DE2503763C3 - Verfahren zur Bildung einer korrosionsverhütenden, oxidischen Schutzschicht auf korrosionsempfindlichen Stählen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 3ildung einer korrosionsverhütenden, oxidischen Schutzschicht auf korrosionsempfindlichen Stählen, bei dem die gereinigten Stahloberflächen über einen Zeitraum von einer bis zu mehreren Stunden überhitztem Wasserdampf ausgesetzt werden.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen Auslegeschrift Io 21 509 bekannt. Dabei wird zur Bildung einer korrosionsverhindernden Schutzschicht aus Fe₃O₁ überhitzter Wasserdampf von mindestens 250° C durch Rohrleitungen, Apparate und Behälter von Dampfkraftanlagen geführt. Der Wasserdampf wird so lange durch das Innere der Anlagenteile geführt, bis ein starkes Absinken der bei der Schutzschichtbildung frei werdenden Wasserstoffmenge den Abschluß der Reaktion erkennen läßt. Diese Methode ist jedoch für empfindliche, hochfeste Stähle wegen der Gefahr der Wasserstoffversprödung im allgemeinen nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Oberfläche von korrosionsempfindlichen Stählen eine extrem dünne und gleichmäßige Schutzschicht nach der Methode der Wasserdampf-Oxidation aufzubringen, die absolut geschlossen und porenfrei ist, ohne daß dadurch die mechanischen Eigenschaften des Trägerniaterials beeinträchtigt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Stahloberflächen in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre zur Entfernung organischer Stoffe auf mindestens 200° C aufgeheizt und während des weiteren Aufheizens und Aufrechterhaltens einer Temperatur zwischen 450° C und 520° C mit überhitztem Wasserdampf unter turbulenten Strömungsbedingungen bei Re >900 behandelt und nach dem Ausbilden der Schutzschicht in einem Luftstrom über mehrere Stunden hinweg abgekühlt werden. Das gesamte Verfahren kann in einem exakt regelbaren Wirbelschichtofen durchgeführt werden. Der Wasserdampf kann einen Luft- oder Sauerstoffzusatz im Verhältnis H2O/O2 von maximal 4 bis 5 haben; die besten Ergebnisse wurden jedoch mit völlig luft- bzw. sauerstofffreiem Wasserdampf erzielt.
Dadurch bilden sich auf den Stahloberflächen Mischoxide, die direkt durch Haupt Valenzen mit dem Trägermaterial verbunden sind, wodurch eine hervorragende Haftfestigkeit erzielt wird. Es entsteht eine zusammenhängende homogene, dichte und nicht poröse Schutzschicht, die auch das Eindiffundieren von Wasserstoff und damit eine etwaige Wasserstoffversprödung wirksam verhindert.

Zwar ist es aus der britischen Patentschrift 12 83 081 an sich bekannt, bei in einer Kolonne geschichteten Eisenkörnern aus reduziertem Eisenerz Wasserdampf durch die Schicht zu leiten, so daß eine turbulente Strömung entsteht. Dabei kann bis zu 3% des Metallgehalts reoxidiert werden. Die hierbei angewandten Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten liegen jedoch erheblich unterhalb der Verhältnisse, wie sie bei der Erfindung vorliegen. Vor allem aber läßt sich damit die Erhaltung spezifischer Eigenschaften des Trägermaterials, insbesondere der Festigkeit, nicht erreichen.

Ausführungsbeispiel

Eine Maragingstahlprobe wurde in einem exakt regelbaren Wirbelschichtofen in 40 Minuten auf 480° C aufgeheizt, und zwar bis 200° C in Luft und dann mit 21 NmVh Wasserdampf entsprechender Temperatur. Diese Wasserdampfbehandlung wurde bei 480° C über 3 Stunden fortgesetzt. Anschließend erfolgte die Abkühlung bis auf 100° C bei einem Luftstrom von 20 NmVh über einen Zeitraum von etwa 3 Stunden. Es bildete sich eine mikrokristalline festhaftende Mischoxidschicht in der Größenordnung von 1 μίτι Schichtdicke, bestehend aus Misch- und Reinspinellen des Typs Fe(Fe^O₄), Ni(Fe₂O₄), Ni(Co₂O₄), Co(Co₂O₄), FeMoO₄ mit der durchschnittlichen Gitterkonstanten von 8,4 Ä. Dabei blieben die mechanischen Eigenschaften der Probe wie Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Dehnung voll erhalten. Der H₂-Gehalt der Proben lag durchweg bei < 1 ppm.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte die Korrosionsrate bei 125° C in einer UF_b-Atmosphäre mit geringen Anteilen an HF (0,1 bis max. 5 Mol °/o) gegenüber unbehandelten Oberflächen um mehr als den Faktor 50 herabgesetzt werden. Dies bedeutet, daß in UFfc-HF-Atmosphäre die Ablagerungen an Uranfluoriden wesentlich geringer werden. Dadurch wird die Funktionstüchtigkeit und die Lebensdauer von UF_b-führenden Anlagen, insbesondere die der Rotoren von Gasultrazentrifugen, durch Korrosion nicht mehr gravierend gestört. Ferner wird eine gegebenenfalls durchzuführende Dekontamination entweder ganz wegfallen oder um Größenordnungen einfacher.

Durch verschieden lange Behandlungszeiten kann die Schichtdicke der Schutzschicht zwischen 0,7 und 3 μηι eingestellt werden. Auch können Schweißnähte ohne Qualitätseinbuße durch das Verfahren mitgeschützt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Bildung einer korrosionsverhütenden, oxidischen Schutzschicht auf korrosionsempfindlichen Stählen, bei dem die gereinigten Stahloberflächen über einen Zeitraum von einer bis zu mehreren Stunden überhitztem Wasserdampf ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberflächen in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre zur Entfernung organischer Stoffe auf mindestens 200° C aufgeheizt und während des weiteren Aufheizens und Aufrechterhaltens einer Temperatur zwischen 450 und 520° C mit überhitztem Wasserdampf unter turbulenten Strömungsbedingungen bei Re > 900 behandelt und nach dem Ausbilden der Schutzschicht in einem Luftstrom über mehrere Stunden hinweg abgekühlt werden.