Corrosion Resistant Stainless Steel Tube

In unserem Produktprogramm bieten wir unseren Kunden zwei Klassen von Edelstahlsorten an, die sich durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auszeichnen Edelstahl

Austenitisch-ferritisch Duplex-Edelstahl zeichnen sich durch ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften aus, insbesondere durch ihre hohe Spannungsrisskorrosion Widerstandsfähigkeit. Sie eignen sich besonders gut für Anwendungen in der Schifffahrt und in der chemischen Industrie. Ihre ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit ermöglicht es ihnen, einem chloridhaltigen Medium zu widerstehen, insbesondere bei mechanischer Belastung. Stress. Dadurch sind sie austenitischen Stählen in vielen Fällen überlegen.

Die Kategorie der austenitisch korrosionsbeständig Rohre aus nichtrostendem Stahl umfassen in erster Linie Werkstoffe mit höheren Legierungen (z. B. Nickel, Chrom und Molybdän). Sie sind beständig gegen verschiedene Arten von Korrosion, die durch nasschemische Einflüsse verursacht werden, und sind dennoch in der Lage, eine austenitische, kubisch-flächenzentrierte Matrix zu erhalten. Dadurch entsteht eine Reihe von äußerst vielseitigen nichtrostenden Stählen.

Obwohl einer der Hauptgründe für die Verwendung von rostfreiem Stahl darin besteht KorrosionsbeständigkeitIn der Tat leiden sie unter bestimmten Arten von Korrosion in bestimmten Umgebungen, und es muss darauf geachtet werden, eine für die Anwendung geeignete Sorte zu wählen. Korrosion können je nach Anwendung eine Vielzahl von Problemen verursachen: Perforation, z. B. von Tanks und Rohren, durch die Flüssigkeiten oder Gase austreten können,

Verlust der Festigkeit, wenn der Querschnitt der Struktur durch Korrosion verringert wird, was zu einem Verlust der Festigkeit der Struktur und anschließendem Versagen führt. Beeinträchtigung des Aussehens, wenn Korrosionsprodukte oder Lochfraß eine dekorative Oberfläche beeinträchtigen können.

Schließlich kann Korrosion zu Kesselstein oder Rost führen, der das zu verarbeitende Material verunreinigen kann; dies gilt insbesondere für Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung.

Die Korrosion nichtrostender Stähle kann in eine der folgenden Kategorien eingeteilt werden:

Allgemeine Korrosion

Korrosion, bei der es zu einem allgemeinen, gleichmäßigen Materialabtrag durch Auflösung kommt, z. B. bei der Verwendung von nichtrostendem Stahl in chemischen Anlagen, die starke Säuren enthalten. Die Konstruktion basiert in diesem Fall auf veröffentlichten Daten, um die Lebensdauer des Bauteils vorherzusagen.

Die veröffentlichten Daten geben den Metallabtrag über ein Jahr an. Tabellen über die Beständigkeit gegen verschiedene Chemikalien werden von verschiedenen Organisationen veröffentlicht, und die Hersteller und Lieferanten von nichtrostendem Stahl bieten eine umfangreiche Sammlung von Diagrammen, Listen, Empfehlungen und technischen Unterlagen an.

Lochfraßkorrosion

Unter bestimmten Bedingungen, insbesondere bei hohen Chloridkonzentrationen (z. B. Natriumchlorid in Meerwasser), mäßig hohen Temperaturen und verschärft durch einen niedrigen pH-Wert (d. h. saure Bedingungen), kann es zu einer sehr lokal begrenzten Korrosion kommen, die zur Perforation von Rohren und Armaturen usw. führt. Dies steht in keinem Zusammenhang mit den veröffentlichten Korrosionsdaten, da es sich um eine extrem lokal begrenzte und schwere Korrosion handelt, die den gesamten Querschnitt des Bauteils durchdringen kann. Sorten mit hohem Chrom- und insbesondere Molybdän- und Stickstoffgehalt sind widerstandsfähiger gegen Lochfraßkorrosion.

