Hafen von Vancouver 2013.

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1 Hafen von Vancouver 2013

2 1 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

3 2 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

4 3 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

5 Gußeisen [1] Perlitischer Grauguß (z.B. GG-25 / EN-GJL-250 / ), geeignet zur Förderung von Abwässern, kaltem Meerwasser, kalter hochkonzentrierter Schwefelsäure, kalten Laugen, flüssigem Schwefel, etc. 4 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

6 un- und niedrig legierte Stähle
Verfahren Nach der Wärmebehandlung Vor der Wärmebehandlung GP240GH, GS C-25 (1.0619) , GP Geeignet für Druckbehälter, GH Geeignet für Anwendungen bei höheren Temperaturen Rp0,2= 240N/mm2 bei RT Wärmebehandlung (Normalglühen erforderlich) T= etwa900°C Gefüge aus Ferrit und Perlit Einsatzgebiet: Warmfester Werkstoff bis 450°C einsetzbar. Nur für nicht oder gering korrosiv wirkende Medien. 5 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

7 Einfluß der Legierungsbestandteile auf die Korrosionsbeständigkeit in Schwefelsäure
Isokorrosionskurve [2] 6 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

8 Entwicklung von Edelstählen
Eisen + x % C % Cr + 18% Cr + 10% Ni % Cr % Cr + 3-8% Ni Martensitische Stähle Ferritsche Stähle Austenitische Stähle (VA) Ferritsch- Austenitische Stähle weitere Erhöhung von Ni u. Cr weitere wichtige Legierungselemente sind: - Molybdän (Mo) - Kupfer (Cu) - Silizium (Si) - Stickstoff (N) - Titan (Ti) und Niob (Nb) Super-Austenitische Stähle 7

9 Einfluß des Legierungsgehaltes auf die Gefügeausbildung von Stahl
[3] [3] Ferritstabilisierend: Chrom, Molybdän, Silizium, Vanadium, Wolfram, Aluminium, Titan, Tantal, Niob, Phosphor Austenitstabilisierend: Nickel, Kobalt, Kupfer, Mangan, Kohlenstoff und Stickstoff 8 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

10 Einfluß des Legierungsgehaltes auf die Gefügeausbildung von Stahl
[4] Schaeffler-Diagramm Definition nichtrostende Stähle laut DIN EN : mindestens 10,5% Cr und maximal 1,2% C. (Praxis: mindestsnes 12% Cr wenn kein anders Legierungselement vorhanden) 9

11 Ferritischer Chromstahl 1.4136 S
Gefüge: Ferrit mit eingelagerten Chromcarbiden G-X 70 CrMo 29-2 ( S). Hervorragende Beständigkeit in heißer konzentrierter H2SO4 bis 180°C, Oleum, Düngemittelproduktion z.B. NH4NO3, feststoffhaltige Medien wie rohe und feststoffhaltige H3PO4 oder Ca(OH)2 Suspension. 10

12 Austenitische Stähle G-X 6 CrNiMo (1.4408) Austenit+Anteile von Delta-Ferrit Bei vollaustenitischen Stählen mit erhöhtem Nickelgehalt liegt kein Delta-Ferrit vor. Lösungsglühen bei T=1050°C wichtig für die homogenen Gefügeausbildung. 11 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

13 Austenitische Stähle 12 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

14 Abtragsraten verschiedener Legierungen in 98% H2SO4 (statische Untersuchungen)
13 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

15 Abtragsraten verschiedener Legierungen in 98% H2SO4 (statische Untersuchungen)
RHSX: Vollaustenitischer hochsiliziumhaltiger Werkstoff. Hohe Erosions-korrosionsbeständigkeit im Trockner-, Zwischenabsorber- und Endabsor- berbereich der Schwefelsäureproduktion. 14 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

16 Isokorrosionsdiagramm für RHSX in konzentrierter Schwefelsäure (0
Isokorrosionsdiagramm für RHSX in konzentrierter Schwefelsäure (0.1 mm/a, statische Untersuchungen) 15 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

