DE659485C - Die Verwendung eines Stahles oder Gusseisens zur Herstellung von Gegenstaenden mit verringerter Rostneigung in Wasser, Seewasser oder feuchtem Erdreich - Google Patents

Description

• Die Verwendung eines Stahles oder Gußeisens zur Herstellung von Gegenständen mit verringerter Rostneigung in Wasser, Seewasser oder feuchtem Erdreich Es ist bekannt, daß ein Zusatz von Kupfer zu Stahl und Gußeisen die Korrosionsbeständigkeit an der Atmosphäre erhöht. Durch Versuche des Erfinders ist es möglich geworden, über die Wirkungsweise des Kupfers bzw. über den hier vorliegenden Reaktionsmechanismus Aussagen zu machen. Der rosthemmende Einfluß des Kupferzusatzes zu Gußeisen und Stahl beruht auf folgenden Zusammenhängen Durch die während des Rostvorganges entstehenden z- und 3wertigen Eisenionen, ferner durch den Sauerstoffgehalt des Korrosionsmittels bedingt, besitzt jedes wässerige Korrosionsmittel ein Oxydationsvermögen, dessen Meßzahl durch das in Volt zu messende Oxydationsreduktionspotential der Lösung angegeben werden kann. Der Nachweis des Oxydationspotentials erfolgt durch Kombination einer in das Korrosionsmittel eintauchenden blanken Platinelektrode in Verbindung mit einer Bezugselektrode, z. B. einer oder Kalomelelektrode, und Messung der entstehenden Potentialdifferenz mit Hilfe einer Kompensationseinrichtung. Die Höhe des während .des Rostens von Stahl und Gußeisen in verdünnten wässerigen Salzlösungen, wie Fluß-und Seewasser, sich einstellenden Oxydationspotentials beträgt, bezogen auf die normale Wasserstoffelektrode, (Elr=+ o,5 Volt).
• Die Bedeutung des Oxydationspotentials z. B. für in Wasser tauchendes metallisches Kupfer besteht darin, daß das Kupfer oxydiert wird, d. h. in Lösung geht. Die Gegenwart von Eisen führt aber zu einer Rückfällung der entstandenen Kupferionen und zu einer allmählichen Verkupferung des Eisens auf der Oberfläche. Je nach den für den Entladungs- und Kristallisationsvorgang der Kupferionen maßgebenden Verhältnissen kommt es zur Ausbildung einer mehr oder weniger zusammenhängenden Kupferschicht, die leim Rosten an der Atmosphäre in Kupferoxyd übergeht, fest auf dem Eisen haftet und so den Rostvorgang hemmt, wie das praktisch allgemein bekannt ist.
• In Wässern bildet sich dagegen ein schwammiger Kupferüberzug aus, der die Tätigkeit zahlreicher Lokalelemente( Kupfer/Korrosionsmittel/Eisen) herbeiführt, deren Wirkung sich in beschleunigter Bildung und starker Anreicherung von Ferroferrihydroxydhydraten äußert. Diese Oxydhydrate haften anfangs zähe auf dem Eisen; sie können sogar hart und wasserundurchlässig werden, so daß sie die Stahloberfläche gegen weiteren Wasserzutritt schützen können. Im Laufe der Zeit werden sie aber zu schwarzem Rost (Fe 0. Fe@03) und weiterhin zu braunem Rost (Fe. 03) oxydiert. Hierdurch werden sie kör-= nig und zusammenhanglos; sie fallen ab und geben die Oberfläche des Werkstoffes erneut, dem Angriff des Korrosionsmittels preis.
• Hieraus ist ersichtlich, daß der Kupferzusatz zu Stahl und Güßeisen, der die Korrosion an der Atmosphäre wesentlich herabsetzt, die Korrosion beim langzeitigen Eintauchen der Gegenstände in Wasser, Seewasser, feuchtes Erdreich u. dgl. nicht vermindert. Diese Tatsache, daß der Kupferzusatz bei 'Tauchkorrosion wirkungslos ist, war übrigens zur Zeit der Einreichung der Erfindung den Fachleuten allgemein bekannt. Ausgedehnte Versuche haben nun ergeben, daß auch bei Tauchkorrosion die hemmende Wirkung eines Kupferzusatzes dann voll zur Geltung gebracht werden kann, wenn neben dem Kupfer Aluminium oder Magnesium einzeln oder gemeinsam zugesetzt werden. Da diese Metalle Potentiale besitzen, die negativer sind als das konstante OYydationsreduktionspotential des Korrosionsmittels, gehen sie als Ionen in Lösung; im Gegensatz zum Kupfer findet aber beim Aluminium und Magnesium keine Ausfällung am Eisen statt, weil ihre Potentialie negativer sind als das Eisenpotential. Die in Lösung befindlichen Ionen der genannten Metalle reagieren nun mit den Hydr oxylionen des Korrosionsmittels unter Bildung von Hydroxyd, welches sich zusammen mit Ferroferrihydroxyd und fein verteiltem Kupfer auf der Eisenoberfläche abscheidet. Diese Schicht aber erhärtet- unter Wasser im Laufe der Zeit zu einer zementartigen Masse, deren Haftfähigkeit und Härte Schütz vor Ver-1otzungen und weiterer Korrosion bietet. Ein 'platzen und Körnigwerden der Schutzicht tritt nicht ein.
• ¢`#y'.` Bei Benutzüng eines Kupferstahles mit 'Aluminium und Magnesium wird eine Schutzschicht erzeugt, die dem Charakter der obengenannten Reaktionen entspricht.
• Die in Frage kommende Wirkung wird bereits durch verhältnismäßig kleine Zusätze erzielt, die bei Stahl beispielsweise bei Aluminium o,o5 bis ö;25 % betragen; ein höherer Zusatz wirkt ebenfalls, ohne jedoch bei Stählen besondere Vorteile zu bringen. Bei Gußeisen dagegen wird-der beste Wert der Schutzwirkung je nach der sonstigen Zusammensetzung bei o,5 bis t, 5 % Aluminium erreicht, wenngleich auch hier bei geringeren Gehalten an Aluminium eine Schutzwirkung auftritt, die technisch verwertbar ist. Magnesium übt diese Wirkung in Stahl und Gußeisen in einer Menge von o, r bis zu 5 0,lo aus. Jedoch wird im allgemeinen wegen der sonst eintretenden Schädlichkeit dieses Zusatzes für Stahl und Gußeisen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften ein hoher Gehalt besser vermieden.
• Dementsprechend wird gemäß der Erfindung zur Herstellung von Gegenständen, die bei Taüchkörrosion verringerte Rostneigung gegen den Angriff von Wasser, Seewasser und feuchtem Erdreich besitzen sollen, Stahl oder Gußeisen verwendet, .die neben einem Kupfergehalt bis zu. t % noch einen agier miehrere der nachstehenden Legierungszusätze enthalten:

  Stahl Gußeisen

  °;h

  Aluminium in Mengen von etwa o;05 bis o,25 0,05 bis 1,5

  Magnesium - - - - o, i - 5 0,1 - 5 .

  Die übrige Zusammensetzung hinsichtlich des Gehaltes an Kohlenstoff, Mangan, Silicium, Phosphor, Schwefel usw. hält sich in den für Stahl und Güßeisen üblichen Grenzen.
• Der die Rostneigung verhindernde Einfluß der genannten Metalle bleibt auch erhalten, wenn der Stahl aus anderen Gründen mit Elementen, wie z. B. Mangan, Silicium, Nickel, Phosphor, Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadin, Kobalt, Titan, Bor, Zirkon und Beryllium, legiert wird.
• Selbstverständlich tritt durch den Zusatz der genannten Metalle bedingte Schutzwirkung für Stahl und Gußeisen auch bei atmosphärischer Korrosion ein. o Es ist zwar bereits für Hochdruckkessel, Hochdruckrohre u. dgl. ein Stahl. bekanntgeworden, weicher einen Zusatz von mehr als o,3% Aluminium enthält, um die Streckgrenze zu erhöhen, und dem außerdem auch andere Elemente zur Erzielung verschiedener Eigenschaften hinzugefügt werden können, z. B. Kupfer zur Steigerung der Korrosionsbeständigkeit. Bei diesem Vorschlag ist aber einerseits offenbar nur an die gewöhnliche korrosionshemmende Wirkung des Kupfers gedacht, die bekanntlich bei Tauchkorrosion nicht eintritt, und außerdem ist der Aluminiumzusatz höher als erfindungsgemäß vorgeschlagen.
• Im Gegensatz zu diesen bekannten Vorschlägen bezieht sich die vorliegende Erfindung nur auf die Erhöhung des Korrosionswiderstandes in Wasser, Seewasser oderfeuchtem Erdreich bei der sogenannten Tauchkorrosion. Gestützt auf einwandfreie Versuchsergebnisse, schlägt die Erfindung gerade für diesen Anwendungsfall für Stahl und Gußeisen Legierungen mit bestimmten Gehalten an Aluminium oder Magnesium neben Kupfer vor, die der Tauchkorrosion durch Bildung einer Schutzschicht einen überraschend hohen Widerstand entgegensetzen.

Claims (1)

1. PATEN TANSPRi, CIIr i. Die Verwendung eines I'lußstahles mit Gehalten an Kohlenstoff, Mangan, Silicium, Phosphor und Schwefel in den für Stahl üblichen Grenzen .und mit Kupfer bis. zu i ojo sowie ferner mit o,o5 bis 0,2501'() Aluminium und o, i bis 5% Magnesium, von denen die beiden letztgenannten Elemente einzeln oder gemeinsam verwendet werden, Rest Eisen, zur Her-Stellung von Gegenständen, die verringerte Rostneigung in Wasser, Seewasser oder feuchtem Erdreich besitzen sollen. z. Die Verwendung eines Gußeisens mit Gehalten an Kohlenstoff, Mangan, Silicium, Phosphor und Schwefel in den für Gußeisen üblichen Grenzen und mit Kupfer bis zu i % sowie ferner mit o, z bis o, 5 0/0 Nickel, o,o5 bis I,5o'o Aluminium und o, i bis 5010 Magnesium, von denen die drei letztgenannten Elemente einzeln oder zu mehreren verwendet werden, Rest Eisen, zur Herstellung von Gegenständen, die verringerte Rostneigung in Wasser, Seewasser oder feuchtem Erdreich besitzen sollen.