Lochfraßwiderstand Äquivalenzzahl (PREN)

Es hat sich gezeigt, dass die Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) einen guten Hinweis auf die Lochfraßbeständigkeit von nichtrostenden Stählen gibt. Die PRE kann wie folgt berechnet werden:

PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

Ein Grund für die Schwere der Lochfraßkorrosion ist, dass eine einmal entstandene Grube die Tendenz hat, weiter zu wachsen, auch wenn der Großteil des umgebenden Stahls noch unberührt ist.

Die Neigung eines bestimmten Stahls, von Lochfraß angegriffen zu werden, kann im Labor untersucht werden. Es wurde eine Reihe von Standardtests entwickelt, von denen der in der ASTM G48 beschriebene der gebräuchlichste ist. Es kann ein Diagramm erstellt werden, das die Temperatur angibt, bei der Lochfraß wahrscheinlich auftritt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Temperatur, bei der wahrscheinlich Lochfraß auftritt

Dies basiert auf einem Standard-Eisenchlorid-Labortest, sagt aber die Ergebnisse unter vielen Einsatzbedingungen voraus.

Spaltkorrosion

Die Korrosionsbeständigkeit eines nichtrostenden Stahls hängt vom Vorhandensein einer schützenden Oxidschicht auf seiner Oberfläche ab. Unter bestimmten Bedingungen kann diese Oxidschicht jedoch abgebaut werden, z. B. in reduzierenden Säuren oder bei einigen Verbrennungsarten, bei denen die Atmosphäre reduzierend ist. Bereiche, in denen die Oxidschicht aufbrechen kann, sind manchmal auch das Ergebnis der Art und Weise, wie Bauteile konstruiert sind, z. B. unter Dichtungen, in scharfen, einspringenden Ecken oder in Verbindung mit unvollständigen Schweißnähten oder überlappenden Oberflächen. All dies kann zu Spalten führen, die die Korrosion fördern können. Um als Korrosionsstelle zu fungieren, muss ein Spalt breit genug sein, um das Eindringen des Korrosionsmittels zu ermöglichen, aber auch schmal genug, um sicherzustellen, dass das Korrosionsmittel stagniert. Dementsprechend tritt Spaltkorrosion in der Regel in Spalten von wenigen Mikrometern Breite auf und nicht in Nuten oder Schlitzen, in denen eine Zirkulation des Korrosionsmittels möglich ist. Diesem Problem kann man oft begegnen, indem man auf die Konstruktion des Bauteils achtet, insbesondere darauf, die Bildung von Spalten zu vermeiden oder sie zumindest so offen wie möglich zu halten. Die Spaltkorrosion ist ein sehr ähnlicher Mechanismus wie die Lochfraßkorrosion; Legierungen, die gegen die eine Korrosionsart resistent sind, sind im Allgemeinen auch gegen beide resistent. Die Spaltkorrosion kann als eine schwerere Form der Lochfraßkorrosion angesehen werden, da sie bei wesentlich niedrigeren Temperaturen auftritt als der Lochfraß.

Spannungsrisskorrosion (SCC)

Unter der kombinierten Wirkung von Spannungen und bestimmten korrosiven Umgebungen können nichtrostende Stähle dieser sehr schnellen und schweren Form der Korrosion ausgesetzt sein. Es muss sich dabei um Zugspannungen handeln, die durch die im Betrieb auftretenden Lasten, durch Spannungen, die durch die Art der Montage entstehen (z. B. Presspassungen von Stiften in Bohrungen) oder durch Restspannungen, die sich aus dem Herstellungsverfahren ergeben (z. B. Kaltverformung), verursacht werden können. Die schädlichste Umgebung ist eine Lösung von Chloriden in Wasser, wie z. B. Meerwasser, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Infolgedessen sind nichtrostende Stähle nur begrenzt für die Verwendung in heißem Wasser (über 50 °C) geeignet, das auch nur Spuren von Chloriden enthält (mehr als ein paar Teile pro Million). Diese Form der Korrosion gilt nur für die austenitische Gruppe der Stähle und hängt mit dem Nickelgehalt zusammen. Die Sorte 316 ist nicht wesentlich widerstandsfähiger gegen SCC als die Sorte 304. Die nichtrostenden Duplexstähle sind wesentlich widerstandsfähiger gegen SCC als die austenitischen Sorten, wobei die Sorte 2205 bei Temperaturen bis zu etwa 150 °C praktisch unempfindlich ist und die Superduplexsorten noch widerstandsfähiger sind. Die ferritischen Stähle leiden im Allgemeinen überhaupt nicht unter diesem Problem.

