Nickelbasiswerkstoffe - apl-apparatebau.com · Korrosionsarten d - d Medium Cu Al Gleichmäßige...

NickelbasiswerkstoffeNickelbasiswerkstoffe

nn EinfEinfüührunghrungnn KorrosionsformenKorrosionsformennn ElementarvorgElementarvorgäänge bei der Korrosionnge bei der Korrosionnn Nickelbasiswerkstoffe der CNickelbasiswerkstoffe der C-- und Bund B--FamilieFamilienn Auswahlprinzipien von WerkstoffenAuswahlprinzipien von Werkstoffennn SchadensfSchadensfäälle / Beispielelle / Beispiele

Hopfgarten, 17.11.2006

F.W.Hempel & Co. Gesellschaft für Spezial- und Rostfrei-Metalle mbH Dr. Peter Dierschke

D-46149 Oberhausen [email protected]

mailto:[email protected]

Korrosion: DIN 50 900, Teil1Korrosion: DIN 50 900, Teil1nn KorrosionKorrosion ist:ist: die Reaktion einesdie Reaktion eines

metallischen Werkstoffes mit seinermetallischen Werkstoffes mit seinerUmgebung, die eine messbareUmgebung, die eine messbareVerVeräänderung des Werkstoffesnderung des Werkstoffesbewirkt und zu einerbewirkt und zu einerBeeintrBeeinträächtigung der Funktion eineschtigung der Funktion einesmetallischen Bauteiles oder einesmetallischen Bauteiles oder einesganzen Systems fganzen Systems füühren kann.hren kann.




Korrosionsschaden:Korrosionsschaden:DIN 50 900, Teil1DIN 50 900, Teil1

nn EinEin KorrosionsschadenKorrosionsschaden ist dann dieist dann dieBeeintrBeeinträächtigung der Funktionchtigung der Funktion

eines metallischen Bauteils odereines metallischen Bauteils odereines ganzen Systems durcheines ganzen Systems durchKorrosionKorrosion ..




KorrosionsartenKorrosionsartend

- d

Medium

Cu Al

Gleichmäßige FlächenkorrosionGleichmäßiger ( kalkulierbarer ) Abtrag g/m²d ( mm/a ) f ( Medium, C, T )

LochkorrosionKraterförmiger oder nadelstichartiger Lochfraß anpassivierbaren Legierungen, bevorzugt durchChloride, auch an Metall-Einschlüssen wie MnSf ( CCl- , v, T, pH )

SpaltkorrosionÖrtliche Korrosion in Zusammenhang mit Spalten, anDichtungen, unter Ablagerungen; an passivierbarenLegierungen f ( CCl-, T, v, O2 , pH )

BimetallkorrosionGalvanische Korrosion:Das unedle Metall löst sich auff ( , E, , T )

Interkristalline KorrosionKorrosion in oder neben den mit Ausscheidungenbelegten Korngrenzen, z.B. von CrNi-Stählen:( C zu hoch, unstabilisiert )f ( Medium, Glühbehandlung, T )

SpannungsrisskorrosionSpezifisches Korrosionsmedium undLegierungssystem; hohe mechanische( auch Eigen- )Spannungf ( Medium, , T )

SchwingungskorrosionErmüdung unter korrosiven Bedingungenf ( Frequenz, , C, T )

ErosionskorrosionHohe Strömungsgeschwindigkeit, scharfe Bögen,Turbulenzen

F




Korrosionsvorgänge am Beispiel des Wassertropfens nach EVANS

Fe

Fe2+

e -e -

O2 - LuftO2 - Luft

Kathode Anode Kathode

Kathodischer Bereich:

O2 + 2 H2O + 4 e- à 4 OH-

Anodischer Bereich:

Fe à Fe2+ + 2 e-

Fe2+ + 2 OH- à Fe(OH)2




Kathodische Teilreaktion:O2 + 2 H2O + 4 e - à 4 OH -

Anodische TeilreaktionMe à Me n+ + n e -

Me n+ + n H2O à Me(OH)n + n H+

z.B.:Fe 2+ + 2 H2O à Fe(OH)2 + 2 H+

Chemische Vorgänge bei der Spaltkorrosion

Cl-

Das hat Konsequenzen: 1 Der pH-Wert fällt im Spalt ( wird sauer )

