PL223176B1 - Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces - Google Patents

Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces

Info

Publication number
PL223176B1
PL223176B1 PL401336A PL40133612A PL223176B1 PL 223176 B1 PL223176 B1 PL 223176B1 PL 401336 A PL401336 A PL 401336A PL 40133612 A PL40133612 A PL 40133612A PL 223176 B1 PL223176 B1 PL 223176B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
furnace
fluidized
bed
carbonitriding
retort
Prior art date
Application number
PL401336A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL401336A1 (en
Inventor
Tadeusz Żółciak
Original Assignee
Inst Mech Precyzyjnej
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Mech Precyzyjnej filed Critical Inst Mech Precyzyjnej
Priority to PL401336A priority Critical patent/PL223176B1/en
Publication of PL401336A1 publication Critical patent/PL401336A1/en
Publication of PL223176B1 publication Critical patent/PL223176B1/en

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

Sposób aktywacji cieplno-chemicznej stali stopowych do procesu gazowego azotowania lub węgloazotowania ferrytycznego w piecu fluidalnym z retortą korzystnie wykonaną ze stali austenitycznej chromowo-niklowej i wypełnioną elektrokorundem fluidyzowanym za pomocą dystrybutora wykonanego również ze stali austenitycznej, charakteryzuje się tym, że retortę pieca nagrzewa się do temperatury 410-490°C i fluidyzuje atmosferą technologiczną w postaci amoniaku i/lub amoniaku z dodatkiem propanu w ilości 0,5-5% objętościowych. Umieszcza się w złożu obrabiane elementy na czas od 25 do 120 min, po czym wyjmuje się obrabiane elementy ze złoża na powietrze w celu utlenienia podczas podstudzania. Następnie umieszcza się je w złożu fluidalnym innego pieca nagrzanego do temperatury azotowania lub węgloazotowania od 530°C do 590°C na czas zależny od wymaganej grubości warstwy utwardzonej lub strefy związków, a po upływie tego czasu obrabiane elementy wyjmuje z pieca i chłodzi w powietrzu, lub w studzience z zastosowaniem sprężonego powietrza, lub w wyciągniętej z pieca retorcie ze złożem fluidalnym pod ochroną atmosfery technologicznej.A method of thermo-chemical activation of alloy steels for the process of gas nitriding or ferritic carbonitriding in a fluidized bed furnace with a retort preferably made of chrome-nickel austenitic steel and filled with fluidized electrocorundum using a distributor also made of austenitic steel, characterized by the fact that the furnace retort is heated to temperatures of 410-490°C and fluidized with a technological atmosphere in the form of ammonia and/or ammonia with the addition of propane in the amount of 0.5-5% by volume. The processed elements are placed in the bed for a period of 25 to 120 minutes, and then the processed elements are removed from the bed and allowed to oxidize during cooling. Then they are placed in the fluidized bed of another furnace heated to a nitriding or carbonitriding temperature of 530°C to 590°C for a time depending on the required thickness of the hardened layer or compound zone, and after this time the processed elements are removed from the furnace and cooled in air, or in a well using compressed air, or in a fluidized bed retort removed from the furnace under the protection of a technological atmosphere.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób aktywacji cieplno-chemicznej stali stopowych do procesu gazowego azotowania lub węgloazotowania ferrytycznego w piecach fluidalnych, zwłaszcza trudno utwardzalnych stali stopowych jak wysokochromowej nierdzewnej lub niskostopowej stali konstrukcyjnej, a ponadto niektórych niskostopowych stali konstrukcyjnych.The subject of the invention is a method of thermo-chemical activation of alloy steels for the process of gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidized bed furnaces, especially hard-hardening alloy steels, such as high-chromium stainless or low-alloy structural steel, and also some low-alloy structural steels.

