Способ термодиффузионного комплексного легирования стальных изделий

 

Использование: для повышения эксплуатационных характеристик, в частности коррозионной стойкости, изделий из углеродистых сталей, применяемых в химической , нефтяной, приборостроительной, машиностроительной и пищевой отраслях промышленности. Сущность изобретения: на поверхность стальных изделий предварительно наносят смесь окисей хрома и никеля при массовом соотношении между ними (2 - 1,4):1 и затем проводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соотношении между ними 1:(4 - 6). Обработка стальных изделий (Ст 3) по данному способу обеспечивает скорость коррозии при комнатной температуре в 10- и 60-ных растворах азотной кислоты соответственно v3 -2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s С 23 С 12/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4847220/02 (22) 03.07.90 (46) 07.05.92. Бюл.М17 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) Л.А.Шварцман, К.В.Захарченко, Е.M.Êîçëåíêîâ, Н.Д;Комаров, А.И.Рогов и Л.Л.Стецовский (53) .621.785.51.06 (088.8) (56) Патент Великобритании М 1043428, кл. С 23 С 11/06, 1966, Авторское свидетельство СССР

1Ф 1036801, С 23 С 12/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1507863, кл. С 23 С 12/02, 1988. (54) СПОСОБ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО

КОМПЛЕКСНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛЬ- НЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик, в частности коррозионной стойкости изделий иэ углеродистых сталей, применяемых в химической, нефтяной. приборостроительной, машиностроительной и пищевой отраслях промышленности.

Известен способ комплексного термо- диффузионного легирования поверхности стальных изделий, включающий предварительное никелирование методом гальванического нанесения и последующий отжиг в среде из окиси хрома, пятиокиси ванадия, алюминийсодержащего восстановителя, си,, Я2„„1731875А1 (57) Использование. для повышения эксплуатационных характеристик, в частности коррозионной стойкости, иэделий из углеродистых сталей, применяемых в химической, нефтяной, приборостроительной, машиностроительной и пищевой отраслях промышленности. Сущность изобретения: на поверхность стальных изделий предварительно наносят смесь окисей хрома и никеля при массовом соотношении между ними (2 — 1,4):1 и затем йроводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соотношении между ними 1:(4 — 6). Обработка стальных изделий (Ст 3) по данному способу обеспечивает скорость коррозии при комнатной температуре в 10.- и 60-ных растворах азотной кислоты соответственно (0,6 — 1,2) 10 и (1,6 — 2) 10 г/м,ч. 1 табл.. ликокальция и хлористого аммония при температуре 900 С в течение 4 ч.

В результате такого процесса происходит алюминийтермическое восстановление оксидов металлрв, которые, находясь в свежевосстановленной активной форме, диффундируют через никелированную поверхность в сталь и образуют корроэионностойкий слой.

Недостатком этого способа является необходимость проведения предварительного никелирования путем электролиза из водных растворов солей никеля, что неизбежно связано с образованием больших объемов сливных вод, загрязняющих окружающую среду. Кроме того, в ходе последующего отжига происходит выделение и выброс в атмосферу ядовитых хлоридов, что также

1731875 весьма неблагоприятно с точки зрения экологии.

Наиболее близким к предлагаемому является способ диффузионного хромосилицирования никелированных стальных изделий; включающий предварительное никелирование и последующий отжиг в порошковой среде, состоящей из окиси хрома, окиси молибдена, алюминия, силикокальция, хлористого аммония и окиси алюминия при 900 С в течение 4 ч..

Этот способ обеспечивает повышение коррозионной стойкости в азотной кислоте предварительно никелированных углеродистых сталей, однако он не лишен тех же недостатков, что и способ, описанный выше,-а именно: необходимость дополнительной технологической операции никелирования и использование ядовитых хлоридов.

Целью изобретения является улучше-. ние экологических условий и снижение трудоемкости при сохранении уровня корроэионной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем отжиг в порошковом составе, содержащем окись хрома и кремнийсодержащий восстановитель, порошковый состав дополнительно со:держит окись никеля при массовом соотношении с окисью хрома 1:(2,0 — 1,4),. порошковый состав предварительно наносят на поверхность стальных изделий, после чего проводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соотношении между ними 1:(4 — 6), Сущность способа состоит в том, что нанесенные на поверхность стали окислы металлов в ходе отжига полностью восстанавливаются кремнием до элементарных хрома и никеля, которые одновременно с кремнием диффундируют в поверхностный слой, образуя защитное покрытие bio составу, близкое к известным хромоникелевым нержавеющим сталям, например

1 2Х1 8 Н 1 ОТ.

