Selective oxidation and segregation in commercial steels and model alloys : (tools for improving the surface wettability by liquid Zn during hot dip galvanizing

Parezanovic, Ivana; Spiegel, Michael

doi:1386

Selective oxidation and segregation in commercial steels and model alloys : (tools for improving the surface wettability by liquid Zn during hot dip galvanizing

Parezanovic, Ivana

2005 & 2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ivana Parezanovic

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2005

UmfangVI, 213 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2005

Prüfungsjahr: 2005. - Publikationsjahr: 2006

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Spiegel, Michael (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2005-07-01

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-13862
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61819/files/Parezanovic_Ivana.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Technische Chemie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 660

Kurzfassung
Oberfläche Modifizierung auf Grund der verbesserten Benetzbarkeit mit Zn Bad von geglühten Hochfest Stähle und Model Legierungen, war durch zwei Prozessen geschafft: Selektive Oxidation beim Glühen in 5% H2/N2 bei 820°C und Taupunkten -60, -30 und 0°C, und Voroxidation in Luft bei 700°C gefolgt mit Glühen in 5% H2/N2 beim Taupunkt -30°C bei 820°C auf Model Legierungen (Fe-Al, Fe-Si und Fe-Mn).Externe Oxidation der Al und Mn wurde beim Taupunkt -60°C beobachtet. Die Nitriden, wie AlN auf DP 500 Stahl und TiN auf IF Stahl, entstanden durch die Reaktion zwischen Stickstoff aus Stahl mit Al und Ti wurden ebenso gefunden. Auf DP 500 wurden auch BN Teilchen/Film, die durch Reaktion von B mit Stickstoff aus Gas entstehen, entdeckt. Benetzungstests zeigen dass die Oberfläche bedeckt mit BN nicht benetzbar ist. Entgegen sind die IF-Stähle, die nur mit Al- und Mn-Oxid Teilchen gedeckt worden sind, sehr gut benetzbar. Beim höheren Taupunkt von -30°C findet ein Wechsel von externer zu interner Al Oxidation statt. Bei diesem Taupunkt ist das Maximum externe Oxidation von Mn, Si und Cr gefunden worden. Das B wurde meistens als Oxid entdeckt. Es ist zu beobachten, dass die Segregation und Oxidation von B, die Si Segregation und Oxidation an der Oberfläche unterdrückt. Die Benetzbarkeit der DP 500 verbessert sich, während die von IF-Stähle sich verschlechtert, im Vergleich zu dem Wert beim Taupunkt -60°C. Der dominante Prozess beim Taupunkt 0°C ist externe Oxidation von P, gefolgt mit (Fe)Mn Phosphate Formierung, überwiegend auf die Korngrenzen. Die Körne sind meistens mit MnO und weniger mit Cr2O3 und SiO2 auf Ti-IF und DP 500 bedeckt. Verbesserte Benetzbarkeit ist auf alle Stähle nach Glühen beim Taupunkt 0°C zu beobachten. Die Abwesenheit von Si auf TiNb-IF Stahl bei allen drei Taupunkten kann durch die Konkurrenz um die Platzbesetzung zwischen B und/oder S und Si bei niedrigeren Taupunkten, und zwischen P und/oder C und Si bei höheren Taupunkten, erklärt werden.Voroxidation der Modelliegerungen Fe-Al und Fe-Si, mit weniger als 3 Gew. % Legierungs-elementen Al(Si), führt zum Bildung von überwiegend Fe-Oxiden und teilweise Fe-Al(Si) Oxiden. Im folgenden Glühprozess wurden Fe-Oxiden bis zu metallisch Fe reduziert. So entstandene Oberfläche ist sehr gut benetzbar. Die beste Benetzberkeit ist auf der Oberfläche von voroxidierten und geglühten Fe-1 Gew. % Si Legierung, die aus schwammig metallisch Fe besteht, zu beobachten. Wenn die Legierungen 3 Gew. % Si(Al) oder mehr enthalten, der große Teil der Oberfläche ist mit unbenetzbaren Si- oder Al-Oxiden bedeckt, und Voroxidation verbessert nicht mehr die Benetzbarkeit. Auf der Fe-Mn Legierungen sind nach dem Voroxidation überwiegend (Fe, Mn) Komplexoxiden, zusammen mit Fe-Oxiden gefunden worden. Obwohl diese Komplex (Fe, Mn) Oxiden nicht in dem Glühprozess zum metallisch Fe ganz reduzierbar sind, es scheint als die Legierungen bis 5 Gew. % Mn noch immer gut benetzbar sind.

To improve a wettability of annealed high strength steels and model alloys by Zn bath, two processes were applied to modify the surface: selective oxidation during annealing in 5% H2/N2 at 820°C at dew points -60, -30 and 0°C on HSS (DP 500, Ti-IF and TiNb-IF), and preoxidation in air at 700°C with subsequent annealing in 5% H2/N2 at dew point -30°C on model alloys (Fe-Al, Fe-Si and Fe-Mn).External oxidation of Al and Mn is observed at dew point -60°C. Nitrides, AlN on DP 500 and TiN on interstitial free steels, formed by the reaction of nitrogen from the steel with Al and Ti are detected as well. BN film/particle forms on DP 500 due to reaction of nitrogen adsorbed from the atmosphere with B from the steel. Surface of DP 500 shows almost no wettability by Zn bath thus suggesting no wettability of BN. Interstitial free steels exhibit good wettability since covered by small Al and Mn oxides only. With increasing dew point to -30°C a transition of Al oxidation from external to internal takes place where the maximum of Mn, Si and Cr external oxidation is detected. B is mostly present as oxide. Segregation and oxidation of B is found to suppress Si segregation. The wettability of the surfaces decreases on interstitial free steels at dew point -30°C while on DP 500 wettability increases compared to the one at dew point -60°C. The dominant process at dew point 0°C is external oxidation of P and formation of (Fe)Mn phosphate at the grain boundaries, while the grains are predominantly covered by MnO and some Cr2O3 and SiO2 on Ti-IF and DP 500 steels. The wettability behaviour of the steel surfaces annealed at dew point 0°C is much better than after annealing at dew point -30°C. The absence of Si on TiNb-IF at all three dew points can be understood by a site competition between segregating B and/or S and Si at low dew points, and P and/or C and Si at higher dew points.Preoxidation of model Fe-Al and Fe-Si alloys with less than 3 wt. % of Al(Si) leads to the formation of mostly Fe-oxides and partially Fe-Al(Si) oxides. During the subsequent annealing the Fe-oxides are reduced to metallic Fe and the surfaces show a better wettability in a Zn bath than only on annealed alloys. The best wetting is obtained on the Fe-1 wt. % Si, where a spongy metallic Fe forms after reduction in the annealing cycle. When the alloys contain 3 wt. % Si(Al) or more, a larger area of the surface is covered by non wetted Si and Al oxides and such surfaces show no improved wettability after the preoxidation and annealing. On the Fe-Mn alloys oxidized in air complex oxide layers are detected, mostly (Fe, Mn) oxides and Fe-oxides. Although not completely reduced to metallic Fe, these surfaces seem to give no significant problems in the wetting process up to 5 wt. % Mn.

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