DE4128437C2 - Verfahren zum Herstellen korrosionsbeständiger, verschleißfester Werkstücke aus hochchromhaltigem Stahl und seine Anwendung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen korrosionsbeständiger, verschleißfester Werkstücke aus hochchromhaltigem Stahl und seine AnwendungInfo
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Description
In der DE-OS 40 33 706 ist ein Wärmebehandlungsverfahren zur Er
höhung des Korrosionswiderstandes einer gehärteten Randschicht
endformnaher Bauteile aus nichtrostenden martensitischen Stählen
mit weniger als 0,4% Kohlenstoff durch Eindiffusion von 0,2 bis 0,8%
Stickstoffin die Randschicht bei einer Temperatur oberhalb Ac₁
sowie durch anschließendes Direkthärten und Anlassen im Tempe
raturbereich von 150 bis 250°C beschrieben.
Hierbei erfolgt die Aufstickung der Randschichtin einer Gasat
mosphäre, die aus Stickstoff oder aus Ammoniak oder aus Gemi
schen beider Gase bestehen kann und darüber hinaus mit Wasser
stoffzusatz versehen sein kann. Der Gasatmosphäre können Koh
lenwasserstoffe, beispielsweise Methan, Propan oder dergleichen
zugefügt werden. Bei diesem bekannten Wärmebehandlungsverfah
ren kann die Aufstickung in Analogie zum Plasmaaufkohlen durch
ein Plasma unterstützt werden.
Dabei wird die aufgestickte Randschicht gehärtet. Die Eindiffusion
von 0,2 bis 0,8% Stickstoff in den Randbereich erfolgt bei Tempe
raturen oberhalb von Ac₁, also im Temperaturbereich, in dem zu
mindest auch Austenit beständig ist. Anschließend wird - wie auch
beim Aufkohlen (Einsatzhärten) - abgeschreckt und danach ange
lassen. Dieses bekannte Wärmebehandlungsverfahren stellt somit
ein Härteverfahren dar, welches nichts mit einem Nitrierverfahren,
also auch nichts mit einem Verfahren zum Bilden einer Nitrid-Ver
bindungsschicht zu tun hat.
In der DE-AS 12 29 814 ist ein Verfahren zum Nitrieren von nicht
rostenden Chrom- und Chromnickelstählen mit mehr als 10% Chrom
sowie austenitischen Chrommangan- und Chromnickelmanganstäh
len mit mehr als 4% Mangan in gasförmigem Ammonikstrom be
schrieben. Dabei wird die Stahloberfläche mit einem entpassivierend
wirkenden Reduktionsmittel behandelt, so daß die Stähle während
und/oder vor der Nitrierung mit geringen Mengen von Schwefelwas
serstoff behandelt werden, wobei die Behandlung mit Schwefelwas
serstoff vor der eigentlichen Nitrierung in einem langsamen Strom
von weniger als 1,0 Liter pro Stunde und pro Liter Rauminhalt des
Nitriergefäßes erfolgt, während Schwefelwasserstoff in Mengen von
weniger als 3% zugegeben wird, wenn die Behandlung während der
Nitrierung erfolgt. Dabei kann das der Nitrierung dienende Ammoni
ak mit Stickstoff und Wasser verdünnt werden. Bei diesem Verfahren
geht es ausschließlich um die Darstellung eines neuen Weges der
Entpassivierung, also der Beseitigung eines Oxidfilmes auf der
Stahloberfläche, weil dies Voraussetzung für die gleichmäßige Ni
trierwirkung ist.
Bei dem aus der US-PS 4 873 117 bekannten Verfahren geht es
ausschließlich um den Schutz vor Reibungsverschleiß. Gemäß die
sem bekannten Verfahren wird nur kurze Zeit - einige bis wenige
Stunden - und bei relativ geringer Temperatur - etwa 500°C - ni
triert. Dieses schwache Nitrieren führt nicht zu nennenswerten Aus
scheidungen chromreicher Phasen, geschweige denn zu einer Ni
trid-Verbindungsschicht. Dadurch bleibt die Korrosionsbeständigkeit
weitgehend erhalten.
