Aufsatz 1 - HENKEL Epol

Technical Bulletin
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Hinweise zur Bildung, Entstehung und
Wirkung von (Delta)-Ferrit in
austenitischen Edelstahllegierungen
(Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)
Dipl.-Ing. Dr. techn. Georg Henkel
Fachbericht 0320299
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Fachbericht 0320299
Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in
austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)
Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
HINWEISE ZUR BILDUNG, ENTSTEHUNG UND WIRKUNG VON
(DELTA)-FERRIT IN AUSTENITISCHEN EDELSTAHLLEGIERUNGEN
(WERKSTOFFNUMMERN 1.4404 / 1.4435)
Dipl.-Ing. Dr. techn. Georg Henkel
Einleitung
Edelstahlapparate, -behälter und -rohrleitungssysteme im pharmazeutischen/biotechnischen
Anlagenfeld werden meist aus den Legierungstypen DIN 1.4404/1.4435 bzw. AISI 316 L
hergestellt.
Beide Legierungen gehören zu den austenitischen nichtrostenden Stählen, wobei neben
einer Reihe anderer hervorragender Eigenschaften vor allem die gute Korrosionsbeständigkeit bei fachgerechter Verarbeitung einen wesentlichen Vorteil darstellt.
Speziell bei der Verarbeitung von kontrollierten Halbzeugen wie Blechen, Stäben, Profilen,
Rohren, etc. zu Apparaten durch spanlose, spanabhebende und thermische Verfahren wie
etwa Schweißen treten fallweise merkliche Materialschwächungen auf, die häufig zu
unerwünschten Korrosionseffekten führen, die den Betriebsablauf mehr oder minder
empfindlich stören können.
Neben den bekannten Korrosionseffekten wie Lochfraßkorrosion (LK), interkristalline
Korrosion (IK), Spannungsrisskorrosion (SpRK), Rouging etc., die in der Regel auf (lokale)
strukturelle Defekte zurückgeführt werden können, ist in den letzten Jahren auch das lokale
Struktur-merkmal der Bildung von Deltaferrit erkannt und in Diskussion gebracht worden.
Neben den Mechanismen der Bildung bzw. Entstehung von Deltaferritbereichen in der
austenitischen Grundstruktur des Gefüges, ist vor allem auch die Wirkung des Deltaferrits im
Schweißnahtgefüge als allfällige (latente) Korrosionsgefahr ein erheblicher Diskussionspunkt
in der einschlägigen Szene.
Untersuchungen zu diesem spezifischen Thema im Rahmen einer ausführlichen Literaturübersicht sollen versuchen, hierzu sachdienliche Hinweise zu liefern.
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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in
austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)
Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Entstehung und Bildung von Deltaferrit
Die oben genannten Edelstahllegierungen bestehen neben Cr, Ni, Mo und Fe aus einer
Reihe weiterer Elemente, welche in der EN 10088-1 ausführlich festgelegt sind.
Kennzeichnend ist dabei, dass einzelne Elemente, wie etwa Cr und Mo die Bildung einer
typisch ferritischen Gefügestruktur (krz) unterstützen und andere Elemente, wie etwa Ni und
Mn die Ausbildung einer typischen austenitischen Gefügestruktur (kfz) forcieren. [1]
Die in der Literatur eindeutig und ausführlich beschriebenen Verhältnisse für die Legierungen
1.4404/1.4435 zeigen, dass bei Sicherstellung von homogenen und stabilen Verhältnissen
(speziell Glüh- und Abkühlverhältnissen) die Ausbildung von rein austenitischen Gefügestrukturen erfolgt, wobei allerdings speziell die Cr/Ni-Äquivalent Darstellungen nach
Schaeffler und De Long wie auch Hammar und Svensson klar erkennen lassen, dass sich
diese „Sicherheit“ mehr oder weniger hart an der Grenze zu (teil-)ferritischen Bedingungen
befindet.
Bild 1
WIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit
Abschätzung des -Ferritgehalts in Schweißnähten mittels
Berechnung der Cr- und Ni-Äquivalente nach SCHAEFFLER.
Quelle: B. Henkel, Diplomarbeit, Techn. Universität Wien, 1999.
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austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)
Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Aus dieser Tatsache ist abzuleiten, dass entsprechende Verfahrensgegebenheiten etwa
beim Schweißen (und Abkühlen) dazu führen können, dass bestimmte Gefügebereiche
(infolge Diffusionsprozessen beim zeitfunktionalen Abkühlvorgang) aufgrund von
Konzentrationsänderungen statt in austenitischer eben in ferritischer Ordnungsstruktur
auskristallisieren und da-durch in der austenitischen Gesamtstruktur nennenswerte
Phasenbereiche in ferritischer Strukturform vorliegen. [2], [3]
Metallografische Schliffbilder zu Analysezwecken von Schweißnahtgefügebereichen zeigen
in Abhängigkeit von Schlifflage und Ätzmethode die Ferritbezirke quasi als Inseln im
austenitischen Gesamtbereich.
