Table Of ContentFORSCH U NGSBERICHTE
DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEHRSMINISTERIUMS
NORD RH EIN -WESTFALE N
Herausgegeben von Staatssekretär Prof. Dr. h. c. Leo Brandt
Nr. 367
Dr. rer. nato Dietrich Horstmann
Max-Planck-Institut für Eisenforschung
und Gemeinschaftsausschuß Verzinken
Düsseldorf
Der Angriff eisengesättigter Zinkschmelzen auf
kohlenstoff-, schwefel- und phosphorhaltiges Eisen
Als Manuskript gedruckt
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-03372-1 ISBN 978-3-663-04561-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04561-8
Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G 1 i e der u n g
. . . . . . . .
s .
r. Einleitung • 5
. . .
Ir. Versuchsdurchführung · · · · s. 6
IIr. Der Angriff eisengesättigter Zinkschmelzen auf kohlen-
. . . . . . . . . . . . .
stoffhaltiges Eisen · · · · · s . 6
IV. Der Angriff eisengesättigter Zinkschmelzen auf schwefel-
und phosphorhaltiges Eisen · · · s. 26
V. Zusammenfassung s. 39
· . . . . · . .
VI. Literaturverzeichnis s. 42
Sei te 3
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
I. Einlei t!mg
Die Haltbarkeit von eisernen Feuerverzinkungskesseln hängt außer von der
Temperatur des Zinkbades sehr stark vom Gehalt an Begleitelementer. im
Eisen ab. Der vorliegende Bericht befaßt sich mit Untersuchungen über der.
Einfluß eines Kohlenstoff-, Schwefel- und Phosphorgehaltes im Eisen auf
die Größe des Zinkangriffs.
Der Angriff von Zinkschmelzen auf Eisen mit höheren Kohlenstoffgehalten
6).
ist bereits mehrfach untersucht worden (1 bis Dabei konnte festge
stellt werden, daß die Größe des Angriffs mit steigendem Kohlenstoffge-
%
halt bis zu etwa sehr stark zunimmt. Bei sehr hohen Kohlenstoffgehal-
%
ten von etwa 4 findet man dagegen wieder einen geringeren Angriff, der
in der gleichen Größe liegt wie bei kohlenstoffarmem Weicheisen. I. MUSAT
TI und A. LA FALCE (1) sowie H. BABLIK und Mitarbeiter (6) haben ferner
festgestellt, daß die Größe des Zinkangriffs außer vom Kohlenstoffgehalt
auch noch sehr stark von der Gefügeausbildung abhängt: Nach BABLIK tritt
%
bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,76 der größte Zinkangriff dann auf,
wenn das Gefüge aus grobem lamellarem oder körnigem Perlit besteht: er
ist nur wenig größer als bei kohlenstoffarmem Weicheisen, wenn das Gefüge
aus Troostit, Sorbit oder aus Martensit besteht.
Die Schwefel- und Phosphorgehalte sind im allgemeinen in den Stählen nie
drig, die für Zinkkessel verwendet oder zu Verzinkungszwecken eingesetzt
werden. Der Einfluß dieser Schwefel- und Phosphorgehalte auf die Größe
und Art des Zinkangriffs ist daher im allgemeinen nur gering und bisher
nur unvollständig untersucht worden. E. SCHElL und H. VffiRST (4) stellten
fest, daß sich die Größe des Zinkangriffs bei gleichzeitig höheren Schwe
fel- und Mangangehalten nur wenig von dem Angriff unterscheidet, der bei
Stählen mit nur hohem Mangangehalt auftritt. W. PÜNGEL, E. SCHElL, und
R. STENKHOFF (3) beobachteten, daß ein steigender Phosphorgehalt den An
griff wesentlich verstärkt.
Die bisher vorliegenden Versuchsergebnisse sind lückenhaft. Daher er
schien wünschenswert, in Zusammenhang mit den eigenen Untersuchungen über
den Einfluß von Legierungselementen im Eisen auf Art und Größe des Zink
angriffs (7 - 10) auch den Einfluß eines Kohlen-, Schwefel- und Phosphor
gehaltes noch einmal näher zu untersuchen und die Zeit- und Temperaturab
hängigkeit des Angriffs bei verschiedenen Kohlenstoffgehalten und unter
schiedlicher Gefügeausbildung festzulegen.