2 Negativ geladene Ionen ( Chloride ) wandern

in den Spalt

Cl-




Vorgänge bei der Lochkorrosion Nichtrostender Stähle

Auch hierwird derElektrolyt imLochgrundmit der Zeitaggressiverals dieUmgebung




Nickelbasislegierungen derNickelbasislegierungen derCC -- FamilieFamilie

Die CDie C –– Familie wurde entwickelt fFamilie wurde entwickelt füür Medienr Medienin der chemischen Industrie, diein der chemischen Industrie, die

sauer (sauer ( pHpH < 7 ) und< 7 ) undoxidierend sind.oxidierend sind.




Zusammensetzung von NiCrMo -Legierungen der C - Familie

1,60,0050,042-162357ca. 1995C -2000

-0,0050,0424162156ca. 1990686

-0,0050,04< 1-162359ca. 199059

-0,0050,0433132157ca. 1985C - 22

-0,0050,042-161666ca. 1970C - 4

-0,0050,0454161657ca. 1960C - 276

-0,050,764161655ca. 1930C

CuCSiFeWMoCrNi

Hauptlegierungsbestandteile in Massen - %EntwicklungLegierung

Tabelle aus: D.C. Agarval, W.R. Herda The C-family of NiCrMo alloys´ partnership with the CP IMaterials & Corrosion 48, 542 - 548 ( 1997 )




WerkstoffbezeichnungenWerkstoffbezeichnungen

CC -- 44N 06455N 064552.46102.4610Special MetalsSpecial MetalsThyssenKruppThyssenKruppVDMVDMHaynesHaynesPatente freiPatente frei

InconelInconel C 4C 4NicroferNicrofer 66166616hMohMoHastelloyHastelloy C 4C 4

CC -- 20002000N 06200N 062002.46752.4675HaynesHaynesHastelloyHastelloyC 2000C 2000

CC --276276N 10276N 102762.48192.4819Patente freiPatente freiVerschiedeneVerschiedeneHerstellerHersteller

NicroferNicrofer 57165716hMoWhMoWInconelInconel CC--276276HastelloyHastelloy C 276C 276

CC -- 2222N 06022N 060222.46022.4602HaynesHaynesSpecial MetalsSpecial MetalsPatente freiPatente frei

HastelloyHastelloy C 22C 22InconelInconel C 22C 22ThyssenKruppThyssenKrupp

Alloy 59Alloy 59N 06059N 060592.46052.4605ThyssenKruppThyssenKruppVDMVDM

NicroferNicrofer 59235923hMohMo

AlloyAlloyUNS Nr.UNS Nr.WerkstoffWerkstoffNr.Nr.

HerstellerHerstellerWerkstoffWerkstoff




Nickelbasislegierungen derNickelbasislegierungen derBB -- FamilieFamilie

Die BDie B –– Familie wurde entwickelt fFamilie wurde entwickelt füür Medienr Medienin der chemischen Industrie, diein der chemischen Industrie, die

sauer (sauer ( pHpH > 7 ) und> 7 ) undreduzierend sind.reduzierend sind.




BB--FamilieFamilienn 19301930 Entwicklung von alloy BEntwicklung von alloy Bnn 19601960 Entwicklung von alloy B2Entwicklung von alloy B2nn 19801980 B2 mit kontrolliertem FeB2 mit kontrolliertem Fe--GehaltGehaltnn 19901990 Entwicklung alloy B4 ( VDM )Entwicklung alloy B4 ( VDM )

Entwicklung alloy B3 ( Haynes )Entwicklung alloy B3 ( Haynes )

Korrosion

Gehalt an Molybdän [ % ]10 20

Einfluss von Mo-Gehalt auf Korrosion vonNi-Mo-Legierungen in Salzsäure




0,010,050,5 1,52 -527 - 30Bal.ca. 1990Alloy B4

0,010,11-31 327 32Bal.ca. 1990Alloy B3

0,0050,040,71,7528Bal.ca. 1980B2 (con.)