Azotowanie lub węgloazotowanie pewnych gatunków stali, na przykład stali martenzytycznych jak X12Cr13, X20Cr13, X30Cr13, X12Cr39, zwłaszcza z wysoką zawartością chromu nie jest możliwe bez wstępnej aktywacji powierzchni. Znany jest sposób plazmowej aktywacji stali wysokochromowych polegający na rozpylaniu pasywnej warstewki tlenku chromu Cr2O3 za pomocą jonów gazu o wysokiej energii. Znany jest sposób aktywacji polegający na odtłuszczaniu powierzchni stali, wytrawianiu za pomocą wodnych roztworów kwasów lub soli oraz fosforanowaniu w kąpielach zawierających między innymi fosforan cynkowy. Wytworzona na powierzchni stali warstewka fosforanowa jest porowata i umożliwia penetrację azotu i/lub węgla. Znana jest też aktywacja chemiczna stali przez trawienie w roztworach powodująca przejście atomów chromu z powierzchni stali do roztworu, a tym samym zapobiegająca powstawaniu pasywnych tlenków chromu podczas nagrzewania w procesie azotowania lub węgloazotowania atmosferowego. Znany jest również sposób aktywacji wysokochromowych stali austenitycznych w procesie utleniania - redukcji polegający na nagrzewaniu wyrobów z tych stali w piecach atmosferowych w amoniaku od temperatury otoczenia do temperatury azotowania, przy czym od około 440°C dodaje się do amoniaku ok. 3% powietrza, a po osiągnięciu temperatury procesu wyłącza się dopływ powietrza i ustala właściwy skład atmosfery azotującej. W przypadku stali konstrukcyjnych powszechnie stosowane jest wstępne utlenianie przy 350°C w czasie 30-45 min. Wymienione sposoby aktywacji mają ograniczenia co do obszaru zastosowań. Aktywacja plazmowa jest ściśle powiązana z techniką plazmowego azotowania; fosforanowanie wymaga kooperacji z galwanizernią i może być stosowane tylko w azotowaniu gazowym; aktywacja w procesie utleniania - redukcji nie spełnia oczekiwań w przypadku stali nierdzewnych i nisko stopowych stali konstrukcyjnych.Nitriding or carbonitriding of certain types of steel, for example martensitic steels such as X12Cr13, X20Cr13, X30Cr13, X12Cr39, especially with high chromium content, is not possible without preliminary surface activation. A method of plasma activation of high-chromium steels is known, consisting in spraying the passive layer of chromium oxide Cr2O3 with high energy gas ions. There is a known activation method consisting in degreasing the steel surface, etching with aqueous acid or salt solutions and phosphating in baths containing, inter alia, zinc phosphate. The phosphate layer formed on the steel surface is porous and allows the penetration of nitrogen and / or carbon. Chemical activation of steel by etching in solutions is also known, causing the transition of chromium atoms from the steel surface to the solution, thus preventing the formation of passive chromium oxides during heating in the process of nitriding or carbonitriding. There is also a known method of activating high-chromium austenitic steels in the oxidation-reduction process, which consists in heating the products made of these steels in ammonia furnaces from ambient temperature to the nitriding temperature, where from about 440 ° C about 3% of air is added to the ammonia, and after the process temperature is reached, the air supply is turned off and the proper composition of the nitriding atmosphere is established. For structural steels, pre-oxidation at 350 ° C for 30-45 minutes is commonly used. The activation methods mentioned have limitations as to the field of application. Plasma activation is closely related to the plasma nitriding technique; phosphating requires cooperation with an electroplating plant and can only be used in gas nitriding; activation in the oxidation-reduction process is not as expected for stainless steels and low-alloy structural steels.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu gazowego azotowania lub węgloazotowania ferr ytycznego stali stopowych w piecach fluidalnych w celu ich utwardzenia i zwiększenia odporności na korozję.The aim of the invention was to develop a method of gas nitriding or ferritic carbonitriding of alloy steels in fluidized bed furnaces in order to harden them and increase corrosion resistance.

