DE3830365C2 - Verwendung von ferritischen Chrom - Molybdän-Stählen als gegen konzentrierte Schwefelsäure beständigem Werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines ferritischen Chrom-Molybdän-Stahles mit guter Korrosionsbeständigkeit gegenüber konzentrierter Schwefelsäure.

Schwefelsäure wird im allgemeinen durch katalytische Umsetzung des SO₂-Gehaltes von Gasen zu SO₃ und - bei trockenen Gasen - anschließender Absorption des gebildeten SO₃ in konzentrierter Schwefelsäure oder - bei feuchten Gasen - anschließender Kondensation der gebildeten Schwefelsäure hergestellt.

Dabei kommen Trockner, Absorber, Wärmeaustauscher, Pumpenvorlagen, Rohrleitungen usw. mit konzentrierter Schwefelsäure ab etwa 94 Gew.-% und erhöhter Temperatur in Berührung. Diese Schwefelsäure ist ein äußerst aggressives Medium, das auf die verwendeten Konstruktionsteile eine schnelle und starke Korrosion ausübt. Alle Konstruktionsteile, die mit dieser Schwefelsäure in Berührung kommen, müssen deshalb aus korrosionsbeständigen Materialien bestehen. Als solche Materialien werden spezielle Stahllegierungen, Gußeisen, Kunststoffe, Keramik, Glas, Graphit oder entsprechende Auskleidungen verwendet. Die nicht-metallischen Materialien haben jedoch eine geringe mechanische Festigkeit und bei vielen Anwendungsfällen treten Verarbeitungsprobleme auf. Die metallischen Materialien haben zwar eine gute mechanische Festigkeit, jedoch ist ihre Korrosionsbeständigkeit in manchen Fällen nicht ausreichend, das Material läßt sich schlecht verformen oder das Material ist sehr teuer.

Aus der DE 21 54 126 C2 ist die Verwendung einer Chrom, Molybdän, Kobalt, Mangan, Kupfer und Silizium enthaltenden austenitischen Nickellegierung für Säurekonzentrationen von 65% und mehr bekannt. Diese Legierung ist wegen ihrer schwierigen Verformbarkeit auf den Einsatz als Wellen, Lager, Pumpen, Ventilbestandteile und dergleichen Elemente beschränkt.

Aus der DE 33 20 527 A1 ist die Verwendung von austenitischen Stählen mit einem Siliziumgehalt von 4,6 - 5,8% bekannt. Die Verarbeitbarkeit und die Herstellung dieses Materials ist aber erschwert.

In der EP 130 967 B2 sind vier Werkstoffe für den Einsatz in Schwefelsäure von 98 bis 101% und einer Temperatur von mehr als 120°C beschrieben. Die besten Korrosionseigenschaften hat der ferritische Werkstoff Alloy 26-1 (Werkstoff Nr. 1.4131, XlCrMo 261), dessen Nickelgehalt maximal 0,5% beträgt. Dieser Werkstoff bedingt jedoch Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und seine Korrosionsbeständigkeit nimmt mit fallender Konzentration der Schwefelsäure stark ab.

In der EP 181 313 A2 wird nach dem Alloy 26-1 der ferritische Werkstoff 29-4-2 als nächstbester Werkstoff für den Einsatz in Schwefelsäure von 98 - 101% genannt. Dieser Werkstoff enthält 28 - 30% Cr, 3,50 - 4,20% Mo und 2,00 - 2,50 Ni. Auch dieser Werkstoff bedingt erhebliche Schwierigkeiten bei der Verarbeitung und seine Korrosionsbeständigkeit nimmt mit fallender Konzentration der Schwefelsäure stark ab.

Aus der EP 200 862 B2 ist die Verwendung einer Molybdän-freien, Chrom-haltigen Legierung für den Einsatz in Schwefelsäure oberhalb 96% und Temperaturen bis 350°C bekannt, wobei es nicht von Bedeutung ist, ob sie in ferritischer, ferritisch-austenitischer oder austenitischer Gefügeform vorliegt. Dieser Werkstoff hat, insbesondere in ausstenitischer und austenitisch-ferritischer Gefügeform und bei Schwefelsäuren mit geringerer Konzentration keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit.

Aus DE-Z "Werkstoffe und Korrosion" 38 (1987), S. 188-199 ist die Verwendung von hochlegierten Austeniten für die Anwendung in ruhender und bewegter, hochkonzentrierter Schwefelsäure ( 95%) bekannt. Die beschriebenen Werkstoffe X2CrNiMoN2525 (W.-Nr. 1.4465), X1CrNiMoNb2842 (W.-Nr. 1.4575) und NiCr29Fe (W.-Nr. 24642) weisen über den Temperaturbereich von 100 bis 150°C Korrosionsraten bis max. 0,35 mm/a auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der in Schwefelsäure eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, gute Kneteigenschaften und damit Verarbeitungseigenschaften hat, und der kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Verwendung eines ferritischen korrosionsbeständigen Chrom-Molybdän-Stahls, bestehend aus (in Gew.-%):

Kohlenstoff| 0,02%
Silizium	1,00%
Mangan	1,00%
Schwefel	0,015%
Chrom	26 bis 30%
Nickel	3,0 bis 4,5%
Molybdän	1,8 bis 3,0%
Niob	12 × % Kohlenstoff 1,2%
Kohlenstoff + Stickstoff	0,045%

und Rest Eisen mit schmelztechnisch bedingten Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Konstruktionsteilen, die gegenüber Schwefelsäure einer Konzentration ab 94 Gew.-% mit einer Temperatur bis unterhalb des Siedepunktes der Schwefelsäure beständig sind und die in Schwefelsäure einer Konzentration von 98,5% bis 99,5% bei 150°C eine Abtragungsrate von max. 0,01 mm/a, bei 175°C von max. 0,02 mm/a und bei 200°C von max. 0,04 mm/a aufweisen und bis zu einer Dicke von 50 mm schweißbar sind.

