RU2180017C1 - Method for chemicothermal treatment of steel ware - Google Patents
Method for chemicothermal treatment of steel ware Download PDFInfo
- Publication number
- RU2180017C1 RU2180017C1 RU2000123588A RU2000123588A RU2180017C1 RU 2180017 C1 RU2180017 C1 RU 2180017C1 RU 2000123588 A RU2000123588 A RU 2000123588A RU 2000123588 A RU2000123588 A RU 2000123588A RU 2180017 C1 RU2180017 C1 RU 2180017C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- products
- liquid glass
- gas
- chemical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химико-термической обработки стальных изделий, в частности к нитроцементации, и может быть использовано при изготовлении труб и трубных изделий с упрочненной внутренней поверхностью. The invention relates to the field of chemical-thermal treatment of steel products, in particular to nitrocarburizing, and can be used in the manufacture of pipes and pipe products with a hardened inner surface.
Известен способ химико-термической обработки внутренней поверхности стальной трубы, преимущественно из малоуглеродистых сталей, включающий нагрев трубы в вертикальном положении, диффузионное насыщение в атмосфере природного газа с добавлением аммиака, закалку и низкотемпературный отпуск (патент РФ 2081205, С 23 С 8/32, 1997, БИ 16). A known method of chemical-thermal treatment of the inner surface of a steel pipe, mainly from low-carbon steels, including heating the pipe in a vertical position, diffusion saturation in an atmosphere of natural gas with the addition of ammonia, quenching and low-temperature tempering (RF patent 2081205, C 23 C 8/32, 1997 , BI 16).
Недостатком известного способа является низкое качество изделия после нитроцементации, обусловленное снижением технологических свойств наружной поверхности изделия вследствие насыщения металла углеродом и азотом. The disadvantage of this method is the low quality of the product after nitrocarburizing, due to the reduction of technological properties of the outer surface of the product due to the saturation of the metal with carbon and nitrogen.
Из уровня техники известен способ химико-термической обработки изделий, включающий нагрев и диффузионное насыщение металла в атмосфере газового карбюризатора, в котором для местной защиты поверхности изделий от науглероживания используют специальные пасты и обмазки, например из смеси песка и глинозема с оксидами железа, титана и магния. Смесь разводят на жидком стекле (три части смеси на одну часть жидкого стекла) и наносят на изделие в два слоя (Филинов С.А. и др. Справочник термиста. Л.: Машиностроение, 1969, с. 135-136). The prior art method for chemical-thermal treatment of products, including heating and diffusion saturation of the metal in a gas carburetor atmosphere, in which special pastes and coatings are used for local protection of the surface of products from carburization, for example, from a mixture of sand and alumina with iron, titanium and magnesium oxides . The mixture is diluted on liquid glass (three parts of the mixture on one part of liquid glass) and applied to the product in two layers (Filinov SA and others. The reference book of the thermist. L .: Mashinostroenie, 1969, S. 135-136).
Однако он не обеспечивает качественную защиту поверхности изделии от нитроцементации и нетехнологичен при приготовлении обмазки из-за наличия значительного количества составляющих компонентов лимитированного состава. However, it does not provide high-quality surface protection of the product from nitrocarburizing and is not technologically advanced in the preparation of the coating due to the presence of a significant number of constituent components of a limited composition.
Ближайшим аналогом заявленного способа является способ химико-термической обработки стальных изделий, включающий местную защиту поверхности изделий путем нанесения обмазки, причем предварительно на наружную поверхность изделий наносят слой из синтетической резины, а на него наносят смесь, содержащую по крайней мере один элемент, выбранный из группы, включающей буру, оксид бора, жидкое стекло, фриту, металлический порошок или фольгу, и по крайней мере один компонент, выбранный из группы, включающей оксид титана, оксид железа, оксид цинка, тальк, карбонат кальция, силикат, глинозем, окись алюминия, двуокись циркония, окись магния, карбид кремния, графит и каолин, нагрев и диффузионное насыщение в атмосфере газового карбюризатора (ЕР 0419675 А1, 03.04.1991, МПК5 С 23 С 8/04, ф-ла, пример 3 описания).The closest analogue of the claimed method is a method of chemical-thermal treatment of steel products, including local protection of the surface of the products by applying a coating, and previously on the outer surface of the products a layer of synthetic rubber is applied, and a mixture containing at least one element selected from the group is applied to it including borax, boron oxide, water glass, frit, metal powder or foil, and at least one component selected from the group comprising titanium oxide, iron oxide, zinc oxide, talc, calcium carbonate, silicate, alumina, alumina, zirconia, magnesium oxide, silicon carbide, graphite and kaolin, heating and diffusion saturation in the atmosphere of a gas carburetor (EP 0419675 A1, 04.04.1991, IPC 5 C 23 C 8/04 , f-la, example 3 of the description).
