DE2402827A1

DE2402827A1 - Verfahren zur erzeugung einer nichtrostenden beschichtung auf eisenerzeugnissen

Info

Publication number: DE2402827A1
Application number: DE2402827A
Authority: DE
Inventors: Vincent Leroy; Roland Liesenborghs
Original assignee: Cockerill SA
Current assignee: Cockerill SA
Priority date: 1973-01-30
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1974-08-01

Description

Verfahren zur Erzeugung einer nichtrostenden Beschichtung auf Eisenerzeugnissen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur. Erzeugung einer nichtrostenden Beschichtung aus einem oder mehr der Elemente Cr, Ni, Co, Mo oder einer Legierung dieser Elemente als solchen bzw. dieser Elemente mit anderen Elementen, insbesondere mit Eisen in Form einer Ferrolegierung, auf einem den Träger für die Beschichtung bildenden Erzeugnis aus Stahl, beispielsweise Blechen oder Drähten, wobei die Ausbildung dieser Beschichtung durch Aufbringen nach Pulvermetallisier- und -verdichtungsverfahren und anschliessende Diffusion erfolgt.
Die wohl wichtigste Aufgabe von nichtrostenden Beschichtungen ist der Schutz von Eisenmetallen gegen Korrosion und Oxydation'und es wurde in der Vergangenheit bereits vorgeschlagen, zu diesem Zweck aus einem oder mehr der Metalle Cr, Ni, Co, Mo oder ihrer Legierungen, deren schützende Eigenschaften bekannt sind, bestehende Pulver einzusetzen. Was die Stahlträger betrifft, so wurde festgestellt, dass sich eine völlig zufriedenstellende Festigkeit gegen Korrosion in wässerigen Umgebungen praktisch nur mit titanstabilisierten Stählen erzielen lässt.
Gewisse derzeitige Verfahren umfassen die gründliche Reinigung des Trägermaterials, die anschliessende Aufbringung der Legierung auf den Träger im Wege eines Metallisierverfahrens durch Aufspritzen oder Aufbreiten und. Verdichten der Pulver, und schliesslich die färmebehandlung des solcherart beschichteten Trägers unter hohen Temperaturen in trockener Wasserstoffatmosphäre, um eine Diffusion der Legierung, eine Desoxydation der Beschichtung und ausserdem eine Entkohlung von Träger und Beschichtung zu bewirken.- Nach dieser Behandlung kann das beschichtete Produkt Je nach den an das fertige Erzeugnis hinsichtlich seiner Festigkeits- und Gefugeeigenschaften gestellten Anforderungen gewalzt und umkristallisiert werden. An solchen beschichteten Produkten durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass die Korrosionsfestigkeit derartiger Beschichtungen auf dem Fehlen jeglichen intergranularen Karbids bei den für nichtrostende Beschichtungen charakteristischen Elementen beruht, was sich sehr gut am Beispiel titanstabilisierter Stähle erläutern lässt, in denen nach erfolgter Bildung von Titankarbiden freier Kohlenstoff, d.h. der nicht mit Titan gebundene Kohlenstoff, nur in einer sehr geringen Menge vorhanden ist.
Wird ein solches Verfahren auf andere als titanstabilisierte Flußstahlqualitäten angewandt, so wird ziemlich schnell erkennbar, dass die der Korrosion in wässeriger Umgebung ausgesetzte Beschichtung durch das Vorhandensein von Karbiden in den Legierelementen eine Art Grübchenkorrosion erfährt. Diese Erscheinung erklärt sich aus der Tatsache, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung der Kohlenstoff dieser Stähle nicht gebunden wird, wie dies in der Form der Titankarbide bei titanstabilisierten Stählen der Fall ist, und dass dieser ungebundene, also freie Kohlenstoff entsprechend verfügbar ist, um bei der Wärmebehandlung zur Diffusion oder im Zuge der hieran anschliessenden Abkühlung Karbide mit den die nichtrostende Beschichtung bildenden Elementen zu erzeugen mit dem Ergebnis einer verringerten Korrosionsfestigkeit dieser Beschichtung und des Erscheinens von Grübehen .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich diese Nachteile ausschalten lassen, d.h. welches die Herstellung einer nichtrostenden Beschichtung-ermöglicht, die eine effektive Korrosionsfestigkeit in wässeriger Umgebung selbst dann aufweist, wenn der Träger aus gewöhnlichem Stahl, beispielsweise aus unberuhigtem oder aluminiumstabilisiertem Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt mindestens bei 0.050 ß liegt und dessen Kohlenstoff frei ist, besteht.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzeugung einer nichtrostenden Beschichtung auf einem Träger aus Stahl, zum Beispiel warmgewalzten Bändern-oder Streifen oder Walzdraht, durch Aufbringen und anschliessende Diffusion unter Einschluss der verschiedenen üblichen Arbeitsgänge wie Reinigen, Aufbringen, Wärmebehandeln sowie schliesslich Walzen und Umkristallisieren, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur und in drei Phasen wie folgt durchgeführt wird: a) einer als Vordiffusion bezeichneten Phase in trockener Wasserstoffatmosphäre als Phase Eins, b) einer zweiten, der Entkohlungsphase in einer entsprechenden entkohlenden Atmosphäre, beispielsweise einer Kohlensäureanhydridatmosphäre oder einer feuchten Wasserstoffatmosphäre, c) einer dritten, der eigentlichen Diffusionsphase in trockener Wasserstoffatmosphäre.
