DE3729577C1 - Use of a steel in the construction of tankers for chemicals - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines hochfesten austenitischen korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Mangan-Molybdän-Niob-Stickstoff-Stahles mit herausragender Säurebeständigkeit für die Verwendung als Konstruktionswerkstoff im Chemikalien-Tankerbau.

Bislang wurden bei der Konstruktion von Tankbehältern im Chemikalientankerbau vornehmlich austenitische Standardwerkstoffe wie z. B. Werkstoff- Nrn. 1.4435, 1.4438, 1.4429, 1.4439 mit Stickstoffgehalten bis zu 0,2% eingesetzt. Die Mindestwerte für die 0,2-Dehngrenze enden bei diesen Werkstoffen bei rd. 300 N/mm². Diese Festigkeitswerte wurden nicht allen Anforderungen, insbesondere in Bereichen, wie im Chemikalien- Tankerbau, wo es auf hohe Festigkeit und gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer Vielzahl von aggressiven Chemikalien ankommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkstoff vorzuschlagen, der diesen Beanspruchungen standhält.

Erfindungsgemäß wird der Einsatz von Chrom-Nickel-Mangan-Molybdän-Niob- Stickstoff legierten Stählen der im Anspruch angegebenen Zusammensetzung für diesen Verwendungszweck vorgeschlagen. Mit Stählen dieser Zusammensetzung lassen sich 0,2-Dehngrenzenwerte von über 350 N/mm² erreichen. Bei der betrieblichen Produktion derartiger Stähle lassen sich mit der heutigen Technik bereits 0,2-Dehngrenzenwerte von über 500 N/mm² sicher einstellen. Die höheren Festigkeitswerte erlauben den Einsatz dünnerer Bleche und können somit zur Einsparung von Material und Gewicht führen.

Aus Gründen der Korrosionsbeständigkeit sollte der Kohlenstoffgehalt maximal 0,03% betragen. Chrom- und Molybdängehalte in den vorgeschlagenen Gehaltsgrenzen sind wesentlich für die Korrosionsbeständigkeit. Chrom ist aus Kostengründen auf max. 30% begrenzt, während Molybdän wegen der Gefahr von Ausscheidungen nicht höher als 6% zugesetzt werden sollte. Stickstoff verleiht dem Werkstoff auch bei höheren Molybdän- Gehalten eine höhere Festigkeit und bessere Gefügestabilität im Bereich von 0,3 bis 0,6%. Höhere Gehalte als 0,6% N wirken versprödend. Mangan im Bereich von 4 bis 10% erhöht die Stickstoff-Löslichkeit und verbessert die Austenitstabilität. Höhere Gehalte als 10% bringen keine Verbesserung. Niob hat nur geringe Löslichkeit im austenitischen Mischkristall. Der größere Teil des bis 1% zugegebenen Gehaltes bildet zusammen mit Chrom und Stickstoff die sogenannte Z-Phase, die durch eine Ausscheidungshärtung zu einer erheblichen Festigkeitssteigerung führt. Vanadium wirkt ähnlich wie Niob. Besonders effektiv ist eine Kombination beider Elemente im angegebenen Bereich von jeweils 0,01 bis 1%.

Für den Betrieb eines Chemikalientankers spielt die Bandbreite der mit dem verwendeten Konstruktionswerkstoff zu transportierenden Medien eine entscheidende Rolle für die Wirtschaftlichkeit. Vergleichende Korrosionsuntersuchungen zeigen, daß mit dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl ein deutlich besseres Korrosionsverhalten erreicht wird als mit den bisher eingesetzten austenitischen Standardwerkstoffen.

Aus der Fülle der im Chemikalien-Tankerbetrieb anfallenden Korrosionsprobleme sollen nachfolgend einige Beispiele herausgegriffen und Versuchsergebnisse dargestellt werden.

Beispiel 1

Bei dem Transport von Phosphorsäure stellen die in Phosphorsäure immer vorhandenen Verunreinigungen besondere korrosionschemische Anforderungen an die verwendeten Konstruktionswerkstoffe.

Bild 1 zeigt die Masseverluste der untersuchten Stähle bei der Prüfung in Rohphosphorsäure mit unterschiedlichen Gehalten an HF und Cl^-. Der erfindungsgemäß zu verwendende hochstickstoffhaltige austenitische Stahl C mit der Zusammensetzung gemäß Tafel 1 und den in Tafel 2 angegebenen mechanischen Eigenschaften zeigt unter allen Prüfbedingungen eine deutliche Überlegenheit gegebenüber den zum Vergleich herangezogenen (nicht erfindungsgemäß zu verwendenden) austenitischen Standardstählen Werkstoff-Nr. 1.4429 (A) und 1.4438 (B). Unter verschärften Bedingungen, d. h. bei höheren Gehalten an Verunreinigungen wird bei allen untersuchten Stählen ein höherer Masseverlust festgestellt, wobei die grundsätzlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Stählen weitgehend erhalten bleiben, also der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl C am besten abschneidet.

Beispiel 2

Das Verhalten der untersuchten Stähle in einer hochkonzentrierten Phosphorsäure, der sogenannten Superphosphorsäure, ist in Bild 2 dargestellt. Bei dieser hohen Phosphorsäurekonzentration befinden sich alle untersuchten Stähle in einem nahezu stabil passiven Zustand. Die Abtragungsraten sind entsprechend gering, wobei der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl C auch hier die niedrigsten Masseverluste aufweist.

Beispiel 3

In einem weiteren Beispiel ist das Verhalten der Stähle A, B und C in einer verdünnten Schwefelsäurelösung bei erhöhter Temperatur, d. h. unter Bedingungen, wie sie beim Reinigen von Tanks auftreten können, in Bild 3 dargestellt. Auch hier zeigt der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl C eine um den Faktor 5 bessere Beständigkeit gegenüber dem Stahl B. Im Vergleich zu dem Stahl A wird sogar eine um den Faktor 10 bessere Beständigkeit ermittelt.

Diese Beispiele zeigen, daß der Einsatz des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls anstelle der bisher verwendeten austenitischen Standardwerkstoffe eine Erweiterung der sogenannten Cargo-Liste erlaubt, in der die Grenzbereiche für die verschiedenen Chemikalien angegeben sind, die mit dem jeweiligen Tanker transportiert werden dürfen.

Tafel 1

Chemische Zusammensetzung des Stahls C

Tafel 2

Mechanische Eigenschaften des Stahls C quer zur Walzrichtung

Prüfung bei RT

Claims (1)

1. Verwendung eines Stahls, bestehend aus max. 0,03% C
   0,1 bis 2% Si
   4 bis 10% Mn
   15 bis 30% Cr
   12 bis 20% Ni
   2 bis 6% Mo
   0,3 bis 0,6% N
   0,01 bis 1% Nb
   0,01 bis 1% V
   Rest Fe einschließlich üblicher Verunreinigungenmit einer 0,2-Dehngrenze von mindestens 350 N/mm² als säurebeständiger Konstruktionswerkstoff im Chemikalien-Tankerbau.