DE1521425B1 - Process for the production of corrosion-resistant workpieces from low-alloy carbon steels - Google Patents

Process for the production of corrosion-resistant workpieces from low-alloy carbon steels

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DE1521425B1
DE1521425B1 DE19661521425 DE1521425A DE1521425B1 DE 1521425 B1 DE1521425 B1 DE 1521425B1 DE 19661521425 DE19661521425 DE 19661521425 DE 1521425 A DE1521425 A DE 1521425A DE 1521425 B1 DE1521425 B1 DE 1521425B1
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Laszlo Dekany
Karolin Fekete
Tibor Dr Konkoly
Laszlo Dr Laszlo
Sandor Varga
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Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
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Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals

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Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- wobei der Gehalt an überschüssigem Titan Ti10,8 bis stellen von korrosionsbeständigen Werkstücken aus 3,5% beträgt, verwendet wird, niedriglegierten Kohlenstoffstählen mit einem Gehalt In der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 78 (1958),The invention relates to a process for the production, whereby the content of excess titanium Ti 1 is 0.8 to make corrosion-resistant workpieces from 3.5%, is used, low-alloy carbon steels with a content in the journal »Stahl und Eisen«, 78 ( 1958),

von höchstens 0,4% Kohlenstoff und 1,2 bis S. 1888, rechte Spalte, und 1889, linke Spalte, wird 5,1% Titan durch Verformen des genannten Stahls zu 5 zwar das Nitrieren von Titan enthaltenden Stählen einem vorbestimmten Werkstück und nachfolgendem beschrieben, doch liegen die in dieser Literaturstelle Nitrieren. vorgeschlagenen Stahlzusammensetzungen außerhalbof at most 0.4% carbon and 1.2 to S. 1888, right column, and 1889, left column 5.1% titanium by deforming the mentioned steel to 5, although the nitriding of steels containing titanium a predetermined workpiece and described below, but are in this reference Nitriding. proposed steel compositions outside

Bekanntlich werden Bestandteile aus Stahl, die in des gemäß der Erfindung geforderten Bereiches. Klima mit hoher Luftfeuchtigkeit einer atmosphäri- Dementsprechend kann bei dieser Zusammensetzung sehen Korrosion ausgesetzt sind, entweder aus korro- io auch nicht die gemäß der Erfindung realisierbare sionsfesten Werkstoffen hergestellt oder, wenn sie aus Korrosionsbeständigkeit erhalten werden. Es hat sich nichtkorrosionsfestenStählenhergestelltsind,miteinem gezeigt, daß bei einem Stahl dieser Art, der 0,1% C, Korrosionsschutzüberzug versehen. Gegen atmosphä- 1,05% Ti und 0,65% Ti1. enthielt, die Korrosion rische.Beanspruchungen sind z.B. die Buntmetalle bis zu 80% betrug.It is known that components made of steel are in the range required according to the invention. Accordingly, this composition can be exposed to corrosion, either from the corrosion-resistant materials that can be realized according to the invention, or if they are obtained from corrosion resistance. It has been found that non-corrosion-resistant steels have been shown to be provided with an anti-corrosion coating on a steel of this type, the 0.1% C. Against atmospheric 1.05% Ti and 0.65% Ti 1 . contained, the corrosion rische.Beanspruchungen are, for example, the non-ferrous metals up to 80%.

und verschiedene hochlegierte Stähle beständig. Die 15 Ein zum Vergleich untersuchter Stahl gemäß der Buntmetalle sind aber sehr kostspielig und als Kon- vorliegenden Erfindung mit 0,1% C, 1,86% Ti und struktionswerkstoffe weniger geeignet, so daß sie nur 1,46 % Tir wies bei sonst gleichen Bedingungen überin Ausnahmefällen in Betracht kommen können. haupt keine Korrosion auf.and various high-alloy steels resistant. However, the steels examined for comparison according to the non-ferrous metals are very expensive and less suitable as a construction present invention with 0.1% C, 1.86% Ti and structural materials, so that they only had 1.46% Ti r with otherwise the same conditions may apply in exceptional cases. no corrosion at all.