Das Verfahren ist also dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusion im Zuge einer Wärmebehandlung bewirkt wird, bei welcher die Zusammensetzung der aktiven Atmosphäre bzw. die Temperatur sich mit der Zeit verändern.
Um den Wirkungsgrad der zwischen der aktiven Atmosphäre und dem beschichteten Erzeugnis ablaufenden Reaktionen zu verbessern, erscheint es angebracht, bei Flachprodukten einen Zwischenraum zwischen den jeweils benachbarten Oberflächen zu belassen. Handelt es sich um Drahtringe, so sind diese optimalen Bedingungen automatisch verfüllt.
Es sei darauf hinCewiesen, dass die genannten drei Wärmebehandlungsphasen im Verlaufe ein- und desselben Glühzyklus durch-geführt werden können.
Mit der Vordiffusionsphase wird bezweckt, die Haftung der Beschichtung auf dem Träger sowie gleichzeitig eine Desorption des in der Beschichtung anstehenden Sauerstoffs sicherzustellen, wobei trockene Wasserstoff~ atmosphäre nötig ist, um die Oxydation an der Grenzschicht Träger/Beschichtung durch diesen Sauerstoff, der also in Form von H20 ansteht, oder aber denjenigen Sauerstoff, der durch aktives Gas mit nicht genügend tiefem Taupunkt zugeführt wird, zu verhindern. Eine derartige Oxydation der Grenzschicht TrSger/Beschichtung würde die Diffusion bremsen und dem Anbinden der Beschichtung entgegenwirken. Die Entkohlungs phase wird aus Gründen der Wirksamkeit, die wohl bestens bekannt sein dürften, vorzugsweise in zu e einer feuchten Wasserstoffatmosphäre durchgeführt. Zwecke der Diffusionsphase ist es, die Diffusion der die Beschichtung bildenden Legierelemente zu vervollständigen und jede übermässige Oxydation der Produktoberfläche infolge der vorhergehenden Phase in feuchter Wasserstoffatmosphäre auszuschalten.
Nach einer vorteilhaften Abwandlung der Erfindung werden die drei Wärmebehandlungsphasen unter den folgend.en Temperaturbedingungen und auf die nachfolgend angegebene Dauer durchgeführt: a) Vordiffusionsphase bei einer Temperatur zwischen 700°C und. 153000C, vorzugsweise 10000C und 125O0C, auf die Dauer von zwischen 16 Stunden und 1/4 Stunde, b) Entkohlungsphase bei einer Temperatur zwischen 9000C und 1300°C auf die Dauer von zwischen 4 Stunden und 1/4 Stunde je nach Dicke des beschichteten Produkts, c) Diffusionsphase bei einer Temperatur zwischen 10000C und 13000C auf die Dauer von zwischen 48 und 10 Stunden.
Ebenfalls wird erfindungsgemäss vorgesehen, als Beschichtungsmaterial Pulver auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle Cr, Ni, Co, Mo oder von Legierungen derselben, vorzugsweise einerFerrolegierung mit Cr oder NL--Cr, zu verwenden, wobei der Kohlenstoffgehalt dieser Pulver zwischen 0.020 und 1 ,% beträgt.
Das Aufbringen der nichtrostenden Beschichtung erfolgt zweckmässigerweise im Wege eines Aufspritzmetallisierverfahrens mit Hilfe einer Brennerflamme, eines elektrischen Lichtbogens oder vorzugsweise eines Lichtbogenplasmabrenners, oder aber im Wege eines Verteil-oder Aufbreitverfahrens, mit anschliessender Verdichtung.
Hinsichtlich der nach dem vorbeschriebenen Verfahren beschichteten Erzeugnisse betrifft die Erfindung ein Produkt, dessen Beschichtung zweckmässigerweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0.020 ffi besitzt.
Darüberhinaus ist es bekannt, dass diese Aufbringverfahren Beschichtungen ergeben, deren Dicke in der Grössenordnung von 50 bis 100 Mikron liegt.
Nach dem vorbeschriebenen Verfahren erhält man eine Beschichtung, deren Feingefüge keinerlei intergranulare Karbide aufweist, was eine hervorragende Korrosionsfestigkeit in wässeriger Umgebung gewährleistet.
Ausserdem weist die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Beschichtung gegenüber anderen Verfahren nach dem Walzen und nach erfolgter Umkristallisation eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit auf.
Nachfolgend ein Beispiel,- das jedoch in einem nicht einschränkenden Sinne zu betrachten ist: eine Legierung Fe75Cr mit 0.040 % Kohlenstoff wurde auf Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.050 % aufgebracht. Die Auftragsdicke beträgt etwa 100 Mikron. Nach der herkömmlichen Verfahrensweise führt eine Diffusions-Wärmebehandlung bei 1150°C in trockener Wasserstoffatmosphäre und auf die Dauer von 16 Stunden zur Bildung einer Beschichtung mit einer Kohlenstoffkonzentration zwischen 0.150 ß und 0.200 %.
Demgegenüber bewirkt nach dem erfindungsgemässen Verfahren die Behandlung in drei Phasen, d.h. einer halbstündigen Diffusionsphase bei 115000 in trockener Wasserstoffatmosphäre, einer zweistündigen Entkohlungsphase bei 9000C in feuchter Wasserstoffatmosphäre und einer 15 1/2-stündigen Diffusionsphase bei 1150°C in trockener Wasserstoffatmosphäre zur Bildung einer Fe-Cr-Beschichtung mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0.010 ß und 0.015 .
PATENTANSPRUCHE

