DE19603515C1

DE19603515C1 - Spritzwerkstoff auf Eisenbasis zum Herstellen einer korrosionsbeständigen Beschichtung, Herstellungsverfahren für die Beschichtung sowie Verwendung der Schicht

Info

Publication number: DE19603515C1
Application number: DE19603515A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Luster; Horst Seifahrt; Gary Heath
Original assignee: Castolin SA
Current assignee: MEC Holding GmbH
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: WO1997028289A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Spritzwerkstoff auf Eisenbasis zum Herstellen einer korrosionsbeständigen Beschichtung auf einem - Heißgaskorrosionsbelastungen durch Schwefel-, Chlor- und anderen korrosionsauslösenden Verbindungen aus gesetzten - Teil mittels thermischen Spritzens. Zudem er faßt die Erfindung einen dafür geeignetes Verfahren sowie Verwendungen einer solchen Beschichtung.

Bekannte Schutzbeschichtungen gegen Heißgaskorrosion werden mittels Legierungen Werkstoffen auf Nickel-, Kobalt- oder Eisenbasis erzeugt, die in der Hauptsache Chrom und Alumi nium als Legierungselemente enthalten.

Beispielhaft beschreibt die EP 0 652 297 A1 eine Legierung mit 12-18 Atom-% Al und 0,1-10 Atom-% Cr, die eine gute Thermoschockbeständigkeit sowie bei Temperaturen von 800°C verhältnismäßig gute mechanische Eigenschaften aufweisen soll.

Die EP 0 625 585 A1 offenbart eine Eisenbasislegierung gu ter Oxidationsbeständigkeit der folgenden Zusammensetzung: C<0,02; N<0,02; Si<1,0; Mn<1,0; Cr 15,0-26,0; Al 4,5-8,0; Sm 0,05-0,30; Zr 0,01-0,10 und Hf 0,005-0,10 Gew.-%.

Aus der WO 93/23 581 ist ein Eisenaluminid der Zusammenset zung 30,0-40,0 Atom-% Al; 0,01-0,4 Atom-% Zr und 0,01-0,8 Atom-% Bor, Rest Fe mit korrosionsbeständigen Eigen schaften bekannt.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin der das Ziel gesetzt, eine weitergehend verbesserte Be schichtung auf Eisenbasis zu schaffen, die vielfältig ein gesetzt zu werden vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen Patentansprüche die Unteransprüche geben günstige Weiter bildungen an.

Erfindungsgemäß wird eine Beschichtung durch thermisches Spritzen aufgebracht, deren Legierungszusammensetzung in Gew.-% sich folgendermaßen ergibt:

Al
10,0 bis 33,0;
Cr	<10,0;
Ti, Ta und/oder Zr	<10,0;
Nb und/oder Mo	<5,0;
Si	<6,0;
Y, Hf und/oder Ce	<2,0;
C	<2,0;
Fe	Rest.

Jedes der genannten Elemente Cr, Si, C bzw. jede der Ele mentengruppen Ti, Ta und/oder Zr sowie Nb und/oder Mo ist in der Legierung anzutreffen, wenn auch gegebenenfalls nur in einem Bereich von etwa 0,01 Gew.-%. Die Elementengruppe Y, Hf und/oder Ce ist zusätzlich denkbar.

Das Auftragen geschieht nach weiteren Merkmalen der Erfin dung durch Lichtbogen-Drahtspritzen, autogenes Flammsprit zen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen oder Plasmaflamm spritzen.

Als günstig hat es sich erwiesen, den Spritzwerkstoff für dieses Verfahren mit Anteilen an Elementen einzusetzen, wie sie in wenigstens einem der Patentansprüche 7 bis 21 umris sen sind.

Bei Versuchen haben sich in der Hauptsache agglomerierte oder drahtförmige Spritzwerkstoffe - wie etwa Fülldrähte - bewährt.

Die erfindungsgemäße Beschichtung kann mit großem Erfolg an Oberflächen von Flossenwänden, Ventilsitzen, Überhitzerroh ren, Wärmeaustauscher od. dgl. gegen durch Schwefel, Chlor und andere Verbindungen ausgelöste Heißgaskorrosion einge setzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1

Die relativ kurzen Standzeiten von - durch Heißgaskorrosi on sehr stark belasteten - Überhitzerrohren in einer Koh lenstaub-Verbrennungsanlage für die Stromerzeugung sollten vor dem Einbau in den Kessel durch eine thermisch aufge spritzte Schutzbeschichtung verlängert werden.

