Ferritisch-Austenitische (Duplex) Stähle

Präsentation zum Thema: "Ferritisch-Austenitische (Duplex) Stähle"—  Präsentation transkript:

1 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. Beispiele sind HA 28 5®1, Norichlor®2(1.4573) ®1=FRIATEC-Rheinhütte; ®2 = KSB 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) oder roher Phosphorsäure, sowie in Teilbereichen der Düngemittelherstellung. 1 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

2 Ferritisch-Austenitische (Duplex) Stähle
Die maximale Einsatztemperatur für Dauerbetrieb liegt bei T=280°C. Kurzfristig (2-3h) kann diese Temperatur leicht überschritten werden. Ansonsten besteht die Gefahr der Spröd-phasenbildung (σ-Phase zwischen °C; 475°-Versprödung), die eine drastische Abnahme der Kerbschlagarbeit zur Folge hat. Auch großflächige Schweißarbeiten können zu Gefügeumwandlungen führen. Nach kleineren Schweißarbeiten mit artgleichen oder überlegierten Elektroden ist keine Wärmenachbehandlung erforderlich. Super-Duplex Legierungen haben eine Wirksumme >40. PRE(N)=Wirksumme= %Cr + 3,3*%Mo + 16 (30)*%N Härte Duplex-Werkstoffe: HB 2 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

3 "Phasen – Zoo" bei Duplex Stählen
Zeit in s Temperatur in °C 300 1000  M7C3Karbide, CrN in WEZ • σ - Phase •  - Phase  2- Phase • M23C6 Karbide •  - Phase •  - Phase  ' - Phase, etc… Mo, W, Si Cr Mo W Si Cu Cr, Mo,Cu W 100 1.000 10.000 Abkühlung bei langsamem Abkühlen nach dem Glühen oder dem Schweißen können kritische Ausscheidungs-gebiete durchlaufen werden. Schematische Darstellung des ZTA-Diagramms ferritsich-austenitischer Stähle (ZTA=Zeit-Temperatur-Ausscheidung) 3 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

4 Überführung von Bauteilen aus Duplex-Stahl vom Ofen (Lösungsglühen bei T=1150°C) in ein Wasser-abkülbecken mit T=30°C in weniger als 120 Sekunden zur Vermeidung von Sprödphasen. 4 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

5 Titan und Titan Palladium
Im Pumpenbau und in der Verfahrenstechnik wird primär reines Titan (z.B ) oder Titan-Pd mit einem 0,2% Palladium als Legierungsbestandteil (z.B ) verwendet. Die Festigkeiten beider Titanqualitäten ist gleich, die Zugfestigkeit liegt für Rm= N/mm2, für Rp0,2 bei N/mm2 und die Bruchdehnung A05 zwischen 12 und 15%, der E-Modul liegt mit etwa 108 kN/mm2 niedriger als bei Stahl. Die Zugabe von etwa 0,2% Palladium (Pd) erhöht sich die Beständigkeit von Titan in reduzierenden Medien wie HCl halte Salzsolen oder FeCl3 bzw. AlCl3-Lösungen. Durch Zulegieren von Aluminium und Vanadium kann man die Festigkeit deutlich steigern z.B. G-TiAl 6 V 4 (3.7165) Rm=880N/mm2, Rp 0,2=740N/mm2, A05=5% (Bruchdehnung verringert sich). Diese Legierung kommt im Pumpenbau als Gußbauteile praktisch nicht zum Einsatz. 5 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

6 Titan und Titan Palladium
Die gute Korrosions-beständigkeit von Titan beruht auf der dichten Oxidschicht (TiO2) auf der Metall-oberfläche. Die Reintitansorten haben ein hexagonales Gefüge (-Titan) und daher nur mäßige Festigkeitswerte und eine geringe Duktilität. Titan ist besonders beständig in stark oxidierenden und chloridhaltigen Medien. Typische Anwendugsgebiete sind chlorhaltige Salzsolen, Bleichlösungen wie NaOCl oder ClO2, sowie feuchtes Chlorgas im Bereich der Vakuumpumpentechnik. 6

7 Korrosion an Titan Bild 1 Bild 2 Bild 1 und Bild 2: Korrosiver Angriff von Titan Gr.2 (3.7031) in heißer, saurer NaCl-Sole im Bereich der Chloralkalielektrolyse. Titan-Pd wurde mit reinem Titan vertauscht. 7 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

8 Zirkonium Das Verfahren zur Gewinnung von Titan ist ver-gleichbar mit dem von Titan. Der Rohstoff ist Zirkoniumsilikat (ZrSiO4). Die am häufigsten verwendete Zr -Qualität ist Zr 702. Die gute chemische Beständigkeit von Zirkonium beruht wie bei Titan auf der dichten Oxidschicht. Zirkonium ist hervorragend be-ständig in HCl aller Konzentrationen bis 200°C, heißer konz. Essig-säure, Schwefelsäure in verdünnter und mittlerer Konzentration. 8

9 Vergleich Titan - Zirkonium - Tantal
[1] ISO- Korrosionskurven div. Sonderwerkstoffe in HCl und H2SO4 9 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

10 Vergleich Titan - Zirkonium - Tantal
Pumpen Wellenhülse aus Titan anstelle von Zirkonium im Einsatz in HCl. Korrosiver Angriff im Bereich der Kontaktstelle zum Medium. 10 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

11 Nickel Pumpe Die Gießbarkeit von Nickel ist aufgrund des geringen Erstarrungs-intervalles sehr schwierig und erfordert gute Kenntnisse der Gießereitechnik. Zur Verfügung stehen die Qualitäten unter-schiedlicher Reinheit (2.4170) G-Ni 95 und G-Ni 98. Gefüge von G-Ni 95, austenitisches Nickelgefüge mit Graphit-einlagerungen. Nickel gehört zu den beständigsten metallischen Werkstoffen in Natron- und Kalilauge und wird daher bevorzugt als Kreislaufpumpe bzw. in der Eindampfung im Bereich der NaOH- bzw. KOH-Herstellung eingesetzt. 11 Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse

12 Quellenangabe: [1] Dr. Udo Pankoke; Anwendung von Titan, Zirkonium und Tantal in der Chemietechnik, Vortrag HDT Werkstoffe für Pumpen in der Chloralkalielektrolyse 12