DEP0029162DA

DEP0029162DA - Elimination of hydrogen from cast steel workpieces.

Info

Publication number: DEP0029162DA
Authority: DE
Inventors: Graham Arthur John Wood
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-02-01

Description

Es ist bekannt, dass beim Herstellungsprozess von Stahl sehr leicht Wasserstoff eingeschlossen bleibt, und sein Vorhandensein im Stahl insofern höchst schädlich ist, als er oft die Ursache von Brüchen und inneren Rissen im Material bildet.It is known that hydrogen is very easily trapped in the steel manufacturing process, and its presence in steel is highly detrimental in that it is often the cause of fractures and internal cracks in the material.

Eine kontrollierte Abkühlung des Stahls in einem geeigneten Stadium oder in Stufen ermöglicht dem eingeschlossenen Wasserstoff zu entweichen, bevor er in der Lage gewesen ist, irgend welchen Schaden anzurichten; jedoch ist es notwendig, dass die kontrollierte Abkühlung während der Zeit angewandt wird, in der das Gusstück auf die atmosphärische Temperatur abkühlt, da während dieser ersten Abkühlungsperiode die Gefahr innerer Rissbildung, bedingt durch den eingeschlossenen Wasserstoff, entsteht. Es hat keinen Zweck, Stahlwerkstücke, deren Abkühlung vorher nicht überwacht worden ist, in der Hoffnung wieder zu erhitzen und dann unter Kontrolle abkühlen zu lassen, dass diese zweite Behandlung alle Gefahren aus- schaltet, da es nahezu sicher ist, dass der Schaden bereits während der ersten Abkühlung eingetreten ist. Dies trifft insbesondere für viele legierte Stähle und Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt zu.Controlled cooling of the steel at an appropriate stage or in stages enables the trapped hydrogen to escape before it has been able to cause any damage; however, it is necessary that the controlled cooling be applied during the time in which the casting is cooling to atmospheric temperature, since during this first cooling period there is a risk of internal cracking due to the entrapped hydrogen. There is no point in reheating steel workpieces, the cooling of which has not been monitored beforehand, and then allowing them to cool under control in the hope that this second treatment will eliminate all dangers. switches because it is almost certain that the damage occurred during the first cooling off. This is especially true for many alloy steels and steels with a higher carbon content.

Ist der Wasserstoff einmal entfernt, so kann ein Erhitzen und Abkühlen in der üblichen Weise geschehen.Once the hydrogen has been removed, heating and cooling can take place in the usual way.

Es ist früher bereits vorgeschlagen worden, während der Abkühlung von Stahlschienen, wenn sie das kritische Stadium durchlaufen, das Maß der Abkühlung über einen Temperaturbereich, dessen untere Grenze unterhalb 250°C liegt, zu vergrößern.It has already been proposed earlier, during the cooling of steel rails, when they pass the critical stage, to increase the degree of cooling over a temperature range, the lower limit of which is below 250 ° C.

Ein Verfahren ist auch bereits für das Entfernen des Wasserstoffs aus einer Metalloberfläche in Vorschlag gebracht worden, das darin besteht, das betreffende Werkstück in eine heisse Lösung mit Chrombestandteilen einzutauchen.A method has already been proposed for removing the hydrogen from a metal surface, which consists in immersing the workpiece in question in a hot solution with chromium components.

Die Menge Wasserstoff, die abgeschieden wird, hängt vom Anfangsgehalt ab, jedoch ist es, da dieses während der Herstellung nicht bekannt ist, notwendig, dem Material in allen Fällen die volle Behandlung angedeihen zu lassen, sodass der Anteil, ob gross oder klein, durch die beschriebene Behandlung auf eine vernachlässigbare Menge reduziert wird, um jede Gefahr von Brücken oder innerer Rissbildung im Stahl auszuschliessen.The amount of hydrogen that is deposited depends on the initial content, but since this is not known during production, it is necessary to allow the material to undergo full treatment in all cases so that the proportion, whether large or small, passes through the treatment described is reduced to a negligible amount in order to rule out any risk of bridges or internal cracks in the steel.

