DE1217739B

DE1217739B - Schweissstellenreinigung an nichtrostendem Stahl

Info

Publication number: DE1217739B
Application number: DED39925A
Authority: DE
Inventors: Earl Fredrick Morris
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1961-09-27
Filing date: 1962-09-26
Publication date: 1966-05-26
Also published as: FR1334216A; GB969119A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C23g

Deutsche Kl.: 48 al- 1/08

Nummer: 1217739

Aktenzeichen: D 39925 VI b/48 d2

Anmeldetag: 26. September 1962

Auslegetag: 26. Mai 1966

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer sauren, wäßrigen, zu 1 bis 50 Gewichtsprozent Fluoridionen, zu 1 bis 70 Gewichtsprozent Salpetersäure und zu 1 bis 6 Gewichtsprozent saure Metalloxyde, insbesondere Chromtrioxyde, enthaltenden Lösung zum Schweißstellenreinigen an nichtrostendem Stahl.

Abrieb und Oxyde auf Gegenständen aus Chrom enthaltendem nichtrostendem Stahl werden durch Kontaktbehandlung mit Fluorwasserstoffsäure teilweise entfernt. Eine vollständige Entfernung wird durch die Bildung eines Schutzfilms aus sogenanntem Schwarzbrand oder Schwarzschutz verhütet, der den weiteren Säureangriff unterbindet.

Salpetersäure allein reinigt nichtrostenden Stahl nicht. Die Zugabe von Salpetersäure zu Fluorwasserstoffsäure unterbindet oder verhütet jedoch die Bildung des Schwarzbrandes oder Schwarzschmutzes. Aus diesem Grunde sind Mischungen dieser Säuren weithin für den genannten Zweck verwendet worden.

Diese Mischungen wirken jedoch äußerst korrodierend auf nichtrostenden Stahl. Hierbei unterscheidet man zwei Arten von Korrosionswirkungen. Die erste ist gekennzeichnet durch einen allgemeinen Metallverlust, und diese Art wird im folgenden als »Korrosion« bezeichnet. Der zweiten Art von Korrosion unterliegen insbesondere nichtrostende Stähle, die einer Hochtemperaturbehandlung ausgesetzt waren. Wird nichtrostender Stahl einer Hochtemperaturbehandlung ausgesetzt, insbesondere lokal wie etwa beim Schweißen, so entsteht um den erhitzten Bereich herum ein hoher Temperaturgradient. Im Bereich hoher Temperatur reagieren der Kohlenstoff und das Chrom in dem Stahl und bilden Chromkarbid (Cr₃C₂). Diese Reaktion führt also zu einer Verringerung des Chromgehalts in dem erhitzten Bereich und um den erhitzten Bereich herum, wodurch die lokale Passivität vermindert wird. Der von Chrom entleerte Bereich ist einem übermäßigen korrodierenden, intergranular wirkenden Angriff durch eine Fluorwasserstoff-Salpetersäure-Mischung ausgesetzt, wie sie üblicherweise zur Reinigung nichtrostender Stähle verwendet wird. Diese intergranulare Durchdringung ist diejenige Art von Korrosion, mit der sich die Erfindung vorwiegend befaßt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung werden der intergranulare Angriff und die Korrosion wesentlich verringert. Besonders vorteilhaft ist es, Chromtrioxyd in dem Reinigungsmittel zu verwenden.

Es ist zwar eine Vielzahl von Behandlungsbädern für rostfreien Stahl bekannt, aber keines dieser Behandlungsbäder ist geeignet, Schweißstellen an Teilen Schweißstellenreinigung an nichtrostendem Stahl

Anmelder:

The Dow Chemical Company,

Midland, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

Earl Fredrick Morris, Tulsa, OkIa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. September 1961
(140 997)

aus nichtrostendem Stahl zu reinigen, ohne daß Schwarzbrand auftritt.

Die Verwendung von sauren Metalloxyden, z. B. Chromtrioxyd, als Zusatz zu Flußsäure ist aus der USA.-Patentschrift 2172 041 schon sehr lange bekannt; niemand hat aber bisher erkannt, daß man diese sauren Oxyde zu einer ganz bestimmten Säurekombination, nämlich der Kombination aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure zusetzen muß, um das seit langem gesuchte Mittel zum Behandeln von Schweißstellen an nichtrostenden Stählen zu erhalten, dasjenige Mittel nämlich, das keinen Schwarzbrand liefert.