Zur Durchführung der Arbeiten sollte das Hochgeschwindig keits-Flammspritzverfahren mit dem folgenden durch Agglome ration hergestellten pulverförmigen Spritzwerkstoff einer Kornverteilung von 22,5/45 µm und nachstehender Zusammen setzung in Gew.-% verwendet werden:

Al\|22,0;
Cr	1,5;
Ta, Ti, Zr	2,0;
Nb	0,1;
Si	1,0;
C	0,5;
Fe	Rest.

Die Vorbereitung durch Strahlen und der Aufspritzvorgang erfolgte in der Spritzwerkstatt unter Verwendung einer me chanischen Bewegungseinrichtung für Spritzpistole und Werkstück.

Nach Kontrolle der mit 0,3 bis 0,4 mm geplanten Schichtdicke der aufgespritzten Schicht wurden die Überhitzerrohre zusammengeschweißt und in den Kessel eingebaut.

Bei einem Unterhaltsstop der Verbrennungsanlage zu einem Zeitpunkt, an dem nichtbeschichtete Rohre ausgetauscht wer den mußten, wurde die beschichtete Oberfläche der behandel ten Rohre auf Korrosionsangriff und die Schichtdicke der Beschichtung geprüft. An ihr war nur ein sehr geringer flä chenförmiger Angriff festzustellen. Aus den gefundenen Wer ten läßt sich ableiten, daß die Standzeit der Rohre bis zum erneuten Austausch um etwa das Dreifache verlängert worden ist.

Beispiel 2

An der Flossenwand einer Müllverbrennungsanlage wurde im unteren Bereich in der Nähe des Rostes eine sehr starke Korrosion festgestellt; die Rohrwände nehmen dort am Ver brennungsvorgang teil. Weitere Schwierigkeiten werden bei diesen Anlagen durch die hohe Feuchtigkeit der Verbren nungsgase in diesem Bereich ausgelöst, wodurch die Rohrwän de nach einer relativ kurzen Zeit repariert bzw. teilweise ersetzt werden müssen.

Es sollte nun versucht werden, durch thermisches Spritzen die Standzeiten zu erhöhen bzw. eine Schicht aufzubringen, die nach Abnutzung problemfrei erneuert werden kann; die Kosten sollten dadurch sehr stark gesenkt werden.

Zum Erstellen der Beschichtungen in situ wurde das autogene Flammspritzverfahren gewählt und als pulverförmiger Spritz werkstoff die folgende Zusammensetzung (in Gew. -%):

Al\|24,0;
Cr	5,0;
Ti	6,0;
Nb	0,01;
Si	0,5;
Y	0,2;
C	0,4;
Fe	Rest.

Der Korngrößenbereich lag zwischen 37/105 µm, die vorge schlagene Schichtdicke bei 0,5 bis 0,6 mm.

Nach dem Strahlen mit Korund und dem nachträglichen Auf spritzen in situ wurde die Schichtdicke gemessen und eine Sichtkontrolle durchgeführt.

Bei der nächsten turnusgemäßen Überholung der Anlage wurde festgestellt, daß die aufgebrachte Schutzschicht einen kaum feststellbaren Angriff aufwies.

Beispiel 3

Bei Überholungsarbeiten an einer stationären Gasturbine wurde im Gasaustrittskanal ein verstärkter Korrosionsan griff festgestellt, der durch eine Fehlbedienung ausgelöst worden war.

Nun sollte versucht werden, durch Lichtbogendrahtspritzen eine Spritzschicht aufzubringen. Als Spritzwerkstoff wurde ein Fülldraht eingesetzt mit der berechneten Zusammenset zung (in Gew.-%) von:

Al\|18,0;
Cr	2,0;
Nb	0,01;
Si	0,1;
C	0,1;
Fe	Rest.

Die Spritzbeschichtung erfolgte vor Ort. Die auszubessernde Schichtdicke betrug an manchen Stellen bis zu 1,2 mm. Der zu beschichtende Bereich hatte eine Gesamtoberfläche von 0,5 m³.

Nach dem Strahlen und Aufspritzen wurde die aufgespritzte Schicht getestet, und die durch das Spritzen entstandenen Ränder wurden nachbearbeitet. An den bearbeiteten Stellen konnte man die Güte bzw. die Dichte der Schicht feststel len.

Bei einer Kontrolle nach einjähriger Standzeit konnte man keine Fehler in der aufgebrachten Schicht feststellen.

