Mangansulfid

Techniker713 · Gast

Meine Frage:
Wisst ihr in welchem Verhältniss Schwefel und Mangan in einer legierung vorliegen müssen, damit der gesamte Schwefel zu Mangansulfid abgebunden ist?
oder bleibt immer ein rest an Eisensulfid und einem Schwefel der in der Legierung vorliegt?

Meine Ideen:
Da Mangan viel reaktiver mit Schwefel ist, dürfte sich bei entsprechend hohem Mangan gehalt kein Eisensulfid bilden.
ich denke auch nicht das atomarer Schwefel der im Gitter gelöst ist vorliegt, sonder immer entdweder als Eisensulfid oder Mangansulfid gebunden ist.

AC-Gast · Gast

Bei entprechender Zusammensetzung der Legierung wird auch schon gebildetes Eisensulfid mit Mangan zu Eisen und Mangansulfid reagieren
("Die Bildung von Eisensulfid wird mit der Zugabe von genügend Mangan im Stahl verhindert, da sich Schwefel mit Mangan leichter zu Mangansulfid als Schwefel mit Eisen zu Eisensulfid verbindet, wie Bargel
und Schulze (2008) und Diederichs (2004) darstellen.."
aus der Arbeit "Charakterisierung des Faserverlaufs in umgeformten
Stählen und dessen Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften" .
Man muß dafür den Schwefelgehalt der Ausgangsmasse kennen und mögliche andere sulfibildenden Legierungsbestandteile berücksichtigen.

AC-Gast.

Techniker713 · Gast

Wenn ich dich richtig verstehe spaltet sich also bei zugabe von Mangansulfid das Eisensulfid auf und es liegt dann nur noch Mangansulfid in der Legierung vor.
Kein Eisensulfid und kein atomarer Schwefel mehr.

Ich habe auch von der Sulid zeilenbildung gelesen die schädlich für Legierungen ist.
ich nehme an, dass diese nur bei höheren Schwefelgehalten entsteht und nicht bei niedrigen.
Den für solch eine Zeilenbildung muss ja erstmal genügend Suldif gebildet werden können.

AC-Gast · Gast

Nach meiner Kenntnis ist die vollständige Umwandlung von "Eisensulfden" durch ausreichende Mengen Mangan möglich,bei entsprechender "Reaktionszeit".
Mangansulfide können nachteilige Auswirkungen auf die Materialeigenschaften haben,daher wird oft versucht,den Schwefelanteil im Roheisen schon so geriing wie notwendig/möglich zu halten.Zu den Sulfidzeilen dies:
"Sulfidzeilen tragen wesentlich zur Anisotropie der technologischen
Eigenschaften des Werksto fes in Längs - , Quer- und Senkrecht-
richtung bei. Sulfidzeilen verursachen Oberflächenfehler beim
Biegen und Abkanten von Zieh- und Tiefziehgüten. Sulfidzeilen
unterstützen die ßrucheinleitung und Bruchausbreitung bei schlag -
artigen Biegebeanspruchungen. An der Werkstoffoberfläche frei
liegende Sulfidzeilen sind bevorzugte Angriffspunkte für eine
lokal konzentrierte Korrosion. Kurz: Sulfid zeil en stellen ein
erhebliches Sicherheitsrisiko dar

AC-Gast.

Techniker713 · Gast

Und je mehr Schwefel enthalten ist, umso mehr Sulfidzeilen gibt es?

Freier Schwefel liegt nicht in der Legierung vor.

Ich habe nur heraus gefunden das Schwefel eine viel niedrigere Diffusionsgeschwindigkeit hat als im Vergleich zu Kohlenstoff oder Stickstoff, da diese wohl anders im Gitter eingebunden sind.

AC-Gast · Gast

Techniker713 · Gast

Ich hatte gelesen das interstitiell gelöste Atome wie z.b. C und N wesentlich schneller difgundieren als Substitutionselemente.
Interstitiell gelöst wird in der Regel mit Nichtmetallen in einem Mwtallgitter beschrieben.

Jetzt werden Phosphor und Schwefel (Nichtmetalle) aber zu den Substitutionselementen gezählt.
Damit müssten sie wesentlich geringere Diffusionskoeffizienten haben als C und N.

Warum zählen Schwefel und Phosphor aber nicht auch zu den interstitiell gelösten Elementen?

Bei sehr niedrigen Schwefel und Phosphorgehalten bilden sich wohl auch kaum Suöfide oder Phosphide.

AC-Gast · Gast

Techniker 713 · Gast

Also Schwefel und Phosphor gehören tatsächlich zur Gruppe der Substitutionselemente.

Es gibt wohl Elemente die beides können, also interstitiell gelöst sein oder eben als Substitutionselement vorliegen.

Schwefel und Phosphor liegen aber immer als Substitutionselement vor.
Somit diffundieren sie in der Ta weitaus langsamer als C und N die interstitiell gelöst sind.

Meine Annahme das sich bei entsprechend geringem Schwefel oder Phosphorgehalt keine Sulfide oder phosphide bilden bezog sich auf die Löslichkeit.

