Glühen

Das Blankglühen von Stahl erfordert Bedingungen, die zu Stahloxiden reduziert werden. Traditionell wurde das Ellingham-Diagramm verwendet, um die Bedingungen vorherzusagen, die der Oxidation reiner Metalle oder der Reduktion ihrer Oxide entsprechen. Diese Methode kann verwendet werden, um die Bedingungen vorherzusagen, die zu Eisenoxiden und den Oxiden der Legierungselemente, die zu Stählen hinzugefügt werden, reduziert werden sollten, wie z. B. Chrom, wenn Edelstähle in Betracht gezogen werden. Dieser traditionelle Ansatz ist nicht genau, da er nur thermodynamische Daten für reine Metalle und ihre Oxide verwendet – er ignoriert die Tatsache, dass Eisen und Legierungselemente eine feste Lösung bilden. Darüber hinaus können Sie nur das ungefähre Gleichgewichts-Partialdruckverhältnis von Wasserstoff und Wasserdampf für die Oxidation eines bestimmten Metalls bei einer bestimmten Temperatur bestimmen.

Alternativ können Sie genauere und bequemere Diagramme für Stähle und andere Legierungen verwenden, die mit Hilfe moderner Datenbanken und Computerprogramme wie FactSage™ (thermochemische Software und Datenbankpaket, das gemeinsam von Thermfact/CRCT und GTT-Technologies entwickelt wurde) erstellt werden. oder Thermo-Calc-Software. Mithilfe der Oxidations-Reduktions-Kurven, die als Taupunkt von reinen Wasserstoff- oder Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphären in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt werden, können Sie schnell die Atmosphäre für das Glühen von Stahl ohne Oxidbildung auswählen. Das Diagramm in Abbildung 1 wurde mit FactSage berechnet. Dieses Diagramm zeigt, dass die Oxidations-Reduktionskurven für Fe-18% Cr- und Fe-18% Cr-8% Ni-Systeme, die Edelstahl repräsentieren, höher sind als die entsprechenden Cr/Cr₂O₂-Kurven. Für Legierungen (z. B. Stahl) können Sie genauere Berechnungen mit thermodynamischen Daten sowohl von reinen Stoffen (d. h. Reinen Metallen und Oxiden) als auch von Lösungsdatenbanken erzielen. Solche Diagramme können speziell für die interessierenden Stähle und eine Vielzahl von Atmosphärenzusammensetzungen erstellt werden.

Diese Methoden können Ihnen bei der Fehlersuche und der Optimierung Ihres Glühvorgangs helfen, indem Sie den Wasserstoffverbrauch gegenüber der Produktqualität ausgleichen.

Oxidations-Reduktionskurven für reines Chrom, Fe-18% Cr und Fe-18% Cr-8% Ni für den Gesamtdruck von 1 atm mit einem Wasserstoffpartialdruck von 0,05 atm, entsprechend N₂-5 % H₂. (Dieses Diagramm wurde mit thermodynamischen Daten für Lösungen zusätzlich zu den Daten für reine Elemente und ihre Oxide erstellt.)

Abbildung 1:

Die Bildung von Metalloxiden auf der Bauteiloberfläche ist eine Funktion des Wasserstoff/ Wasser-Partialdruckverhältnisses, der Temperatur und der Haltezeit unter den vorgenannten Bedingungen. Diese Parameter können sich jedoch über den Ofenverlauf erheblich ändern. Ein erhöhter Taupunkt in der Kühlzone aufgrund von Lufteintritt, der dann mit Wasserstoff reagiert, in Verbindung mit einer niedrigeren Temperatur kann zu Oxidation führen, wenn die Verweilzeit in der Kühlzone ausreichend lang ist. Zusätzlich kann die Innenseite der Rohre langsamer abkühlen als die Außenseite, was zu einer ungleichmäßigen Oxidation führen kann. Gegenmaßnahmen können die Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit der Rohre, die Erhöhung des Wasserstoff-Anteiles in der Schutzgasatmosphäre oder der Gesamtschutzgasmenge und das Anbringen eines Stickstoffvorhangs am Austritt, um das Eindringen von Luft zu vermeiden, umfassen. Bei jeder dieser Gegenmaßnahmen gibt es metallurgische, technische, sicherheitstechnische und kostenbezogene Aspekte zu berücksichtigen.