WO2018108208A1

WO2018108208A1 - Verwendung einer nickel-chrom-molybdän-legierung

Info

Publication number: WO2018108208A1
Application number: PCT/DE2017/101066
Authority: WO
Inventors: Martin Wolf; Rainer Behrens
Original assignee: Vdm Metals International Gmbh
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-06-21
Also published as: JP2020508872A; CN110036125A; KR102354868B1; EP3555329A1; US20200048741A1; DE102016124588A1; JP6918114B2; KR20190087464A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung (in Masse-%): Cr 20,0 - 23,0%, Mo 18,5 - 21,05%, Fe ≤ 1,5%, Mn ≤ 0,5%, Si ≤ 0,1%, Co ≤ 0,3%, W ≤ 0,3%, Cu ≤ 0,5%, AI ≤ 0,4%, C ≤ 0,01%, P ≤ 0,015%, S ≤ 0,01%, N 0,02 - 0,15%, bedarfsweise V ≤ 0,3%, Nb ≤ 0,2%, Ti ≤ 0,02%, Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen als Plattierwerkstoff im Bereich von thermischen Verwertungsanlagen und Ersatzstoffbrennanlagen.

Description

Verwendung einer Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer stickstofflegierten Nickel-Chrom- Molybdän-Legierung für das Beschichten von Stählen, welche eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien aufweist, die bei der thermischen Verwertung entstehen können.

Die WO 98/55661 offenbart eine knetbare homogene austenitische Nickellegierung mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven flüssigen Medien, sowohl unter oxidierenden als auch reduzierenden Bedingungen und einer ausgezeichneten Beständigkeit gegenüber Lokalkorrosion in sauren, chloridhaltigen Medien. Die Legierung besteht aus (Masse-%) Chrom 20,0 - 23,0%, Molybdän 18,5 - 21 ,0%, Eisen max. 1 ,5%, Mangan max. 0,5%, Silizium max. 0,1 %, Kobalt max. 0,3%, Wolfram max. 0,3%, Kupfer max. 0,3%, Aluminium 0,1 - 0,3%, Magnesium 0,001 - 0,15%, Kalzium 0,001 - 0,01 %, Kohlenstoff max. 0,01 %, Stickstoff 0,05 - 0,15%, Vanadium 0,1 - 0,3%, Rest Nickel und weiteren erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. Die Legierung eignet sich als Werkstoff für Bauteile, die gegenüber chemischem Angriff beständig sein müssen und als überlegierter Schweißzusatz für andere Nickel-Basiswerkstoffe.

Als Plattierwerkstoffe in der Anwendung für die thermische Verwertung wie zum Beispiel in Müllverbrennungsanlagen, Ersatzstoffbrennanlagen oder Biomasseanlagen, werden z.Zt. Nickellegierungen wie zum Beispiel FM 625, FM 622 sowie FM 686 eingesetzt. Obwohl Wärmetauscherrohre; Heizflächen sowie Rauchgas berührte Flächen und andere Bauteile vielfach durch Plattieren gegen Korrosion geschützt werden, treten je nach eingesetztem Werkstoff und Betriebsbedingungen Abzehrungen an den Überhitzerohren und anderen thermisch beanspruchten Bauteilen auf, die den Betreiber zu Stillständen und kostenintensiven Wartungsarbeiten zwingen. Ziel der Erfindung ist es, die gemäß Stand der Technik seit Jahren eingesetzte Legierung einem neuen Anwendungsbereich im Bereich des Plattierens zuzuführen.

Dieses Ziel wird erreicht durch die Verwendung einer Legierung der

Zusammensetzung (in Masse-%)

Cr 20,0 - 23,0%

Mo 18,5 - 21 ,05%

Fe < 1 ,5%

Mn < 0,5%

Si -s 0,1 %

Co < 0,3%

W < 0,3%

Cu < 0,5%

AI < 0,4%

C < 0,01 %

P < 0,015%

S < 0,01 %

N 0,03 - 0,15%

bedarfsweise

V <0,3%

Nb < 0,2%

Ti < 0,02%

Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

als Plattierwerkstoff im Bereich von thermischen Verwertungsanlagen und

E rsatzstof f bre n n an lag e n .