Недостатком ближайшего аналога является то, что он может быть использован только при низкотемпературных способах химико-термической обработки, а, учитывая высокую температуру процесса нитроцементации и длительное время выдержки, защитный слой из синтетической резины будет выгорать, а нанесенные на его поверхность компоненты будут выкрашиваться с поверхности изделия и не обеспечат ее защиту от науглероживания. The disadvantage of the closest analogue is that it can only be used with low-temperature methods of chemical-thermal treatment, and, given the high temperature of the nitrocarburizing process and the long exposure time, the protective layer of synthetic rubber will burn out, and the components deposited on its surface will be painted from the surface products and will not provide its protection against carburization.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении эксплуатационных характеристик изделий при химико-термической обработке за счет повышения прочностных свойств внутренней поверхности при сохранении исходных механических свойств наружной поверхности изделий. The technical problem solved by the invention is to ensure the operational characteristics of products during chemical-thermal treatment by increasing the strength properties of the inner surface while maintaining the original mechanical properties of the outer surface of the products.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе химико-термической обработки стальных изделий, в частности газовой нитроцементации, включающем местную защиту поверхности изделий путем нанесения на защищаемую поверхность обмазки, при этом предварительно наносят защитный слой на наружную поверхность изделий, а затем на него наносят смесь оксидов железа с жидким стеклом, нагрев и диффузионное насыщение в атмосфере газового карбюризатора, согласно изобретению в качестве защитного слоя наносят огнеупорную глину и просушивают его, а весовое соотношение жидкого стекла и оксидов железа составляет 1:3. The problem is solved due to the fact that in the method of chemical-thermal treatment of steel products, in particular gas nitrocarburizing, which includes local protection of the surface of the products by applying a coating on the surface to be protected, the protective layer is preliminarily applied to the outer surface of the products and then applied to it a mixture of iron oxides with liquid glass, heating and diffusion saturation in the atmosphere of a gas carburetor, according to the invention, a refractory clay is applied as a protective layer and dried and the weight ratio of liquid glass to iron oxides is 1: 3.
Для защиты отдельных участков поверхности стальных изделий от науглероживания предложено наносить обмазку, содержащую огнеупорную глину и вещество, химически взаимодействующее с углеродом при высокой температуре. To protect certain parts of the surface of steel products from carburization, it is proposed to apply a coating containing refractory clay and a substance that chemically interacts with carbon at high temperature.
В большей мере таким требованиям отвечает оксид железа, являющийся основным составляющим обмазки. Именно в процессе восстановления железа эффективно расходуется окись углерода, не диффундируя в изделие. Более того, при восстановлении железа по схеме от высших окислов (Fe2O3) к низшим (FeO) и далее к чистому металлу (Fe), последний также является предохранителем изделия от науглероживания, поглощая углерод.To a greater extent, iron oxide, which is the main component of the coating, meets these requirements. It is in the process of reducing iron that carbon monoxide is effectively consumed without diffusing into the product. Moreover, when iron is reduced according to the scheme from higher oxides (Fe 2 O 3 ) to lower (FeO) and then to pure metal (Fe), the latter is also a safety measure against carbonization by absorbing carbon.
Предварительное нанесение на наружную поверхность изделия огнеупорной глины исключает образование окалины на защищаемой поверхности упрочняемого изделия в процессе нагрева и способствует легкому удалению защитного покрытия вследствие низкой адгезии глины к металлу, что повышает качество изделия после химико-термической обработки, в частности нитроцементации. Preliminary application of refractory clay to the outer surface of the product eliminates the formation of scale on the protected surface of the hardened product during heating and facilitates the easy removal of the protective coating due to the low adhesion of clay to metal, which improves the quality of the product after chemical-thermal treatment, in particular nitrocarburizing.