In dem aus der US-PS 2 188 137 bekannten Verfahren geht es aus
schließlich um die Behandlung legierter Stähle mit dem Ziel, eine
harte Oberfläche und einen weichen, zähen Kern zu erhalten. Die
Korrosionsbeständigkeit ist hier nicht erwähnt.
Bei dem aus der US-PS 2 131 710 bekannten Verfahren kann, wie
bereits vorstehend bezüglich der US-PS 4 873 117 erläutert worden
ist, der sehr hohe Chrom-Gehalt dazu führen, daß ein ausreichender
Teil des Chroms (mindestens 12%) in der metallischen Matrix ge
löst bleibt, so daß eine ausreichende, aber geschwächte Resistenz
gegen Korrosion erhalten bleibt.
Der in der Zeitschrift "Neue Hütte" 28 (1983), Heft 10, S. 373 bis
379 aufgeführte Stahl 24CrMo13 ist ein niedriglegierter Stahl mit et
wa 3,3% Chrom. Für derartige Stähle ist es keine Besonderheit, daß
durch Nitrieren eine Nitrid-Verbindungsschicht gebildet werden
kann.
Bei Armaturen, beispielsweise Kraftwerksarmaturen ist eine Spindel
in einem Verschlußdeckel längsverschieblich gelagert und geführt.
Zwischen einer im Abdichtraum zwischen der Spindel und dem Ver
schlußdeckel angeordneten Grundbuchse und einer Stopfbuchse
sind wenigstens eine Packungsbuchse und zwei Packungsringe zum
Abdichten vorgesehen. Die Packungsringe und die Packungsbuchse
bestehen aus Graphit bzw. Graphitexpandat.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß der für die Ventilspindeln ver
wendete martensitische hochlegierte Chromstahl mit einem Gehalt
von 10 bis 12,5% Chrom gegenüber Graphit korrosionsanfällig ist.
Versuche haben ergeben, daß bei Spindeln aus martensitischem
Chromstahl nach etwa 3 Wochen ein erheblicher Korrosionsangriff
zu verzeichnen ist. Hierbei hat sich herausgestellt, daß es nicht ge
nügt, Graphit als inerten Elektronenleiter aufzufassen, vielmehr ist
Graphit elektrochemisch aktiv und stellt in dem System gegenüber
dem martensitischen Chromstahl die Kathode dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einlei
tend genannten Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, das Werk
stück so zu behandeln, daß es kumulativ korrosionsbeständig, ver
schleißbeständig und temperaturbeständig ist. Diese Zielsetzung,
nämlich das Erreichen der Korrosionsbeständigkeit, der Verschleiß
beständigkeit und der Temperaturbeständigkeit soll bei hochchrom
haltigen Stählen gleichzeitig erreicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen kor
rosionsbeständiger, verschleißfester Werkstücke aus hochchromhal
tigem Stahl durch Bilden einer Nitrid-Verbindungsschicht in einem
Gas oder Plasma.
Auf diese Weise gelangt man zu einem Verfahren, mit dem es mög
lich ist, Werkstücke so zu behandeln, daß sie gleichzeitig über Kor
rosionsbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit und Temperaturbe
ständigkeit verfügen.
Unter einem hochchromatigen Stahl wird im Sinne von hochlegiert
ein Stahl mit einem Gehalt an Chrom von mindestens 5%, vorzugs
weise oberhalb 9% verstanden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren so aus
gebildet sein, daß die Verbindungsschicht mit zusätzlichen Gehalten
an Kohlenstoff, Schwefel und/oder Phosphor gebildet wird.
Die Behandlung eines hochchromhaltigen Stahls in einem Gas oder
einem Plasma kann durch Gasnitrieren oder durch Plasmanitrieren
erfolgen. Wenn diese Behandlungsverfahren mit den entsprechenden
Parametern durchgeführt werden, läßt sich an der Oberfläche eines
Werkstückes aus hochchromhaltigem Stahl eine Nitrid-Verbindungs
schicht bilden.
