bei der nachfolgenden Glühung die Entkohlung sehr
schnell vor sich geht, so daß man mit einer verhältnismäßig kurzen Glühdauer auskommt.
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Die Herstellung des oxydhaltigen Pulvers geht so vor sich, daß ein
aus einer Düse ausrinnender Strahl des geschmolzenen Metalls der Einwirkung eines
kräftigen, zweckmäßig mit dem Metallstrahl konzentrischen Stromes eines oxydierenden
Mittels (Druckluft, Dampf oder Luft-Dampf-Mischungen) aufgesetzt wird, welches das
Metall fein zerteilt und kühlt und gleichzeitig die Oberfläche der entstehenden
Pulverteilchen oxydiert. Das Pulver wird z. B. in einem Wasserbehälter aufgefangen.
Der Oxydgehalt des Pulvers kann bis zu einem gewissen Grade durch Änderung der äußeren
Bedingungen bei der Bildung des Pulvers geregelt werden, z. B. durch Änderung der
Temperatur des geschmolzenen Metalls, der Zusammensetzung und des Druckes des oxydierenden
Mittels oder der Form oder der gegenseitigen Lage der Metall- und Blasdüsen.
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Wegen der unvermeidlichen Schwankungen der Oxydationsbedingungen sowie
des Kohlenstoffgehaltes des Ausgangsstoffes wird es manchmal Schwierigkeiten bereiten,
die Blasbehandlung so zu leiten, daß die Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalte des
entstehenden Pulvers im gewünschten stöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen.
In solchen Fällen kann man sich jedoch z. B. so helfen, daß man zwei (oder mehrere)
Pulver, die bei verschiedenen Gelegenheiten hergestellt worden sind, miteinander
in einem solchen Verhältnis mischt, daß die Mischung als Ganzes das erwünschte stöchiometrische
Verhältnis aufweist. Ferner ist es z. B. möglich, den Kohlenstoffgehalt eines Pulvers,
welches zuviel Oxyd enthält, dadurch auf das richtige Maß zu bringen, daß man kohlenstoffhaltiges
Ferrochrom- oder Roheisenpulver zusetzt. Falls das Pulver andererseits zu wenig
Oxyd im Verhältnis zum Kohlenstoff enthält, kann das richtige Verhältnis durch Zusatz
von oxydhaltigen Stoffen, z. B. Eisenoxyd, hergestellt werden. In allen solchen
Fällen, wenn das der Glühbehandlung zuzuleitende Pulver aus Teilchen verschiedener
Art besteht, ist es notwendig, das Pulver vor der Glühbehandlung sehr sorgfältig
zu mischen, vorzugsweise auch zu Briketts zu verpressen. Beim Pressen der Briketts
sind organische
Bindemittel zu vermeiden; vorzugsweise wird als
Bindemittel nur Wasser verwendet.
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Auch bei solchen Pulvern, welche aus Teilchen gleicher Art bestehen,
kann gegebenenfalls vor der Glühbehandlung ein Brikettieren vorgenommen werden,
wodurch unter anderem die Durchwärmung des Gutes erleichtert und somit die Glühdauer
vermindert wird.
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Als Ausgangsstoff für die Herstellung eines Ferrochromes mit niedrigerem
Kohlenstoffgehalt kann z. B. ein Ferrochrom mit folgender Zusammensetzung verwendet
werden: C ....................... 2 bis 80% Cr . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 40 bis 750/0 Si . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 0 bis 10%
Rest hauptsächlich Eisen Der Oxydationsgrad sollte in diesem Falle auf ein solches
Verhältnis zu dem Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes eingestellt werden, daß bei
der Glühbehandlung der Kohlenstoffgehalt auf höchstens '/io des Anfangsbetrages,
vorzugsweise auf 0,10/0 oder weniger, herabgesetzt wird. Der Siliziumgehalt des
Ferrochroms hat eine günstige Einwirkung, indem er die Reaktivität des Kohlenstoffes
erhöht und dadurch eine herabgesetzte Glühtemperatur undioder einen erhöhten Kohlenoxyddruck
erlaubt. Der Siliziumgehalt sollte vorzugsweise mindestens 39/o betragen.