Auf Grund der Erforschung des Problems der kontrollierten Abkühlung von Stahlwerkstücken im Laufe ihrer Herstellung wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, sie in einen Behälter zu bringen, der so eingerichtet ist, dass sein Inhalt für eine genügend lange Zeit auf einer bestimmten konstanten Temperatur gehalten wird, um die Bildung von inneren Rissen zu vermeiden, wobei diese Behandlung während der Zeit stattfinden muss, wo sich das Werkstück nach dem Guss auf die Lufttemperatur abkühlt. Die hierfür erforderliche Zeit ist von der im Behälter aufrecht erhaltenen Temperatur abhängig, d.h. wenn die konstante Temperatur in Behälter etwas unter dem kritischen Bereich liegt, wird nahezu ein Viertel der Zeit benötigt werden, wie wenn die Temperatur in dem Behälter etwa bei 400°C gehalten wird, und entsprechend wird eine noch niedrigere Temperatur als 400°C eine noch längere Zeit erfordern.Based on the research into the problem of the controlled cooling of steel workpieces in the course of their production, it is proposed according to the invention to bring them into a container which is set up so that its contents are kept at a certain constant temperature for a sufficiently long time to allow the formation to avoid internal cracks, this treatment having to take place during the time when the workpiece is cooling down to air temperature after casting. The time required for this depends on the temperature maintained in the container, ie if the constant temperature in the container is slightly below the critical range, almost a quarter of the time will be required as if the temperature in the container was kept at around 400 ° C and accordingly a temperature lower than 400 ° C will require an even longer time.

Die benötigte Zeit, um das Verfahren durchzuführen, hängt auch von dem Gehalt an Wasserstoff in dem Stahl ab.The time required to carry out the process also depends on the content of hydrogen in the steel.

Zum Beispiel ist festgestellt worden, dass, um den Wasserstoff auf einen vernachlässigbaren Betrag zu vermindern, 3 Stunden, bei einer Temperaturhaltung von 600°C, 4 Stunden, bei einer Temperaturhaltung von 600°C, 4 Stunden, bei einer Temperaturhaltung von 600°C, 4 Stunden, bei einer Temperaturhaltung von 480°C und 5 Stunden bei einer Temperaturhaltung von 260°C notwendig sind.For example, it has been found that in order to reduce the hydrogen to a negligible amount, 3 hours with a temperature hold of 600 ° C, 4 hours, with a temperature hold of 600 ° C, 4 hours, with a temperature hold of 600 ° C , 4 hours with a temperature maintenance of 480 ° C and 5 hours with a temperature maintenance of 260 ° C are necessary.

Wenn es bevorzugt wird, kann man die Stahlwerkstücke in dem Behälter sehr langsam von einer Temperatur unterhalb jener des kritischen Bereichs sich abkühlen lassen.If preferred, the steel workpieces in the container can be allowed to cool very slowly from a temperature below that of the critical range.

Wenn der Stahl verhältnismässig schnell auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird, wie es in der normalen Praxis vorkommt, so hat der Wasserstoff nicht genügend Zeit zu entweichen, insbesondere nicht aus der Mitte der Masse, und der Wasserstoff, der verbleibt, kann genügend sein, um gewisse innere Spannungen zu erzeugen, die sich in einem Reissen des Materials auswirken.If the steel is cooled relatively quickly to a low temperature, as happens in normal practice, the hydrogen does not have enough time to escape, especially not from the center of the mass, and the hydrogen that remains may be sufficient to to generate certain internal tensions, which result in the material tearing.

Wenn Wasserstoff in dem bereits erhaltenen Stahl noch vorhanden ist, hat er zwar immer das Bestreben, den Stahl zu verlassen, jedoch dauert es viele Monate und sogar Jahre, bis er ganz heraus ist.If hydrogen is still present in the steel that has already been preserved, it will always tend to leave the steel, but it will take many months and even years to be completely out.

Bei absichtlich mit Wasserstoff imprägniertem Stahl ist festgestellt worden, dass, wenn für 5 Stunden langsam von 590°C auf 380°C heruntergekühlt wurde, vor der endgültigen Kühlung an der frischen Luft, die Proben gänzlich frei von innerer Rissbildung waren, jedoch dass, wenn über 3 Stunden nur von 590°C auf 400°C langsam heruntergekühlt wurde, die Proben, viele dieser inneren Risse aufwiesen, während andere Proben die an der frischen Luft normal abgekühlt waren, eine ausserordentlich grosse Anzahl von Rissen besaßen.In the case of steel deliberately impregnated with hydrogen, it has been found that when cooled slowly from 590 ° C to 380 ° C for 5 hours before final cooling in the open air, the samples were completely free of internal cracking, but that if was only slowly cooled down from 590 ° C to 400 ° C over 3 hours, the samples showed many of these internal cracks, while other samples, which were normally cooled in the fresh air, had an extraordinarily large number of cracks.