17 Ferritisch-Austenitische (Duplex) Stähle
Halbaustenite haben ein Gefüge bestehend aus einem ferritischen Grundgefüge und ein-gelagertem Austenit, Verhältnis i.d.R.: 50:50. Die Festigkeitswerte liegen für Rp0, N/mm2 über denen der austenitischen Stähle mit etwa 185 N/mm2. Der Rheinhüttewerkstoff HA 28 5 zeichnet sich durch eine gute allgemeine Beständigkeit aus, besonders jedoch gegenüber Loch- und Spaltkorrosion in sauren chloridhaltigen Medien. Typische Einsatzgebiete liegen im Bereich REA, Salzlösungen (Salzsolen, Meerwasser) sowie in Teilbereichen der Düngemittelherstellung. 16 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

18 Sonderlegierungen Gefüge von Siguß G-X 90 SiCr 15-5 Silikoferritische Matrix mit Graphit- einlagerungen. Korrosionsbe- ständigkeit aufgrund einer dichten SiO2 Schutzschicht. Siguß zeigt eine hervorragende Beständigkeit gegenüber H2SO4, selbst bei hohen Temperaturen. Häufige Verwendung: H2SO4-Beizen, Dünnsäureeindampfung, Chlortrocknung und Nitriersäuren (H2SO4+HNO3). 17 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

19 Sonderlegierungen ISO-Korrosionkurve von Siguß in Schwefelsäure
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 10 30 50 70 90 T (°C) < 0,4 mm/a < 0,02 mm/a < 0,1 mm/a % H2SO4 Quelle: RH Technische Info. 1 ISO-Korrosionkurve von Siguß in Schwefelsäure 18 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

20 Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit auf die Korrosionsrate von 1
Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit auf die Korrosionsrate von in Abhängigkeit von der H2SO4 Konzentration 19 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

21 Einfluß der Temperatur auf die Korrosionsrate von 1
Einfluß der Temperatur auf die Korrosionsrate von in Abhängigkeit von der H2SO4 Konzentration 20 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

22 Korrosion an in H2SO4 Ein Absinken der Konzentration unter 92% H2SO4 kann bei 50°C zu Korrosion an führen. 21 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

23 Kavitation Laufrad einer Tauchpumpe in konz. H2SO4
Vorderseite (Saugseite) der Schaufeleintrittskanten angegriffen. Laufrad einer Tauchpumpe in konz. H2SO4 22 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

24 Schäden durch fehlerhaften Guß
Beispiel: Aufwendige Anordnung von Speisern und Gießkanälen bei einem Biegdorn. Laufrad aus (Alloy 59), Lunker im Betrieb freigelegt. Vielfach werden Schäden an gegossenen Bauteilen als korrosive Überbe-anspruchung fehlinterpretiert. Gerade bei den hochwertigen Nickelbasis-legierungen mit niedrigem C- und Si-Gehalt können aufgrund der hohen Viskosität der Schmelze Lunker auftreten. Unsachgemäßes Reparaturschweißen kann eher zu einer Verschlimmerung führen. 23 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure

25 Nickelbasiswerkstoffe
Nickelbasis Werkstoffe kennzeichnen sich dadurch, daß der Hauptlegierungsbestandteil Nickel ist. Man unterscheidet grob in 3 Hauptgruppen (mit Beispielen): 1. Nickel-Kupfer Legierungen G-NiCu30Nb (9.4365) in Anlehnung an NiCu30Fe (2.4360) entsprechend Monel 400 jedoch mit Nb (Schweißbarkeit) 2. Nickel-Molybdän Legierungen G-NiMo 30 (2.4882) Hastelloy B, Junkeralloy B G-NiMo 28 (2.4685) Hastelloy B1; Junkeralloy B1; R 70B1 3. Nickel- Chrom- Molybdän Legierungen G-NiMo 16 CrW (2.4686) Hastelloy C, Junkeralloy C, G-NiMo 17 Cr (9.4610) Hastelloy C4, Junkeralloy C4 G-NiCr 21 Mo 14W (2.4602) Hastelloy C22, Junkeralloy C22 Inconel 625 (2.4856), Inconel 600 (2.4817) etc. Hastelloy: Haynes Int. Inc.; Inconel, Monel: Special Metals Inc.; Junkeralloy: Junker GmbH; Euzonit: Schmidt+Clemens GmbH 24

