Способ обработки изделий из нержавеющих сталей аустенитного класса

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) зВО С 213 9 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3539012/22-02 (22) 11.01.83 (46) 30.12.84. Бюл. У 48 (72) Л.В.Бобух, В.А.Тарасенко, P.Е.Уварова, Н.C.Ãîðäèåíêî, Ф.К.Клименко, И.lO.Êoðoáo÷êèí и А.И.Куценко (71) Днепропетровский ордена Трудового. Красного Знамени металлургический институт (53) 621.786.79(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 336357, кл. С 21 2 9/08, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

У 673668, кл. С 23 F 7/08,,1977.

3. Авторское свидетельство СССР

У 836216, кл. С 23 F 7/26, 1979.

4. Патент Великобритании к 1354838, кл. С 7 Я, опублик. 1974. (54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО

КЛАССА, преимущественно труб, включающий нанесение защитного покрытия и термическую обработку путем нагрева до температуры аустенизации, выдержки и охлаждения на воздухе, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения склонности к межкристаллитной коррозии и упрощения процесса обработки, нанесение защитного покрытия проводят обработкой в хромсодержащем растворе, нагрев .и выдержку 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 юшийся тем, что нанесение защитного покрытия осуществляют при 70100 С в течение 60-90 мин в растворе о состава, г/л:

Серная кислота 600-800

Хромовый ангидрид 50-150

Вода До 1 л

3. Способ поп. 1, о тли ч ающ и и с. я тем, что нанесение защитного покрытия осуществляют при 70100 .С в течение 60-90 мин в растворе я

0 состава, г/л:

Серная кислота 800-900

Бихромат калия 15-30

Вода До 1 л

4. Способ по п. 1, о т л и н аю шийся тем, что нагрев и выдержку ведут при 950-1050 С.

1 11319

Изобретение относится к способу обработки изделий (преимущественно труб) из нержавеющих сталей аустенит1 ного класса а именно обезуглерожиЭ вающей термической обработке, снижающей склонность стали к межкристаллитной коррозии (МКК), а также нанесению защитного покрытия (путем совмещения процессов обеэжиривания, травления, оксидирования труб) перед 1ð высокотемпературньпг нагревом в окислительной атмосфере газовых печей.

Известен способ термической обработки труб из нержавеющей стали, включающий нагрев, выдержку и ох- 15 лаждение в вакууме, в котором с целью сокращения продолжительности обработки и снижения углерода в стали в процессе термической обработки при динамически устойчивом вакууме осу- 20 ществляют нормированное натекание восстановительной обезуглероживающей среды (1$.

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 в -течение

24 ч.

Известно применение раствора для одновременного обеэжиривания, травления и фосфатирования металлической поверхности, содержащего окись цинка, 35 азотную и фосфорную кислоты, моющее средство, галловую кислоту и азотно кислое железо (2 .

Недостатком применения указанного раствора является сложная технология приготовления фосфатирующего раствора.

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

Применение раствора позволяет про-45 водить одновременное обезжиривание, . травление, фосфатирование, однако образующиеся фосфатные пленки не вы полняют роли жаростойкого покрытия при последующей термической обработ- 5О ке.

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

О или в защитном газе и выдержку в течение 2"S ч при этой температуре.

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

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

Известно применение раствора для нанесения покрытия для оксидирования стали, содержащего серную кислоту, К110, Мл50, соединения шестивалентного хрома (преимущественно К Сг 07)

2 . 2 железо и сернокислое и в качестве комплексообразователя аммоний сернокислый (4).

Недостатками применения известного раствора являются решение только одной задачи оксидирования поверхности стальных изделий с обязательным предварительным обезжириванием и травлением раствор применяемый пля нанесения Сг-содержащей оксидной пленки, является многокомпонентным, что приводит к сложности его составления в производственных условиях; наличие железа сернокислого 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 иэ нержавеющих сталей аусте,."

3 нитного класса, преимущественно труб, включающему нанесение защитного покрытия и термическую обработку путем нагрева до температуры аустенизации, выдержки и охлаждения на воздухе, нанесение защитного покрытия проводят обработкой в хромсодержащем растворе, нагрев и выдержку ведут в окислительной среде с коэффициентом избытка воздуха 1, 0-1,2 в течение 10-30 мин.

Нанесение защитного покрытия о осуществляют при 70-100 С в течение

60-90 мин в растворе состава, г/л:

Серная кислота 600-800

Хромовый ангидрид 5и-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

Вода До1л

Нагрев и выдержку ведут при

950-1050 С. 25

Необходимость нагрева и выдержки в 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-35 лероживания, если оь больше 1,2, то происходит разрушение окисной пленки.

Если выдержка при нагреве меньше, 10 мин, то не достигается степень 40 обезуглероживания 0,01 вес.7 С, достаточная для уменьшения склонности стали к межкристаллитной коррозии (МКК),.верхний временной предел (30 мин) обеспечивает устранение 45 (0,008 вес.7. С) склонности к межкристаллитной коррозии (МКК).

Нанесение защитного покрытия осуществляют следующим образом.

Использование в качестве окисля- 50 ющих агентов хромового ангидрида и бихромата обеспечивает создание окисной пленки как эа счет хрома, поступающего из реакционной среды, так и за счет хрома самой стали. 55

При использовании же окисляющего : агента, не содержащего хром, на постройку окисной пленки поступает

911 4 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 Н>504

600-800 r. При содержании серной кислоты в оаствоое ниже 600 г наблюпается значительное чвеличение

BDeMPHH IIDoIIeccR. Добавка ceDHAA Кислоты более 800 г непелесообпазна так как чвеличение конпентрапии апбавки не чменьшает вэемя поопесса.