Istota sposobu według wynalazku w piecu fluidalnym z retortą korzystnie wykonaną ze stali austenitycznej chromowo-niklowej i wypełnioną elektrokorundem fluidyzowanym za pomocą dystrybutora wykonanego również ze stali austenitycznej, polega na tym, retortę pieca, nagrzewa się do temperatury 410-490°C i fluidyzuje się atmosferą technologiczną w postaci amoniaku l/lub amoniaku z dodatkiem propanu w ilości 0,5-5% objętościowych umieszcza się w złożu obrabiane elementy na czas od 25 do 120 min, po czym wyjmuje się obrabiane elementy ze złoża na powietrze w celu utlenienia podczas podstudzania, a następnie umieszcza się je w złożu fluidalnym innego pieca nagrzanego do temperatury azotowania lub węgloazotowania od 530 do 590°C na czas zależny od wymaganej grubości warstwy utwardzonej lub strefy związków, a po upływie tego czasu obrabiane elementy wyjmuje się z pieca i chłodzi w powietrzu, lub w studzience z zastosowaniem sprężonego powietrza, lub w wyciągniętej z pieca retorcie ze złożem fluidalnym pod ochroną atmosfery technologicznej.The essence of the process according to the invention in a fluidized bed furnace with a retort preferably made of austenitic chromium-nickel steel and filled with electrocorundum fluidized by a distributor also made of austenitic steel, consists in that the furnace retort is heated to a temperature of 410-490 ° C and fluidized with the atmosphere technological in the form of ammonia and / or ammonia with the addition of propane in the amount of 0.5-5% by volume, the processed elements are placed in the bed for a period of 25 to 120 minutes, then the processed elements are removed from the bed to air for oxidation during cooling, and then they are placed in a fluidized bed of another furnace heated to the nitriding or carbonitriding temperature from 530 to 590 ° C for a time depending on the required thickness of the hardened layer or compound zone, and after this time, the workpieces are removed from the furnace and cooled in air, or in a sump using compressed air, or in a fluidized bed retort pulled out of the furnace under the protection of the technological atmosphere.

Zaletą sposobu według wynalazku poza utwardzeniem materiału jest możliwość wytworzenia podczas azotowania lub węgloazotowania w czasie 4 godzin strefy związków na stalach nierdzewnych, martenzytycznych podwyższających ich odporność na korozję wżerową wyrażoną wzrostem czasu ekspozycji w komorze solnej z poniżej 24 godzin do ok. 100-200 godzin. Wytworzenie właściwości ochronnych metodą niskotemperaturowego azotowania przy ok. 410°C wymagałoby zwiększenia czasu procesu do ok. 20 godzin.The advantage of the method according to the invention, apart from material hardening, is the possibility of creating a zone of compounds on stainless, martensitic steels during nitriding or carbonitriding during 4 hours, increasing their resistance to pitting corrosion expressed by increasing the exposure time in a salt spray chamber from less than 24 hours to approx. 100-200 hours. The production of protective properties by the method of low-temperature nitriding at approx. 410 ° C would require increasing the process time to approx. 20 hours.

Przedmiot wynalazku przedstawiono bliżej w poniższych przykładach wykonania.The subject of the invention is presented in more detail in the following examples.

P r z y k ł a d I.P r z x l a d I.

W znanym piecu fluidalnym retortę ze stali austenitycznej typu 18/8 wypełniono elektrokorundem, który fluidyzowano amoniakiem za pomocą dystrybutora wykonanego również ze stali austen itycznej, przy czym retortę nagrzano do temperatury 480°C i umieszczono w niej obrabiane elementy ze stali nierdzewnej X20Cr1 3 oczyszczone z pasywnej warstewki tlenków powstałych w czasie ich leżakowania, które następnie wygrzewano w czasie 35 min. Następnie obrabiane elementy wyjęto ze złoża na powietrze w celu utlenienia i ponownie umieszczono w innym piecu fluidalnym nagrzanym do 570°C i azotowano w amoniaku przez 4 godziny, po czym detale wyjęto z pieca i szybko studzonoIn a known fluidized bed furnace, the retort made of austenitic steel type 18/8 was filled with electrocorundum, which was fluidized with ammonia by means of a distributor also made of austenitic steel, the retort was heated to a temperature of 480 ° C and treated elements made of X20Cr1 3 stainless steel, cleaned from passive layer of oxides formed during their aging, which were then annealed for 35 minutes. Then the workpieces were taken out of the air bed for oxidation and placed back in another fluidized bed furnace, heated to 570 ° C, and nitrided in ammonia for 4 hours, after which the workpieces were removed from the furnace and quickly cooled down.

PL 223 176 B1 w sprężonym powietrzu. Twardość obrobionych detali na powierzchni wyniosła ok. 1100HV1, grubość warstwy związków ok. 16 ąm, a grubość warstwy utwardzonej ok. 140 ąm.PL 223 176 B1 in compressed air. The hardness of the treated details on the surface was approx. 1100HV1, the thickness of the compound layer approx. 16 µm, and the thickness of the hardened layer approx. 140 µm.

P r z y k ł a d II.P r z x l a d II.