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i Verfahren zur Erzeugung einer nichtrostenden und von Kohlenstoff freien Beschichtung auf Stahl durch Aufbringen und anschliessende Diffusion eines oder mehrerer der Elemente Cr, Ni, Co, Mo, bzw. einer Legierung aus diesen Elementen als solchen oder aus diesen Elementen mit Eisen in Form einer Ferrolegierüng auf einen bzw. einem Träger aus Flußstahl unter Einschluss der verschiedenen hierzu üblichen Arbeitsgänge wie Reinigen, Aufbringen, Wärmebehandeln sowie schliesslich Walzen und Umkristallisieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur und in drei Phasen wie folgt abläuft: a) einer als Vordiffusionsphase bezeichneten ersten Phase in trockener Wasserstoffatmosphäre, b) einer zweiten Phase, der Entkohlungsphase, in einer entkohlenden Atmosphäre, c) einer dritten Phase, der Diffusionsphese, in trockener Wasserstoffatmosphäre.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entkohlende Atmosphäre für die zweite Phase der Wärmebehandlung eine feuchte Wasserstoffatmosphäre ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Phasen der Wärmebehandlung unter den folgenden Temperaturbedingungen und auf die nach folgend angegebene Dauer durchgeführt werden: a) Vordiffusionsphase bei einer Temperatur zwischen 700°C und 13000C, vorzugsweise 10000C und 1250°C, auf die Dauer von zwischen 16 Stunden und 1/4 Stunde, b) Entkohlungsphase bei einer Temperatur zwischen 9000C und 1300 0C auf die Dauer von zwischen 4 Stunden und 1/4 Stunde je nach Dicke des beschichteten Produkts, c) Diffumonsphase bei einer Temperatur zwischen 10000C und 1300°C auf die Dauer zwischen 48 und 10 Stunden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial Pulver auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle Cr, Ni, Co, Mo oder von Legierungen derselben entweder aus diesen Elementen als solchen oder dieser Elemente mit anderen Elementen, insbesondere mit Eisen in Form einer Ferrolegierung, verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmaterial Pulver auf zuauf Ferrochrom-Basis verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als- Beschichtungsmaterila Pulver auf der Basis einer Ferrolegierung mit Nickel und Chrom verwendet werden.