In einigen Fällen hat es sich als möglich erwiesen, die Widerstandsfähigkeit gegen SCC zu verbessern, indem eine Druckspannung auf das gefährdete Bauteil ausgeübt wird; dies kann zum Beispiel durch Kugelstrahlen der Oberfläche geschehen. Eine weitere Alternative besteht darin, das Produkt durch ein abschließendes Glühen frei von Zugspannungen zu machen. Diese Lösungen haben sich in einigen Fällen als erfolgreich erwiesen, müssen aber sehr sorgfältig geprüft werden, da es sehr schwierig sein kann, das Fehlen von Eigenspannungen oder aufgebrachten Zugspannungen zu garantieren.

Unter praktischen Gesichtspunkten kann die Güteklasse 304 unter bestimmten Bedingungen angemessen sein. So wird beispielsweise die Sorte 304 in Wasser mit einem Chloridgehalt von 100 bis 300 ppm (parts per million) bei moderaten Temperaturen verwendet. Der Versuch, Grenzwerte festzulegen, kann riskant sein, da nasse/trockene Bedingungen Chloride konzentrieren und die Wahrscheinlichkeit von Spannungsrisskorrosion erhöhen können. Der Chloridgehalt von Meerwasser beträgt etwa 2% (20.000 ppm). Meerwasser mit einer Temperatur von mehr als 50°C wird in Anwendungen wie Wärmetauschern für Küstenkraftwerke verwendet.

In letzter Zeit gab es einige wenige Fälle von Spannungskorrosionsschäden durch Chloride bei niedrigeren Temperaturen als bisher für möglich gehalten. Diese Fälle traten in der warmen, feuchten Atmosphäre über chlorhaltigen Hallenbädern auf, in denen Befestigungen aus rostfreiem Stahl (im Allgemeinen Güteklasse 316) häufig zur Aufhängung von Gegenständen wie Lüftungsrohren verwendet werden. Dabei waren Temperaturen von 30 bis 40 °C im Spiel. Es gab auch schon Ausfälle aufgrund von Spannungskorrosion bei höheren Temperaturen und Chloridkonzentrationen von nur 10 ppm. Dieses sehr ernste Problem ist noch nicht vollständig geklärt.

Sulfidische Spannungsrisskorrosion (SSC)

Von größter Bedeutung für viele Anwender in der Öl- und Gasindustrie ist die Beständigkeit des Materials gegen sulfidische Spannungsrisskorrosion. Der Mechanismus der Sulfid-Spannungsrisskorrosion ist nicht eindeutig definiert, beinhaltet aber die gemeinsame Wirkung von Chlorid und Schwefelwasserstoff, erfordert das Vorhandensein einer Zugspannung und hat eine nichtlineare Beziehung zur Temperatur.

Die drei wichtigsten Faktoren sind Stresslevel, Umgebung und Temperatur.

Stresslevel

Manchmal kann für jede Material-Umwelt-Kombination eine Belastungsschwelle ermittelt werden. Einige veröffentlichte Daten zeigen einen kontinuierlichen Rückgang der Schwellenspannung mit zunehmendem H2S-Gehalt. Zum Schutz vor SSC beschränkt die NACE-Spezifikation MR0175 für sulfidische Umgebungen die gängigen austenitischen Sorten auf eine maximale Härte von 22HRC.

Umwelt

Die wichtigsten Wirkstoffe sind Chlorid, Schwefelwasserstoff und der pH-Wert. Zwischen diesen Effekten besteht ein Synergieeffekt, wobei das Sulfid bei hohen H2S-Werten offenbar eine hemmende Wirkung hat.

Temperatur

Mit steigender Temperatur nimmt der Beitrag von Chlorid zu, während die Wirkung von Wasserstoff aufgrund seiner erhöhten Mobilität in der Ferritmatrix abnimmt. Das Endergebnis ist eine maximale Suszeptibilität im Bereich von 60-100°C. Es wurde auch eine Reihe sekundärer Faktoren ermittelt, darunter die Ferritmenge, der Oberflächenzustand, das Vorhandensein von Kaltarbeit und die Wärmefärbung der Schweißnähte.