26 Nickelbasiswerkstoffe
Die Kupfer-Nickel Legierungen werden im Bereich alkalischer Salzlösungen, organische Säuren, sowie HF- oder H2SO4 haltige Medien eingesetzt. Gute Festigkeitseigenschaften über einen weiten Temperaturbereich. Anwendung: Solefördernung, Zellstoffindustrie, HF-Verarbeitung Nickel-Molybdän Legierungen sind aufgrund des fehlenden Chromanteils nicht passivierbar. Besonders gute Beständigkeit liegt in reduziernden Medien, wie etwa HCl, vor. Unter oxidierenden Bedingungen, wie etwa belüftete Schwefel-säure, kann es zu starker Zunahme der Korrosionsrate kommen. In unbelüfteter H2SO4 ist z.B. die Legierung Alloy B2 bei allen Konzentrationen bis 100°C beständig. Bei der Verwendung von Nickel-Molybdän Legierungen ist daher eine genaue Kenntnis des Mediums erforderlich. 25

27 Nickelbasiswerkstoffe
Schliffbild Junkeralloy C 22 (9.4602) Quelle: Firma Otto Junker GmbH 100 µm Nickel-Chrom-Molybdän Legierungen zeigen eine hervor-ragende Beständigkeit in sauren chloridhaltigen Medien. Des weiteren zeigen viele Vertreter dieser Klasse eine gute allgemeine Beständigkeit in H2SO4 über den gesamten Konzentrationsbereich bei niedrigen und mittleren Temperaturen. Anwendungsgebiet: Phosphorsäureeindampfung, Soleförderung, REA, etc. 26

28 ASTM-Bezeichnung der wichtigsten Edelstähle (Guß)
18/10 Edelstahlguß ohne Molybdän: GX5CrNi19-11 : ASTM A 743/ 743M CF-8 GX2CrNi19-11 : ASTM A 743/ 743M CF-3 18/10 Edelstahlguß mit Molybdän (i.d.R. 2% Mo): GX5CrNiMo : ASTM A 743/ 743M CF-8M GX2CrNiMo : ASTM A 743/ 743M CF-3M 18/10 Edelstahlguß stabilisiert mit Niob (i.d.R. %Nb=9x%C): GX5CrNiNb19-11 : ASTM A 743/ 743M CF-8C*) Duplex (PREN<40) und Super-Duplex Legierungen (PREN>40): GX2CrNiMoN : ASTM A 890 CD3MN GX2CrNiMoCuN : ASTM A 890 CD4MCuN GX2CrNiMoN : ASTM A 890 CE3MN PRE(N)=Wirksumme=%Cr+3,3*%Mo+16 (30)*%N *) C steht hier aus dem Grund, weil Niob im amerikanischen Columbium heißt. 27

29 AISI Bezeichnungen der wichtigsten Edelstähle (AISI Bezeichnung gängig bei Halbzeugen)
18/10 Edelstahl ohne Molybdän: X5CrNi AISI 304 X2CrNi AISI 304L 18/10 Edelstahl mit Molybdän (i.d.R. 2% Mo): X5CrNiMo AISI 316 X2CrNiMo AISI 316L 18/10 Edelstahl stabilisiert mit Titan*) (i.d.R. %Ti=5x%C): X6CrNiTi AISI 321 X6CrNiMoTi AISI 316Ti Vollaustenit: X1NiCrMoCuN AISI 904L *) Habzeuge können mit Titan stabilisiert werden, Gußwerkstoffe werden aufgrund der Oxidationsgefahr mit Niob stabilisiert Pumpe 28

30 [1] Konstruieren und Gießen 2/2000 [2] DECHEMA
Quellenangaben: [1] Konstruieren und Gießen 2/2000 [2] DECHEMA [3] Norbert Arlt et. al.; Technische Berichte Thyssen Edelstahl [4] Horst Becker; Nichtrostende Stähle; Edelstahlvereinigung 29 Werkstoffe für Pumpen in Schwefel und Schwefelsäure