DE3417197C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Stahl­ legierung, bestehend aus:

• 24,0 bis 26,0% Nickel, einschl. bis 0,3% Co
  19,0 bis 21,0% Chrom
   4,5 bis 5,0% Molybdän
   1,0 bis 2,0% Kupfer
  höchstens 2,0% Mangan
  höchstens 0,65% Silizium
  höchstens 0,035% Phosphor
  höchstens 0,020% Kohlenstoff
   0,10 bis 0,20% Stickstoff
  weniger als 60 ppm Schwefel
  Rest Eisen, einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen von insgesamt höchstens 0,3% und einzeln höchstens 0,1%,

als Werkstoff zur Herstellung von Bauteilen, deren Loch­ fraßpotential im Anwendungsbereich bis 100°C über dem Re­ doxpotential des Meerwassers liegen muß.

Werkstoffe mit verbesserter Beständigkeit gegen Lokalkor­ rosion, wie Lochkorrosion und Spaltkorrosion, werden in zunehmendem Maß in der Meerestechnik (Offshore-Öl-, Gas-, Erz- und Energiegewinnung) bei der Meerwasserentsalzung, in der Umwelttechnik (Abwasser, Abgas) sowie in der Kern­ technik (Wiederaufarbeitung und Endlagerung) benötigt.

Dabei müssen höher salzhaltige Medien bei höheren Temperaturen beherrscht werden, ohne daß die Wirtschaftlichkeit der Verfahren durch zu hohe Werkstoffkosten in Frage gestellt wird.

Zur Beurteilung der Lochfraßbeständigkeit werden elektro­ chemische Prüfverfahren eingesetzt, wie sie beispielsweise in

• (1) Prüfung und Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit von Stählen, Verlag Stahleisen, Düsseldorf (1973)
• (2) Horn, Kuron, Gräfen: Z. Werkstofftechnik 8. JG (1977, S. 37 ff)

beschrieben sind.

Dabei wird das sogenannte Lochfraßpotential in mV ermittelt, das als direktes Maß für die Beständigkeit gegen Lokalkorrosion angesehen werden kann. Es werden Prüfmedien verwendet, die mit denen in der Praxis vorkommenden iden­ tisch sind oder diesen möglichst nahekommen-

Bekannt ist in diesem Zusammenhang, daß das Lochfraßpoten­ tial mit steigender Temperatur sehr stark abnimmt. Üblicher­ weise trägt man das sogenannte Redoxpotential des Prüfmediums und das Lochfraßpotential des untersuchten Werkstoffs über der Temperatur auf. Unterschreitet das Lochfraßpotential des Werkstoffs die Redoxkurve, so muß mit Loch- und Spaltkorrosion gerechnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stahllegierung vorzuschlagen, deren Lochfraßpotential im Anwendungs­ bereich bis 100°C über dem Redoxpotential des Meerwassers liegt, ohne daß hierfür auf wirtschaftlich nicht vertret­ bar aufwendige Werkstoffe zurückgegriffen werden muß.

Aufgrund zahlreicher Untersuchungen wurde festgestellt, daß diese Bedingung auch dahingehend formuliert werden kann, daß bei 50°C ein Lochfraßpotential von mindestens 1000 mV und bei 75°C noch von mindestens 500 mV vorhanden ist.

Erfahrungsgemäß ergeben sich bei gleicher Zusammensetzung aus unterschiedlichen Maßnahmen bei der Herstellung der Werkstoffe Schwankungen des Lochfraßpotentials von bis zu 50 mV, was bei den oben angegebenen Mindestwerten schon berücksichtigt worden ist.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß für den genannten Anwendungszweck eine Stahllegierung geeignet ist, wie sie aus der JP-A2 52-138 420 bekanntgeworden ist bzw. durch Abwandlung der Stahllegierung gemäß Werkstoff Nr. 1.4539 gewonnen werden kann, indem man 0,10 bis 0,20% Stickstoff zusetzt und den Schwefelgehalt auf Werte kleiner 60 ppm begrenzt.

Weitere Einzelheiten werden an Hand der in Tabelle 1 aufge­ führten Analysenbeispiele sowie der Fig. 1 bis 4 näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Redox-Potential des Meerwassers sowie die Lochfraßpotentiale der Proben 1, 4 und 5;

Fig. 2 zeigt das Lochfraßpotential der Proben 1 bis 6 bei 50°C in Abhängigkeit vom N- und S-Gehalt;

Fig. 3 zeigt die kritische Lochfraßtemperatur der Proben 3, 4 und 5 für ein anderes Prüfmedium, wiederum in Abhängigkeit vom N- und S-Gehalt;

Fig. 4 zeigt die Festigkeitswerte des Werkstoffs 1.4539 in Abhängigkeit vom N-Gehalt.