Sei te 5
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
11. Versuchs durchführung
Die Untersuchungen zur Bestimmung des zeitlichen Ablaufs des Zinkangriffs
und seiner Temperaturabhängigkeit wurden in der gleichen Art durchgeführt,
wie sie bereits mehrfach in den obengenannten Arbeiten beschrieben ist
(7 - 10). Die für die vorliegenden Untersuchungen verwendeten Eisen-Koh
lenstoff-, Eisen-Schwefel- und Eisen-Phosphor-Legierungen, deren Zusammen
setzung in Tabelle 1 wiedergegeben ist, wurden als 12-kg-Versuchsgüsse im
Hochfrequenzofen geschmolzen. Aus den zu 13-mm-Vierkantstangen ausge
schmiedeten Blöcken wurden Proben von 50 x 10 x 10 mm2 hergestellt. Nach
dem Feinschleifen wurden die Proben der Eisen-Kohlenstoff-Legierungen auf
verschiedene Weise wärmebehandelt, um einen unterschiedlichen Gefügezu
stand zu erhalten. Ein Teil der Proben wurde im Vakuumofen normalgeglüht,
ein anderer weichgeglüht und der Rest aus dem ~ -Gebiet in Öl abgeschreckt.
Die so erhaltenen Gefügezustände sind in den Abbildungen 1 bis 3 wieder
gegeben. Die Proben der Eisen-Schwefel- und Eisen-Phosphor-Legierungen
wurden bei 8000 im Vakuum 2 Stunden weichgeglüht.
Zur Bestimmung des zeitlichen Ablaufes des Zinkangriffs wurden die so vor
behandelten Proben nach dem Abbeizen der beim Glühen entstandenen Oxyd
schichten verschiedenE! Zeiten in das Zinkbad eingetaucht und der Gewichts
verlust nach dem Abbeizen der während des Versuches gebildeten Zink- und
Eisen-Zink-Legierungsschichten bestimmt. Die Tauchzeiten lagen zwischen
1/2 und 5 h, die Temperaturen zwischen 440 und 5500 • Für die Gefügeunter
suchung wurden von Parallelproben Schliffe hergestellt. Bei einigen Ver
suchsreihen wurde das Wachstum der Legierungsschichten durch Ausmessen
ihrer Dicke in den Schliffproben bestimmt.
111. Der Angriff eisengesättigter Zinkschmelzen auf kohlen
stoffhaltiges Eisen
Wie in den vorangegangenen Untersuchungen (1 - 10) wurde auch hier der
Gewichtsverlust als Maß für den Zinkangriff gewählt, da er unmittelbar
die Menge des Grundmetalles angibt, die sich bei der jeweiligen Versuchs
temperatur und -dauer mit der Zinkschmelze umgesetzt hat. Diese Größe
wird im folgenden kurz als Eisenverlust bezeichnet.