Diese ist bei raumtemperatur aber praktisch überhaupt nicht gegeben, somit müssen dann die entsprechenden Verbdinungen vorliegen.

Die Frage ist dann nur ob sich z.b. Eisensulfid bildet, oder ob so viel Mangan zu legiert wurde, dass sich nahezu kein Eisensulfid bilden konnte.

Mit sinkender Temperatur nimmt die Löslichkeit von z.b. Schwefel immer mehr ab.

Trotzdem zählt es nicht zu den Elementen die für eine Alterung des Stahls verantwortlich sind.

Hierbei werden immer nur C, N , O und H aufgezählt.

Im Prinzip müsste doch aber jedes Substitutionselement die Löslichkeitsgrenze überschreiten.
Und somit bestrebt sein der thermodynamisch günstigeren Zustand zu erreichen.

Trotzdem gelten gerade Stähle mit wenig C und N als Alterungsbeständig.

Meine Vermutung wäre, dass dies der Fall ist, weil unter 400 Grad eine Diffusion der Substitutionselemente praktisch nicht mehr gegeben ist.

Somit kann auch keine Alterung statt finden.

das Schwefel bei Vakuum Anwendungen trotzdem Probleme macht liegt hier wohl daran, dass man bei entsprechend hoch angelegten Unterdrücke in den Bereich "einzelner Atome" kommt und da stört dann eben auch der vereinzelte Schwefel an , bzw. in der Oberfläche.

Aragorn · Gast

Mangan muss in der siebenfachen Menge vorhanden sein wie der Schwefel, dann ist alles zu Mangansulfid abgebunden.
Der Schwefelgehalt wird ganz allgemein so niedrig wie möglich gehalten, da er sich negativ auf die Dauergebrauchseigenschaften auswirkt.

chemiewolf · Anmeldungsdatum: 06.07.2022 Beiträge: 475 Wohnort: Rheinhessen

ganz abgesehen davon, dass der Beitrag schon älter ist: wie kommst du auf den Faktor 7 ?

AC-Gast · Gast

Ich denke,das ist ein empririscher Faktor aus der Metallurige,wo Mangan im Überschuß eingesetzt wird,um eben den vorhanden Schwefel vollständig zu binden und bildung von Eisensulfiden zu vermeiden.
D.h. nicht,daß alles Mangan als Mangansulfid vorliegt.
Aber da kann aragorn vielleicht mehr zu sagen.

AC-Gast.

chemiewolf · Anmeldungsdatum: 06.07.2022 Beiträge: 475 Wohnort: Rheinhessen

das ist durchaus wahrscheinlich, sollte aber in Kontext gesetzt werden.

Aragaorn · Gast

Die siebenfache Menge an Mangan ist aus einem Schweißer Lehrbuch zur Vermeidung der Rissbildung beim bzw. nach dem Schweißen.
Mangan muss mindestens in der siebenfach höheren Menge bei der Erschmelzung des Stahls zulegiert werden, damit tatsächlich der gesamte Schwefel als Mangansulfid gebunden ist.

Mangan hat die wesentlich höhere Affinität zu Schwefel, deswegen wird damit die Bildung von Eisensulfiden vollständig unterbunden und es dürfte auch keinen freien Schwefel mehr in der Legierung geben.
Als Substitutionselemente diffundieren Schwefel und Mangan nur extrem eingeschränkt bei Raumtemperatur.
Abgebunden in Molekül Form ist eine Diffusion nun überhaupt nicht mehr möglich, da nur einzelne Atome, nicht aber Moleküle diffundieren können.
Moleküle sind für eine Bewegung durch das Kristallgitter wesentlich zu groß.

AC-Gast · Gast

Danke für die Rückmeldung und Info.Wie vermutet also ein empirisch ermittelter Wert aus der Praxis,um auf der sicheren Seite zu sein.
Und der verbleibende Überschuß kann die Stahleigenschaften positiv verändern,wozu man es ja auch so einsetzt.

AC-Gast.

Aragorn · Gast

Exakt.
Das überschüssige Mangan ist ja nicht ohne Grund in der legierung enthalten.

Die Stahlwerke verwenden Mangan, um geschmolzenen Stahl zu desoxidieren, sodass eine kleine Menge Mangan in allen rostfreien Stählen verbleibt. Mangan kann auch die austenitische Phase stabilisieren und die Löslichkeit von Stickstoff in Edelstahl verbessern. Daher kann Mangan in Edelstahl der Serie 200 verwendet werden, um einen Teil des Nickels zu ersetzen, um den Stickstoffgehalt zu erhöhen, die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Mangan wird einigen hochleistungsfähigen austenitischen Edelstählen zugesetzt, um den gleichen Effekt zu erzielen.

Chemiewolfs Beitrag ist natürlich richtig.

das ist durchaus wahrscheinlich, sollte aber in Kontext gesetzt werden.

AC-Gast hat Folgendes geschrieben:

D.h. nicht, daß alles Mangan als Mangansulfid vorliegt.

Chemiewolf hat folgendes geschrieben:
das wäre auch schlicht unmöglich....

Die Menge an Schwefel ist viel zu gering um das gesamte Mangan als Sulfid zu binden.