Schmelztechnisch bedingte Verunreinigungen können z. B. sein Phosphor, Aluminium, Vanadium, Titan, Tantal, Calzium, Magnesium, Cer, Bor.

Diese Verunreinigungen sollen zusammen nicht mehr als 1% betragen. Der Werkstoff hat gute Umformungseigenschaften und eignet sich sehr gut zur Herstellung von Konstruktionsteilen aus Blechen oder Bändern, wie z. B. Wärmeaustauscher, Rohrleitungen, Pumpenvorlagen, Berieselungssysteme, Absorber usw. Der Werkstoff ist auch gegen kalte Schwefelsäure korrosionsfest.

Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht in der Verwendung eines ferritischen Chrom-Molybdän-Stahles bestehend aus (in Gew.-%):

Kohlenstoff| 0,02%
Chrom	27 bis 29%
Nickel	3,0 bis 4,5%
Molybdän	2,0 bis 3,0%
Kohlenstoff + Stickstoff	0,045%
(Niob + Zirkon)	10 × % (Kohlenstoff + Stickstoff)

und Rest Eisen mit schmelztechnisch bedingten Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Konstruktionsteilen, die gegenüber Schwefelsäure einer Konzentration ab 94 Gew.-% mit einer Temperatur bis unterhalb des Siedepunktes der Schwefelsäure beständig sind und die in Schwefelsäure einer Konzentration von 98,5% bis 99,5% bei 150°C eine Abtragungsrate von max. 0,01 mm/a, bei 175°C von max. 0,02 mm/a und bei 200°C von max. 0,04 mm/a aufweisen und bis zu einer Dicke von 50 mm schweißbar sind.

Dieser Stahl zeigt besonders gute Korrosionseigenschaften.

In der Tabelle I wird das Korrosionsverhalten des erfindungsgemäßen Werkstoffes bei verschiedenen Temperaturen und Schwefelsäurekonzentrationen gezeigt.

Das Korrosionsverhalten wurde durch Tauchversuche ermittelt. Die Versuchsdauer betrug in allen Fällen 25 Tage. Die Abtragungsraten wurden durch gravimetrische Differenzwägung und Umrechnung auf mm/a bestimmt. Das Prüfmedium wurde nach jedem Prüfzyklus erneuert.

Der Werkstoff enthielt 28% Cr, 2% Mo und 4% Ni.

Tabelle I

In Schwefelsäure mit einer Konzentration von 95 Gew.-% betrugen die Abtragungsraten:

bei 100°C 0,06 mm/a
bei 125°C 0,05 mm/a
bei 150°C 0,32 mm/a

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung des Werkstoffes bestehen darin, daß im angegebenen Bereich für das Molybdän die Ausscheidungsneigung von spröden, intermetallischen Phasen relativ gering ist. Der Nickelgehalt erhöht die Ausscheidungsträgheit relativ stark und engt im thermodynamischen Gleichgewicht die heterogenen Gebiete ein. Die Kombination dieser beiden Wirkungen führt zu einer höheren Gefügestabilität beim Schweißen und bei Wärmebehandlungsvorgängen. Diese ergibt eine gute Korrosionsbeständigkeit und Duktitlität in Form von Kerbschlagfestigkeit. Der Wirkstoff ist bis zu einer Dicke von 50 mm schweißbar, während der Werkstoff 29-4-2 nur bis zu etwa 2 mm schweißbar ist.

Der erfindungsgemäße Werkstoff weist also bei sehr guter Korrosionsfestigkeit eine sehr gute Verarbeitbarkeit auf.

Claims (4)

1. Verwendung eines ferritischen korrosionsbeständigen Chrom-Molybdän-Stahls, bestehend aus (in Gew.-%): Kohlenstoff| 0,02% Silizium 1,00% Mangan 1,00% Schwefel 0,015% Chrom 26 bis 30% Nickel 3,0 bis 4,5% Molybdän 1,8 bis 3,0% Niob 12×% Kohlenstoff 1,2% Kohlenstoff + Stickstoff 0,045 und Rest Eisen mit schmelztechnisch bedingten Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Konstruktionsteilen, die in Schwefelsäure einer Konzentration von 98,5% bis 99,5% bei 150°C eine Abtragungsrate von max. 0,01 mm/a, bei 175°C von max. 0,02 mm/a und bei 200°C von max. 0,04 mm/a aufweisen und bis zu einer Dicke von 50 mm schweißbar sind.

2. Verwendung eines ferritisch korrosionsbeständigen Chrom-Molybdän-Stahls nach Anspruch 1, bestehend aus (in Gew.-%): Kohlenstoff| 0,02% Chrom 27 bis 29% Nickel 3,0 bis 4,5% Molybdän 2,0 bis 3,0% Kohlenstoff + Stickstoff 0,045 (Niob + Zirkon) 10 × % (Kohlenstoff + Stickstoff) und Rest Eisen mit schmelztechnisch bedingten Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung von Konstruktionsteilen, die in Schwefelsäure einer Konzentration von 98,5% bis 99,5% bei 150°C eine Abtragungsrate von max. 0,01 mm/a, bei 175°C von max. 0,02 mm/a und bei 200°C von max. 0,04 mm/a aufweisen und bis zu einer Dicke von 50 mm schweißbar sind.

3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konstruktionsteile aus Blechen oder Bändern hergestellt werden.

4. Verwendung eines Stahls nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Konstruktionsteile, Wärmeaustauscher, Rohrleitungen, Pumpenvorlagen, Berieselungssysteme oder Absorber sind.