Бихэомат калия в DRcTB0D ввопится в плевелах 15-30 г. При содержании 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 производят одним из предлагаемых растворов, в одном и том же реакционном сосуде при 70100 С, в течение 60-90 мин.

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

Необходимость верхнего температурного предела обусловлена тем, что при температуре более 100 С продукты о окисления прокатной смазки плотным слоем прикрывают поверхность, снижая

1 доступ реакционного раствора к ме- . .таллу.

Нижний временной перепел необхопим потому что пви времени менее 60 мин не успевают полностью пройти совмещенные процессы обезжиривания, травления, оксидирования.

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

Содержание компонентов, г/л, в составах растворов

Компоненты

6 r

2 3 4 5

1 (прототип) 700

Хромовый ангидрид

150, 50

Калий двухромовокислый

23 30

Калий азотнокислый

Марганец сернокислый

Аммоний сернокислый

Железо сернокислое окисное 10

5 1131 развиваются процессы разрушения ранее соэпанной окисной пленки.

Пример. Проводили обработку труб диаметром 20 мм с толщиной стенки 1,2 мм из стали 12Х18 Н10Т, 5

IXI 8Í9Ò> 08Х18НI ОТ по способу-прототипу и по предлагаемому способу с нанесением защитного покрытия в растворах предлагаемых составов (их вариантах).

1О

Составы растворов приведены в табл. 1.

Термическую обработку проводили .следующим образом.

В газовую печь с роликовым полом о длиной 20 м нагретую по 950-1050 С

) за счет сгорания природного .газа в токе воздуха с коэффициентом избытка воздуха i 1, помещали пакет труб . с предварительно подготовленной в выше описанных растворах (их вариантах) поверхностью и выдерживают 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 MKK за счет уменьшения содержания

Серная кислота 550 600

911 6 углерода в сталях (в 3-4 раза), при чем высокая эффективность процесса обеэуглероживания 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 ЗОХ только в ходе выполнения основных операций, обеспечивает минимальное количество стравливаемого металла при травлении недефицитными реактивами и обеспечивает высокое содержание хрома (на

20Х выше по сравнению с прототипом) в оксиднои пленке.

Предлагаемый способ может найти применение при производстве изделий иэ нержавеющих сталей, в которых при термообработке необходимо понижать содержание углерода с целью предотвращения склонности к ИКК, а также с целью исправления, брака по

МКК изделий, изготовленных с применением менее эффективной технологии.

Таблица 1

800 800 850 900

1131911

»

Х 1 х х

Х Р,Х

«6 «6 L о а

О,4 Х е о с д х

4 f О (° О Х

«0ОХ

Е (4 О (о х о ох

Е» О хих хох

Э Р Ф

a«6v

Ф K 0l х д сб е х

Ф х о хо х ф х о o,д

v u лое ф и ф . о ф о ф

«6

I ф а о ф .о

lg о х х

0l с» о.

Е о

1х о х о

Р М

4 О о Р, V «6

Ф > сб д

gl С ф Е х сб Х ((3 сб Х р, и ср Е ю е

I

0l I

Х I х 1 сб х х

f о

И о о х д с

° а

Е»

Э х

Ц о ф о

М

3 а

Ф о х х х о

О о

М х х х, ф ф о

Ц а о (О о о хд

Ц, ффа ф с

Р, (»

I

I !

1

1

Я и о х о ф о (4 о

О

3 («0 ".

34 ф о о

4 х о

I

I

I

I

1 !

I (!

1

1 !

1

1

1!

Ф 3 I

g x

1 ф

lO Э

О,(4

E о а фф

Р, и о

Ю

Ю ф и

О и о

CL й

Ф 1

0å о ф ° д j«(Ф I хоф е» 1

Р» („В I о, х

1 со .ь

Ю

Ю

Ю

»

1 !

I !

1

1

1 I

1

1

1

I сч

Ю

»»

Ю

I с»)

Ю .

»

Ю

Ю

C)

Ю с»«

1 (jI .I !

Ю с»)

Ю х о о о э

И Ф д ц о

O lO

I

1

1 .1

E"

Ь и

1 с»(»»

0l

Ы

Е» о

lO со о

v о

М 1 о о

Р

Р 5Ь4 со оу

Э I ьй х И I (— —

I г», «6 1 хф

3. Р

Э 4 Х I

Р сб

1 I

I I

1 сб

t(Р. о

I

I 1

l l даv (:o3 и х e f co х о ц (- о аxvх(4х

И Е Х Р Х хвоeх2 сб (4 Р Ф (б фхдхg о

1((e o z э ойе оХц э w ф ф х

С» (4 Х Х О ф

4 «6 Ф ВТ L Ф (0 Q Х !4 (О

m фэо.о эфо! о цох э

ОФО4OVE» !

4 » Х V Э

Д Е (О Й L Ф сб хоолe ò<

Еср ХООф

4 ф Ф д Ф а и

Э Р С5 Х Х L

f-Юфеф О оо4е хфа (1 I

«6 о Х 1

4 3 1 (- Р lo

Х хф 4О

Е Х Р «6

ЭО ЮХЕ(4 у х о х о -кцх (4 Н f» f с(( ф 6ЕЭООО фффх(офф

Кйх

) (o (A хох. аале о.и

1:(о

1, р, I

1 Э

1 Е» о

1 ° со

1 сб

1 а

1 (о о,о.

,Р

j Е

:о

4 .

Э

1:л х х ф ф х

, 6 е

1 и

Ф сб! Л Р. х Z е о

1 х ц э.

1 е сб а4 и ф

Е (6 ф ф

I р

v д е Еe v а о! (=XX бс 4с