Предлагаемый способ не требует предварительного никелирования, которое по существу заменено механическим нанесением смеси окислов хрома и никеля. Эта операция проще, чем никелирование, так как представляет собой нанесение замешанных, например, на воде обмазок, содержащих смесь порошкообразных окислов хрома и никеля. Таким образом, обеспечивается снижение трудоемкости.

Исключение предварительного никелирования и проведение диффузионного отжига без использования вредных для здоровья активаторов приводит к тому, что

20 процесс является практически экологически чистым.

Сохранение коррозионной стойкости на уровне известного способа обусловлено соответствующим подбором соотношений между кремнием и кремнеземом и между окисью хрома и окисью никеля. Необходимо, чтобы количество кремния было меньше, чем количество кремнезема в 4 — 6 раз, так как при меньшем содержании кремния в смеси Si — 3102 его количество становится недостаточным для восстановления окислов и самого силицирования, а при большем содержании кремния в указанной смеси поверхностный слой стали, обогащаясь кремнием, обедняется хромом и никелем, что приводит к снижению коррозионных свойств. Необходимо также,.чтобы количество окиси хрома в 2,0 — 1,4 раза превышало количество окиси никеля, так как при меньшем содержании окиси хрома в обмазке

Сч20з — Ni0 поверхностный. слой стали обедняется хромом, а при большем содержании окиси хрома — никелем, что приводит к ухудшению коррозионных свойств. Пред25 лагаемый способ в случае проведения отжига при 1200 С в течение 4 — 6 ч обеспечивает образование защитных покрытий толщиной

20 — 25 мкм при следующих значениях по- верхностных концентраций легирующих

30 элементов, мас;%: хром 18 — 22, никель 9—

1.1, кремний 1,5 — 2,5.

Пример. На поверхность образцов стали Ст3 толщиной 2 мм и площадью 10 см наносят замещенную на воде обмазку, со35 стоящую из смеси порошков окиси хрома и окиси никеля. Обмазку наносят в количестве

300 r сухой смеси на 1 м поверхности стали.

Затем образцы помещают в порошкообразную смесь кремния и кремнезема, которую

40 берут из расчета 8 10 r смеси на 1 м обрабатываемой поверхности, и отжигают в контейнере с плавким затвором в -шахт. ной электрической печи при 1200 С в течение 5ч, 45 Условия и результаты поверхностного легирования по предлагаемому способу представлены в таблице.

Скорость коррозии образцов с покрытием в 10%-ном и 60 -ном растворах азотной

50 кислоты при комнатной температуре составляет (0,6 — 1;2) i03 и (1,6 — 2,0) 10 гlм,ч соответственно. Эти значения отвечают уровню коррозионной стойкости нержавеющих сталей, а также никелированной и затем хро55 мосилицированной по известному способу стали Ст20, скорость коррозии которой в

10 НИОз при комнатной температуре равна (0,50 — 1,25) 10 з г/м .ч, 1731875 с я тем„что,.с целью улучшения экологических условий протекания процесса и снижения трудоемкости при сохранении уровня . коррозионной стойкости, порошковый состав дополнительно содержит окись никеля

5 при массовом соотношении с окисью хрома

1 .(2,0 —. 1,4), порошковый состав предварительно наносят на поверхность стальных изделий, после чего проводят отжиг в смеси кремния и кремнезема при массовом соот10 ношении между ними 1:(4 — 6).

Таким образом, предлагаемый способ, являясь экологически чистым и существенно менее трудоемким, обеспечивает сохранение коррозионной стойкости на уровне известного способа. .Формула изобретения

Способ термодиффузионного комплексного легирования стальных изделий, включающий отжиг в порошковом составе. содержащем окись хрома и кремнийсодержащий восстановитель, о т л и ч а ю щ и йПоверхностная концентрация элементов, мас. 7

Толщина легиванного слоя, мкм

Скорость коррозии, 10 г/м ч, при комнатной ат е темпе

60$

МНОз

Nl

Сч

НМОз

Составитель Л. Стецовский

Редактор М. Бланар Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Заказ 1560 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Соотношение (по массе) между окисью хрома и окисвю никеля в обмазке

2,3:1

2,0:1

1,7:1

1,4:1 .1,7:1

1,7:1

Соотношение (по массе) между . крем-р нием .и крем- . неземом в порошковой смеси

1:5

-1:5 .

1:5

1:4

1:6

16

22

24

24

22

18

3

11

2,0

2,0.

2,0

2,5

1,5

1,5

5,0

1,2

0,6

1,0

0,8

0,8

16

18

16