RU2685841C1 - Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products - Google Patents
Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685841C1 RU2685841C1 RU2018136267A RU2018136267A RU2685841C1 RU 2685841 C1 RU2685841 C1 RU 2685841C1 RU 2018136267 A RU2018136267 A RU 2018136267A RU 2018136267 A RU2018136267 A RU 2018136267A RU 2685841 C1 RU2685841 C1 RU 2685841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zinc
- powder
- aluminum
- activator
- thermal diffusion
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims description 44
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims description 44
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 76
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 28
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 14
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 14
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 14
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 14
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 43
- 239000011701 zinc Substances 0.000 abstract description 41
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 abstract description 41
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 39
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 39
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 9
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 22
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 17
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 17
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 16
- 229910007570 Zn-Al Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 9
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 9
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- WXHLLJAMBQLULT-UHFFFAOYSA-N 2-[[6-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]-2-methylpyrimidin-4-yl]amino]-n-(2-methyl-6-sulfanylphenyl)-1,3-thiazole-5-carboxamide;hydrate Chemical compound O.C=1C(N2CCN(CCO)CC2)=NC(C)=NC=1NC(S1)=NC=C1C(=O)NC1=C(C)C=CC=C1S WXHLLJAMBQLULT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N [Nitrilotris(methylene)]trisphosphonic acid Chemical compound OP(O)(=O)CN(CP(O)(O)=O)CP(O)(O)=O YDONNITUKPKTIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к процессу термодиффузионной обработки стальных изделий в порошковых смесях, и может быть использовано для повышения коррозионной стойкости деталей и узлов механизмов, работающих в различных агрессивных средах, в частности, оборудования нефтяной и газовой промышленности, эксплуатируемого в среде сероводорода.The invention relates to chemical-heat treatment, in particular to the process of thermal diffusion processing of steel products in powder mixtures, and can be used to improve the corrosion resistance of parts and assemblies of mechanisms operating in various corrosive environments, in particular, equipment of the oil and gas industry, operated in hydrogen sulfide environment.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Повышение надежности и долговечности стальных изделий, работающих в различных средах, является актуальной задачей современного машиностроения. Наиболее остро данная проблема стоит перед нефтяной и газовой промышленностью, где оборудование для добычи нефти и газа, а также конструктивные элементы нефте- и газоперерабатывающих установок, традиционно изготовляемые из углеродистых и низколегированных сталей, эксплуатируются в средах, содержащих сероводород, присутствие которого сильно активизирует коррозионные процессы. Следует отметить, что пристальное внимание широкого круга специалистов к этой проблеме связано с выходом из строя нефтегазового оборудования вследствие интенсивной коррозии металла, при воздействии на него сероводородсодержащей среды, что может приводить к взрывам, возгоранию и выбросу углеводородсодержащего сырья в атмосферу, а значит, нанесению значительного экономического и экологического ущерба.Improving the reliability and durability of steel products operating in various environments is an important task of modern engineering. This problem is most acute for the oil and gas industry, where equipment for oil and gas production, as well as structural elements of oil and gas processing plants, traditionally made of carbon and low alloy steels, are operated in environments containing hydrogen sulfide, the presence of which strongly activates corrosion processes . It should be noted that the close attention of a wide range of specialists to this problem is associated with the failure of oil and gas equipment due to intense metal corrosion, when exposed to hydrogen sulfide-containing medium, which can lead to explosions, fire and release of hydrocarbon-containing raw materials into the atmosphere, and therefore causing significant economic and environmental damage.
Основными направлениями в повышении коррозионной стойкости деталей и узлов механизмов, работающих в сероводородсодержащей среде, являются следующие:The main areas in improving the corrosion resistance of parts and assemblies of mechanisms operating in hydrogen sulfide-containing environments are the following:
- использование коррозионно-стойких сталей и сплавов;- the use of corrosion-resistant steels and alloys;
- защита от коррозии с помощью ингибиторов;- corrosion protection with inhibitors;
- протекторная защита;- protective protection;
- нанесение защитных покрытий (газотермическое напыление, гальваническое и химическое осаждение различных металлов, нанесение полимерных материалов);- deposition of protective coatings (gas-thermal spraying, galvanic and chemical deposition of various metals, deposition of polymeric materials);
- плакирование.- cladding.
Следует отметить, что каждый из перечисленных методов повышения коррозионной стойкости с защитной, технологической, экономической и экологической точки зрения характеризуется рядом преимуществ и недостатков, и выбирается с учетом конкретных условий эксплуатации оборудования, а именно, вида, концентрации и давления коррозионной среды, воздействия механических нагрузок, температуры, наличия абразивных частиц и т.д.It should be noted that each of the listed methods for improving corrosion resistance from a protective, technological, economic and environmental point of view is characterized by a number of advantages and disadvantages, and is chosen taking into account the specific conditions of equipment operation, namely, the type, concentration and pressure of the corrosive environment, the effects of mechanical loads , temperature, the presence of abrasive particles, etc.
Очевидно, что термодиффузионные покрытия, сформированные на стальных изделиях, по ряду критериев, таких, как защитные свойства, технологичность нанесения, экономичность и экологичность, будут иметь определенные преимущества по сравнению с покрытиями, полученными по перечисленным выше технологиям.It is obvious that thermal diffusion coatings formed on steel products, according to several criteria, such as protective properties, processability of application, cost-effectiveness and environmental friendliness, will have certain advantages compared to coatings obtained by the above-mentioned technologies.
Одним из эффективных способов повышения коррозионной стойкости стальных изделий при воздействии на них различных агрессивных сред является нанесение защитного покрытия методом термодиффузионного цинкования в насыщающих порошковых смесях. Однако цинковые покрытия не могут надежно защитить изделия от коррозии при их эксплуатации в средах, содержащих сероводород.One of the effective ways to increase the corrosion resistance of steel products when exposed to various aggressive media is to apply a protective coating by thermal diffusion galvanizing in saturating powder mixtures. However, zinc coatings cannot reliably protect products from corrosion during their operation in environments containing hydrogen sulfide.
Известно, что одним из элементов хорошо препятствующим протеканию сероводородной коррозии, является алюминий. Поэтому в состав порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий, помимо цинка, активатора и инертного наполнителя, необходимо вводить фиксированное количество алюминия, а сформированные защитные покрытия должны содержать две основные фазы, а именно, цинк и алюминий, а также незначительное количество железа. При этом высокие коррозионные свойства формируемого покрытия системы Zn-Al, будут обеспечиваться при строго определенном процентном соотношении указанных элементов.It is known that aluminum is one of the elements that is well interfering with the course of hydrogen sulfide corrosion. Therefore, in the composition of the powder mixture for thermal diffusion treatment of steel products, in addition to zinc, activator and inert filler, it is necessary to introduce a fixed amount of aluminum, and the formed protective coatings should contain two main phases, namely, zinc and aluminum, as well as a small amount of iron. At the same time, high corrosion properties of the formed Zn-Al system coating will be ensured at a strictly defined percentage ratio of the indicated elements.