Ebenso wie der Angriff des Zinks auf kohlenstoffarmes Weicheisen verläuft
auch der Angriff auf Eisen mit höheren Kohlenstoffgehalten nach zwei ver
schiedenen Temperaturgesetzen. Er klingt bei Temperaturen unterhalb von
Sei te 6
""j o 11 CD o b" § Oll CD 0-(I) 11 ..... o b" c+ (J) p. (I) CD ::a ..... 11 c+ CD o b" ID ...., c+ CD I s p. -== (J) 11 i';' (I) ~ CD i3 ..... I:i ..... CD c+ (I) 11 ..... C i3 C/l l2: o 11 P. ~ CI> ..... I:i I ::a CI> C/l c+ Ho Pl t-' CI> I:i
I I
-- 1 14 17 17 06 05 05 08 06 07 87 79 02 91 78 89
2% 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0
° 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
5 2 2 1 2 3 4 5 2 3 2 2 2 2 2 2
2 % 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
N , , , , , , , , , , , , , , , ,
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
. 2 2 6 2 8 1 9 0
fe Al % . b ,03 ,05 ,01 ,04 ,03 ,04 ,04 ,05 -- -- -- -- -- -- --
f n 0 0 0 0 0 0 0 0
o
t
s
k
r
e
W 3 0 0 1 0 7 8 8 8 8 3 5 6 6 5 4
3 1 1 1 1 0 0 0 0 4 0 1 0 0 0 0
en S % ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,1 ,1 ,0 ,0 ,0 ,0
t 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
h
c
e u
s
l r
l e
e nt
u
b 7 6 1 4 9 5 9 6 5 0 0 1 3 5 5 0
Ta der P % 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,06 0,08 0,12 0,28
g
n
u
z
t
e
s
n
amme Mn % 0,008 0,19 0,19 0,16 0,18 0,16 0,19 0,18 0,20 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 -
s
u
Z
02 1 1 1 1 1 2 3 4 1 1 1 3 1 1 4
Si % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
1 4 1 2 7 8 6 8 8 19 18 12 20 18 17 17
C % 0,0 0,0 0,1 0,2 0,4 0,8 0,9 1,3 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Forschungsberichte dQs Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
a) O.47~ C 1/2 h 8000/0fenabktihlung bl 0.88% C 1/2 h 750u/ Ofenabktir.lung
ci) 2 , 08~' C '/2 t : !OOo/:Jfenabktihlung
A b b i 1 cl u n g
Gefüge der Kohlenstoffstähle nach dem Normalgltihen (500:1)
A b b i 1 dun g 2
%
Gefüge des Stahles mit 1,38 C nach dem leichgltihen
(Pendelgltihung zwischen 850 und 700°) 500:1
Seite 8
Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
c) 1,38% C 1/4 h 1050o/Öl,
10 min 4400 im Zinkbad
A b b i 1 dun g 3
Gefüge der Kohlenstoffstähle nach dem Abschrecken in Öl und
einer nachfolgenden Erhitzung im Zinkbad auf 4400 (500:1)
Seite 9
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
550
00) 0 oe c 0 0 ( 0 0 0 c 0
_. .~ ~- --I"-'0- .. ~-1--fo----0( -- .---foo· - --fe>--- 0- --1--( - - -- 0-
....... • • •
~: I~ I~' t-- + i +
+++ + 1+1 -f + + i + + .+ + +
r-J. r-l
0°500 ++~- +-r-- ++ r---- - I-- +-I-- + - +-
·<r:t: ..e.o.+ .- .I.r~. --~~+- .- ..+ .t+ ~~. .. ~,;."~" I~-"-'" --f00e - ...... •++ - i•I -- --.•++.. . ---_. ~0• - --'_ 0. - --_!( 1-- --I-- ~0• .
>
00 0 0 ( - 0 ( 0 0 0 0
~o 0 oe ( 0 0 ( 0 0 0 ( 0
400
o o~ 04 Cf, o,a 1P 1,2 \4 11> 1,8 2/J '2,2 0 q2 q4 Cf, o,a 1/J 1,2 1,4 1(> 1,8 '2/J '2,2 0 Q,2 04 q6 C\8 1P 1,2 \4 1 ti 11'\ ~ '2,2
a) lamellarer Perlit b) kugeliger Perlit c) Troostit
A b b i 1 dun g 4
Kohlenstoffgehalt in Gewichtsprozent
Temperaturgebiete der verschiedenen Arten des Zinkangriffs in Abhängigkeit
vom Kohlenstoffgehalt bei verschiedener Gefügeausbildung
o gemäßigter Angriff nach parabelförmigem Zeitgesetz
• verstärkter Angriff nach parabelförmigem Zeitgesetz
+ verstärkter Angriff nach geradlinigem Zeitgesetz
4900 und ebenso wieder oberhalb von 5200 parabelförmig mit der Zeit ab
(parabelförmiges Zeitgesetz). In dem dazwischenliegenden Temperaturgebiet
von 495 bis 5150 verläuft er mit höherer Geschwindigkeit nach einem gerad
linig mit der Zeit fortschreitenden Zeitgesetz. Dazwischen liegen Über
gangsgebiete, in denen ebenfalls ein verstärkter Angriff stattfindet, der
jedoch parabelförmig mit der Zeit abklingt.