Нанесение на наружную поверхность изделия после просушивания огнеупорной глины смеси оксидов железа с жидким стеклом способствует защите металла наружной поверхности от насыщения углеродом и азотом в процессе химико-термической обработки, что повышает качество упрочняемого изделия. Application of a mixture of iron oxides with liquid glass to the outer surface of the product after drying the refractory clay helps to protect the metal of the outer surface from carbon and nitrogen saturation during chemical-thermal treatment, which improves the quality of the hardened product.
Сущность предлагаемого способа химико-термической обработки изделия заключается в следующем: перед нагревом изделия на его защищаемую поверхность наносят разведенную водой до пастообразного состояния огнеупорную глину и осуществляют сушку на воздухе. Затем наносят смесь оксидов железа с жидким стеклом, которая защищает металл наружной поверхности упрочняемого изделия от диффузионного насыщения углеродом и азотом в процессе химико-термической обработки, в частности нитроцементации. При этом весовое соотношение жидкого стекла и оксидов железа составляет 1:3. The essence of the proposed method of chemical-thermal treatment of the product is as follows: before heating the product, refractory clay diluted with water to a paste-like state is applied to its protected surface and air-dried. Then a mixture of iron oxides with liquid glass is applied, which protects the metal of the outer surface of the hardened product from diffusion saturation with carbon and nitrogen during chemical-thermal treatment, in particular nitrocarburizing. In this case, the weight ratio of liquid glass and iron oxides is 1: 3.
Нанесение на наружную поверхность изделия смеси жидкого стекла и оксидов железа в соотношении менее чем 1: 3, не защищает металл изделия от насыщения углеродом и азотом вследствие недостаточного количества оксидов железа в составе обмазки. Application of a mixture of liquid glass and iron oxides on the outer surface of the product in a ratio of less than 1: 3 does not protect the metal of the product from being saturated with carbon and nitrogen due to the insufficient amount of iron oxides in the coating composition.
Нанесение на наружную поверхность изделия смеси жидкого стекла и оксидов железа в соотношении более чем 1:3, затрудняет нанесение смеси на поверхность изделия вследствие недостаточного количества в ней жидкого стекла (связующего) и приводит к осыпанию обмазки в процессе дальнейшей обработки. Application of a mixture of liquid glass and iron oxides in a ratio of more than 1: 3 on the outer surface of the product makes it difficult to apply the mixture to the surface of the product due to the insufficient amount of liquid glass (binder) in it and leads to shedding of the coating during further processing.
Для осуществления способа на наружную поверхность стальных изделий, например труб, перед нагревом равномерно наносят обмазку в виде огнеупорной глины и смеси оксидов железа с жидким стеклом. To implement the method, the outer surface of steel products, such as pipes, is uniformly coated with a coating in the form of refractory clay and a mixture of iron oxides with liquid glass before heating.
При нагреве обрабатываемых изделий в атмосфере нитроцементирующего газа происходит его диссоциация на атомарный углерод и атомарный азот, которые диффундируют в металл внутренней поверхности труб и упрочняют ее. When heated products are heated in an atmosphere of nitrocarburizing gas, it dissociates into atomic carbon and atomic nitrogen, which diffuse into the metal of the inner surface of the pipes and strengthen it.
Оксиды железа, содержащиеся в обмазке на наружной поверхности труб, вступают в химическое взаимодействие с компонентами газовой среды в следующей последовательности:
3Fе2O3+СО+СH4+NH3=2Fе3O4+СO2+СH4+NH3
Fе3O4+СО+СH4+NH3=3FeO+СO2+СН4+NH3
FeO+СО+СH4+NH3=Fe+СO2+СН4+NH3
3Fe+2СО+СН4+NH3=Fе3C+СO2+СН4+NH3
Восстановленное из оксидов железо взаимодействует с газовой средой, поглощая из нее атомарные углерод и азот, которые образуют с ним в слое обмазки нитриды и карбиды, препятствуя дальнейшей диффузии и защищая наружную поверхность труб от насыщения углеродом и азотом.Iron oxides contained in the coating on the outer surface of the pipes enter into chemical interaction with the components of the gaseous medium in the following sequence:
3Fе 2 O 3 + СО + СH 4 + NH 3 = 2Fе 3 O 4 + СО 2 + СH 4 + NH 3
Fe 3 O 4 + CO + CH 4 + NH 3 = 3FeO + CO 2 + CH 4 + NH 3
FeO + CO + CH 4 + NH 3 = Fe + CO 2 + CH 4 + NH 3
3Fe + 2CO + CH 4 + NH 3 = Fe 3 C + CO 2 + CH 4 + NH 3
Iron reduced from oxides interacts with the gaseous medium, absorbing atomic carbon and nitrogen from it, which form nitrides and carbides with it in the coating layer, preventing further diffusion and protecting the outer surface of the pipes from being saturated with carbon and nitrogen.
