Badania przydatności materiałów na retorty do niskotemperaturowego nawęglania stali austenitycznych

• Autorzy: Żółciak T. , Przywóski A. , Lankiewicz K.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.4.6

Warianty tytułu

EN

Research on the retorts materials suitability for low-temperature carburizing of austenitic steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy badano przydatność stali H17, 0H18N9, H25N20S2 i stopu 75Ni-25Cr w zastosowaniu na retorty pieców przeznaczonych do niskotemperaturowego nawęglania stali austenitycznych w atmosferach syntetycznych lub na bazie endogazu. Za kryteria oceny przyjęto skłonność materiału retorty do katalizowania reakcji gazowych i osadzania się sadzy oraz możliwość przeprowadzenia procesu nawęglania stali austenitycznej 0H18N9. Badania przeprowadzono w piecu z retortą stacjonarną zamkniętą pokrywą pieca z uszczelnieniem piaskowym, a także w retorcie przenośnej zainstalowanej w odrębnym piecu w przypadku badania przydatności retorty ze stali 0H18N9. W przypadku retorty stacjonarnej wykonanej ze stali 0H18N9 badano: a) wpływ rozcieńczenia endogazu azotem lub wodorem na osadzanie się sadzy w retorcie i stan folii Fe Armco po nagrzaniu retorty do temperatury 440°C; małe ilości sadzy w retorcie i czystą folię Fe Armco uzyskano w mieszaninach 42% endogazu z azotem i 33% endogazu z wodorem, b) wpływ utlenienia retorty w temperaturze 570°C na zmiany punktu rosy i osadzanie się sadzy po nagrzaniu utlenionej retorty do temperatury w zakresie 300÷470°C; w przypadku endogazu wzrastał punkt rosy wraz ze wzrostem temperatury, a sadza pojawiała się w strefie utlenionej powyżej 400°C; rozcieńczenie endogazu wodorem przesunęło granicę osadzania sadzy do wyższej temperatury, c) wpływ wstępnego utlenienia folii Fe Armco na skłonność do osadzania sadzy na jej powierzchni; przy nagrzewaniu w endogazie i wytrzymaniu w temperaturze 500°C przez 4 h stwierdzono, że sadza pojawiła się na foliach utlenianych w temperaturze 450°C i 530°C, natomiast nagrzewanie w mieszaninie H2–N2 i wygrzewanie w endogazie prowadziło do pojawienia się sadzy tylko na folii utlenionej w 520°C; na foliach utlenionych w temperaturze poniżej 450°C lub na nieutlenianych nie pojawiła się sadza. Ponadto przeprowadzono próby grzania, a także nawęglania w retorcie przenośnej wykonanej ze stali 0H18N9. Za pomocą techniki umożliwiającej szybkie nagrzewanie i studzenie retorty nie stwierdzono istotnego zanieczyszczenia wnętrza retorty sadzą, a próbki nie utleniały się. Twardość na powierzchni próbek nawęglanych wynosiła od 800 do 1100 HV0,05 zależnie od temperatury i czasu procesu. Na części próbek nawęglanych w endogazie wystąpiły miejsca pokryte sadzą. W przypadku retorty ze stopu 75Ni–25Cr badano zmiany zawartości H2 i punktu rosy po nagrzaniu retorty do temperatury 470°C w obecności różnych atmosfer syntetycznych i endogazu. Nikiel występujący w tym stopie silnie katalizował reakcję gazu wodnego (wzrost punktu rosy) od temperatury 300°C i dysocjację propanu powyżej temperatury 440°C. W próbkach nawęglanych nie uzyskano odpowiedniej twardości dla zadanych parametrów procesu. Retorta stacjonarna ze stali H17 ulegała łatwo utlenieniu w atmosferach o większej wilgotności. Próby nawęglania stali 0H18N9 wypadły negatywnie. Próby przeprowadzone w retorcie ze stali H25N20S2 nie wykazały osadzania się sadzy w badanym zakresie temperatury z atmosfery endotermicznej, a także z atmosfer z propanem. Nie uzyskano także odpowiednio dużej twardości w próbach nawęglania stali 0H18N9. Brak katalizujących właściwości tego materiału można przypisać obecności tlenków krzemu na jego powierzchni, które nie ulegają redukcji wodorem w tym zakresie temperatury. Z przeprowadzonych badań wynikało, że tylko stal 0H18N9 wykazała przydatność na retorty do procesu niskotemperaturowego nawęglania. Można powiedzieć, że materiał na retorty musi wykazywać pewną umiarkowaną właściwość katalizowania reakcji gazowych. Warunki takie spełniają stale typu Fe–Cr–Ni bez dodatków Si i Ti.