0,010,081226 - 30Bal.ca. 1960Alloy-B2

Max.0,05

Max.1

14 - 626 - 30Bal.ca. 1930Alloy B

CSiCrFeMoNi

Hauptlegierungsbestandteile in Massen - %EntwicklungLegierung

Zusammensetzung von Ni-Mo-Legierungen ( B – Familie )




Eigenschaften von TitanEigenschaften von Titan

Hohe Festigkeit beiniedriger Dichte

und dabeisehr gute

Korrosionsbeständigkeit

Kurz undknapp:




Al: 5,5 7,5 / V: 3,5 4,5

0,080,0150,050,200,303.7165TiAl6V4LT 31

wie oben: 0,15 0,25 Pd0,180,203.7235Ti Gr. 7RT 15Pd

0,0130,060,050,350,303.7065Ti Gr. 4RT 20

0,0130,060,050,250,253.7055Ti Gr. 3RT 18

0,0130,060,050,180,203.7035Ti Gr. 2RT 15

0,0130,060,050,120,153.7025Ti Gr. 1RT 12

HCNOFe

Legierungsbestandteile [ Massen-% ]WerkstoffNr.

GradeTyp

Zusammensetzung wichtiger Titan - Werkstoffe




Korrosionsverhalten von TitanKorrosionsverhalten von Titan

Prinzipiell gilt: Titan und seine Legierungen sind sehrbeständig in oxidierenden Medien. Hier bildet sich spontan einoxidische Deckschicht, die den Werkstoff vor weiterem Angriffschützt.

In chloridhaltigen Medien besteht kaum Gefahr der Loch- undSpaltkorrosion

Vorsicht allerdings ist geboten unter reduzierendenBedingungen und bei Anwesenheit von Komplexbildnern

( Oxalsäure ) und Flußsäure bzw. Fluoriden.




WerkstoffrankingWerkstoffranking

nn LochLoch-- und Spaltkorrosionund Spaltkorrosion

nn Interkristalline KorrosionInterkristalline Korrosion




Lochkorrosion am Nichtrostenden Stahl

Werkstoff Nr. 1.4571 durch chloridhaltiges Medium

Ansicht im QuerschliffF.W.Hempel & Co. Gesellschaft für Spezial- und Rostfrei-Metalle mbH Dr. Peter Dierschke



FeCl3 - Test nach ASTM G48:Eine Werkstoffprobe wird in 10 %iger FeCl3 - Lösung bei

konstanter Temperatur ausgelagert. Die Temperatur wirdschrittweise erhöht.

Es wird die Temperatur ermittelt, bei der erstmalig Loch- bzw.Spalttemperatur auftritt.

Ab 85 °C zersetzt sich die Prüflösung.

Grüner Tod:11,5 % Schwefelsäure, 1,2 % Salzsäure,

1 % FeCl3 und 1 % CuCl2Versuchsführung wie ASTM G48

Ab 120 °C zersetzt sich die Prüflösung.

Prüfungen der Lochkorrosion und Wirksumme




Kritisches Lochkorrosionspotential vs Wirksumme




120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

°C

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

*alloy 317 LN(1.4439)

alloy 904 L(1.4539)

*Cronifer 1925 hMo(1.4529)

*Nicrofer 3127hMo(1.4562)

Nicrofer 6020 hMo(2.4856)

Nicrofer 5716 hMoW(2.4819)

Nicrofer 5923 hMo(2.4605)

alloy 316(1.4435)

WS = % Cr + 3,3 x % Mo *WSN = % Cr + 3,3 x % Mo + 30 x % N

Vergleich der kritischen Spaltkorrosionstemperatur (KST)und kritischen Lochkorrosionstemperatur (KLT)

*alloy S 34565(1.4565)

- Edelstähle geprüft in 10% FeCl3 x 6 H2O - Lösung,- Nickelbasislegierungen in 7 % H2SO4, 3 % HCl, 1 % CuCl2, 1 % FeCl3.

KLT KST

Wirksumme

Tem

pera

tur

Kritische Lochkorrosionstemperatur KLTKritische Spaltkorrosionstemperatur KST

Volker Wahl 02.2001




Interkristalline Korrosion im Querschliff




PrPrüüfverfahren Interkristalline Korrosionfverfahren Interkristalline KorrosionM edium W erkstoff Prüfmedium

Strauß-TestDIN 50 914ASTM

NichtrostendeStähle

10 Vol-% H 2SO 4+100g/ CuSO 4 + Cu -Späne

H UEY-TestDIN 50 921ASTM A 262

NichtrostendeStähle

65 % ige HNO 3 , 5 x 48 h

ASTM G28,M ethod B

hochlegierteStähle undNiCrM o Leg

23 % H 2SO 4 + 1,2% HCl Fe2+ 1 % FeCl3 + 1 % CuCl2

Streicher-TestASTM G28,M ethod A

hochlegierteStähle undNiCrM o Leg.