Die Fachwelt ist bisher davon ausgegangen, daß an der Oberfläche
eines Werkstückes aus einem Stahl mit hohem Chromgehalt eine
Nitrid-Verbindungsschicht nicht gebildet werden kann, daß vielmehr
durch Nitrieren eines solchen Werkstückes dessen Oberfläche be
sonders korrosionsanfällig wird. Es ist daher für die Fachwelt über
raschend, daß in einem Gas oder einem Plasma an der Oberfläche
eines Werkstückes aus hochchromhaltigen Stahl dennoch eine Ni
trid-Verbindungsschicht gebildet werden kann.
Am Beispiel von martensitischem Chromstahl ist in Laborexperimen
ten festgestellt worden, daß durch dieses Verfahren die Korrosions
geschwindigkeit etwa um den Faktor 1 : 5 bis 1 : 2500 verlangsamt
wird.
Des weiteren ist Gegenstand der Erfindung die Anwendung des vor
stehend beschriebenen Verfahrens auf die Herstellung einer gegen
Graphit korrosionsbeständigen und verschleißbeständigen Ventil
spindel, insbesondere für Kraftwerksarmaturen.
Hierdurch gelangt man zu einer Ventilspindel einer Armatur, die die
drei Vorteile, nämlich die Korrosionsbeständigkeit, die Verschleiß
beständigkeit und die Temperaturbeständigkeit aufweist. Es ist bis
her keine Ventilspindel aus hochchromhaltigem Stahl bekannt, bei
der diese drei vorteilhaften Eigenschaften kumulativ bzw. gleichzei
tig zusammenkommen.
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen korrosionsbeständiger, verschleißfe
ster Werkstücke aus hochchromhaltigem Stahl durch Bilden ei
ner Nitrid-Verbindungsschicht in einem Gas oder Plasma.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindungsschicht mit zusätzlichen Gehalten an Kohlenstoff,
Schwefel und/oder Phosphor gebildet wird.
3. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2 auf
die Herstellung einer gegen Graphit korrosionsbeständigen und
verschleißbeständigen Ventilspindel, insbesondere für Kraft
werkarmaturen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914128437 DE4128437C2 (de) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | Verfahren zum Herstellen korrosionsbeständiger, verschleißfester Werkstücke aus hochchromhaltigem Stahl und seine Anwendung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19914128437 DE4128437C2 (de) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | Verfahren zum Herstellen korrosionsbeständiger, verschleißfester Werkstücke aus hochchromhaltigem Stahl und seine Anwendung |
Publications (2)
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DE4128437A1 DE4128437A1 (de) | 1993-03-04 |
DE4128437C2 true DE4128437C2 (de) | 1995-12-21 |
Family
ID=6439252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914128437 Expired - Fee Related DE4128437C2 (de) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | Verfahren zum Herstellen korrosionsbeständiger, verschleißfester Werkstücke aus hochchromhaltigem Stahl und seine Anwendung |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4128437C2 (de) |
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US2188137A (en) * | 1938-08-31 | 1940-01-23 | Chapman Valve Mfg Co | Method of heat treating |
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US4264380A (en) * | 1979-11-16 | 1981-04-28 | General Electric Company | Nitride casehardening process and the nitrided product thereof |
FR2604188B1 (fr) * | 1986-09-18 | 1992-11-27 | Framatome Sa | Element tubulaire en acier inoxydable presentant une resistance a l'usure amelioree |
DE4033706A1 (de) * | 1990-10-24 | 1991-02-21 | Hans Prof Dr Ing Berns | Einsatzhaerten mit stickstoff zur verbesserung des korrosionswiderstandes martensitischer nichtrostender staehle |
-
1991
- 1991-08-27 DE DE19914128437 patent/DE4128437C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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