Известен состав для диффузионного цинкования стальных изделий (SU 1138430, опубл. 07.02.85), включающий окись алюминия, цинк, хлористый аммоний, алюминий и сульфосалициловую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 30-40; хлористый аммоний 1-3; алюминий 10-12; сульфосалициловая кислота 2-3; окись алюминия - остальное. Способ диффузионного насыщения включает предварительное просушивание порошкообразных компонентов смеси при температуре 150-200°С в течение 1,5-2 часов, а затем выдержку в печи загруженных в металлический контейнер стальных изделий при температуре 350-700°С в течение 2 часов.Known composition for diffusion galvanizing of steel products (SU 1138430, publ. 07.02.85), including aluminum oxide, zinc, ammonium chloride, aluminum and sulfosalicylic acid in the following ratio, wt. %: zinc 30-40; ammonium chloride 1-3; aluminum 10-12; sulfosalicylic acid 2-3; aluminum oxide - the rest. The diffusion saturation method includes pre-drying the powder components of the mixture at a temperature of 150-200 ° C for 1.5-2 hours, and then holding the steel products loaded into a metal container at a temperature of 350-700 ° C for 2 hours in an oven.
Известен состав для диффузионного цинкования стальных изделий (SU 1571103, опубл. 15.06.90), содержащий цинк, алюминий, окись алюминия и нитрилотриметилфосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. %: цинк 25-40; алюминий 5-15; нитрилотриметилфосфоновая кислота 1,5-3,5; окись алюминия 41,5-68,5. Способ диффузионного насыщения включает предварительное просушивание порошкообразных компонентов смеси при температуре 150-200°С в течение 2-3 часов, а затем выдержку в печи загруженных в металлический контейнер стальных изделий при температуре 400-700°С в течение 3 часов.A known composition for diffusion galvanizing of steel products (SU 1571103, publ. 15.06.90), containing zinc, aluminum, aluminum oxide and nitrilotrimethylphosphonic acid in the following ratio of components, wt. %: zinc 25-40; aluminum 5-15; nitrilotrimethylphosphonic acid 1.5-3.5; alumina 41.5-68.5. The method of diffusion saturation includes pre-drying the powder components of the mixture at a temperature of 150-200 ° C for 2-3 hours, and then holding the steel products loaded into a metal container at a temperature of 400-700 ° C for 3 hours in an oven.
Недостатком указанных составов является относительно низкое содержание в них алюминия, а также отсутствие в используемых активаторах компонентов, интенсифицирующих процесс насыщения алюминием поверхностного слоя обрабатываемых изделий. Данный факт и определяет насыщение поверхностного слоя изделий исключительно цинком, а наличие алюминия в составе порошковой смеси только несколько ускоряет данный процесс. Поэтому формируемые покрытия при использовании указанных смесей характеризуются удовлетворительной коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, однако имеют низкую стойкость при воздействии на них сероводородсодержащей среды.The disadvantage of these compositions is the relatively low content of aluminum, as well as the absence of components used in activators that intensify the process of saturation of the surface layer with aluminum. This fact determines the saturation of the surface layer of products exclusively with zinc, and the presence of aluminum in the composition of the powder mixture only slightly accelerates this process. Therefore, the formed coatings using these mixtures are characterized by satisfactory corrosion resistance in atmospheric conditions, fresh and sea water, however, they have low resistance when exposed to hydrogen sulfide-containing medium.
Наиболее близким к заявленному составу является состав для диффузионного цинкования изделий из алюминия, его сплавов и углеродистой стали. (SU 855067, 15.08.1981), содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. %: цинк 20-30; алюминий 20-30; окись алюминия 45-48; хлористый аммоний 1-3; сера 1-2. Цинкование алюминиевых изделий осуществляют в печи при температуре 550°С в течение 4 часов.The closest to the claimed composition is the composition for the diffusion galvanizing of products from aluminum, its alloys and carbon steel. (SU 855067, 08/15/1981), containing the components in the following ratio, wt. %: zinc 20-30; aluminum 20-30; alumina 45-48; ammonium chloride 1-3; sulfur 1-2. Galvanizing of aluminum products is carried out in a furnace at a temperature of 550 ° C for 4 hours.
Несмотря на достаточно высокое содержание в порошковой смеси алюминия не удается обеспечить требуемое им насыщение поверхностного слоя изделий даже при высокой температуре обработки, что можно объяснить отсутствием в активаторе химически активных компонентов, способствующих протеканию данного процесса. Использование в составе активатора только хлористого аммония и серы, не обеспечивает необходимой активности порошковой смеси для осуществления процесса насыщения алюминием поверхности стальных изделий при термодиффузионной обработке. А наличие алюминия обусловлено только интенсификацией процесса насыщения поверхности цинком. Поэтому, указанные изделия, в связи с достаточно низкой коррозионной стойкостью в сероводородсодержащих средах, не рекомендуется использовать в нефтяной и газовой добывающей и перерабатывающей промышленностях.Despite the relatively high content of aluminum in the powder mixture, it is not possible to provide the required saturation of the surface layer of products even at high processing temperatures, which can be explained by the absence of reactive components in the activator contributing to the process. The use of only ammonium chloride and sulfur in the activator does not provide the necessary activity of the powder mixture for the process of saturating the surface of steel products with aluminum during thermal diffusion treatment. And the presence of aluminum is due only to the intensification of the process of saturation of the surface with zinc. Therefore, these products, due to the relatively low corrosion resistance in hydrogen sulfide-containing environments, are not recommended for use in the oil and gas mining and processing industries.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка состава порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий и способа термодиффузионной обработки стальных изделий с целью интенсификации процесса насыщения поверхности цинком и алюминием, оптимизации содержания цинка и алюминия в покрытии, формирования бездефектных защитных покрытий, увеличения толщины диффузионного слоя и повышения коррозионной стойкости стальных изделий, работающих в средах, содержащих сероводород, за счет высокой химической активности летучих элементов, образующихся в процессе обработки при разложении компонентов, входящих в активатор и препятствующих образованию окисной пленки на порошке цинка и алюминия, а также формируемом покрытии и ускоряющих процессы переноса атомов цинка и алюминия на обрабатываемую поверхность изделий, диффузии цинка и алюминия в железную матрицу и диффузии железа в цинк и алюминий.The task of the invention is to develop the composition of the powder mixture for thermal diffusion treatment of steel products and method of thermal diffusion treatment of steel products in order to intensify the process of saturation of the surface with zinc and aluminum, optimize the content of zinc and aluminum in the coating, the formation of defect-free protective coatings, increasing the thickness of the diffusion layer and increase corrosion resistance steel products operating in environments containing hydrogen sulfide, due to the high chemical activity of summer their elements, which are formed during processing during the decomposition of components entering the activator and preventing the formation of an oxide film on zinc and aluminum powder, as well as the coating being formed and accelerating the transfer of zinc and aluminum atoms to the surface of products, the diffusion of zinc and aluminum into the iron matrix and diffusion of iron into zinc and aluminum.
