Способ обработки изделий из нержавеющих сталей аустенитного класса Советский патент 1984 года по МПК C21D9/08 

Изобретение относится к способу обработки изделий (преимущественно труб) из нержавеющих сталей аустенитного класса, а именно обезуглероживающей термической обработке, они- 5 жающей склонность стали к межкристаллитной коррозии (МКК), а также нанесению защитного покрытия (путем совмещения процессов обезжиривания, травления, оксидирования труб) перед ю высокотемпературным нагревом в окисительной атмосфере газовых печей.

Известен способ термической обработки труб из нержавеющей стали, включающий нагрев, выдержку и ох- t5 аждение в вакууме, в котором с целью сокращения продолжительности обработки и снижения углерода в стали в процессе термической обработки при динамически устойчивом вакууме осу- 20 ествляют нормированное натекание восстановительной обезуглероживающей

среды lj

Недостатками способа являются необходимость использования дорого- 25 стоящего вакуумного оборудования, ведение процесса требует высокой точности выполнения технологии. Процесс обработки.в вакууме длительный и вся операция протекает втечение зо 24 ч. ..

Известно применение раствора для однйвременного обезжиривания, травления и фосфатирования металлической поверхности, содержащего окись цинка, азотную и фосфорную кислоты, моющее средство, галловую кислоту и азотнокислое железо 2j.

Недостатком применения указанного раствора является сложная технология .приготовления фосфатирующего раствора.

Кроме того, поверхность изделия, обработанного таким раствором, обладает низкой коррозионной стойкостью.

Применение раствора позволяет проводить одновременное обезжиривание, травление, фосфатирование, однако образунхциеся фосфатные пленки не выполняют .роли жаростойкого покрытия при последующей термической обработке.

Наиболее близким к предлагаемому

по технической сущности и достигаемому результату является способ обезуглероживания, включающий нагрев 55 до 700-950 С на воздухе, в вакууме

или в защитном газе и выдержку в течение 2г5 ч при этой температуре.

Перед нагревом стальные изделия покрывают соединениями щелочных или щелочноземельных металлов 3j .

Недостатками известного способа являются плительность процесса обезуглероживания и значительный угар металла при отжиге в вакуумной печи а также трудности, связанные с созданием герметизации при обработке в вакууме или защитном газе. Степень обезуглероживания при обработке в вакууме или защитном газе обусловлена только окислительным потенциалом предварительно нанесенной оксидной пленки, который в процессе обезуглероживяния быстрп падает. Перед операцией покрытия изделия соединениями металлов необходимо тщательно подготавливать поверхность (обезжиривать, травить), что связано с одределенньми материальными и трудовыми затратами.

Известно применение раствора для нанесения покрытия для оксидирования стали, содержащего серную кислоту, КНО, Мц60, соединения шестивалентного хрома (преимущественно К„Ср„0-у) железо и сернокислое и в качестве комплексообразователя аммоний сернокислый 4. .

Недостатками применения известного раствора являются решение только одной задачи оксидирования поверхности стальньк изделий с обязательны предварительным обезжириванием и травлениемj раствор применяемый пля нанесения Ср-содержащей оксидной пленки, является многоком понентным, что приводит к сложности его составления в производственных условиях; наличие железа сернокислог и аммония сернокислого значительно уменьшает относительное содержание калия двуххромовокислого, что является причиной относительно низкого содержания хрома в оксидной пленке; относительно низкая жаростойкость оксидной пленки. ,

Цель изобретения - снижение склонности к межкристаллитной коррозии и упрощение процесса обработки.

Упрощение процесса обработки достигается за счет одновременного обезжиривания, травления и оксидирования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки изделий из нержавеюпщх сталей аустег3 . нитного класса, преимущественно труб, включающему нанесение защитного покрытия и термическую обработку путем нагрева до температуры аустенизации, выдержки и охлаждения на воздухе, нанесение защитного покрйтия проводят обработкой в хромсодержащем растворе, нагрев и вьщержку ведут в окислительной среде с коэффициентом избытка воздуха 1,0-1,2 в течение 10-30 мин.

Нанесение защитного покрытия осуществляют при 70-100 С в течение 60-90 минв растворе состава, г/л:

Серная кислота 600-800 Хромовый ангидрид 5U-150 Вода , До 1 л Нанесение защитного покрытия осуществляют при 70-100 С в течение 60-90 мин в растворе состава, г/л: Серная кислота 800-900 Бихромат калия 15-30 ВодаДо 1 л

Нагрев и вьодержку ведут при 950-1050°С.

Необходимость нагрева и выдержки окислительной атмосфере газовой печи с коэффициентом избытка воздуха 1,01,2, обусловливается тем, что такой окислительный потенциал обеспечивает развитие процессов обезуглероживания и сохраняет стабильность предварительно созданной окисной пленки.

Если коэффициент избытка воздуха меньше 1, то не идут процессы обезуг лероживания, если он больще 1,2, то происходит разрущение окисной пленки.

Если вьщержка при нагреве меньше 10 мин. То не достигается степень обезуглероживания 0,01 вес.% С, достаточная для уменьшения склонност стали к межкристаллитной коррозии (МКК), верхний временной предел (30 мин) обеспечивает устранение (0,008 вес.% С) склонности к межкристаллитной коррозии (МКК).

Нанесение защитного покрытия осуществляют следующим образом.