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Es ist bekannt, daß der Kohlenstoffgehalt in austenitischem nichtrostendem
Stahl nicht höher als 0,05 0/0 sein soll, wenn eine genügende Beständigkeit gegen
interkristalline Korrosion bei geschweißten Bauteilen ohne Zusätze von stabilisierenden
Mitteln erwünscht ist. Vorzugsweise sollte der Kohlenstoffgehalt nicht höher als
0,029/o sein. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, derartige Werkstoffe mit sehr
niedrigen Kohlenstoffgehalten in einfacher Weise herzustellen. Man kann z. B. so
vorgehen, daß zuerst mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ferrochrom mit
niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt wird, welches als Ausgangsstoff bei der
Herstellung des nichtrostenden Stahles in üblicher Weise verwendet wird. Gemäß einer
anderen Möglichkeit wird zuerst in üblicher Weise ein nichtrostender Stahl mit normalem
oder erhöhtem Kohlenstoffgehalt, z. B. 0,15 bis 0,40%, hergestellt; dieser Kohlenstoffgehalt
wird dann anschließend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einen niedrigen
Betrag herabgesetzt. Die Erfindung hat also die Möglichkeit geschaffen, z. B. aus
nichtrostendem Stahl-Schrott ein hochwertiges Erzeugnis herzustellen.
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Die Wahl der Temperatur und des Druckes bei der Glühbehandlung ist
von der Zusammensetzung des zu behandelnden Werkstoffes abhängig; so erfordert z.
B. ein Werkstoff mit einem höheren Chromgehalt im allgemeinen eine höhere Temperatur
und/oder einen niedrigeren Kohlenoxyddruck als ein Werkstoff mit niedrigerem Chromgehalt.
Es ist im allgemeinen zweckmäßig, die Glühtemperatur entsprechend einem Gleichgewichtsdruck
des Kohlenoxyds von mindestens etwa 1 -mm Hg zu wählen. Die Glühtemperatur darf
jedoch in keinem Falle den Schmelzpunkt des Werkstoffes erreichen. Bei der Wahl
der Glühtemperatur ist ferner auf den erwünschten Sinterungsgrad Rücksicht zu nehmen.
Bei der Herstellung von entkohltem Ferrochrom will man meistens zusammenhängende
Kuchen erhalten, welche beim Transport usw. nicht leicht zerbröckeln. Die Temperatur
wird deshalb genügend hoch gewählt, um eine starke Sinterung des Pulvers zu bewirken.
Wenn man andererseits ein pulverförmiges Erzeugnis, z. B. Pulver aus nichtrostendem
Stahl, für pulvermetallurgische Zwecke herstellen will, wird eine Temperatur nahe
der unteren Grenze des zur Verfügung stehenden Gebietes gewählt, so daß nur eine
lose Sinterung erfolgt und das nachfolgende Mahlen erleichtert wird.
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Gegebenenfalls kann die Glühung in Gegenwart eines indifferenten Gases,
wie Argon, durchgeführt werden, welches durch den Glühofen hindurch im Umlauf geleitet
wird, wobei das Kohlenoxyd durch bekannte Mittel von dem aus dem Ofen heraustretendem
Gasgemisch entfernt wird. In der Regel wird man es aber vorziehen, mit einer ausschließlich
aus dem vom Pulver entwickelten Gas bestehenden Ofenatmosphäre zu arbeiten. Das
betreffende Gas besteht zu fast 100 % aus Kohlenoxyd.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Glühtemperatur zwischen
900 und 1300° C, während der Druck zwischen 0,01 und 100 mg Hg liegt. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf die genannten Gebiete beschränkt, sondern umfaßt jedes Verfahren
in Rahmen der folgenden Ansprüche. .