Учитывая актуальность проблемы, в области повышения коррозионной стойкости стальных изделий, работающих в агрессивных средах (например, в сероводородсодержащей среде при добыче и переработке нефти и газа), разработан состав порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий и способ термодиффузионной обработки стальных изделий.Considering the urgency of the problem, the composition of the powder mixture for thermal diffusion treatment of steel products and the method of thermal diffusion treatment of steel products have been developed in the area of increasing the corrosion resistance of steel products operating in aggressive environments (for example, in hydrogen sulfide-containing medium in the extraction and processing of oil and gas).
Следует отметить, что предлагаемый состав порошковой смеси и способ термодиффузионной обработки может быть использован для стальных изделий, работающих в различных агрессивных средах, например, в морской воде.It should be noted that the proposed composition of the powder mixture and the method of thermal diffusion treatment can be used for steel products operating in various corrosive environments, for example, in sea water.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в том, что применение предложенного состава порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий и способа термодиффузионной обработки стальных изделий позволяет интенсифицировать процесс формирования двухфазных защитных покрытий системы Zn-Al, оптимизировать содержание цинка и алюминия в покрытии, состоящем из 55-65 мас. % цинка и 20-25 мас. % алюминия с содержанием железа не более 8 мас. %, получать равномерные по толщине (83-87 мкм), бездефектные (без трещин, отслоений и пор), коррозионно-стойкие покрытия (коррозионная стойкость на базе 30 суток испытания в среде сероводорода - коррозионные повреждения отсутствуют).The technical result achieved by the invention is that the use of the proposed composition of the powder mixture for thermal diffusion processing of steel products and the method of thermal diffusion treatment of steel products allows to intensify the process of forming two-phase protective coatings of the Zn-Al system, to optimize the content of zinc and aluminum in the coating consisting of 55 -65 wt. % zinc and 20-25 wt. % aluminum with an iron content of not more than 8 wt. %, to obtain uniform thickness (83-87 microns), defect-free (without cracks, delaminations and pores), corrosion-resistant coatings (corrosion resistance on the basis of 30 days of testing in hydrogen sulfide environment - no corrosion damage).
Указанный технический результат достигается применением состава порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий, включающим цинковый порошок, алюминиевый порошок, активатор и инертный наполнитель, при следующем соотношении компонентов, в мас. %:This technical result is achieved by applying the composition of the powder mixture for thermal diffusion treatment of steel products, including zinc powder, aluminum powder, activator and inert filler, in the following ratio of components, in wt. %:
при этом в качестве активатора используют смесь следующих компонентов в мас. %:at the same time as the activator use a mixture of the following components in wt. %:
а в качестве инертного наполнителя используют оксид кремния или кварцевый песок или их смесь в любом соотношении.and as an inert filler use silica or silica sand, or a mixture of them in any ratio.
В качестве порошка цинка используют порошок марки ПЦР-1, выпускаемый в промышленном масштабе. Содержание металлического цинка составляет не менее 98 мас. % по ГОСТ 12601-76. Цинковый порошок марки ПЦР-1 широко применяется для термодиффузионного цинкования железоуглеродистых сталей и сплавов, чугуна и меди в составе порошковых смесей, включающих при необходимости различные активаторы и инертные наполнители.As zinc powder, powder of the brand PCR-1, produced on an industrial scale, is used. The content of metallic zinc is not less than 98 wt. % according to GOST 12601-76. Zinc powder brand PCR-1 is widely used for thermal diffusion galvanizing of iron-carbon steels and alloys, cast iron and copper as part of powder mixtures, including, if necessary, various activators and inert fillers.
В качестве порошка алюминия применяют порошок марки ПА-1 с содержанием активного алюминия не менее 99 мас. % по ГОСТ 6058-73. Алюминиевый порошок марки ПА-1, как и цинковый порошок марки ПЦР-1, но в значительно меньшей мере, применяется для термодиффузионного цинкования низкоуглеродистых сталей и сплавов. Это обусловлено наличием на его поверхности прочной окисной пленки, которая при традиционно применяемых компонентах активатора в порошковых смесях препятствует диффузии алюминия в железную матрицу и диффузии железа в алюминий. При этом алюминиевый порошок при термодиффузионном цинковании используется только как компонент, несколько ускоряющий процесс насыщения поверхности изделия цинком.As the powder of aluminum used powder brand PA-1 with a content of active aluminum of at least 99 wt. % according to GOST 6058-73. Aluminum powder grade PA-1, like zinc powder grade PCR-1, but to a much lesser extent, is used for thermal diffusion galvanizing of low carbon steels and alloys. This is due to the presence on its surface of a strong oxide film, which, with traditionally used components of the activator in powder mixtures, prevents diffusion of aluminum into the iron matrix and diffusion of iron into aluminum. In this case, aluminum powder during thermal diffusion galvanizing is used only as a component, somewhat accelerating the process of saturation of the surface of the product with zinc.
Необходимость содержания в смеси 35-37 мас. % порошка цинка и 35-37 мас. % порошка алюминия можно объяснить следующим. Исследования показали, что именно при указанном соотношении в смеси порошков цинка и алюминия, а также использование предложенного активатора и режима термодиффузионной обработки, в поверхностном слое изделий формируются покрытия с двухфазной структурой системы Zn-Al с незначительным содержанием железа, что необходимо для повышения коррозионной стойкости изделий при их эксплуатации в агрессивной среде, содержащей сероводород. При содержании в покрытии железа более 8 мас. %, коррозионные процессы активизируются.The need for content in the mixture 35-37 wt. % zinc powder and 35-37 wt. % aluminum powder can be explained as follows. Studies have shown that it is at this ratio in a mixture of zinc and aluminum powders, as well as the use of the proposed activator and thermal diffusion treatment mode, that coatings with a two-phase structure of the Zn-Al system with low iron content are formed in the surface layer of the products, which is necessary to increase the corrosion resistance of the products when operating in a hostile environment containing hydrogen sulfide. When the content in the coating of iron more than 8 wt. %, corrosion processes are activated.