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei Untersuchungen des o.g. Werkstoffes, der bislang ausschließlich im Nasskorrosionsbereich eingesetzt wird, wurde überraschenderweise festgestellt, dass dieser auch im Temperaturbereich der thermischen Verwertung vorteilhaft zu verwenden ist.

Bevorzugte chemische Zusammensetzungen (in Masse-%) werden nachstehend angeführt:

Cr > 20,0 - < 23,0 %

Mo >18,5 - < 21 ,0 %

Fe > 0,1 - < 1 ,0%

Mn > 0,05 - < 0,4 %

Si > 0,05 - < 0,10 %

Co < 0,2 %

W < 0,25 %

Cu < 0,4 %

AI < 0,3 %

C < 0,05 %

P < 0,015 %

S < 0,005 %

N 0,04 - < 0,10 %

bedarfsweise

V < 0,25 %

Nb < 0,2 %

Ti < 0,02 %

Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

Korrosionsbeanspruchungen in Bauteilen und mit Rauchgas berührte Flächen von thermischen Verwertungsanlagen sind vielfältig und komplex. So treten diverse (diffusionsgesteuerte) Hochtemperaturkorrosionsarten, wie Korrosion durch Aufkohlung, aufgeschmolzene Salze oder Korrosion durch Halogene (insbesondere Chlor) auf. Darüber hinaus können die eingesetzten Werkstoffe in Stillstands- und Wartungszeiten zusätzlich durch Nasskorrosionsmechanismen stark beansprucht werden. Es hat sich herausgestellt, dass der an sich bekannte Werkstoff hervorragend geeignet ist, um als Plattierwerkstoff im Bereich einer thermischen Verwertungsanlage eingesetzt zu werden. In verschiedenen Untersuchungen wurde nachgewiesen, dass dieser Werkstoff bezogen auf das Verfahren der Schweißplattierung über eine ausgezeichnete Schweißbarkeit (hohe Risssicherheit und gutes Benetzungsvermögen) verfügt. Das Aufbringen der Plattierschichten kann außer durch Auftragschweißen auch zum Beispiel durch Flamm- oder Plasmaspritzen mittels Pulver oder Draht erfolgen.

Im Prüfmedium„Grüner Tod" liegt die kritische Lochfrasstemperatur ab der zweiten Auftragsschweißlage bei ca. 135°C. Damit erscheinen verstärkte Nasskorrosionsangriffe durch Lochfrasskorrosion in Stillstands- und Wartungszeiten eher unwahrscheinlich.

Ferner zeigte sich, dass das reine Schweißgut im betriebsbeanspruchten Zustand mit mindestens 600 MPa über eine überraschend hohe Dehngrenze RP0,2 verfügt. Zudem konnte festgestellt werden, dass durch die Betriebsbeanspruchung eine Zunahme der Härte erfolgt, wie Tabelle 1 zeigt. Zusätzlich zum hohen Chrom und Molybdängehalt der Legierung und dem Mechanismus der Mischkristallhärtung erfolgt eine weitere Härtezunahme im Betriebszustand durch die Ausscheidung intermetallischer Phasen.

Es ist mit diesen experimentellen Ergebnissen zu erwarten, dass unter den harten Bedingungen einer thermischen Verwertungsanlage, wo nicht nur die rein diffusionsgesteuerte/elektrochemische Korrosion eine Rolle spielt, sondern insbesondere auch die Kombination mit dem Widerstand eines Werkstoffes gegen mechanische Beanspruchung, z.B. durch Streu- und Rauchpartikel (Erosion bzw. Erosionskorrosion), dieser Werkstoff über ein neuartiges Eigenschaftsprofil verfügt.