Die Ausdehnung der Temperaturgebiete der verschiedenen Angriffsarten wird
durch den Kohlenstoffgehalt und die Ausbildung des Gefüges des Grundwerk
stoffes verändert. In den Abbildungen 4a bis c sind diese Gebiete in Ab
hängigkeit vom Kohlenstoffgehalt für die verschiedenen Gefüge wiedergege
ben. Bei Anwesenheit von lamellarem Perlit wird das Temperaturgebiet des
Angriffs nach geradlinigem Zeitgesetz mit steigendem Kohlenstoffgehalt
%
zunächst verbreitert, erreicht beim Perlitpunkt mit 0,88 C von 480 bis
5200 seine größte Ausdehnung und verengt sich bei weiter steigendem Koh
lenstoffgehalt wieder (Abb. 4a). Bei Stählen mit kugeligem Zementit wird
Sei te 10
Forschungsberichte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
dieses Temperaturgebiet ebenfalls mit steigendem Kohlenstoffgehalt ver
breitert. Es erstreckt sich hier von etwa 480 bis 5200 (Abb. 4b). Die bei
den Stählen mit lamellarem Perlit gefundene Verengung dieses Gebietes bei
%
den übereutektoiden Stählen ist hier bis zu 2,08 C noch nicht zu beob
achten. Im Gegensatz hierzu wird das Temperaturgebiet des gradlinig mit
der Zeit fortschreitenden Angriffs mit steigendem Kohlenstoffgehalt nicht
aufgeweitet, wenn das Gefüge des Grundwerkstoffes troostitisch ist (Abb.
%
4c). Bei 2,08 C läßt sich eine unbedeutende Verengung dieses .Temperatur
gebietes erkennen.
Die Temperaturbereiche des Übergangs von der einen zur anderen Angriffs
art mit einem verstärkten Zinkangriff nach parabelförmigem Zeitgesetz wer
den durch den Kohlenstoffgehalt entsprechend der Ausbreitung des geradli
nig mit der Zeit verlaufenden Angriffs verschoben.
Für von der Versuchszeit unabhängige Kennzeichnung der Stärke des An
~ie
griffs wurden wie bei den früheren Untersuchungen (7-10) die beiden Fest
werte a und b (Eisenverlustwerte) gewählt, die sich aus den Gleichungen
2
m = a • t
für den Angriff nach parabelförmigem Zeitgesetz und
m = b • t
für den Angriff nach geradlinigem Zeitgesetz ergeben. Darin bedeutet m
den nach einer bestimmten Zeit gefundenen Eisenverlust je cm2 Oberfläche
und t die Versuchszeit. Diese Festwerte sind in den Tabellen 2 bis. 4 für
verschiedene Kohlenstoffgehalte und verschiedene Temperaturen bei unter
schiedlicher Gefügeausbildung zusammengestellt. Dabei ist auf die verschie
denen Dimensionen der Festwerte a und b hingewiesen, die sich aus den oben
angeführten Gleichungen ergeben. Aus diesen Zahlenangaben ist zu ersehen,
daß beim lamellaren Perlit die Stärke des Angriffs nach parabelförmigem
%,
Zeitgesetz bis zu einem Kohlenstc~fgehalt von 0,88 d.h. bis zum Perlit
punkt, ganz außerordentlich zunimmt. Bei weiter steigendem Kohlenßtoffge
halt beobachtet man wieder einen Abfall (Tab. 2). Bei Eisen mit kugeligem
%
Perlit wird dieser Höchstwert erst bei etwa 1,38 C erreicht (Tab. 3).
Der Angriff auf Eisen mit troostitischem Gefüge nimmt bei tieferen Tempe
raturen nur wenig mit steigendem Kohlenstoffgehalt zu, während man bei hö
heren Temperaturen einen etwas stärkeren Anstieg beobachtet (Tab. 4).
Seite 11