Zur Lieferung der Fluoridionen kommen Fluorwasserstoffsäure, lösliche Fluoride, ζ. B. Ammoniumbifluorid, Natriumfluorid, Natriumhydrogenfiuorid, Kaliumfluorid, Kaliumhydrogenfluorid oder Mischungen von diesen in Frage.

Als saure Metalloxyde kommen wasserlösliche Metalloxyde in Frage, die in wäßriger Lösung die entsprechenden Säuren ergeben, z. B. Mangan-, Permangan-, Eisen-, Chrom-, Molybdän-, Wolfram-, Uran-, Vanadium-, Niob-, Tantalsäure und die Salze dieser Säuren, z. B. Manganate, Permanganate, Ferrate, Chromate usw., sofern sie in wäßrigen, sauren Medien löslich sind.

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Claims

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Eine einfache Korrosionsprüfung gestattet, die konstanter Temperatur, konstanter Fluoridionen-

optimale Konzentration des sauren Metalloxyds zu konzentration und konstanter Salpetersäurekonzentra-

bestimmen. Prüfkörper des zu reinigenden Stahls tion mit verschiedenen sauren Metalloxydkonzentra-

werden hierzu ausgewählt und dadurch zur Prüfung tionen von 0 bis 6 Gewichtsprozent erhalten. Die

vorbereitet, daß man sie 15 Minuten lang in eine 5 Konzentrationsunterschiede von Probe zu Probe

15 %ig^e Salzsäurelösung taucht, mit Seife abschrubbt können verschieden sein. Wenn die Temperatur

und mit Wasser abspült. Die Prüfkörper werden dann niedrig ist, sind kleine Konzentrationsunterschiede

mit Azeton getrocknet, gewogen und hinsichtlich ihres am günstigsten.

Oberflächenbereichs gemessen. Die Prüfstücke werden nun in die ihnen zugeordne-

Dann wird eine Reinigungsmischung vorbereitet. io ten Prüfbäder während einer gewissen Zeitdauer ein-Die Konzentration an Fluoridionen und Salpetersäure getaucht, etwa 6 Stunden, dann den Bädern entwird eingestellt. Proben der derart hergestellten Lösung nommen und abgespült. Hierauf werden sie getrocknet wird das saure Metalloxyd in Konzentrationen bis zu und zur Bestimmung ihres Gewichtsverlustes ge-6 Gewichtsprozent zugesetzt. Eine Probe des Bades, wogen.

die kein saures Metalloxyd enthält, wird zur Seite als 15 Die Korrosionsrate in jedem Bad wird in folgender

Blindprobe gestellt. So wird eine Reihe von Bädern Weise berechnet:

Gewichtsverlust
Korrosionsrate =

Oberfläche des Prüfkörpers · Einwirkungszeit

Die Korrosionsraten werden dann in einem Dia- der Erfindung übt unter dynamischen Bedingungen gramm gegenüber der Konzentration an saurem eine Korrosionswirkung aus, die der Korrosions-Metalloxyd aufgezeichnet. Die optimale Konzentra- wirkung unter statischen Bedingungen ähnlich ist, wie tion kann dann direkt von der gewonnenen Kurve 25 sie sich etwa bei einer Eintauchbehandlung in einem abgelesen werden. nicht umgerührten Bad ergibt. Die Dauer der Kontaktin Versuchen, ähnlich den vorher beschriebenen, behandlung der zu reinigenden Gegenstände mit der wurde gefunden, daß bei niedrigen Konzentrationen Reinigungsmittellösung hängt von dem Ausmaß der unter 1% ^an saurem Metalloxyd die Korrosions- auszuführenden Reinigung ab und von der Temperatur, wirkung der Lösung höher ist als diejenige der kein 30 bei der das Reinigungsbad benutzt wird. Es können saures Metalloxyd enthaltenden Lösung. Bei zuneh- Eintauchzeiten von 2 bis 8 Stunden verwendet werden, mend höheren Konzentrationen (immer noch unter Im allgemeinen sind Eintauchzeiten von 6 Stunden 1%) erreicht die Korrosionswirkung eine Spitze, bei Badtemperaturen von 24 bis 6O⁰C zufriedenwonach sie scharf abfällt und dann bei einem optima- stellend. Gegebenenfalls können auch andere Belen Wert stehenbleibt. 35 handlungsdauern und Temperaturen verwendet wer-