Также установлено, что при большем содержании порошка цинка и алюминия, а также активатора и инертного наполнителя в составе смеси в формируемом покрытии наблюдается увеличение содержания цинка и алюминия, а также толщины диффузионного слоя. Однако, при этом увеличивается и шероховатость поверхности, что сопровождается снижением коррозионной стойкости. Меньшее содержание активатора и инертного наполнителя не обеспечивает высокую активность летучих элементов, образующихся при термодиффузионной обработке в процессе разложения компонентов, входящих в активатор. При этом недостаточное количество инертного наполнителя не обеспечивает хорошее перемешивание порошковой смеси и высокую ее кроющую способность при термодиффузионной обработке, что также отрицательно влияет на конечный результат формирования покрытия.It was also found that with a higher content of zinc and aluminum powder, as well as an activator and an inert filler in the mixture in the formed coating, an increase in the content of zinc and aluminum, as well as the thickness of the diffusion layer, is observed. However, this increases the surface roughness, which is accompanied by a decrease in corrosion resistance. A lower content of the activator and inert filler does not provide a high activity of volatile elements formed during thermal diffusion treatment in the process of decomposition of the components included in the activator. In this case, an insufficient amount of an inert filler does not ensure good mixing of the powder mixture and its high covering capacity during thermal diffusion treatment, which also adversely affects the final result of the formation of the coating.
В качестве инертного наполнителя используют огнеупорный прочный и сыпучий материал, например, оксид кремния или кварцевый песок в виде отдельных компонентов или в любом их процентном соотношении. Использование данных материалов позволяет повысить температуру плавления порошковой смеси, увеличить кроющую способность и обеспечить очистку поверхности изделия от налипшей порошковой смеси в процессе термодиффузионной обработки. Указанные факторы, положительно влияют на качество покрытия.As an inert filler, a refractory, durable and free-flowing material is used, for example, silica or silica sand as individual components or in any percentage of them. The use of these materials allows to increase the melting point of the powder mixture, to increase the covering ability and to ensure the cleaning of the surface of the product from the adhering powder mixture during thermal diffusion treatment. These factors have a positive effect on the quality of the coating.
Выбор компонентов активатора и их процентное содержание обусловлено высокой химической активностью летучих компонентов, образующихся при термодиффузионной обработке в процессе разложения компонентов, входящих в активатор. Именно летучие элементы оказывают решающее положительное влияние на интенсификацию процесса формирования в поверхностном слое изделий двухфазной структуры системы Zn-Al (перенос атомов цинка и алюминия на обрабатываемую поверхность изделия, диффузию цинка и алюминия в железную матрицу и диффузию железа в цинк и алюминий), что сопровождается повышением содержания цинка и алюминия в покрытии, увеличением его толщины, а значит, и повышением его коррозионной стойкости.The choice of components of the activator and their percentage is due to the high chemical activity of volatile components formed during thermal diffusion treatment in the process of decomposition of the components included in the activator. It is the volatile elements that have a decisive positive effect on the intensification of the formation process in the surface layer of the two-phase structure of the Zn-Al system (the transfer of zinc and aluminum atoms to the treated surface of the product, the diffusion of zinc and aluminum into the iron matrix and the diffusion of iron into zinc and aluminum), which is accompanied by an increase in the content of zinc and aluminum in the coating, an increase in its thickness, and hence an increase in its corrosion resistance.
Компоненты активатора для интенсификации процесса насыщения поверхности стальных изделий цинком:Components of the activator for the intensification of the process of saturation of the surface of steel products with zinc:
Силикокальций является активным дегазатором и десульфуризатором, тем самым препятствует насыщению металла водородом, исключая возникновение водородной хрупкости материала при термодиффузионной обработке, а также нейтрализует отрицательное влияние серы, входящей в марочный состав сталей.Silicocalcium is an active degasser and desulfurizing agent, thereby preventing the saturation of the metal with hydrogen, excluding the occurrence of hydrogen embrittlement of the material during thermal diffusion treatment, and also neutralizes the negative effect of sulfur, which is a part of the steel grade.
Фторид натрия, повышая термодиффузионную активность процесса, ускоряет перенос атомов цинка на обрабатываемую поверхность изделия, диффузию цинка в железную матрицу и диффузию железа в цинк, тем самым увеличивая толщину покрытия.Sodium fluoride, increasing the thermal diffusion activity of the process, accelerates the transfer of zinc atoms to the treated surface of the product, the diffusion of zinc into the iron matrix and the diffusion of iron into zinc, thereby increasing the thickness of the coating.
Оксид железа, являясь катализатором, при взаимодействии с металлическим кремнием резко активизирует процесс протекания экзотермической реакции, тем самым повышая эффективность насыщения поверхности изделия цинком.Iron oxide, as a catalyst, when interacting with metallic silicon, dramatically activates the process of the exothermic reaction, thereby increasing the efficiency of saturation of the surface of the product with zinc.
Хлорид аммония способствует созданию защитной атмосферы в печи, ускорению реакции цинкования за счет активного перемешивания реагирующих материалов, повышению плотности цинкового покрытия.Ammonium chloride contributes to the creation of a protective atmosphere in the furnace, accelerates the galvanizing reaction due to the active mixing of the reactive materials, and increases the density of the zinc coating.
Компоненты активатора для интенсификации процесса насыщения поверхности стальных изделий алюминием обусловлены применением в составе активатора хлорида лития, хлорида калия и хлорида цинка, что повышает термодиффузионную активность алюминиевого порошка, способствует растворению на его поверхности окислов, а также препятствует их образованию при высоких температурах обработки, что и определяет ускорение процесса диффузии алюминия в поверхностные слои изделия, а также повышает плотность и коррозионную стойкость сформированных покрытий.The activator components for intensifying the process of saturating the surface of steel products with aluminum are due to the use of lithium chloride, potassium chloride and zinc chloride as an activator, which increases the thermal diffusion activity of aluminum powder, promotes dissolution of oxides on its surface, and also prevents their formation at high processing temperatures, and determines the acceleration of the process of aluminum diffusion into the surface layers of the product, and also increases the density and corrosion resistance of the formed coatings yty.
