DE1521425C

DE1521425C - Process for the production of corrosion-resistant workpieces from low-alloy carbon steels

Info

Publication number: DE1521425C
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dr Konkoly Tibor Dr Varga Sandor Frau Dekany Laszlo Fekete Karolin Budapest Gillemot
Original assignee: Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat, Budapest
Publication date: 1971-09-09

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- wobei der Gehalt an überschüssigem Titan Ti_r 0,8 bisThe invention relates to a method for producing the excess titanium content of Ti _r 0.8 to

stellen von korrosionsbeständigen Werkstücken aus 3,5% beträgt, verwendet wird,corrosion-resistant workpieces of 3.5% is used,

niedriglegierten Kohlenstoffstählen mit einem Gehalt In der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 78 (1958),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, wirdof at most 0.4% carbon and 1.2 to S. 1888, right column, and 1889, left column

5,1% Titan durch Verformen des genannten Stahls zu 5 zwar das Nitrieren von Titan enthaltenden Stählen5.1% titanium by deforming the mentioned steel to 5, although the nitriding of steels containing titanium

einem vorbestimmten Werkstück und. nachfolgendem beschrieben, doch liegen die in dieser Literaturstellea predetermined workpiece and. described below, but are in this reference

Nitrieren. ■ vorgeschlagenen Stahlzusammensetzungen außerhalbNitriding. ■ proposed steel compositions outside

Bekanntlich werden Bestandteile aus Stahl, die in des gemäß der Erfindung geforderten Bereiches.It is known that components made of steel are in the range required according to the invention.

Klima mit hoher Luftfeuchtigkeit einer atmosphäri- Dementsprechend kann bei dieser ZusammensetzungClimate with high humidity an atmospheric- Accordingly, with this composition

sehen Korrosion ausgesetzt sind, entweder aus korro- io auch nicht die gemäß der Erfindung realisierbaresee are exposed to corrosion, either from corrosion or not that realizable according to the invention

sionsfesten Werkstoffen hergestellt oder, wenn sie aus Korrosionsbeständigkeit erhalten werden. Es hat sichsion-resistant materials or, if they are obtained from corrosion resistance. It has

nichtkorrosionsfestenStählenhergestelltsindjrnitemem gezeigt, daß bei einem Stahl dieser Art, der 0,1% C,non-corrosion-resistant steels are shown items that for a steel of this type, which contains 0.1% C,

Korrosionsschutzüberzug versehen. Gegen atmosphä- 1,05% Ti und 0,65 %Ti_r enthielt, die KorrosionCorrosion protection coating provided. Against atmospheric 1.05% Ti and 0.65% Ti _r contained corrosion

rische Beanspruchungen sind z.B. die Buntmetalle bis zu 80% betrug.For example, non-ferrous heavy metals were exposed to up to 80%.

und verschiedene hochlegierte Stähle beständig. Die 15 Ein zum Vergleich untersuchter Stahl gemäß derand various high-alloy steels resistant. 15 A steel examined for comparison according to FIG

Buntmetalle sind aber sehr kostspielig und als Kon- vorliegenden Erfindung mit 0,1% C, 1,86% Ti undNon-ferrous metals, however, are very expensive and as a Kon- present invention with 0.1% C, 1.86% Ti and

struktionswerkstoffe weniger geeignet, so daß sie nur 1,46 %Ti_r wies bei sonst gleichen Bedingungen über-Structural materials less suitable, so that they only had 1.46% Ti _r under otherwise identical conditions.

in Ausnahmefällen in Betracht kommen können. haupt keine Korrosion auf.may come into consideration in exceptional cases. no corrosion at all.

Hochlegierte Stähle sind für korrosionsfeste Bestand- Werden die oben angeführten Grenzen entweder 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 Menge 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 200 μΐη dung von Lunkern neigt. Ist wieder der Kohleristoff einen 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.High-alloy steels are for corrosion-resistant constituents - If the above-mentioned limits are either parts more widespread, but their production is exceeded by upwards or downwards, then of course, they are difficult to process and likewise 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. This type of corrosion protection, however, is limited to too high a titanium content because of too well-defined areas of application, where a large amount of titanium nitride is usually also costly and only results in a layer that splinters easily and leads to formation. relatively thick layers of 20 to 200 μΐη tends to form cavities. If the carbon material again offers a 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 produced easily and cheaply The corrosion resistance of the surface and yet a suitable corrosion protection. which gives resistance according to the method according to the invention, whereby neither special metals are to be used on the workpieces placed on the nitriding, nor high-alloy steels, or afterwards applied by the disperse coatings formed by the excess titanium. 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 an excess is available for the formation of titanium nitride 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 wannen Atmosphären eine hervorragende Korroschicht bildet, die zwar nur eine Dicke in der Größen- sionsbeständigkeit erlangt. Weiterhin sind keine beordnung von Mikronen 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. Beispielsweise aus der USA.-Patentschrif11826 656 50 Das Herstellungsverfahren 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, sionsschiitz 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.Titanium carbide with the carbon of the steel still 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 atmospheres with an excellent corrosive layer forms which, although only attaining a thickness in terms of dimensional stability. Furthermore there are no regulations of microns, 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 placed on them. For example, from U.S. Patent 11826 656 50 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 nitriding are lower than in the known processes of to deliver. However, this proposal is limited to surface protection. Also is the technology of the on cast iron, while low-alloy carbon 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, sionsschiitz due to various causes already 60 The component can be 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 outset, 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 anCarbon content (C%) and titanium content (Ti%) follow- 65 Further details of the invention are given in

gende Beziehung besteht: Hand von Beispielen erläutert, die zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens be- The following relationship exists: Hand of examples explained, the two embodiments of the method according to the invention

Ti_r% = Ti % - 4 C %. schreiben.Ti _r % = Ti% - 4 C%. to write.

example 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 Ti; 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. Put these values in the mentioned formula . used, then Ti is used for the excess titanium content; 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 a stream of ammonia gas, 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.

Example 2 -

Es sollen ebenfalls Schrauben hergestellt werden, . deren Durchmesser aber 2 bis 4 mm beträgt und deren Bearbeitung durch spanlose Formgebung erfolgen soll. Es wird ein Stahl mit 0,15 % Kohlenstoff und 3,10% Titan gewählt. Der überschüssige Titangehalt Ti_r beträgt dann 2,50%. Aus diesem Stahl werden die Schrauben durch Walzen unmittelbar fertiggeformt. Das Nitrieren findet bei 600° C Stunden lang statt, wobei ebenfalls ein Ammoniakgasstrom verwendet wird. Die Schrauben weisen eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie bei vorherigem Beispiel auf.Screws are also to be produced,. but their diameter is 2 to 4 mm and their machining 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 hours, also using a stream of ammonia gas. The screws have a similar corrosion resistance as in the previous example.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of corrosion-resistant workpieces from low-alloyed 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%) has the following relationship:.

Ti _r % = Ti% -4C%,

the excess titanium content Ti _{r being} 0.8 to 3.5% is used.

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.