После завершения процесса химико-термической обработки изделия охлаждают, а обмазку удаляют механическим способом (песко- или дробеструйным методом). After completion of the process of chemical-thermal treatment, the products are cooled, and the coating is removed mechanically (sand or bead-blasting method).
Предлагаемый способ был опробован при обработке труб размером 57,0•6,5 мм, длиной 5,0-6,0 м из малоуглеродистой стали марки 22ГЮ, используемых для изготовления цилиндров штанговых насосов для нефтедобычи. Одновременно были изготовлены и испытаны опытные образцы труб по способу - прототипу. В качестве науглероживающего газа использовали сжиженный пропан-бутан в баллонах емкостью 20 л с добавлением газообразного аммиака. The proposed method was tested when processing pipes with a size of 57.0 • 6.5 mm, length 5.0-6.0 m from mild steel grade 22ГУ, used for the manufacture of cylinder sucker rod pumps for oil production. At the same time, prototypes of pipes were manufactured and tested according to the prototype method. As carburizing gas, liquefied propane-butane was used in 20-liter containers with the addition of gaseous ammonia.
Предварительно на наружную поверхность труб наносили слой огнеупорной глины толщиной 2-3 мм, просушивали его на воздухе и затем наносили смесь жидкого стекла и оксидов железа в соотношении 1:2, 1:3, 1:4. Previously, a layer of refractory clay 2-3 mm thick was applied to the outer surface of the pipes, it was dried in air, and then a mixture of water glass and iron oxides was applied in a ratio of 1: 2, 1: 3, 1: 4.
Трубы в подвешенном вертикальном положении устанавливали в электрической шахтной печи, заполненной науглероживающим газом, и нагревали до заданной температуры процесса с последующей выдержкой в течение 8-10 ч. Pipes in a suspended vertical position were installed in an electric shaft furnace filled with carburizing gas and heated to a predetermined process temperature, followed by exposure for 8-10 hours.
Режимы процесса ХТО:
Температура нагрева трубы, oС - 910 - 920
Температура закалки, oС - 780 - 850
Расход пропан-бутана, л/мин - 15
Расход аммиака, л/мин - 1,5 - 3,0
После завершения химико-термической обработки трубы охлаждали в подвешенном состоянии, затем очищали наружную поверхность труб методом пескоструйной обработки и изготавливали образцы для дальнейшего исследования.XTO process modes:
Pipe heating temperature, o С - 910 - 920
Quenching temperature, o С - 780 - 850
Propane-butane consumption, l / min - 15
Ammonia consumption, l / min - 1.5 - 3.0
After completion of the chemical-thermal treatment, the pipes were cooled in a suspended state, then the outer surface of the pipes was cleaned by sandblasting and samples were prepared for further investigation.
Качество наружной и внутренней поверхности труб после химико-термической обработки определяли визуально. The quality of the outer and inner surfaces of the pipes after chemical-thermal treatment was determined visually.
Сравнительные результаты испытаний образцов труб после химико-термической обработки приведены в таблице. Comparative test results of pipe samples after chemical-thermal treatment are given in the table.
Проведенные металлографические исследования показали, что оптимальное сочетание глубины науглероживания внутренней поверхности труб при полной защите от науглероживания наружной поверхности достигается при защите ее огнеупорной глиной и смесью жидкого стекла с оксидами железа в соотношении 1:3. Metallographic studies showed that the optimal combination of the depth of carburization of the inner surface of the pipes with full protection against carburization of the outer surface is achieved by protecting it with refractory clay and a mixture of liquid glass with iron oxides in a ratio of 1: 3.