50 % H 2SO 4 + 42 g/l Fe2(SO 4)3




DurchfDurchfüührung HUEYhrung HUEY -- TestTest




Auswertung von IKAuswertung von IK --VersuchenVersuchen

nn Durch metallographische Auswertung vonDurch metallographische Auswertung vonSchliffen wird die Tiefe des IKSchliffen wird die Tiefe des IK -- AngriffsAngriffsbestimmt. Dabei wird dasbestimmt. Dabei wird das „„5050 µµ -- KriteriumKriterium““zugrunde gelegt.zugrunde gelegt.

nn Durch Variation von GlDurch Variation von Glüühtemperatur undhtemperatur und --zeitzeitund anschlieund anschließßender IKender IK--PrPrüüfung erhfung erhäält man dielt man dieZeitZeit--TemperaturTemperatur--Sensibilisierungsdiagramme (Sensibilisierungsdiagramme (ZSA ), die Aussagen zur thermischen StabilitZSA ), die Aussagen zur thermischen Stabilitäättund damit zur Schweiund damit zur Schweißßbarkeit von hochlegiertenbarkeit von hochlegiertenStStäählen bzw. Nickelbasislegierungen gestatten.hlen bzw. Nickelbasislegierungen gestatten.




ZSA - Diagram einiger NiCrMo -Legierungen( IK < 50 µ in ASTM G28, Method A )




Auswahl von WerkstoffenAuswahl von Werkstoffen

nn Wie kann man die Vielzahl der MedienWie kann man die Vielzahl der Mediensortieren?sortieren?

nn Welche Daten stehen zu den WerkstoffenWelche Daten stehen zu den Werkstoffenzur Verfzur Verfüügung?gung?




Eigenschaften der MedienEigenschaften der Medien

Sauer pH < 7 Basisch pH > 7

oxidierend oxidierend reduzierendreduzierend

- HNO3

- H2SO4( hohe Konz, hohe T)

- Metallsalze

- HCl

- org. Säuren

- Freiheit vonSauerstoff

-NaOH, KOH

Redoxpotential hängt vonVerunreinigungen undSauerstoffgehalt ab

Gehalt an Neutralsalzen ( Chloride! )

Temperatur, Belüftung, Strömung…

IsokorrosionsdiagrammeIsokorrosionsdiagramme

Y – Achse =Temperatur

X – Achse =KonzentrationUnterhalb der Kurve ist dieKorrosionsgeschwindigkeitmax. 0,1 mm/a




Isokorrosionsdiagramme

Was geschieht indem unbekanntenBereich ?

?




Alloy 59 und CAlloy 59 und C--2222 vsvsSchwefelsSchwefelsääureure

Alloy 59

C-22




Alloy 59 und CAlloy 59 und C--2222 vsvsSalzsSalzsääureure

Alloy 59

C-22




Einfluss geringer Mengen von Chloriden inEinfluss geringer Mengen von Chloriden inSchwefelsSchwefelsääureure

C4 in H2SO4




Der Einfluss von Oxidationsmitteln

Fr. Dr. Alves ThyssenKrupp VDM




Einfluss von SauerstoffEinfluss von Sauerstoff

Monel 400

( 65 % Ni / 32 % Cu )

Der Einfluss vonSauerstoff auf dieKorrosion zeigt sich z.B.an der Phasengrenze




IsokorrosionsdiagrammIsokorrosionsdiagramm von Nickelvon Nickelin Natronlaugein Natronlauge

Beim Einsatzvon Laugen istman mit Nickelgut beraten




Nickelbasiswerkstoffe - apl-apparatebau.com · Korrosionsarten d - d Medium Cu Al Gleichmäßige...

Documents

Transcript of Nickelbasiswerkstoffe - apl-apparatebau.com · Korrosionsarten d - d Medium Cu Al Gleichmäßige...