Beispiel 4

An den Sitzen der Auslaßventile eines langsam drehenden Schiffdieselmotors - und in deren Umgebung - wurde bei der Überholung starke Korrosionsangriffe, beispielsweise Durchbläser gefunden, die durch hohen Schwefelgehalt im Schweröl ausgelöst worden waren. Es wurden nun Versuche an diesen Dieselmotoren mit einer plasmagespritzten Beschich tung durchgeführt. Als Spritzwerkstoff wurde ein agglome rierter pulverförmiger Werkstoff eingesetzt mit einer Korn verteilung von 45/90 µm und einer Zusammensetzung (in Gew.-%) von:

Al\|15,0;
Cr	8,0;
Ta	0,5;
Ti	1,0;
Mo	0,5;
Si	0,5;
Ce	0,1;
C	1,0;
Fe	Rest.

Nach üblicher Vorbereitung durch Vorstrahlen mit gebroche nem Stahlkies und Fertigstrahlen mit Korund wurde die Be schichtung mit einer Schichtdicke von 0,2-0,4 mm durch Plasmaflammspritzen aufgebracht.

Bei den Unterhaltsarbeiten nach einer Laufzeit von 5000 Stunden konnten sowohl bei der visuellen Prüfung und als auch bei der Messung der Schichtdicke keine Beschädigungen an der Spritzschicht durch Korrosion festgestellt werden. Eine weitere Kontrolle wird nun bei den nächsten Unter haltsarbeiten erfolgen.

Beispiel 5

In den Absaugungskanälen vor der Filteranlage eines thermi schen Kraftwerkes wurde bei den jährlichen Unterhaltsarbei ten an manchen Stellen - besonders an den Kanalbögen - eine durch Schwefel- und Chlorverbindungen im Heißgas ver ursachte verstärkte Korrosion festgestellt.

Auf Anfrage des Betreibers sollten nun durch ein autogenes Draht-Flammspritzverfahren eine Beschichtung der angegrif fenen Stellen durchgeführt werden.

Als Spritzwerkstoff wurde für diese Arbeiten ein für korro sionsbeständige Beschichtungen neu entwickelter Fülldraht mit der folgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) verwendet:

Al\|23,0;
Cr	7,0;
Ti, Ta, Zr	0,5;
Mo	0,5;
Si	0,1;
C	1,2;
Fe	Rest.

Zum Beschichten wurden die ausgebauten Teile in der Werk statt des Kraftwerkes folgenden Arbeitsschritten unterzogen:

(a) Reinigen von den Korrosionsprodukten;
(b) Vorbereiten durch Strahlen mit Stahlkies;
(c) Aufspritzen der Schutzschicht.

Nach einer Standzeit von 8000 Stunden wurde beim nächsten Unterhaltsstop die Spritzschicht kontrolliert. Es wurde festgestellt, daß die Schicht nur sehr geringe Angriffe aufwies. Einem erneuten Einsatz im Rahmen von 8000 Stunden stand nichts im Wege.

Beispiel 6

An einer Filteranlage einer Chemiemüllverbrennungsanlage wurde an der Eingangsseite für die Heißgase ein starker Korrosionsangriff nach einer relativ kurzen Laufzeit der Anlage (500 Stunden) festgestellt.

Nach dem Ausbau der korrodierten Teile sollten diese durch eine nach dem Hochgeschwindigkeits-Flammspritz-Verfahren aufgebrachte Beschichtung geschützt werden. Die Kornvertei lung des Spritzpulvers lag zwischen 5/22 µm und die che mische Zusammensetzung (in Gew.-%) bei:

Al\|22,0;
Cr	1,0;
Ti	0,5;
Nb	0,01;
Si	0,01;
C	0,3;
Fe	Rest.

Nach dem Vorbereiten und Aufspritzen der Beschichtung wur den die Teile wieder in die Filteranlage eingebaut und die Anlage in Betrieb genommen. Nach mehreren durchgeführten Kontrollen wurde auch hier eine Verbesserung der Standzeit um das Dreifache festgestellt.

Claims

1. Spritzwerkstoff auf Eisenbasis zum Herstellen einer korrosionsbeständigen Beschichtung auf einem Heißkor rosionsbelastungen durch Schwefel-, Chlor- und ande ren korrosionsfördernden Verbindungen ausgesetzten Teils mittels thermischen Spritzens, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: Al 10,0 bis 33,0 Gew.-%; Cr <10,0 Gew.-%; Ti, Ta und/oder Zr <10,0 Gew.-%; Nb und/oder Mo <5,0 Gew.-%; Si <6,0 Gew.-%; Y, Hf und/oder Ce <2,0 Gew.-%; C <2,0 Gew.-%; Fe Rest.

2. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Aluminiumgehalt zwischen 15,0 bis 25,0 Gew.-%, vorzugsweise 18,0 bis 22,0 Gew.-%, auf weist.

3. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Chromgehalt zwischen 0,01 bis 8,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5,0 Gew.-%, aufweist.

4. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Siliziumgehalt zwischen 0,01 bis 4,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 3,0 Gew.-%, auf weist.

5. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Tantal-, Titan- und Zirkoniumgehalt zwischen 0,01 bis 8,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 6,0 Gew.-%, aufweist.

6. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Tantalgehalt zwischen 0,01 bis 8,0 Gew.-%, vor zugsweise 0,1 bis 6,0 Gew.-%.

7. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Titangehalt zwischen 0,01 bis 8,0 Gew.-%, vor zugsweise 0,1 bis 6,0 Gew.-%.

8. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zirkoniumgehalt zwischen 0,01 bis 8,0 Gew.-%, vor zugsweise 0,1 bis 6,0 Gew.-%.

9. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Niob- und Molybdängehalt zwischen 0,01 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%, aufweist.

10. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Niobgehalt zwischen 0,01 bis 3,0 Gew.-%, vor zugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%.

11. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Molybdängehalt zwischen 0,01 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-%.

12. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Yttrium-, Hafnium- und Cergehalt zwischen 0,01 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Gew.-%, aufweist.

13. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Yttriumgehalt zwischen 0,01 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%.

14. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hafniumgehalt zwischen 0,01 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%.

15. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Cergehalt zwischen 0,01 bis 1,0 Gew.-%, vor zugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%.

16. Spritzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß er einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 bis 1,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 1,0 Gew.-%, auf weist.

17. Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er als Fülldraht oder als gefüllter Röhrchendraht ausgebildet ist.

18. Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er ein agglome rierter pulverförmiger Werkstoff ist.

19. Verfahren zum Herstellen einer korrosionsbeständigen Beschichtung auf einem Heißgaskorrosionsbelastungen durch Schwefel-, Chlor- und anderen korrosionsför dernden Verbindungen ausgesetzten Teil mittels ther mischen Spritzens eines Werkstoffes auf Eisenbasis der folgenden Zusammensetzung: Al 10,0 bis 33,0 Gew.-%; Cr <10,0 Gew.-%; Ti, Ta und/oder Zr <10,0 Gew.-%; Nb und/oder Mo <5,0 Gew.-%; Si <6,0 Gew.-%; Y, Hf und/oder Ce <2,0 Gew.-%; C <2,0 Gew.-%; Fe Rest

in einer Schichtdicke zwischen 0,1 und 2,0 mm.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung im Lichtbogen-Drahtspritz- Verfahren aufgebracht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch autogenes Flammspritzen aufgebracht wird.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Hochgeschwindigkeits- Flammspritzen aufgebracht wird.

23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch Plasmaflammspritzen aufge bracht wird.

24. Verwendung einer korrosionsbeständigen Beschichtung gegen Heißgaskorrosion, die mit einem Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder nach dem Verfahren wenigstens eines der Ansprüche 19 bis 23 hergestellt ist, auf Teilen von großtechni schen Verbrennungsanlagen.

25. Verwendung einer korrosionsbeständigen Beschichtung gegen Heißgaskorrosion, die mit einem Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder nach dem Verfahren wenigstens eines der Ansprüche 19 bis 23 hergestellt ist, auf Teilen von Müllverbren nungsanlagen.

26. Verwendung einer korrosionsbeständigen Beschichtung gegen Heißgaskorrosion, die mit einem Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder nach dem Verfahren wenigstens eines der Ansprüche 19 bis 23 ist, auf Teilen von thermischen Kraftwerken zur Kohle- oder Ölverbrennung.

27. Verwendung einer korrosionsbeständigen Beschichtung gegen Heißgaskorrosion, die mit einem Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder nach dem Verfahren wenigstens eines der Ansprüche 19 bis 23 und/oder mit einem Spritzwerkstoff nach wenig stens einem der Ansprüche 6 bis 21, hergestellt ist, auf thermisch hochbelasteten Teilen von Triebwerken oder Motoren.

28. Verwendung einer korrosionsbeständigen Beschichtung gegen Heißgaskorrosion, die mit einem Spritzwerkstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder nach dem Verfahren wenigstens eines der Ansprüche 19 bis 22 hergestellt ist, auf hochbelasteten Teilen von Absauganlagen oder Filteranlagen.