Beispielsweise wurden Versuche oben beschriebener den. Temperaturen von 27 bis 49° C sind allgemein Art mit nichtrostendem Stahl und mit AISI-304-Stahl zufriedenstellend.

durchgeführt, wobei eine wäßrige Lösung verwendet Die sauren Reinigungsmittel nach der Erfindung

wurde, die 4% Flußsäure, 25% Salpetersäure und wirken in der Regel unter dem Abtrieb oder den verschiedene Konzentrationen von Chromsäure ent- 40 Oxyden; diese werden also abgelöst. Die Behandlung hielt. Bei 49 ⁰C zeigte sich die höchste Korrosionsrate mit dem sauren Reinigungsmittel ist beendet, wenn der bei einer Chromsäurekonzentration von 0,4%. Die Abrieb oder das Oxyd entweder völlig entfernt sind Korrosionsrate war dann etwa lV₃mal so groß wie oder wenn sie so stark gelockert sind, daß sie durch diejenige, die die Blindlösung hervorrief. Bei einer mechanische Mittel leicht beseitigt werden können. Chromsäurekonzentration von 1% fiel die Korrosions- 45 Das mechanische Reinigen kann beim Abspülen errate der Lösung auf etwa ein Drittel derjenigen der folgen, also bei dem Schritt, der der Reinigungs-Blindlösung. Bei Erhöhung der Konzentration der behandlung folgt. Nach dem Abspülen wird der ge-Chromsäure auf 2% ergab sich eine Lösung, deren reinigte Gegenstand getrocknet, und der Reinigungs-Korrosionsrate nur noch ein Fünftel derjenigen der Vorgang ist beendet.

Blindlösung betrug. Eine Lösung, die 6 % Chromsäure 50 Reinigungsmittel nach der Erfindung sind am besten enthielt, hatte eine Korrosionsrate, die etwa ein Zehntel zur Behandlung von nichtrostendem Stahl geeignet, derjenigen der Blindlösung betrug. der einen relativ hohen Chromgehalt hat, beispiels-

Ein optimaler Konzentrationsbereich für Chrom- weise einen Gehalt von wenigstens 16 % Chrom,
säure lag unter diesen Umständen also zwischen 1 und Permanganate, Chromate und Dichromate werden

3 %. Weniger Chromsäure lieferte keinen erheblichen 55 im Rahmen der Erfindung bevorzugt.
Korrosionsschutz. Mehr Chromsäure war kostspielig, Es sei noch bemerkt, daß höhere Temperaturen in

da die Korrosionswirkung der Lösung pro zugegebener den angegebenen Bereichen die intergranulare Durch-Konzentrationseinheit der Chromsäure nur noch wenig dringung viel stärker vergrößern als die allgemeine abnahm. Korrosion. Wenn also nichtrostender Stahl in ge-

Bei der Durchführung des Reinigungsverfahrens 60 schweißten Bereichen gereinigt werden soll, so ist es können die zu reinigenden Gegenstände in die Reini- günstig, niedrigere Behandlungstemperaturen [in den gungsmittellösung eingetaucht werden und dort ge- angegebenen Bereichen zu wählen,
halten werden, bis der gewünschte Reinigungseffekt

beobachtet wird. Eine andere Möglichkeit besteht Patentanspruch:

auch darin, die Reinigungsmittellösung über die Ober- 65

fläche des zu reinigenden Gegenstandes fließen zu Verwendung einer sauren, wäßrigen, zu 1 bis

lassen. Es kann auch vorteilhaft sein, die Reinigungs- 50 Gewichtsprozent Fluoridionen, zu 1 bis 70 Gemittellösung umzurühren. Das Reinigungsmittel nach wichtsprozent Salpetersäure und zu 1 bis 6 Ge-

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wichtsprozent saure Metalloxyde, insbesondere USA.-Patentschrift Nr. 2 172 041;

Chromtrioxyd, enthaltenden Lösung zum Schweiß- Jahrbuch der Oberfiächentechnik, 1958, S. 800 und

stellenreinigen an rostfreiem Stahl. 809;

Chemisches Zentralblatt, 1959, S. 16470 (Abhandln Betracht gezogene Druckschriften: 5 lung von N. W. Bogojawlenskaja und Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 077 503; N. W. L i ρ k i n).

609 S70/530 5.66 © Bundesdruckerei Berlin