Anhand eines Beispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert: Figur 1 zeigt als Beispiel ein Wärmetauscherrohr 1 , das in einer Müllverbrennungsanlage (nicht dargestellt) eingesetzt werden kann. Das Rohr 1 soll in diesem Beispiel ein wassergekühltes Bauteil aus einem C-Stahl sein. Mittels eines nur angedeuteten Schweißbrenners 2 (z.B. MSG oder WIG) wird unter Rotation 3 des Rohres 1 ein Auftragsschweißwerkstoff 4 aufgebracht.

In Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen einerseits des erfindungsgemäßen Auftragsschweißwerkstoffes sowie bisher zum Einsatz gelangender alternativer Werkstoffe angeführt.

Tabelle 1 In Tabelle 2 sind Werkstoffdaten der in Tabelle 1 angeführten Werkstoffe im geschweißten Zustand aufgelistet.

Tabelle 2

Ausgangszustand (wie geschweißt) und im ausgelagerten Zustand

Der Werkstoff FM 2120, einsetzbar für Bauteile in Müllverbrennungsanlagen, zeichnet sich gegenüber den Vergleichswerkstoffen durch höhere Festigkeitswerte RP 0,2 sowie Rm aus. Spätere Berechnungen mit Calphad Software haben gezeigt, dass dieser Effekt unter anderem hervorgerufen wird durch die Bildung intermetallischer Phasen, wie zum Beispiel die μ-Phase. Dies lässt sich auch durch metallografische Untersuchungen belegen.

Die Berechnung des Phasendiagramms zeigt in dem Temperaturbereich unterhalb von 920°C die Anwesenheit der intermetallischen μ-Phase (Figur 2) für den thermodynamischen Gleichgewichtszustand voraus. Die Menge dieser Phasen liegt bei 650°C bei etwa 27 Gew.-% (Figur 3) und führt zur Änderung der mechanisch technologischen Eigenschaften und Gefügeeinstellung des Plattierwerkstoffs. Die μ-Phase wird dabei durch den länger andauernden Wärmeeinfluss im Temperaturbereich im Existenzbereich dieser Phase im Plattierwerkstoff gebildet.

Claims

Patentansprüche

1. Verwendung einer Legierung der Zusammensetzung (in Masse-%)

Cr 20,0 - 23,0%

Mo 18,5-21,05%

Fe < 1 ,5%

Mn < 0,5%

Si -s 0,1%

Co < 0,3%

W < 0,3%

Cu < 0,5%

AI < 0,4%

C £0,01%

P < 0,015%

S £0,01%

N 0,02-0,15%

bedarfsweise

V < 0,3%

Nb < 0,2%

Ti < 0,02%

Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen

als Plattierwerkstoff im Bereich von thermischen Verwertungsanlagen und

Ersatzstoffbrennanlagen.

2. Verwendung nach Anspruch 1 mit folgender Zusammensetzung (in Masse- %):

Cr > 20,0 - < 23,0 %

Mo >18,5 -< 21,0%

Fe > 0,1 - < 1 ,0%

Mn > 0,05 - < 0,4 %

Si > 0,001 -<0,10% Co < 0,2 %

W < 0,25 %

Cu < 0,4 %

AI < 0,3 %

C < 0,05 %

P < 0,015 %

S < 0,005 %

N 0,04 - < 0,1 %

bedarfsweise

V < 0,25 %

Nb < 0,2 %

Ti < 0,02 %

Ni Rest sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Plattierwerkstoff im Bereich von Wärmetauscherrohren der Müllverbrennungsanlage eingesetzt wird.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattierwerkstoff nach dem Auftragen im betriebsbeanspruchten Zustand eine Dehngrenze Rp 0,2 von min. 600 MPa aufweist.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Plattierwerkstoff als Auftragsschweißwerkstoff eine Dehngrenze Rp02 (Mpa) oberhalb von 600, insbesondere oberhalb von 640, aufweist.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Plattierwerkstoff als Auftragsschweißwerkstoff eine Zugfestigkeit Rm (MPa) oberhalb von 800, insbesondere oberhalb von 840, aufweist.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei der Plattierwerkstoff für Reparaturen eingesetzt wird.