Использование в качестве окисляющих агентов хромового ангидрида и бихромата обеспечивает Создание окисной пленки как за счет хрома, поступающего из реакционной среды, так и за счет хрома самой стали. При использовании же окисляющего агента, не содержащего хром, на постройку окисной пленки поступает

114

только хром самой стали, что приводит к значительному снижению коррозионной стойкости нержавеющей стали. Хромовый ангидрид в раствор вводится в пределах 50-150 г. При содержании хромового ангидрида в растворе ниже 50 г наблюдается значительное увеличение времени суммарного процесса обезжиривания, травления, оксидирования. Добавка хромового ангидрида более 150 г нецелесообразна, так как увеличение концентрации добавки существенно не уменьшает времени про- цесса.

Обработку металлов в растворе осуществляют лри концентрации HjSP 600-800 г. При содержании серной кислоты в ояствпое ниже 600 г наблюпается значительное увеличение воемени пооцесса. Добавка сеоной Кислоты более 800 г нецелесообоазна, так как увеличение концентрации по- бавки не уменьшает воемя пооиесса.

Бихромат калия в раствор вводится в пределах 15-30 г. При бихромата калия в растворе ниже 15 г наблюдается значительное увеличение времени суммарного процесса обезжиривания, травления, оксидирования. Добавка бихромата калия более 30 г нецелесообразна, так как увеличение концентрации добавки существенно не уменьшает времени процесса.

Обезжиривание, травление, оксидирование образцов гфоизводят одним из предлагаемых растворов, в одном и том же реакционном сосуде при 70ЮО С, в течение 60-90 мин.

Необходимость нижнего температурного предела обусловлена тем, что при температуре ниже 70°С процессы обезжиривания, травления, оксидирования идут медленно,.время технологического цикла увеличивается.

Необходимость верхнего температурного предела обусловлена тем, что при температуре более продукты окисления прокатной смазки плотным слоем прикрывают поверхность, снижая доступ реакционного раствора к металлу .

Нижний временной препел иеобхопим потому, что ПРИ времени менее 60 мин не успевают полностью пройти совмещенные процессы обезжиривания, травления, оксидирования.

Верхний временной предел необходим потому, что при времени более 90 мин

51

развиваются процессы разрушения ране созпанной окисной пленки.

Пример. Проводили обработку труб диаметром 20 мм с толщиной стенки 1,2 мм из стали 12X18 Н10Т, 1Х18Н9Т, 08Х18Н10Т по способу-прототипу и по предлагаемому способу с нанесением защитного покрытия в растворах предлагаемых составов (их вариантах) .

Составы растворов приведены в табл. 1.

Термическую обработку проводили .следующим образом.

В газовую печь с роликовым подом длиной 20 м, нагретую до 950-1050 С за счет сгорания природного газа в токе воздуха с коэффициентом избытка воздуха 1,1 помещали пакет труб с предварительно подготовленной в выше описанных растворах (их вариантах) поверхностью и вьщерживают в течение 20 мин. Трубы извлекали из печи, и подвергали естественному охлаждению на воздухе.

Результаты обработки приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2 изобретение обеспечивает снижение склонности к МКК за счет уменьшения содержания

19116

углерода в сталях (в 3-4 раза), причем высокая эффективность процесса обезуглероживания выражается в сокращении времени его проведения

(в 10-15 раз); простоту по аппаратурному оформлению за счет замены дорогостоящего вакуумного термического оборудования простыми газовыми печами с окислительной атмосферой; упрощение процесса подготовки поверхности труб за счет совмещения процессов обезжиривания, травления и оксидирования, при этом совмещение дает экономию времени до 30% только в ходе выполнения основных операций, обеспечивает минимальное количество стравливаемого металла при травлении недефицитными реактивами и обеспечивает высокое содержание хрома (на

0 20% выше по сравнению с прототипом) в оксидной пленке.

Предлагаемый способ может найти применение пои производстве изделий из нержавеющих сталей, в которых при термообработке необходимо понижать содержание углерода с целью .предотвращения склонности к МКК, а также с целью исправления .брака по МКК изделий, изготовленных с приме- нением менее эффективной технологии. Таблица 1

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА, преимущественно труб, включающий нанесе.ние защитного покрытия и термическую обработку путем нагрева до температуры аустонизации, выдержки и охлаждения на воздухе, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью снижения склонности к межкристаллитной коррозии и упрощения процесса обработки, нанесение защитного покрытия проводят обработкой в хромсодержащем растворе,нагрев .и вьщержку ведут в окислительной среде с коэффициентом избытка воздуха 1,0-1,2 в течение 10-30 мин. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что нанесение защитного покрытия осуществляют при 70100 С в течение 60-90 мин в растворе состава, г/л: Серная кислота 600-800 i Хромовый ангидрид 50-150 ВодаДо 1 л (Л 3.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что нанесение защитного покрытия осуществляют при 70- 100 С в течение 60-90 мин в растворе состава, г/л: 800-900 Серная кислота Бихромат калия 1 5-30 Вода До 1 л. 4. Способ по п. 1, отлича:о ;о ющийся тем, что нагрев и выдержку ведут при 950-1050 С.

600 700 Серная кислота 550 Хромовый ангид,50 70 рид . Калий двухромовокислый70Калий азотнокислый50Марганец сернокислый :: 10 Аммоний сернокислый 80 Железо сернокислое окисное 10 00 800 850 900 50 23 30