Заявленный технический результат достигается так же способом термодиффузионной обработки стальных изделий, включающим ступенчатый нагрев изделий с порошковой смесью вышеуказанного состава: сначала при температуре 400-450°С в течение 25-30 мин, а затем при температуре 500-550°С в течение 30-35 мин.The claimed technical result is achieved in the same way by thermal diffusion treatment of steel products, including stepwise heating of products with a powder mixture of the above composition: first at a temperature of 400-450 ° C for 25-30 minutes, and then at a temperature of 500-550 ° C for 30- 35 min.
При этом происходит формирование в поверхностном слое изделий двухфазной структуры системы Zn-Al, состоящей из 55-65 мас. % цинка и 20-25 мас. % алюминия, при содержании в ней железа не более 8 мас. %.When this occurs, the formation in the surface layer of the products of the two-phase structure of the Zn-Al system, consisting of 55-65 wt. % zinc and 20-25 wt. % aluminum, when the content of iron in it is not more than 8 wt. %
Необходимость проведения при термодиффузионной обработке ступенчатого нагрева с целью насыщения поверхности стальных изделий цинком и алюминием обусловлено рядом факторов и подтверждено многочисленными исследованиями.The need for stepwise heating during thermal diffusion treatment in order to saturate the surface of steel products with zinc and aluminum is due to a number of factors and has been confirmed by numerous studies.
При температуре 400-450°С в течение 25-30 мин происходит насыщение поверхности стальных изделий цинком в пределах 25-30%. Насыщение поверхности изделий алюминием при этом незначительное и составляет 5-7%. При температуре 500-550°С в течение 30-35 мин насыщение поверхности стальных изделий цинком достигает 55-65%, а алюминием 20-25%. Следует отметить, что именно указанные режимы ступенчатого нагрева при термодиффузионной обработке в совокупности с заявленным составом порошковой смеси, позволяет формировать в поверхностном слое стальных изделий двухфазные структуры системы Zn-Al, состоящие из 55-65% цинка и 20-25% алюминия с содержанием железа не более 8%, что и обеспечивает высокую их коррозионную стойкость в агрессивной среде, включающей сероводород.At a temperature of 400-450 ° C for 25-30 minutes, the surface of steel products is saturated with zinc in the range of 25-30%. The saturation of the surface of the products with aluminum is insignificant and amounts to 5-7%. At a temperature of 500-550 ° C for 30-35 minutes, the saturation of the surface of steel products with zinc reaches 55-65%, and with aluminum 20-25%. It should be noted that it is precisely these modes of stepwise heating during thermal diffusion treatment, together with the stated composition of the powder mixture, that allows to form two-phase Zn-Al structures in the surface layer of steel products, consisting of 55-65% zinc and 20-25% aluminum with iron content not more than 8%, which ensures their high corrosion resistance in aggressive environments, including hydrogen sulfide.
Использование оптимально сбалансированного состава порошковой смеси и способа термодиффузионной обработки стальных изделий позволяет интенсифицировать процесс формирования двухфазных защитных покрытий системы Zn-Al и получать равномерные по толщине (83-87 мкм), бездефектные (без трещин, отслоений и пор) и коррозионно-стойкие покрытия (коррозионная стойкость на базе 30 суток испытания в среде сероводорода - коррозионные повреждения отсутствуют).Using the optimally balanced composition of the powder mixture and the method of thermal diffusion treatment of steel products allows us to intensify the process of forming two-phase protective coatings of the Zn-Al system and to obtain uniform thickness (83-87 microns), defect-free (without cracks, delaminations and pores) and corrosion-resistant coatings ( corrosion resistance on the basis of 30 days of testing in hydrogen sulfide environment - no corrosion damage).
Все вышеуказанное позволяет утверждать, что заявленный состав порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий и способ термодиффузионной обработки стальных изделий характеризуются не только новыми существенными признаками, а именно, оптимально сбалансированным составом порошковой смеси и способом термодиффузионной обработки, но и обеспечивает достижение требуемого технического результата - интенсификации процесса формирования защитных покрытий, увеличение толщины диффузионного слоя, оптимизации содержания цинка и алюминия в покрытии, повышения коррозионной стойкости стальных изделий, работающих в средах, содержащих сероводород.All of the above suggests that the claimed composition of the powder mixture for thermal diffusion treatment of steel products and the method of thermal diffusion treatment of steel products are characterized not only by new significant features, namely, the optimally balanced composition of the powder mixture and thermal diffusion treatment method, but also ensures the achievement of the desired technical result - intensification the process of forming protective coatings, increasing the thickness of the diffusion layer, optimizing the content of qi Single and aluminum in the coating, enhancing the corrosion resistance of steel products working in environments containing hydrogen sulfide.
Исследования по оценке качества диффузионных покрытий проводились на кольцевых образцах, вырезанных из трубы, изготовленной из широко применяемой в нефтяной и газовой промышленности стали 09Г2С.Studies to assess the quality of diffusion coatings were carried out on ring specimens cut from a pipe made of 09G2S steel widely used in the oil and gas industry.
Толщину диффузионного слоя определяли металлографическим методом на поперечных микрошлифах с использованием металлографического микроскопа ММР-4.The thickness of the diffusion layer was determined by the metallographic method on the transverse microsections using a metallographic microscope MMP-4.
Определение содержания цинка, алюминия и железа на поверхности покрытия проводили на спектрометре ДФС-500.Determination of zinc, aluminum and iron on the surface of the coating was carried out on a spectrometer DFS-500.
Ресурсные испытания на коррозионную стойкость проводили на циркулирующем стенде в среде, насыщенной коррозионными агентами СО2 и H2S на базе 30 суток.Resource tests for corrosion resistance were carried out on a circulating stand in an environment saturated with corrosive agents CO 2 and H 2 S on the basis of 30 days.
