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
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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.
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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 ..
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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
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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
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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-
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Vorgänge bei der Lochkorrosion Nichtrostender Stähle
Auch hierwird derElektrolyt imLochgrundmit der Zeitaggressiverals dieUmgebung
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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.
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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 )
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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
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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.
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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
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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 )
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Eigenschaften von TitanEigenschaften von Titan
Hohe Festigkeit beiniedriger Dichte
und dabeisehr gute
Korrosionsbeständigkeit
Kurz undknapp:
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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
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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.
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WerkstoffrankingWerkstoffranking
nn LochLoch-- und Spaltkorrosionund Spaltkorrosion
nn Interkristalline KorrosionInterkristalline Korrosion
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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
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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
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Kritisches Lochkorrosionspotential vs Wirksumme
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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
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Interkristalline Korrosion im Querschliff
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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
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DurchfDurchfüührung HUEYhrung HUEY -- TestTest
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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.
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ZSA - Diagram einiger NiCrMo -Legierungen( IK < 50 µ in ASTM G28, Method A )
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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?
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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
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Isokorrosionsdiagramme
Was geschieht indem unbekanntenBereich ?
?
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Alloy 59 und CAlloy 59 und C--2222 vsvsSchwefelsSchwefelsääureure
Alloy 59
C-22
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Alloy 59 und CAlloy 59 und C--2222 vsvsSalzsSalzsääureure
Alloy 59
C-22
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Einfluss geringer Mengen von Chloriden inEinfluss geringer Mengen von Chloriden inSchwefelsSchwefelsääureure
C4 in H2SO4
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Der Einfluss von Oxidationsmitteln
Fr. Dr. Alves ThyssenKrupp VDM
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Einfluss von SauerstoffEinfluss von Sauerstoff
Monel 400
( 65 % Ni / 32 % Cu )
Der Einfluss vonSauerstoff auf dieKorrosion zeigt sich z.B.an der Phasengrenze
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IsokorrosionsdiagrammIsokorrosionsdiagramm von Nickelvon Nickelin Natronlaugein Natronlauge
Beim Einsatzvon Laugen istman mit Nickelgut beraten
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