Bild 2
WIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit
Konfiguration des Rest- -Ferrits in austenitischer Matrix einer
Edelstahl-Schweißnaht ( -Ferrit = dunkle Färbung)
12% -Ferrit (15 FN)
potentiostatisch geätzt in NaOH
17% -Ferrit (15 FN)
potentiostatisch geätzt in NaOH
Quelle: E. Folkhard, Welding Metallurgy of Stainless Steels, English Edition, Springer-Verlag Wien New York
1987.
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Bild 3
Mikrostruktur der Schweißnaht und der
Wärmeeinflusszone
300 µm
Metallographischer Schliff senkrecht zur Schweißnaht (ca. 50 ), Rohr 42,2 2,0 mm (F03608) elektropoliert,
Grundwerkstoff – Wärmeeinflußzone – Schweißnaht (Wurzelseite), geätzt in V2A-Beize
Bild 4
Mikrostruktur der Schweißnaht und der
Wärmeeinflusszone
-Ferrit
Wärmeeinflusszone
Schweißnaht
30 µm
Metallographischer Schliff senkrecht zur Schweißnaht (ca. 500 ), Rohr 42,2 2,0 mm (F03608)
elektropoliert, Wärmeeinflußzone – Schweißnaht, geätzt in V2A-Beize
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Bild 5
Mikrostruktur der Schweißnaht nach Wärmebehandlung
Grundwerkstoff
Schweißnaht
30 µm
Metallographischer Schliff ( 500 ) einer Längsschweißnaht nach Wärmebehandlung in Wasserstoff-atmosphäre
(Taupunkt –40°C) bei 1040°C, Rohr 63,5 1,65 mm, 1.4404, elektropoliert (E00758)
Die Bezeichnung Deltaferrit ist dabei zunächst insofern zu präzisieren, dass es sich bei
Deltaferrit in den Legierungen 1.4404/1.4435 natürlich nicht um reine Eisenphasen handelt
sondern vielmehr um typische „Edelstahlkristalle“ – bestehend aus Cr, Ni, Mo, Fe etc. -, die
allerdings deutlich andere Mischungsverhältnisse zeigen als der austenitische Bereich und
eben deshalb in ferritischer Struktur (krz) auskristallisieren.
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Bild 6
WIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit
-MK = -Ferrit
-MK = Austenit
Temperatur
Chromgehalt
Nickelgehalt
Vertikalschnitt durch das System Fe-Cr-Ni bei
72% Fe [R. Killing, Angewandte Schweißmetallurgie, Fachbuchreihe Schweißtechnik
Band 113, 1996, DVS-Verlag GmbH,
Düsseldorf]
Die Bezeichnung „ (Delta)“ ist unter Legierungstechnikern (neben „ (Alfa)“) nur ein Hinweis,
zu welchem Zeitpunkt diese Gefügeform entstanden ist. Strukturell ist Alfa- und Deltaferrit
prinzi-piell nicht zu unterscheiden. -Ferrit und -Ferrit haben beide kubisch-raumzentriertes
(krz) Kristallgitter.
Auf die zahlreichen weiteren Gefügedetails bzw. temperatur-/diffusionsbedingten Umwandlungen bei Glüh-/Abkühlphasen soll an dieser Stelle nicht eingegangen werden, da diese
keine wesentliche Relevanz für das Verständnis der spezifischen Thematik haben.
Bestimmung und Messung von Deltaferritanteilen in der austenitischen Gefügestruktur sind
dabei prinzipiell entweder durch die Anfertigung von metallografischen Schliffbildern samt
Ätzung und Mikroskopie möglich, oder aber zerstörungsfrei durch entsprechend kalibrierte
Ferritmessgeräte von Fischer und Förster.
Bei der metallografischen Methode sind – bei entsprechend höherem Aufwand – die
ferritischen Bereiche klar sichtbar zu machen und dadurch sowohl lagemäßig qualitativ (z.B.
mittels Farbätzung nach Lichtenegger und Blöch) wie lagemäßig quantitativ (z.B. mittels
Schwarz-Weiß-Ätzung und anschließendem Point-Counting) zu ermitteln (siehe Bild 2).
