Tiegel zur Aufnahme von Salzbädern für das Borieren von Stählen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Tiegel zur Aufnahme von Salzbädern für das Borieren von Stählen. Das Borieren von Stahl ist ein verhältnismäßig junges Verfahren, dessen Bedeutung in den letzten Jahren beträchtlich gewachsen ist. Zum Borieren werden die Stahlteile zum Beispiel in borabgebende Salzschmelzen eingetaucht und einige Stunden bei 850 -950°C geglüht. Dabei bildet sich durch Eindiffusion von Bor in die Stahloberfläche eine harte, verschleißfeste Schicht von Eisenborid (Fe₂B) aus.

[0002] Man kann die Boriersalzschmelzen an Luft betreiben und es genügt, die an einem Chargiergestell befestigten Teile zur Behandlung in die Schmelze zu tauchen, nach beendeter Borierung herauszunehmen, in Wasser abzuschrecken und Salzreste abzuspülen.

[0003] Einer weiten technischen Anwendung dieses einfachen Borierverfahrens standen bislang jedoch beträchtliche Korrosionsprobleme bei den zur Aufnahme der Salzbäder verwendeten Tiegeln entgegen. Die Boriersalzschmelzen bestehen im allgemeinen aus einem Gemisch von Alkali- und Erdalkalichloriden, Alkali- und Erdalkalifluoriden, Boroxid und Boraten sowie einem Boriermittel, meist Borcarbid oder Borpulver. Diese Schmelzen werden bei 850 - 950°C betrieben. Dabei wirken besonders die Fluoride und die Borate sehr rasch zerstörend auf Tiegel aus normalen Stählen ein. So halten herkömmliche Tiegel aus Flußstahl oder niedrig legiertem Stahl, wie sie üblicherweise in der Härtereitechnik verwendet werden, dem Korrosionsangriff durch Boriersalzschmelzen nur einige Wochen stand. Die Korrosion beruht in diesem Falle in erster Linie auf einer oxidativen Zerstörung des Tiegelmaterials, welche durch die oxidlösende und beizende Wirkung der Fluoride und Borate sehr beschleunigt wird. Es ist daher schon versucht worden, als Tiegelmaterial korrosionsbeständige, hochnickelhaltige Speziallegierungen auf Nickel-Chrom Basis mit Nickelgehalten von 50 - 90 Gew.% und Chromgehalten von 13 - 23 Gew.% sowie geringen Anteilen von Aluminium, Kobalt, Eisen, Mangan, Titan, Wolfram und Molybdän, oder auch Reinnickel zu verwenden.

[0004] Diese Werkstoffe werden aber ebenfalls durch Boriersalzschmelzen rasch zerstört. Hochlegierte korrosionsbeständige Stähle, wie die bekannten VA-Stähle, sind ebenfalls als Tiegelwerkstoff unbrauchbar. Sie werden sowohl durch den Angriff des Boriermittels aus auch durch den Angriff der oxidlösenden Borate und Fluoride zerstört. Die in der Technik gelegentlich verwendeten Titantiegel sind gegen Fluoride nicht beständig, andere prinzipiell geeignete Materialien wie Edelmetalle, Tantal oder Graphit sind aus Kostengründen und technischen Gründen nicht verwendbar.

[0005] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tiegel zur Aufnahme von Salzbädern für das Borieren von Stählen zu schaffen, der von den Salzbädern nur wenig angegriffen wird und hohe Standzeiten besitzt.

[0006] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, das als Werkstoff Stähle der Zusammensetzung 0,05 - 0,8 Gew.% Kohlenstoff, 0,8 - 2,5 Gew.% Silizium, 0,1 - 2,0 Gew.% Mangan, 6 - 30 Gew.% Chrom, 4 - 39 Gew.% Nickel, 0 - 1,5 Gew.% Aluminium, Rest Eisen, verwendet werden.
Als Tiegelmaterial für Boriersalzschmelzen haben sich insbesondere Stähle der Zusammensetzung 0,1 - 0,2 Gew.% Kohlenstoff, 1,9 - 2,1 Gew.% Silizium, 0,1 - 2,0 Gew.% Mangan, 18 - 25 Gew.% Chrom, 10 - 20 Gew.% Nickel, Rest Eisen, ausgezeichnet bewährt.

[0007] In der Praxis besonders bewährt hat sich ein Stahl mit der Zusammensetzung 0,15 Gew.% Kohlenstoff, 2,0 Gew.% Silizium, 1,5 Gew.% Mangan, 20 Gew.% Chrom, 12 Gew.% Nickel, Rest Eisen. Die erfindungsgemäßen Werkstoffe, die aus einer großen Zahl bekannter Stähle ausgewählt wurden, besitzen eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber geschmolzenen fluorid- und borathaltigen Boriersalzen. So beträgt der Gewichtsverlust eines 350 g schweren Bleches aus einem Stahl mit 0,15 Kohlenstoff, 2 % Silizium, 1,5 % Mangan, 20 % Chrom und 12 % Nickel bei 520 Stunden Behandlungszeit in einer Boriersalzschmelze von 900°C nur 7 Gramm bzw. 2 % des Gewichts, während ein gleichartiges Flußstahlblech bei gleicher Berührungsdauer von der Schmelze völlig zerstört wird.

[0008] Das folgende Beispiel soll die Vorteile des neuen Tiegelwerkstoffs näher erläutern. In einem Tiegel der Größe 18/30 (Durchmesser/Tiefe in cm) aus einem Stahl mit 0,15 % Kohlenstoff, 2 % Silizium, 1,5 Mangan, 20 % Chrom und 12 % Nickel wird ein Boriersalzbad aus 52 Gew.% BaCl₂, 18 % NaCl, 20 % NaF und 10 % B₄C bei 900°C eingeschmolzen und über einen Zeitraum von 2500 Stunden kontinuierlich betrieben. Nach dieser Zeit wird die Salzschmelze ausgeschöpft, das Tiegelinnere gereinigt und inspiziert. Die Tiegelwand weist eine leichte Aufrauhung durch einen relativ geringen, gleichmäßigen Korrosionsangriff ohne Lochfraßerscheinungen und Zerfurchung des Materials auf.

Ansprüche

1. Tiegel zur Aufnahme von Salzbädern für das Borieren von Stählen, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff Stähle der Zusammensetzung 0,05 - 0,8 Gew.% Kohlenstoff, 0,8 - 2,5 Gew.% Silizium, 0,1 - 2,0 Gew.% Mangan, 6 - 30 Gew.% Chrom, 0 - 1,5 Gew.% Aluminium, 4 - 39 Gew.% Nickel, Rest Eisen, verwendet werden.

2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stähle der Zusammensetzung 0,1 - 0,2 Gew.% Kohlenstoff, 1,9 - 2,1 Gew.% Silizium, 0,1 - 2,0 Gew.% Mangan, 18 - 25 Gew.% Chrom, 10 -20 Gew.% Nickel, Rest Eisen, verwendet werden.

3. Tiegel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stähle der Zusammensetzung 0,15 Gew.% Kohlenstoff, 2,0 Gew.% Silizium, 1,5 Gew.% Mangan, 20 Gew.% Chrom, 12 Gew.% Nickel, Rest Eisen, verwendet werden.