Показатели коррозии и коррозионной стойкости определяли по ГОСТ 9.908-85. Определение показателей сплошной коррозии проводили прямыми измерениями по разности между размерами образца до и после испытаний. Максимальную глубину проникновения питтинговой коррозии определяли измерением механическим индикатором расстояния между плоскостью устья и дном питтинга.Corrosion and corrosion resistance were determined according to GOST 9.908-85. Determination of indicators of continuous corrosion was performed by direct measurements of the difference between the sample size before and after testing. The maximum penetration depth of pitting corrosion was determined by measuring the mechanical indicator of the distance between the mouth plane and the pitting bottom.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Термодиффузионная обработка проводилась в печах фирмы «Дистек». Предварительно обезжиренные кольцевые образцы, вырезанные из трубы, изготовленной из стали 09Г2С и необходимое количество порошковой смеси для термодиффузионной обработки в заявленном соотношении ингредиентов (в мас. %) и процентном соотношении активатора (в мас. %) помещали в контейнер (реторту) с возможностью вращения. Контейнер герметизировали, помещали в печь, и проводили термодиффузионную обработку со ступенчатым нагревом при температуре 400-450°С в течение 25-35 мин и далее при температуре 500-550°С в течение 30-35 мин. После окончания процесса термодиффузионной обработки и охлаждения контейнера образцы вынимали и очищали их поверхность от остатков порошковой смеси.Thermal diffusion treatment was carried out in Distek furnaces. Pre-degreased ring specimens cut from a pipe made from steel 09G2S and the required amount of powder mixture for thermal diffusion treatment in the claimed ratio of ingredients (in wt.%) And percentage of activator (in wt.%) Were placed in a container (retort) with the possibility of rotation . The container was sealed, placed in an oven, and thermal diffusion treatment was performed with step heating at a temperature of 400-450 ° C for 25-35 minutes and then at a temperature of 500-550 ° C for 30-35 minutes. After the end of the process of thermal diffusion treatment and cooling of the container, the samples were taken out and their surface was cleaned from the remnants of the powder mixture.
Пример 1 (по изобретению)Example 1 (Invention)
Для обработки брали кольцевые образцы, вырезанные из трубы, изготовленной из стали 09Г2С. В качестве порошковой смеси для термодиффузионной обработки брали цинковый порошок, алюминиевый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем их соотношении, мас. %: цинковый порошок - 35-37; алюминиевый порошок - 35-37; активатор - 4-7; инертный наполнитель - остальное. В качестве активатора брали смесь, состоящую из следующих компонентов, в мас. %: силикокальций - 20-25; фторид натрия - 7-10; кремний металлический - 3-5; оксид железа - 5-7; хлорид аммония - 2-3; хлорид лития - 20-25; хлорид калия - 15-17; хлорид цинка - остальное. В качестве инертного наполнителя брали кварцевый песок. Порошковую смесь загружали в контейнер с обрабатываемыми образцами. Контейнер герметизировали, помещали в печь и проводили термодиффузионную обработку со ступенчатым нагревом: при температуре 400-450°С в течение 25-30 мин. и далее при температуре 550°С в течение 30-35 мин. После окончания процесса термодиффузионной обработки и охлаждения контейнера образцы вынимали и очищали от остатков порошковой смеси. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 1.For processing, they took ring samples cut from a pipe made from steel 09G2S. Zinc powder, aluminum powder, activator and inert filler were taken as a powder mixture for thermal diffusion treatment at the following ratio, wt. %: zinc powder - 35-37; aluminum powder - 35-37; activator - 4-7; inert filler - the rest. As an activator, we took a mixture consisting of the following components, in wt. %: silicocalcium - 20-25; sodium fluoride - 7-10; metal silicon - 3-5; iron oxide - 5-7; ammonium chloride - 2-3; lithium chloride - 20-25; potassium chloride - 15-17; zinc chloride - the rest. Quartz sand was taken as an inert filler. The powder mixture was loaded into the container with the treated samples. The container was sealed, placed in an oven, and thermal diffusion treatment was performed with step heating: at a temperature of 400–450 ° C for 25–30 min. and further at a temperature of 550 ° C for 30-35 minutes. After the end of the process of thermal diffusion treatment and cooling of the container, the samples were removed and cleaned of the remnants of the powder mixture. Characteristics of the coating obtained are shown in table 1.
Пример 2 (сравнительный)Example 2 (comparative)
Образцы для обработки брали по примеру 1. В качестве порошковой смеси для термодиффузионной обработки брали цинковый порошок, алюминиевый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем их соотношении, мас. %: цинковый порошок менее 35; алюминиевый порошок менее 35; активатор менее 4; инертный наполнитель - остальное. Соотношение компонентов активатора по примеру 1. инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионной обработки проводили по примеру 1. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 1.Samples for processing were taken according to Example 1. Zinc powder, aluminum powder, activator and inert filler were taken as a powder mixture for thermal diffusion treatment at the following ratio, wt. %: zinc powder less than 35; aluminum powder less than 35; activator less than 4; inert filler - the rest. The ratio of components of the activator according to example 1. The inert filler according to example 1. The process of thermal diffusion treatment was carried out according to example 1. The characteristics of the coating obtained are shown in table 1.
Пример 3 (сравнительный)Example 3 (comparative)
Образцы для обработки брали по примеру 1. В качестве порошковой смеси для термодиффузионной обработки брали цинковый порошок, алюминиевый порошок, активатор и инертный наполнитель при следующем их соотношении, в мас. %: цинковый порошок более 37; алюминиевый порошок более 37; активатор более 7; инертный наполнитель - остальное. Соотношение компонентов активатора по примеру 1. инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионной обработки проводили по примеру 1. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 1.Samples for processing were taken according to Example 1. Zinc powder, aluminum powder, activator and inert filler were taken as a powder mixture for thermal diffusion treatment at the following ratio, in wt. %: zinc powder more than 37; aluminum powder over 37; activator more than 7; inert filler - the rest. The ratio of components of the activator according to example 1. The inert filler according to example 1. The process of thermal diffusion treatment was carried out according to example 1. The characteristics of the coating obtained are shown in table 1.
Пример 4 (сравнительный)Example 4 (comparative)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковую смесь брали по примеру 1. В качестве активатора брали смесь, состоящую из следующих компонентов, мас. %: силикокальций менее 20; фторид натрия менее 7; кремний металлический менее 3; оксид железа менее 5; хлорид аммония менее 2; хлорид лития менее 20; хлорид калия менее15; хлорид цинка - остальное. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионной обработки проводили по примеру 1. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 2.Samples for processing were taken according to example 1. The powder mixture was taken according to example 1. As an activator, we took a mixture consisting of the following components, wt. %: silicocalcium less than 20; sodium fluoride less than 7; silicon metal less than 3; iron oxide less than 5; ammonium chloride less than 2; lithium chloride is less than 20; potassium chloride less than 15; zinc chloride - the rest. Inert filler according to example 1. The process of thermal diffusion treatment was carried out according to example 1. The characteristics of the coating obtained are shown in table 2.