Hochlegierte Stähle sind für korrosionsfeste Bestand- Werden die oben angeführten Grenzen entwederHigh alloy steels are considered to be corrosion-resistant to either the above limits

teile mehr verbreitet, ihre Herstellung ist aber um- 20 nach oben oder nach unten überschritten, dann ständlich, wobei sie schwer bearbeitbar und ebenfalls nimmt der Korrosionsschutz oder die Güte der ziemlich kostspielig sind. Korrosionsschutzüberzüge Schutzschicht steil ab. Ist der Titangehalt zu gering, können aus durch galvanische bzw. Feuerverfahren dann reicht die'Mehge der gebildeten Titannitride für aufgetragenem Metall, Kunststoff oder Keramik be- einen geeigneten Korrosionsschutz schon nicht aus. stehen. Diese Art des Korrosionsschutzes ist aber auf 25 Ein zu großer Titangehalt dagegen hat wegen zu wohlbestimmte Verwendungsgebiete beschränkt, wo- großer Menge an Titannitrid eine spröde Schutzbei sie in der Regel auch kostspielig ist und nur bei schicht zur Folge, die' leicht absplittert und zur BiI-verhältnismäßig dicken Schichten von 20 bis 200μΐη dung von Lunkern neigt. Ist wieder der Kohlenstoffeinen geeigneten Korrosionsschutz bietet. gehalt zu groß, bildet sich eine zu große Menge an Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der 30 Titancarbid bzw. Kohlenstoffnitrid, wodurch die erwähnten Schwierigkeiten und die Schaffung eines Korrosionsfestigkeit abnimmt. Korrosionsschutzes, der einfach und billig hergestellt Die Korrosionsbeständigkeit der an der Oberfläche werden kann und doch eine geeignete Korrosions- der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herbeständigkeit verleiht;wobei weder besondere Metalle gestellten Werkstücke ist auf das beim Nitrieren noch hochlegierte Stähle oder nachher aufgetragene 35. durch das überschüssige Titan gebildete disperse Überzüge verwendet werden sollen. Die Erfindung Titannitrid zuzuschreiben. Von dem ursprünglich geht von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt enthaltenen Titan wird nämlich zunächst der Kohlenaus, die einen verhältnismäßig geringen Titangehalt stoff im Stahl in Titancarbid umgewandelt, wobei aufweisen, und beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn nach der Formgebung nur das überschüssige Titan in derartigen Stählen das Titan in einem solchen 40 für die Bildung von: Titannitrid zur Verfügung Überschuß vorhanden ist, daß nach Bildung von steht.parts are more widespread, but their production is exceeded by 20 upwards or downwards, then of course, whereby they are difficult to process and likewise decreases the corrosion protection or the quality which are quite expensive. Corrosion protection coatings Protective layer descends steeply. If the titanium content is too low, the amount of titanium nitrides formed by galvanic or fire processes is not sufficient for the applied metal, plastic or ceramic to provide suitable corrosion protection. stand. However, this type of corrosion protection is limited to too high a titanium content because of the too well-defined areas of application, where a large amount of titanium nitride is usually also expensive and only results in a layer that splinters easily and leads to damage -relatively thick layers of 20 to 200μΐη tends to form cavities. Is the carbon again providing suitable protection against corrosion. content too large, too large an amount of The invention aims to eliminate the 30 titanium carbide or carbon nitride, whereby the difficulties mentioned and the creation of a corrosion resistance decreases. Corrosion protection that can be easily and cheaply produced The corrosion resistance that can be produced on the surface and yet gives a suitable corrosion resistance according to the method according to the invention; whereby neither special metals are placed on the workpieces made during nitriding, nor high-alloy steels or afterwards applied 35th by the Excess titanium formed disperse coatings should be used. The invention ascribed to titanium nitride. From the titanium originally contained in steels with a low carbon content, the coals, which have a relatively low titanium content in the steel, are converted into titanium carbide, and are based on the knowledge that if after the shaping only the excess titanium in such Steels the titanium in such a 40 for the formation of : Titanium nitride is available in excess that is available after formation of.

Titancarbid mit dem, Kohlenstoff des Stahles noch,. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens freies Titan zurückbleibt, ein aus diesem Stahl her- sind mannigfaltig. Vor allem wird selbst bei dauerngestelltes Werkstück nach Fertigbearbeitung nitriert der oder wiederholter Beanspruchung in feuchtauf seiner Oberfläche eine diffundierte Titannitrid- 45 warmen Atmosphären eine hervorragende Korroschicht bildet, die zwar nur eine Dicke in der Größen- sionsbeständigkeit erlangt. Weiterhin sind keine beordnung von Mikroneh aufweist, aber insbesondere sonderen hochlegierten und schwer bearbeitbaren in feuchtwarmem Klima bereits wesentliche korro- Werkstoffe erforderlich, um die in manchen Gebieten sionsbeständige Eigenschaften zeitigt. gestellten gesteigerten Anforderungen zu befriedigen.Titanium carbide with the, steel still carbon. The advantages of the method according to the invention Free titanium remains, one made from this steel are manifold. Above all, even with permanent The workpiece after finishing is nitrided by or repeated exposure to moisture its surface is a diffused titanium nitride- 45 warm atmosphere an excellent corrosive layer forms which, although only attaining a thickness in terms of dimensional stability. Furthermore there are no regulations from Mikroneh, but especially special high-alloyed and difficult to machine in warm and humid climates already essential corrosive materials are required in some areas produces sion-resistant properties. to satisfy the increased demands made.

Beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 1826656 5° Das HerstellungsverfaEreii ist wesentlich billiger als ist es bereits bekannt korrosionsbeständige-Schutz- ~ die-üblichen Methoden des Korrosionsschutzes, wobei schichten durch Einlegieren von Nitridbildnern in Maßänderungen und Verzüge um Größenordnungen Eisen und durch nachfolgende Gasnitrierung her- geringer sind als bei.den.bekannten Verfahren des zustellen. Dieser Vorschlag beschränkt sich allerdings Oberflächenschutzes. Auch ist die Technologie des auf Gußeisen, während niedriglegierte Kohlenstoff-, 55 Nitrierens verhältnismäßig einfach und für die gleichstähle nicht in Betracht gezogen werden. zeitige Behandlung von Massenartikeln und kleinen Durch Versuche sind dabei die Grenzwerte für die Bestandteilen in ..großen Mengen sehr geeignet. Die einander zugeordneten Gehalte an Kohlenstoff und Oberflächenschutzschicht ist selbst bei den in der Titan festgestellt worden, außerhalb deren der Korro- Industrie üblichen erhöhten Temperaturen sehr stabil, sionsschutz wegen verschiedener Ursachen bereits 60 Dabei kann der Bestandteil vor dem Nitrieren abnimmt. aus dem niedriglegierten Ausgangsstahl mit verGegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren hältnismäßig geringem Kohlenstoffgehalt einfach der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekenn- und in herkömmlicher Weise leicht hergestellt zeichnet ist, daß ein Stahl, bei dem zwischen dem werden.For example from the USA. Patent 1826656 5 ° The manufacturing process is much cheaper than it is already known corrosion-resistant-protection- ~ the-usual methods of corrosion protection, whereby layers by alloying nitride formers in dimensional changes and distortions by orders of magnitude Iron and due to the subsequent gas nitration are lower than in the case of the known methods of the to deliver. However, this proposal is limited to surface protection. Also is the technology of the on cast iron, while low-alloy carbon, 55 nitriding is relatively easy and for the same steels not to be considered. early treatment of bulk and small items Experiments have shown that the limit values for the constituents in ... large quantities are very suitable. the Corresponding contents of carbon and surface protective layer is even in the Titanium has been found, outside of which the elevated temperatures usual in the corrosive industry are very stable, sion protection due to various causes already 60 The constituent can before nitriding decreases. A process with a relatively low carbon content is therefore simple from the low-alloy starting steel with the subject matter of the invention of the type mentioned at the beginning, which is thereby identified and easily produced in a conventional manner draws is that a steel in which between will be.

Kohlenstoffgehalt (C %) und Titangehalt (Ti %) fol- 65 Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an gende Beziehung besteht: Hand von Beispielen erläutert, die zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens be-Tir% = Ti % - 4 C %. schreiben.Carbon content (C%) and titanium content (Ti%) follow 65 Further details of the invention are given in the following relationship: Examples are used to explain the two embodiments of the method according to the invention be-Ti r % = Ti% -4 C%. to write.

Beispiel 1example 1

Es sollen Schrauben von 3 bis 6 mm Durchmesser durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden. Es wird ein Stahl mit 0,1% Kohlenstoff und 1,2% Titan gewählt. Wie ersichtlich, liegen beide Werte im unteren Abschnitt der erfindungsgemäßen Bereiche. Werden diese Werte in die erwähnte Formel eingesetzt, so wird für den überschüssigen Titangehalt Ti1. der Wert von 0,8% erhalten.Screws with a diameter of 3 to 6 mm are to be produced by machining. A steel with 0.1% carbon and 1.2% titanium is selected. As can be seen, both values are in the lower section of the ranges according to the invention. If these values are inserted into the formula mentioned, then the excess titanium content is Ti 1 . the value of 0.8% obtained.