Wenn eine konstante Temperatur aufrecht erhalten werden soll, kann der Behälter mittels heisser Gase beheizt werden, die um ihn durch ringförmige Räume kreisen und dann in einen Kamin ausgetragen werden. Diese heissen Gase können Abgase sein, wie sie gewöhnlich in Stahlwerken anfallen, oder es kann unter dem Behälter eine Gas- oder Oel- oder sonstige Feuerung angeordnet werden, deren Verbrennungsprodukte in gleicher Weise um den Behälter herumstreichen und dann durch die Schornsteine abziehen. Der Behälter kann aus Stahl, genietet oder geschweisst oder aus einem anderen geeigneten Material bestehen.If a constant temperature is to be maintained, the container can be heated by means of hot gases that circulate around it through annular spaces and are then discharged into a chimney. These hot gases can be exhaust gases, as they usually occur in steelworks, or there can be a gas- or oil or other firing are arranged, the combustion products of which sweep around the container in the same way and then drain through the chimneys. The container can be made of steel, riveted or welded or made of another suitable material.

Wenn der Behälter eine innere und eine äussere Hülle mit einem Zwischenraum zwischen diesen beiden besitzt, durch den die heissen Gase hindurchgehen, kann die Innentemperatur des Behälters und seines Inhalts leicht konstant gehalten werden. Wenn eine langsame Abkühlung anstatt einer Behandlung bei konstanter Temperatur gewünscht wird, kann der Zwischenraum zwischen der äusseren und inneren Hülle mit einem leicht leitenden Material, z.B. Schlackenwolle, ausgefüllt sein. Zweckmässig wird stets der Behälter mit einem Deckel versehen, nachdem die Werkstücke eingebracht sind, um ihre Eigenwärme am Entweichen zu verhindern. Das Aufrechterhalten einer konstanten Temperatur kann auch durch elektrische Beheizung bewirkt werden. Geeignete Thermostaten können die Gleichmässigkeit der erzeugten Temperatur kontrollieren und regulieren.If the container has an inner and an outer shell with a space between the two through which the hot gases pass, the internal temperature of the container and its contents can easily be kept constant. If slow cooling rather than constant temperature treatment is desired, the space between the outer and inner shells can be filled with a slightly conductive material, e.g. slag wool. The container is expediently always provided with a lid after the workpieces have been introduced in order to prevent their own heat from escaping. Maintaining a constant temperature can also be effected by means of electrical heating. Suitable thermostats can control and regulate the evenness of the generated temperature.

Das Ausscheiden des Wasserstoffes aus dem betreffenden Werkstück kann dadurch gefördert werden, dass man sie in einem Vakuum oder in teilweisem Vakuum langsam sich abkühlen lässt oder auf einer konstanten Temperatur hält. Für diesen Zweck könnte mittels einer Luftpumpe oder anderer geeigneten Mittel nicht nur das Vakuum gehalten, sondern gleichzeitig fortlaufend der Wasserstoff aus dem Behälter abgezogen werden.The elimination of hydrogen from the workpiece in question can be promoted by letting it cool down slowly in a vacuum or in a partial vacuum or by keeping it at a constant temperature. For this purpose, not only could the vacuum be maintained by means of an air pump or other suitable means, but at the same time the hydrogen could be continuously withdrawn from the container.

Über den gefüllten Behälter kann eine Schutzglocke gestülpt werden, um die Hitze in dem Behälter am Entweichen zu hindern.A protective bell can be put over the filled container in order to prevent the heat in the container from escaping.

Wenn die langsame Abkühlung der Werkstücke gegenüber dem Aufrechterhalten einer konstanten Temperatur bevorzugt wird, kann der Behälter wirksam rings herum mit einem geeigneten Material, z.B. Schlackenwolle, abgedeckt werden. Wenn die Artikel auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, werden sie etwa die Hälfte der Zeit benötigen, die sonst notwendig ist, wenn sie einer langsamen Kühlung ausgesetzt werden.If slow cooling of the workpieces is preferred to maintaining a constant temperature, the container can be effectively covered all around with a suitable material such as slag wool. If the articles are kept at a constant temperature, they will take about half the time that would otherwise be required if they are subjected to slow cooling.

Die Stahlwerkstücke, die gemäss der Erfindung sehr langsam abgekühlt werden sollen, müssen bei einer Temperatur unterhalb jener ihres kritischen Bereichs in den Behälter gebracht werden.The steel workpieces, which according to the invention are to be cooled very slowly, must be brought into the container at a temperature below that of their critical range.

Claims

1. A method for separating hydrogen from cast steelworks, characterized in that the castings are kept in a container for a sufficient period of time at a constant temperature below that of their critical temperature range while they are cooling to room temperature.

2. Modification of the method according to claim 1, characterized in that the castings are cooled very slowly in a container from a temperature below that of their critical range.

3. The method according to claim 1, characterized in that the container is heated by means of hot gases which encircle it.

4. The method according to claim 2, characterized in that the container is protected from the loss of heat by insulation.