Пример 5 (сравнительный)Example 5 (comparative)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковую смесь брали по примеру 1. В качестве активатора брали смесь, состоящую из следующих компонентов, мас. %: силикокальций более 25; фторид натрия более 10; кремний металлический более 5; оксид железа более 7; хлорид аммония более 3; хлорид лития более 25; хлорид калия более 17; хлорид цинка - остальное. Инертный наполнитель по примеру 1. Процесс термодиффузионной обработки проводили по примеру 1. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 2.Samples for processing were taken according to example 1. The powder mixture was taken according to example 1. As an activator, we took a mixture consisting of the following components, wt. %: silicocalcium more than 25; sodium fluoride more than 10; silicon metal more than 5; iron oxide more than 7; ammonium chloride more than 3; lithium chloride is more than 25; potassium chloride more than 17; zinc chloride - the rest. Inert filler according to example 1. The process of thermal diffusion treatment was carried out according to example 1. The characteristics of the coating obtained are shown in table 2.
Пример 6 (сравнительный)Example 6 (comparative)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковую смесь брали по примеру 1. Активатор и инертный наполнитель брали по примеру 1. Процесс термодиффузионной обработки проводили при температурах: первый цикл менее 400°С в течение 25-30 мин, второй цикл менее 500°С в течение 30-35 мин. После окончания процесса термодиффузионной обработки и охлаждения контейнера образцы вынимали и очищали от остатков порошковой смеси. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 3.Samples for processing were taken according to example 1. The powder mixture was taken according to example 1. The activator and inert filler were taken according to example 1. The process of thermal diffusion treatment was carried out at temperatures: the first cycle is less than 400 ° C for 25-30 minutes, the second cycle is less than 500 ° C within 30-35 minutes After the end of the process of thermal diffusion treatment and cooling of the container, the samples were removed and cleaned of the remnants of the powder mixture. Characteristics of the coating obtained are shown in table 3.
Пример 7 (сравнительный)Example 7 (comparative)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Порошковую смесь брали по примеру 1. Активатор и инертный наполнитель брали по примеру 1. Процесс термодиффузионной обработки проводили при температурах: первый цикл более 450°С в течение 25-30 мин, второй цикл более 550°С в течение 30-35 мин. После окончания процесса термодиффузионной обработки и охлаждения контейнера образцы вынимали и очищали от остатков порошковой смеси. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 3.Samples for processing were taken according to example 1. The powder mixture was taken according to example 1. The activator and inert filler were taken according to example 1. The process of thermal diffusion treatment was carried out at temperatures: the first cycle is more than 450 ° C for 25-30 minutes, the second cycle is more than 550 ° C within 30-35 minutes After the end of the process of thermal diffusion treatment and cooling of the container, the samples were removed and cleaned of the remnants of the powder mixture. Characteristics of the coating obtained are shown in table 3.
Пример 8 (по прототипу)Example 8 (prototype)
Образцы для обработки брали по примеру 1. Состав порошковой смеси, соотношение в ней ингредиентов (мас. %), состав активатора, соотношение в нем компонентов (мас. %), инертный наполнитель и режимы термодиффузионной обработки по прототипу SU 855067. Характеристики полученного покрытия приведены в таблице 4.Samples for processing were taken according to example 1. The composition of the powder mixture, the ratio of ingredients (wt.%), The composition of the activator, the ratio of components (wt.%), Inert filler and thermal diffusion treatment modes of the prototype SU 855067. The characteristics of the coating obtained are given in table 4.
Таким образом, как видно из таблиц 1-4 (пример 1), заявленный состав порошковой смеси для термодиффузионной обработки стальных изделий и способ термодиффузионной обработки стальных изделий позволяет интенсифицировать процесс формирования двухфазных защитных покрытий системы Zn-Al, состоящих из 55-65% цинка и 20-25% алюминия, а содержание железе не более 8% и получать равномерные по толщине (83-87 мкм), бездефектные (без трещин, отслоений и пор), коррозионно-стойкие покрытия (коррозионная стойкость на базе 30 суток испытания в среде сероводорода - коррозионные повреждения отсутствуют).Thus, as can be seen from tables 1-4 (example 1), the claimed composition of the powder mixture for thermal diffusion treatment of steel products and the method of thermal diffusion treatment of steel products allows to intensify the process of forming two-phase protective coatings of the Zn-Al system, consisting of 55-65% zinc and 20-25% aluminum, and the iron content is not more than 8% and get uniform in thickness (83-87 microns), defect-free (no cracks, delaminations and pores), corrosion-resistant coatings (corrosion resistance on the basis of 30 days of testing in hydrogen sulfide - corrosion no ion damage).
Однако, как показали многочисленные опыты и видно из таблицы 1 (примеры 2, 3), таблицы 2 (примеры 4 и 5), таблицы 3 (примеры 6 и 7) отклонения от заявленного процентного соотношения ингредиентов в порошковой смеси, процентного соотношения компонентов в активаторе, а также температурного режима диффузионной обработки не позволяют обеспечить требуемый технический результат.However, as shown by numerous experiments and can be seen from table 1 (examples 2, 3), table 2 (examples 4 and 5), table 3 (examples 6 and 7) deviations from the stated percentage of ingredients in the powder mixture, the percentage of components in the activator , as well as the temperature regime of diffusion processing do not allow to provide the required technical result.
Как видно из данных, приведенных в таблице 4 (пример 8), способ-прототип не позволяет решить задачу изобретения и добиться требуемого технического результата по характеристикам диффузионного покрытия аналогичным заявляемому изобретению.As can be seen from the data presented in table 4 (example 8), the prototype method does not allow to solve the problem of the invention and to achieve the desired technical result on the characteristics of the diffusion coating similar to the claimed invention.