Таким образом, предлагаемый способ химико-термической обработки позволяет повысить качество изделий, обеспечив надежную защиту наружной поверхности от науглероживания и исключив снижение технологических свойств, не требует больших затрат, технологичен. Может быть использован при производстве изделий и труб, работающих в условиях интенсивного износа в различных отраслях промышленности, например для изготовления цилиндров штанговых глубинных насосов. Thus, the proposed method of chemical-thermal treatment allows to improve the quality of products, providing reliable protection of the outer surface from carburization and eliminating a decrease in technological properties, does not require large expenses, is technologically advanced. It can be used in the manufacture of products and pipes operating in conditions of intensive wear in various industries, for example, for the manufacture of cylinder sucker rod pumps.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000123588A RU2180017C1 (en) | 2000-09-13 | 2000-09-13 | Method for chemicothermal treatment of steel ware |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000123588A RU2180017C1 (en) | 2000-09-13 | 2000-09-13 | Method for chemicothermal treatment of steel ware |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2180017C1 true RU2180017C1 (en) | 2002-02-27 |
Family
ID=20240024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000123588A RU2180017C1 (en) | 2000-09-13 | 2000-09-13 | Method for chemicothermal treatment of steel ware |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2180017C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493288C1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-09-20 | Закрытое акционерное общество "Пермская компания нефтяного машиностроения" | Nitridation method of long hollow steel part |
-
2000
- 2000-09-13 RU RU2000123588A patent/RU2180017C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РАЙЦЕС В.Б. Технология химико-термической обработки на машиностроительных заводах. - М.: Машиностроение, 1965, с.31, аб . 3-4, с.32, табл.4. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2493288C1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-09-20 | Закрытое акционерное общество "Пермская компания нефтяного машиностроения" | Nitridation method of long hollow steel part |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pellizzari et al. | Thermal fatigue resistance of gas and plasma nitrided 41CrAlMo7 steel | |
| US20150159259A1 (en) | Low Alloy Steel Carburization and Surface Microalloying Process | |
| CA2033018C (en) | Method for diffusion coating of metal objects employing ceramic carrier provided with diffusion composition | |
| CN106756775B (en) | A kind of alloy surface forms the preparation method of spinelle coating | |
| ATE141341T1 (en) | METHOD FOR VAPOR DEPOSITION A CARBON LAYER ONTO THE SURFACE OF A METAL SUBSTRATE | |
| CN103526153A (en) | Nitriding method | |
| US3950575A (en) | Heat treatment of metals in a controlled surface atmosphere | |
| US20120018052A1 (en) | Novel Stainless Steel Carburization Process | |
| RU2180017C1 (en) | Method for chemicothermal treatment of steel ware | |
| CN114836711A (en) | Metal surface hardening method | |
| US5228929A (en) | Thermochemical treatment of machinery components for improved corrosion resistance | |
| RU1836484C (en) | Method of application of nitride layers on parts made of titanium and titanium alloys | |
| CA1120346A (en) | Method for preventing decarburization of steel materials | |
| Parezanović et al. | Selective Oxidation and Surface Segregation in High Strength Steels during Short Term Annealing in H2‐N2‐Influence of B on Surface Chemistry | |
| CN103526152A (en) | Nitriding catalyst | |
| Khusid et al. | Wear of carburized high chromium steels | |
| CN113005394A (en) | J55 steel pipe processing method based on rare earth catalytic carbonitriding | |
| CA2642322A1 (en) | Method for hardening the surfaces of work pieces made of stainless steel, and a molten salt bath for realizing the method | |
| Medvedev et al. | Protection of steels and alloys from oxidation and decarburization during heat treatment in muffle and bell furnaces | |
| RU2463381C1 (en) | Method for carbonitriding of parts from high-chromium steels | |
| JP2011032513A (en) | Treatment liquid for forming protective film of steel member having nitrogen compound layer, and compound layer protective film | |
| US1936294A (en) | Case hardening by nitriding | |
| RU2081936C1 (en) | Method of applying multicomponent coating onto steel objects | |
| JPH05302123A (en) | Method for heat-treating clad pipe | |
| Lee et al. | Effects of relative thickness of the duplex-treated layer on surface properties of AlSl H13 steel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20100209 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130914 |