W znanym piecu fluidalnym z retortą ze stali austenitycznej typu 18/8 wypełniono elektrokoru ndem, który fluidyzowano amoniakiem z dodatkiem ok. 1,5% propanu za pomocą dystrybutora wykonanego również ze stali austenitycznej, przy czym retortę nagrzano do temperatury 480°C i umies zczono w niej obrabiane elementy ze stali nierdzewnej X20Cr13 oczyszczone z pasywnej warstewki tlenków powstałych w czasie ich leżakowania, które następnie wygrzewano w czasie 35 min. Następnie obrabiane elementy wyjęto ze złoża na powietrze w celu utlenienia i ponownie umieszczono w innym piecu fluidalnym nagrzanym do 570°C i węgloazotowano w amoniaku z dodatkiem 1,5% propanu przez 4 godziny, po czym detale wyjęto z pieca i szybko studzono w sprężonym powietrzu. Twardość na powierzchni wynosiła ok. 1050HV1, grubość warstwy związków ok. 16 ąm, a grubość warstwy utwardzonej ok. 120 ąm.In a known fluidized bed furnace with an austenitic steel type 18/8 retort, electrocoron was filled with ndem, which was fluidized with ammonia with the addition of approx. 1.5% propane by means of a distributor also made of austenitic steel, and the retort was heated to a temperature of 480 ° C and put in place. In it, the processed elements of X20Cr13 stainless steel are cleaned of the passive oxide layer formed during their aging, which are then annealed for 35 minutes. Then the workpieces were taken out of the air bed for oxidation and placed again in another fluidized furnace heated to 570 ° C and carbonitrided in ammonia with 1.5% propane for 4 hours, after which the workpieces were removed from the furnace and quickly cooled in compressed air . The hardness on the surface was approx. 1050HV1, the thickness of the compound layer approx. 16 µm, and the thickness of the hardened layer approx. 120 µm.

Dla wykazania korzystnych skutków sposobu według wynalazku przeprowadzono poniższe b adania porównawcze. Próbki obrabianych elementów ze stali konstrukcyjnej niskostopowej 38HMJ azotowano w piecu fluidalnym w amoniaku przy temperaturze 570°C w czasie 2 godzin po uprzedniej aktywacji ich powierzchni, czyli nagrzaniu w amoniaku w złożu pieca fluidalnego przy temperaturze 480°C, w czasie 35 min i studzeniu w powietrzu. Parametry tak obrobionych próbek porównano z próbkami z tej samej stali konstrukcyjnej niskostopowej 38HMJ, które poddano wyłącznie procesowi azotowania w temperaturze 570°C.In order to demonstrate the beneficial effects of the process according to the invention, the following comparative tests were carried out. Samples of processed elements made of 38HMJ low-alloy structural steel were nitrided in a fluidized bed furnace in ammonia at a temperature of 570 ° C for 2 hours after their surface activation, i.e. heating in ammonia in a fluidized bed furnace bed at a temperature of 480 ° C, for 35 minutes and cooling down in the air. The parameters of the samples treated in this way were compared with those from the same 38HMJ low-alloy structural steel, which were only subjected to the nitriding process at the temperature of 570 ° C.

Badania próbek wykazały znacznie zróżnicowane parametry warstw azotowanych, przedstawione w poniższej tablicy.The tests of the samples showed significantly different parameters of the nitrided layers, presented in the table below.

Wariant obróbki Processing variant Twardość na powierzchni Surface hardness Grubość warstwy utwardzonej w ąm Thickness of the hardened layer in ąm Grubość warstwy związków w ąm Thickness of the layer of compounds in ąm Z aktywacją With activation 1020 1020 150 150 8 8 Bez aktywacji Without activation 650 650 60 60 Brak warstwy No layer

Przedstawione wyniki świadczą o celowości stosowania aktywacji cieplno-chemicznej do intensyfikacji procesu azotowania.The presented results prove the advisability of using thermo-chemical activation to intensify the nitriding process.