Aus diesem Stahl werden die Schrauben durch Schmieden, Ziehen und schließlich durch Zerspanung fertiggeformt. Dann werden die der Form nach fertigen Schrauben in einem Ammoniakgasstrom bei etwa 600° C 5 Stunden lang nitriert. Nach dem Nitrieren werden sie im Ammoniakgasstrom gelassen, bis sie abkühlen.The screws are made from this steel by forging, drawing and finally machining finished formed. Then the form-finished screws are placed in a stream of ammonia gas nitrided at about 600 ° C for 5 hours. After nitriding, they are left in the ammonia gas stream, until they cool down.

Auf diese Weise werden Schrauben erhalten, die den genauesten Maßvorschriften entsprechen und doch eine gewünschte Korrosionsbeständigkeit in feuchtwarmen Atmosphären aufweisen. Versuchsstücke zeigten nach 56 Tagen Prüfung gemäß der internationalen Vorschrift IEC 68 in feuchtwarmer Atmosphäre keine Korrosion. Auch bei einer beschleunigten Beanspruchung in feuchtwarmer Atmosphäre konnte keine Korrosion festgestellt werden. Die Dicke der diffusen korrosionsfesten Schicht fiel in die Größenordnung von Mikron. Dadurch, daß die Schrauben im Ammoniakgasstrom einer Abkühlung überlassen waren, erhielten sie eine schöne glatte Oberfläche.In this way, screws are obtained that meet the most precise dimensional specifications and but have a desired resistance to corrosion in warm, humid atmospheres. Test pieces showed after 56 days of testing according to the international standard IEC 68 in warm and humid conditions Atmosphere no corrosion. Even with accelerated use in a warm, humid atmosphere no corrosion could be found. The thickness of the diffuse corrosion-resistant layer fell on the order of microns. The fact that the screws are cooled in the ammonia gas stream were left, they got a nice smooth surface.

Beispiel 2Example 2

Es sollen ebenfalls Schrauben hergestellt werden, deren Durchmesser aber 2 bis 4 mm beträgt undThere are also screws to be made, but their diameter is 2 to 4 mm and

deren Bearbeitung durch spanlose Formgebung erfolgen soll. Es wird ein Stahl mit 0,15% Kohlenstoff und 3,10% Titan gewählt. Der überschüssige Titangehalt Tir beträgt dann 2,50%. Aus diesem Stahl werden die Schrauben durch Walzen unmittelbar fertiggeformt. Das Nitrieren findet bei 600° C 2 Stunden lang statt, wobei ebenfalls ein Ammoniakgasstrom verwendet wird. Die Schrauben weisen eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie bei vorherigem Beispiel auf.whose processing is to be done by non-cutting shaping. A steel with 0.15% carbon and 3.10% titanium is selected. The excess titanium content Ti r is then 2.50%. The screws are immediately finished from this steel by rolling. Nitriding takes place at 600 ° C for 2 hours, also using a stream of ammonia gas. The screws have a similar corrosion resistance as in the previous example.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von korrosionsbeständigen Werkstücken aus niedriglegierten Kohlenstoffstählen mit einem Gehalt von höchstens 0,4% Kohlenstoff und 1,2 bis 5,1% Titan durch Verformen des genannten Stahls zu einem vorbestimmten Werkstück und nachfolgendem Nitrieren, dadurchgekennzeichnet, daß ein Stahl, bei dem zwischen dem Kohlenstoffgehalt (C %) und Titangehalt (Ti%) folgende Beziehung besteht:1. Process for the production of corrosion-resistant workpieces from low-alloyed materials Carbon steels with a maximum content of 0.4% carbon and 1.2 to 5.1% titanium by deforming said steel into a predetermined workpiece and then Nitriding, characterized in that a steel in which between the carbon content (C%) and titanium content (Ti%) the following relationship exists: Ti,.% = Ti%-4C%,Ti,.% = Ti% -4C%, wobei der Gehalt an überschüssigem Titan Ti1. 0,8 bis 3,5% beträgt, verwendet wird.the excess titanium content being Ti 1 . 0.8 to 3.5% is used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrieren in einem Ammoniakgasstrom 5 Stunden lang bei 600° C vorgenommen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the nitriding in one Ammonia gas flow is made at 600 ° C for 5 hours.
DE19661521425 1965-11-05 1966-10-14 Process for the production of corrosion-resistant workpieces from low-alloy carbon steels Pending DE1521425B1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0058278A1 (en) * 1980-12-10 1982-08-25 LUCAS INDUSTRIES public limited company Link and windscreen wiper mechanism including same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1826656A (en) * 1927-03-17 1931-10-06 Nitralloy Corp Process for externally hardening cast iron and article of manufacture produced thereby

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