Korrosionsverhalten des Werkstoffs 1.4539 und von Nickelbasis-Legierungen in Gaswässern

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Abstract

In Laboruntersuchungen mit synthetischen Gaswässern, welche die Gase Ammoniak, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und Cyanwasserstoff enthielten, wurde der Einfluß der Medienkomponenten auf die Korrosion des Werkstoffs 1.4539, sowie der Nickelbasis-Werkstoffe Hastelloy C-4, C-22 und C-276 untersucht. Schwefelwasserstoff wurde als die korrosionsbestimmende Verbindung identifiziert. Für den Chromnickelstahl wurden in einem kritischen pH-Bereich bei Sulfid-Konzentrationen > 2% bereits bei 50°C Abtragsgeschwindigkeiten um 2 mm ° a−1 ermittelt. Da Cyanid die Korrosion durch Auflösung sulfidischer Deckschichten durch Komplexierung der Eisenionen stimuliert, wird im kritischen Bereich eine Erhöhung der Massenverlustrate bei zunehmender Cyanid-Konzentration gefunden.

Die wesentlich beständigeren Nickelbasis-Legierungen wiesen erst bei Erhöhung der Temperatur auf 100°C merkliche Massenverluste nach Auslagerung im Autoklav auf. Die Abstufung in den Verlustraten C-22 >P C-4 > C-276 konnte durch die unterschiedlichen Gehalte an höherwertigen Legierungselementen erklärt werden. Die Überprüfung der Nickelbasis-Legierungen des Typs Hastelloy und der Werkstoffe 1.4539 sowie 1.4571 mit Hilfe des dynamischen Zugversuchs (CERT-Methode) hat in den untersuchten Medien keine Gefahr bezüglich Spannungsrißkorrosion aufgezeigt. Die mechanischen Kennwerte, wie Bruchenergie, Bruchdehnung und Brucheinschnürung ergaben im Vergleich zu den in neutralem Medium (Glycerin) geprüften Proben keine Veränderung.

Die metallographische Analyse zeigt in Abhängigkeit von der Aggressivität der flüssigen Phase lokale Korrosionserscheinungen im stark verformten Einschnürbereich, der über Grübchenbildung bis zu begrenzten Oberflächenrissen führen. Diese Erscheinungen treten bei allen Werkstoffen etwa gleich ausgeprägt auf.

Abstract

Corrosion behaviour of material no. 1.4539 and nickel based alloys in gas waters

Laboratory tests with synthetic gas waters containing the gases ammonia, carbon dioxide, hydrogen sulphide and hydrogen cyanide were carried out in order to examine the influence of medium components on the corrosion of material No. 1.4539 and nickel based alloys Hastelloy C-4, C-22 and C-276.

Hydrogen sulfide was identified as the decisive component for corrosion. For stainless steel corrosion rates of about 2 mm ° a−1 were already found at 50°C in a critical pH-range with sulfide concentrations > 2%. As cyanide stimulates corrosion by dissolving sulfide surface layers by complexation of the iron ions, an increased material loss rate per unit area was found in the critical range with increasing cyanide concentration.

The much more stable nickel based alloys only revealed considerable weight losses after being exposed in the autoclave at 100°C. The graduation of the loss rates C-22 > C-4 > C-276 can be explained by the different contents of high grade alloy elements.

The testing of nickel based alloys of the Hastelloy type and of material No. 1.4539 and 1.4571 by means of the dynamic tensile test (CERT-method) revealed no risks of stress corrosion cracking in the tested media. The mechanical data, such as energy at break, elongation at rupture and reduction of area when breaking, did not indicate any change in comparison to the data found in a neutral medium (glycerine).

As a function of the aggressiveness of the liquid phase, the metallographic analysis showed some traces of local corrosion in the highly deformed area, ranging from pitting to limited surface cracking. These phenomena were found to nearly the same extent for all materials.

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