Claims (1)

Zastrzeżenie patentowePatent claim Sposób gazowego azotowania lub węgloazotowania ferrytycznego stali stopowych w piecach fluidalnych z retortą korzystnie wykonaną ze stali austenitycznej chromowo-niklowej i wypełnioną elektrokorundem fluidyzowanym za pomocą dystrybutora wykonanego również ze stali austenitycznej, znamienny tym, że retortę pieca nagrzewa się do temperatury 410-490°C i fluidyzuje się atmosferą technologiczną w postaci amoniaku i/lub amoniaku z dodatkiem propanu w ilości 0,5-5% objętościowych umieszcza się w złożu obrabiane elementy na czas od 25 do 120 min, po czym wyjmuje się obrabiane elementy ze złoża na powietrze w celu utlenienia podczas podstudzania, a następnie umieszcza się je w złożu fluidalnym innego pieca nagrzanego do temperatury azotowania lub węgloazotowania od 530°C do 590°C na czas zależny od wymaganej grubości warstwy utwardzonej lub strefy związków, a po upływie tego czasu obrabiane elementy wyjmuje się z pieca i chłodzi w powietrzu, lub w studzience z zastosowaniem sprężonego powietrza, lub w wyciągniętej z pieca retorcie ze złożem fluidalnym pod ochroną atmosfery technologicznej.A method of gas nitriding or ferritic carbonitriding of alloy steels in fluidized bed furnaces with a retort preferably made of austenitic chromium-nickel steel and filled with fluidized electrocorundum by means of a distributor also made of austenitic steel, characterized in that the furnace retort is heated to a temperature of 410-490 ° C and is fluidized with a technological atmosphere in the form of ammonia and / or ammonia with the addition of propane in the amount of 0.5-5% by volume, the workpieces are placed in the bed for a period of 25 to 120 minutes, then the workpieces are removed from the bed into the air for oxidation during cooling, and then they are placed in a fluidized bed of another furnace heated to the nitriding or carbonitriding temperature from 530 ° C to 590 ° C for a time depending on the required thickness of the hardened layer or compound zone, and after this time, the workpieces are removed from the furnace and it cools in air, or in a sump using compressed air , or in a fluidized-bed retort withdrawn from the furnace under the protection of the process atmosphere.
PL401336A 2012-10-24 2012-10-24 Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces PL223176B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL401336A PL223176B1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL401336A PL223176B1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL401336A1 PL401336A1 (en) 2014-04-28
PL223176B1 true PL223176B1 (en) 2016-10-31

Family

ID=50514977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL401336A PL223176B1 (en) 2012-10-24 2012-10-24 Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL223176B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL401336A1 (en) 2014-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8845823B2 (en) Method of activating an article of passive ferrous or non-ferrous metal prior to carburising, nitriding and /or nitrocarburising
US9260775B2 (en) Low alloy steel carburization and surface microalloying process
WO2005067469A2 (en) Method for carburizing steel components
JP6194057B2 (en) Surface treatment agent for steel and surface treatment method for steel
CN107245691B (en) Surface strengthening method for metal material composite heat treatment
KR102922098B1 (en) Chemical activation of self-passivating metals
US20030205297A1 (en) Carburizing method
RU2532777C1 (en) Combined chemical-thermal treatment of machine parts of heat-resistant steels
PL223176B1 (en) Method for activation the thermo-chemical alloy steels to the process gas nitriding or ferritic carbonitriding in fluidised bed furnaces
JP2016216774A (en) Carburizing equipment and carburizing method
CN109923219A (en) For carrying out heat-treating methods to the workpiece made of high-alloy steel
Belkin et al. Plasma electrolytic hardening and nitrohardening of medium carbon steels
CN106498340A (en) Machinery part surface processing method
Kumar et al. Surface hardening of AISI 304, 316, 304L and 316L ss using cyanide free salt bath nitriding process
Chawla et al. Anti-corrosion treatment for bearing steel
PL237076B1 (en) Method for hybrid gas cyaniding of alloy steel in fluidised bed furnaces
CN104694873B (en) Method for carrying out nitro carburizing to the deep-draw part made of austenitic stainless steel or punching press bending member
Kumar et al. Impact of forging conditions on plasma nitrided hot-forging dies and punches
CN105714239A (en) Nitriding process for pin
Senatorski et al. Wear resistance characteristics of thermo-chemically treated structural steels
RU2830082C2 (en) Method of processing cardan rings of needle bearings from steel
Jeníček et al. Effect of silicon on stability of austenite during isothermal annealing of low-alloy steel with medium carbon content in the transition region between pearlitic and bainitic transformation
KR100922619B1 (en) High strength steel and its manufacturing method
Sabri Experimental study of pack carburizing of carbon Steel
Yeh et al. Influence of Vacuum Heat Treatment and Salt-Bath Nitrocarburization on the Corrosion Behavior of JIS SKD61 and DH31S Hot Work Steels