EN

In the article the usefulness of H17, 0H18N9, H25N20S2 steel and 75Ni–25Cr alloy in use on furnace retorts designed for low-temperature carburizing of austenitic steels in synthetic or endothermic atmospheres was investigated. As evaluation criterion was considered ability of the material to catalyse gaseous reactions and soot deposition and the possibility of carburizing process conducting for austenitic steel 0H18N9. The studies were conducted in furnace with stationary retort closed with a furnace cover with a sand seal, as well as in portable retort installed in a separate furnace in the case of studies of suitability of retort made of 0H18N9 steel. In the case of a stationary retort made of 0H18N9 steel were studied: a) effect of endogas dilution with nitrogen or hydrogen on soot deposition in retort and Armco foil state after retort heating at temperature 440°C; small amounts of soot in retort and clean Armco foil were obtained in a mixture of 42% endogas with nitrogen or 33% endogas with hydrogen, b) effect of the retort oxidation at temperature 570°C on changes of dew point and soot deposition after heating of oxidized retort to temperature in the range 300÷470; in the case of endogas, dew point increased with increasing temperature and soot appeared in the oxidized zone above 400°C; dilution of endogas with hydrogen shifted the boundary of soot deposition to a higher temperature, c) effect of preliminary oxidation of Armco iron foil on ability for soot deposition on its surface; during heating in endogas at temperature 500°C for 4 hours it was found that soot appeared on the foils oxidized at temperature 450°C and 530°C, while heating in mixture of H2–N2 in endogas led to the appearance of soot only on foil oxidized at temperature 520°C; on the foils oxidized at temperature below 450°C or not-oxidized soot didn’t occurred. In addition, attempts of heating and carburizing in portable retort made of 0H18N9 steel were conducted. When using technology enabling rapid heating and cooling of retort, no significant impurity of retort interior with soot and samples oxidation were observed. The surface hardness of carburized samples was equal to 800÷1100 HV0.05 depending on temperature and process time. On the part of samples carburized in endogas there appeared areas covered with soot. In the case of retort made of 75N–25Cr alloy were studied changes of H2 content and dew point after heating of retort to temperature 470°C in the presence of various synthetic and endogas atmospheres. Nickel present in this alloy strongly catalyse the reaction of water gas (dew point increase) from temperature 300°C and propane dissociation above temperature 440°C. During carburizing studies there was not achieved appropriate hardness for specified process parameters. Stationary retort made of H17 steel was oxidized easily in atmospheres with higher humidity. Carburizing attempts of 0H18N9 steel came out negatively. Studies carried out in retort made of H25N20S2 steel revealed no soot deposition in the considered temperature range from endothermic atmosphere, as well as propane atmosphere. There was also not obtained a sufficiently high hardness during carburizing studies of 0H18N9 steel. No catalysing properties of this material can be assigned to the presence of silicon oxides on its surface, which not undergo the reduction with hydrogen in this temperature range. The study showed that only 0H18N9 steel ensured the usefulness to retort for low-temperature carburizing. It can be said that the material for retort must have some moderate property to catalyse of the gaseous reaction. Such conditions fulfil Fe-Cr-Ni steels without additions of Si and Ti.

Słowa kluczowe

PL

nawęglanie; materiał retorty; sadza; punkty rosy

EN

carburizing; retort material; soot; dew point

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 4
• Strony: 190--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys., tab

Twórcy

autor

Żółciak T.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Przywóski A.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Lankiewicz K.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Fruehan R. J.: The rate of carburization of iron in CO–H2 atmospheres: Part II: The effect of H2O and H2S on the rate of carburiation in CO–H2 atmospheres. Metalurgical Transaction 4 (1973) 45÷52.
• [2] Taylor J.: The carbon deposition reaction over iron catalysts. Journal of the Iron and Steel Institute, Papers and reports on research and practice, September (1956) 1÷6.
• [3] Wesołowski K.: Nikiel i jego stopy. Metaloznawstwo. Tom III PWT, Warszawa (1957) 99÷136.
• [4] Jesin O. A., Gield P. W.: Chemia fizyczna procesów pirometalurgicznych. Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice (1966).