In Fig. 1 sind außer dem Redoxpotential des Meerwassers (Linie A), die Lochfraßpotentiale der Proben 1, 4 und 5 aufgetragen (Kurven 1, 4 und 5). Probe 1 hat eine Zusam­ mensetzung entsprechend dem nicht modifizierten Werk­ stoff 1.4539. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dieser Werkstoff nur bis etwa 55°C ein Lochfraßpotential hat, das über dem Redoxpotential des Meerwassers liegt. Im interessanten Anwendungsbereich um 100°C ist dieser Werkstoff daher nicht brauchbar. Anders verhält es sich mit den Proben 4 und 5, die bei einer im übrigen gleichen Grundzusam­ mensetzung erfindungsgemäß einen N-Gehalt von 0,127 bzw. 0,192% aufweisen und gleichzeitig nur noch 0,006 bzw. 0,004% Schwefel enthalten. Beide Proben weisen bei 50 bzw. 75°C die geforderten Lochfraßpotentiale von 1000 bzw. 500 mV auf und sind daher beispielsweise in Meerwasser­ entsalzungsanlagen bis mindestens 100°C einsetzbar.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 wird deutlich, daß es nicht genügt, nur den N-Gehalt zwischen 0,10 bis 0,20% einzustellen oder den S-Gehalt auf unter 60 ppm abzusenken. Um die geforderten Werte zu erreichen, müssen beide Bedingungen erfüllt sein. Die Probe 1 hat mit dem niedrigsten N-Gehalt und dem höchsten S-Gehalt aller 6 Proben das geringste Lochfraßpotential von lediglich 440 mV. Durch eine Absenkung des S-Gehaltes auf 50 ppm beim Werkstoff 2 kann zwar schon eine kleine aber noch nicht ausreichende Verbesserung auf 640 mV erzielt werden.

Auch eine Erhöhung des N-Gehaltes auf rund 0,08% bei Probe 3 bringt alleine noch keine ausreichende Verbesserung des Lochfraßpotentials. Bei einem N-Gehalt von 0,13% und einem S-Gehalt von 90 ppm, (Probe 6) ist das Lochfraßpotential schon knapp ausreichend. Unter Berücksichtigung der fertigungsbedingten Einflüsse sind letztlich aber nur die Proben 4 und 5 zufriedenstellend, bei denen die erfin­ dungsgemäß einzuhaltenden Bedingungen beide erfüllt sind.

Fig. 3 zeigt die kritische Lochfraßtemperatur der Proben 3 bis 5 in 10%iger FeCl₃×6 H₂O-Lösung. In diesem, verglichen mit Meerwasser wesentlich agressiveren Medium liegen die kritischen Lochfraßtemperaturen verständlicher­ weise niedriger als im Meerwasser. Auch aus dieser Dar­ stellung ergibt sich, daß mit den erfindungsgemäßen Maß­ nahmen eine deutliche Steigerung der Beständigkeit gegen Lokalkorrosion erreicht wird, in diesem Fall ausgedrückt durch eine Steigerung der kritischen Lochfraßtemperatur von 48°C bei der Probe Nr. 3 auf über 50 bzw. 60°C bei den Proben 5 und 4.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß die Maßnahmen zur Verbesserung des Lochfraßpotentials keinen nachteiligen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs haben. Soweit sich ein Einfluß des N-Gehalts bemerkbar macht (unterer Teil der Darstellung) ist er positiv. Zugfestigkeit R _m , Streckgrenze R _{p 0,2} und Härte HV 30 des Werkstoffs nehmen bis etwa 0,13% N deutlich, darüber schwächer zu. Bei der Kerbschlagzähigkeit A _v , der Dehnung A₅ und der Bruch­ schnürung Z (oberer Teil der Darstellung) sind im Be­ reich 0,08 bis 0,19% N praktisch keine positiven oder negativen Veränderungen meßbar.

Auch bei der Schweißprüfung nach dem WIG-Verfahren wurden keine negativen Folgen der erfindungsgemäßen Maßnahmen festgestellt. An einem 10 mm dicken Blech mit der Zusam­ mensetzung gemäß Probe 4 wurde eine übliche 70° V-Naht als Verbindungsschweißung mit arteigenem Schweißzusatzmaterial ausgeführt. Es gab weder beim Schweißen selbst Schwierig­ keiten noch zeigten die anschließenden Röntgenuntersuchungen irgendwelche Innenfehler oder Gasblasen, wie diese bei hoch-stickstoffhaltigen Werkstoffen an sich zu erwarten sind.

Damit steht fest, daß ein Stickstoffzusatz von 0,10 bis 0,20% zu dem Werkstoff 1.4539 bei gleichzeitiger Absenkung des S-Gehalts auf weniger als 60 ppm eine deutliche Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit bewirkt, ohne daß die Festigkeit- und Schweißeigenschaften beeinträchtigt werden. Die eingangs gestellte Aufgabe konnte also mit geringem Aufwand und insbesondere ohne Verwendung teurer zusätzlicher Legierungsbestandteile gelöst werden.

Tabelle 1

Claims (2)

1. Verwendung einer Stahllegierung, bestehend aus:

   • 24,0 bis 26,0% Nickel, einschl. bis 0,3% Co
     19,0 bis 21,0% Chrom
      4,5 bis 5,0% Molybdän
      1,0 bis 2,0% Kupfer
     höchstens 2,0% Mangan
     höchstens 0,65% Silizium
     höchstens 0,035% Phosphor
     höchstens 0,020% Kohlenstoff
      0,10 bis 0,20% Stickstoff
     weniger als 60 ppm Schwefel
     Rest Eisen, einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen von insgesamt höchstens 0,3% und einzeln höchstens 0,1%,
2. als Werkstoff zur Herstellung von Bauteilen, deren Lochfraßpotential im Anwendungsbereich bis 100°C über dem Redoxpotential des Meerwassers liegen muß