Intergranulare Korrosion

Interkristalline Korrosion ist eine Form relativ schneller und örtlich begrenzter Korrosion, die mit einer fehlerhaften Mikrostruktur, der Karbidausscheidung, einhergeht. Wenn austenitische Stähle über einen Zeitraum im Bereich von ca. 425 bis 850 °C gelagert wurden oder wenn der Stahl auf höhere Temperaturen erwärmt wurde und in diesem Temperaturbereich relativ langsam abkühlt (wie z. B. nach dem Schweißen oder der Luftkühlung nach dem Glühen), verbinden sich das Chrom und der Kohlenstoff im Stahl und bilden Chromkarbidpartikel entlang der Korngrenzen im gesamten Stahl. Die Bildung dieser Karbidteilchen in den Korngrenzen entzieht dem umgebenden Metall Chrom und verringert seine Korrosionsbeständigkeit, so dass der Stahl bevorzugt entlang der Korngrenzen korrodiert. Stahl in diesem Zustand wird als "sensibilisiert" bezeichnet.

Es ist zu beachten, dass die Ausscheidung von Karbiden vom Kohlenstoffgehalt, der Temperatur und der Zeit bei der Temperatur abhängt. Der kritischste Temperaturbereich liegt bei etwa 700 °C, bei dem 0,06%-Kohlenstoffstähle in etwa 2 Minuten Karbide ausscheiden, während 0,02%-Kohlenstoffstähle gegen dieses Problem praktisch immun sind.

Es ist möglich, Stahl, der unter Karbidausscheidungen leidet, durch Erhitzen auf über 1000 °C und anschließendes Abschrecken mit Wasser aufzuarbeiten, um den Kohlenstoff und das Chrom in Lösung zu halten und so die Bildung von Karbiden zu verhindern. Die meisten geschweißten oder erhitzten Strukturen können nicht auf diese Weise behandelt werden. Wärmebehandlung Daher wurden spezielle Stahlsorten entwickelt, um dieses Problem zu vermeiden. Dies sind die stabilisierten Stahlsorten 321 (mit Titan stabilisiert) und 347 (stabilisiert mit Niob). Titan und Niob haben jeweils eine viel höhere Affinität zu Kohlenstoff als Chrom, so dass sich anstelle von Chromkarbiden Titankarbide, Niobkarbide und Tantalkarbide bilden, wobei das Chrom in Lösung bleibt und volle Korrosionsbeständigkeit gewährleistet ist.

Eine weitere Methode zur Bekämpfung der interkristallinen Korrosion ist die Verwendung von Sorten mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie z.B. die Sorten 316L und 304LDiese haben einen extrem niedrigen Kohlenstoffgehalt (im Allgemeinen weniger als 0,03%) und sind daher wesentlich widerstandsfähiger gegen die Ausscheidung von Karbid.

Viele Umgebungen verursachen keine interkristalline Korrosion in sensibilisierten austenitischen nichtrostenden Stählen, z. B. Eisessig bei Raumtemperatur, alkalische Salzlösungen wie Natriumcarbonat, Trinkwasser und die meisten Binnengewässer. In solchen Umgebungen muss eine Sensibilisierung nicht befürchtet werden. Auch bei Licht gibt es im Allgemeinen keine Probleme Messgerät Stahl, da er in der Regel nach dem Schweißen oder einer anderen Einwirkung hoher Temperaturen sehr schnell abkühlt.

Außerdem ist das Vorhandensein von Korngrenzenkarbiden für die Hochtemperaturfestigkeit von nichtrostenden Stählen nicht schädlich. Güten, die speziell für diese Anwendungen bestimmt sind, haben oft absichtlich einen hohen Kohlenstoffgehalt, da dies ihre Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit erhöht. Dies sind die "H"-Varianten wie die Sorten 304H, 316H, 321H und 347Hund auch 310. Alle diese Stoffe haben einen Kohlenstoffgehalt, der bewusst in dem Bereich liegt, in dem es zu Ausfällungen kommt.