Таким образом, использование заявляемого изобретения позволяет интенсифицировать процесс формирования защитного покрытия системы Zn-Al, оптимизировать в нем содержание цинка и алюминия, увеличить толщину диффузионного слоя и повысить коррозионную стойкость стальных изделий, работающих в агрессивной среде, содержащей сероводород.Thus, the use of the claimed invention allows to intensify the process of forming a protective coating for the Zn-Al system, to optimize the content of zinc and aluminum in it, to increase the thickness of the diffusion layer and to increase the corrosion resistance of steel products working in an aggressive environment containing hydrogen sulfide.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136267A RU2685841C1 (en) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018136267A RU2685841C1 (en) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2685841C1 true RU2685841C1 (en) | 2019-04-23 |
Family
ID=66314865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018136267A RU2685841C1 (en) | 2018-10-15 | 2018-10-15 | Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2685841C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785211C1 (en) * | 2022-04-13 | 2022-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОВАЦИНК" | Method for applying thermodiffusion zinc coating onto steel pipes and steel pipe with said coating |
WO2023200359A1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | Мейджорпак Инк | Method of applying a zinc thermal diffusion coating to steel pipes |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU855067A1 (en) * | 1979-11-13 | 1981-08-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Composition for diffusion zinc-plating of aluminium alloy parts |
WO1998041346A1 (en) * | 1997-03-17 | 1998-09-24 | Levinski, Leonid | Powder mixture for thermal diffusion coating |
RU2180018C1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-02-27 | Акционерное общество закрытого типа "Высокодисперсные металлические порошки" | Method of preparing powdered mix for thermodiffusion zinc-plating |
US20070116886A1 (en) * | 2005-11-24 | 2007-05-24 | Sulzer Metco Ag | Thermal spraying material, a thermally sprayed coating, a thermal spraying method an also a thermally coated workpiece |
RU2559386C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-08-10 | Владимир Анатольевич Гурьев | Composition of powder mixture for thermodiffusion galvanizing of items out of magnesium alloys, method of thermodiffusion galvanizing of items out of magnesium alloys |
RU2574153C1 (en) * | 2013-08-01 | 2016-02-10 | Владимир Анатольевич Гурьев | Powder mix composition for thermal-diffusion zinc-plating of articles from aluminium alloys, method of its fabrication and thermal-diffusion zinc-plating of articles from aluminium alloys |
RU2617467C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-04-25 | Заклад Механизни Прогресс | Composition of powder mixture for thermodiffusion zinc-plating of steel products |
RU2651087C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" | Powder mixture for thermodiffusion zinc coating of titanium alloys, the method of thermodiffusion zinc coating of the articles from titanium alloys |
-
2018
- 2018-10-15 RU RU2018136267A patent/RU2685841C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU855067A1 (en) * | 1979-11-13 | 1981-08-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Composition for diffusion zinc-plating of aluminium alloy parts |
WO1998041346A1 (en) * | 1997-03-17 | 1998-09-24 | Levinski, Leonid | Powder mixture for thermal diffusion coating |
US6171359B1 (en) * | 1997-03-17 | 2001-01-09 | Leonid Levinski | Powder mixture for thermal diffusion coating |
RU2180018C1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-02-27 | Акционерное общество закрытого типа "Высокодисперсные металлические порошки" | Method of preparing powdered mix for thermodiffusion zinc-plating |
US20070116886A1 (en) * | 2005-11-24 | 2007-05-24 | Sulzer Metco Ag | Thermal spraying material, a thermally sprayed coating, a thermal spraying method an also a thermally coated workpiece |
RU2574153C1 (en) * | 2013-08-01 | 2016-02-10 | Владимир Анатольевич Гурьев | Powder mix composition for thermal-diffusion zinc-plating of articles from aluminium alloys, method of its fabrication and thermal-diffusion zinc-plating of articles from aluminium alloys |
RU2559386C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-08-10 | Владимир Анатольевич Гурьев | Composition of powder mixture for thermodiffusion galvanizing of items out of magnesium alloys, method of thermodiffusion galvanizing of items out of magnesium alloys |
RU2617467C1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-04-25 | Заклад Механизни Прогресс | Composition of powder mixture for thermodiffusion zinc-plating of steel products |
RU2651087C1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Аквамодуль" | Powder mixture for thermodiffusion zinc coating of titanium alloys, the method of thermodiffusion zinc coating of the articles from titanium alloys |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785211C1 (en) * | 2022-04-13 | 2022-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОВАЦИНК" | Method for applying thermodiffusion zinc coating onto steel pipes and steel pipe with said coating |
WO2023200359A1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | Мейджорпак Инк | Method of applying a zinc thermal diffusion coating to steel pipes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4339282A (en) | Method and composition for removing aluminide coatings from nickel superalloys | |
WO2015020557A1 (en) | Powder mixture composition for thermodiffusion galvanization of articles made from aluminium alloys, and method for thermodiffusion galvanization of articles made from aluminium alloys | |
RU2617467C1 (en) | Composition of powder mixture for thermodiffusion zinc-plating of steel products | |
EP1347075B2 (en) | Method of salt bath nitriding for producing iron member having improved corrosion resistance and iron parts | |
Boulesteix et al. | Oxidation performance of repaired aluminide coatings on austenitic steel substrates | |
Vourlias et al. | A comparative study of the structure and the corrosion behavior of zinc coatings deposited with various methods | |
RU2685841C1 (en) | Composition of powder mixture for thermodiffusion treatment of steel items, method of thermodiffusion treatment of steel products | |
RU2680118C1 (en) | Powder mixture for thermal diffusion galvanizing of steel products | |
US3748172A (en) | Magnesium based coating for the sacrificial protection of metals | |
RU2651087C1 (en) | Powder mixture for thermodiffusion zinc coating of titanium alloys, the method of thermodiffusion zinc coating of the articles from titanium alloys | |
US20180057924A1 (en) | Coating compositions, methods and articles produced thereby | |
RU2559386C1 (en) | Composition of powder mixture for thermodiffusion galvanizing of items out of magnesium alloys, method of thermodiffusion galvanizing of items out of magnesium alloys | |
US9080235B2 (en) | Composition and method for diffusion alloying of ferrocarbon workpiece | |
JP4744145B2 (en) | Melt coating apparatus and steel strip coating method | |
Karim et al. | Improving the Corrosion Resistance of API X56 and API X70 Pipeline Steels by Hot Dip Aluminization | |
RU2644092C1 (en) | Method of thermal diffusion zinc coating of articles made of high-strength aluminum alloys | |
Pytel et al. | The influence of production method on oxidation resistance of the aluminide coatings obtained on IN 100 alloy | |
Tsipas et al. | Thermochemical treatments for protection of steels in chemically aggressive atmospheres at high temperatures | |
US5939144A (en) | Method and composition for diffusion treatment of ceramic materials | |
RU2574153C1 (en) | Powder mix composition for thermal-diffusion zinc-plating of articles from aluminium alloys, method of its fabrication and thermal-diffusion zinc-plating of articles from aluminium alloys | |
Banerjee et al. | A comparative study of surface layer formation in Ni-based alloys with varying Cr contents exposed to high temperature fluoride environment | |
Chaliampalias et al. | Effect of temperature and zinc concentration on zinc coatings deposited with pack cementation | |
EP2871258A1 (en) | Composition of powder mixture for thermal diffusion galvanizing of products made of aluminum alloys, preparation method thereof and method for thermal diffusion galvanizing of products made of aluminum alloys | |
Lee et al. | Corrosion of Carbon Steel with and without Aluminized Coating in (O, S, H)-containing Gases at 500-800 o C | |
US4256490A (en) | Composition for diffusion coating of ferrous metals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201016 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210927 |