Galvanische Korrosion

Da es sich bei der Korrosion um einen elektrochemischen Prozess handelt, bei dem elektrischer Strom fließt, kann die Korrosion durch einen galvanischen Effekt ausgelöst werden, der durch den Kontakt ungleicher Metalle in einem Elektrolyten entsteht (ein Elektrolyt ist eine elektrisch leitende Flüssigkeit). Damit galvanische Korrosion stattfinden kann, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: Die beiden Metalle müssen auf der galvanischen Reihe weit voneinander entfernt sein (siehe Abbildung 2), sie müssen in elektrischem Kontakt stehen und ihre Oberflächen müssen durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit überbrückt werden. Wenn eine dieser drei Bedingungen nicht gegeben ist, wird galvanische Korrosion verhindert.

Abbildung 2. Galvanische Reihe für Metalle in fließendem Meerwasser.

Das naheliegendste Mittel zur Vorbeugung ist daher die Vermeidung von Mischmetallkonstruktionen. Häufig ist dies nicht praktikabel, aber die Vermeidung kann auch durch die Beseitigung des elektrischen Kontakts erfolgen - dies kann durch die Verwendung von Kunststoff- oder Gummi-Unterlegscheiben oder -hülsen erreicht werden oder durch die Sicherstellung der Abwesenheit des Elektrolyten, z. B. durch die Verbesserung der Entwässerung oder durch die Verwendung von Schutzhauben. Dieser Effekt hängt auch von den relativen Flächen der ungleichen Metalle ab. Ist die Fläche des unedleren Materials (des anodischen Materials, weiter rechts in Abbildung 2) groß im Vergleich zu der des edleren (kathodischen) Materials, wird die korrosive Wirkung stark reduziert und kann sogar vernachlässigbar werden. Umgekehrt beschleunigt ein großer Bereich edlen Metalls in Kontakt mit einem kleinen Bereich unedleren Materials die galvanische Korrosion. So ist es beispielsweise üblich, Aluminiumbleche mit Schrauben aus rostfreiem Stahl zu befestigen, aber Aluminiumschrauben in einem großen Bereich aus rostfreiem Stahl werden wahrscheinlich schnell korrodieren.

Kontaktkorrosion

Sie kombiniert Elemente der Lochfraßkorrosion, der Spaltkorrosion und der galvanischen Korrosion und tritt auf, wenn kleine Partikel von Fremdkörpern, insbesondere von Kohlenstoffstahl, auf einem nichtrostenden Stahl zurückbleiben. Oberfläche. Der Angriff beginnt als galvanische Zelle - das Fremdkörperteilchen ist anodisch und wird daher wahrscheinlich schnell wegkorrodiert, aber in schweren Fällen kann sich auch eine Grube im nichtrostenden Stahl bilden, und die Lochfraßkorrosion kann sich von diesem Punkt aus fortsetzen. Die häufigste Ursache sind Schleifspäne, die vom Schleifen von Kohlenstoffstahl in der Nähe stammen, oder die Verwendung von Werkzeugen, die mit Kohlenstoffstahl verunreinigt sind. Aus diesem Grund verfügen einige Hersteller über spezielle Werkstätten für rostfreien Stahl, in denen der Kontakt mit Kohlenstoffstahl vollständig vermieden wird.

Alle Werkstätten und Lager, in denen Edelstahlrohre gehandhabt oder gelagert werden, müssen sich dieses potenziellen Problems bewusst sein und Vorkehrungen treffen, um es zu vermeiden. Schutzstreifen aus Kunststoff, Holz oder Teppich können verwendet werden, um den Kontakt zwischen Edelstahlrohren und Lagerregalen aus Kohlenstoffstahl zu verhindern. Weitere zu schützende Handhabungsgeräte sind Gabelstapler und Kranhebevorrichtungen. Saubere Stoffschlingen haben sich oft als nützliche Alternative erwiesen.

Passivierung und Beizen

Sollte rostfreier Stahl durch Kohlenstoffstahlreste verunreinigt sein, kann dies durch Passivierung mit verdünnter Salpetersäure oder Beizen mit einer Mischung aus Flusssäure und Salpetersäure entfernt werden.

Auswahl der Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl
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Chlorid-Spannungskorrosion Rissbildung
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Korrosionsbeständiges Edelstahlrohr
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ASTM A262 Prüfung der interkristallinen Korrosion IGC
ASTM E112 Standardtestverfahren zur Bestimmung der durchschnittlichen Korngröße
Methoden zur Minimierung der Chlorid-Spannungsrisskorrosion