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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Bei der magnetinduktiven Ferritbestimmung wird das physikalische Prinzip messtechnisch
genutzt, dass ferritische Bereiche eine magnetische Wirkung haben, wobei die magnetische
Induktion entsprechend verstärkt wird (Eisenkern!). Diese Verfahren arbeiten quasi integral
über einen bestimmten Materialvolumenbereich und erlauben die Ermittlung von Vol.-%
Ferrit-Werten bzw. Ferritnummern (FN), wie die einschlägige Literatur anschaulich
beschreibt. [4]
Die Betrachtung der -Ferrit-Problematik kann dabei prinzipiell auf den Bereich der
Schweißnaht konzentriert werden, während in anderen Bereichen auch von typischem
Verformungsmartensit aus massiven plastischen Verformungen bzw. starken Schneidoperationen etc. gesprochen werden kann, der ebenfalls entsprechende Ferritwerte
messtechnisch ermitteln lässt.
Wirkung von Deltaferrit
Im schweren Apparatebau mit Wanddicken von > 10 mm zum Verschweißen wurde die
Erfahrung gemacht, dass beim Schweißen die Bildung von Deltaferrit von 10 ... 15 Vol.-%
sogar erwünscht ist, weil dadurch die sogenannte Heißrissanfälligkeit in der Schweißnaht
merklich reduziert werden kann und parallele Nachteile etwa korrosiver Art durch den Deltaferritanteil nicht erkannt wurden bzw. nicht vorgelegen sind.
Die Heißrissanfälligkeit ist grundsätzlich als Erstarrungs- bzw. Kristallisationsrissbildung zu
verstehen, wobei die Rissbildung unter Einwirkung von Wärmeschrumpf-Zugspannungen
entlang der Korngrenzen (Korngrenzenfilmbereiche) erfolgt. Dabei ist zu beachten, dass
ferritische Strukturen eine deutlich geringere Wärmedehnung (Schrumpfung) zeigen als die
umgebende austenitische Matrix, wodurch das Risiko der Rissbildung bei hohen
Temperaturen (knapp unterhalb der Erstarrungstemperatur aus der Schmelze) und eben
noch relativ geringer Strukturfestigkeit gemildert wird durch ferritische Phasenstrukturbereiche.
Im Pharmaapparatebau ist die Heißrissproblematik dagegen nicht gegeben, da in der Regel
kleinere Wanddicken (etwa < 4 mm) verschweißt werden.
Korrosionstechnisch liegen in der einschlägigen Literatur neben [5] bisher keine klaren
Aussagen bzw. Beispiele vor, dass Deltaferritanteile in der Schweißnaht nachweislich kausal
für allfällige nachhaltige Korrosionseffekte verantwortlich gezeichnet haben. Dies als
grundsätzliche Vorbemerkung zu allfällig anders lautenden Spekulationen. Hinweise auf eher
moderate Korrosionseinflüsse zeigen dabei Bild 7 und Bild 8.
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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Bild 7
WIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit
Einfluss von -Ferrit auf das Korrosionsverhalten
Korrosionsrate von AISI 316L vs.
Ferritgehalt, 25°C, 10% HCl, 96h
Korrosionsrate von AISI 316L vs.
Ferritgehalt, kochende HNO3, 240h
Quelle: R. Morach, Einfluß des -Ferritgehaltes auf das Korrosionsverhalten, Conference Proceedings
International Symposium on Orbital Welding, La Baule, France, 24th and 25th April 1997.
Bild 8
WIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit
Einfluss von -Ferrit auf das Korrosionsverhalten
CPT vs. SN-Ferritgehalt AISI 316L in
3.56% NaCl (Test gemäß ASTM G 150)
CPT vs. Creq/Nieq, AISI 316L in 3.56%
NaCl (Test gemäß ASTM G 150)
Cr- und Ni-Äquivalente nach HAMMAR und SVENSSON:
Creq = Cr + 1.37 Mo + 1.5 Si + 2 Nb + 3 Ti
Nieq = Ni + 0.31 Mn + 22 C + 14.2 N + Cu
Quelle: S. R. Collins u. P. C. Williams, Weldability and Corrosion Studies of AISI 316L Electropolished Tubing,
Conference Proceedings INTERPHEX, S-29, New York, March 22, 2000.
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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in
austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)
Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Im Apparate- und Rohrleitungsbau für sensible Pharma- und Biotechnikbereiche (vor allem
auch WFI-Anlagen) wurden in den letzten Jahren jedoch Zweifel bekannt, ob nicht doch in
den an sich materialtechnisch schwächsten Bereichen der Schweißnaht (Gußstruktur) ein
zusätzlicher Deltaferritgehalt eine weitere korrosionstechnische Schwächung und damit eine
zusätzliche latente Korrosionsgefahr darstellt. Aus diesem Grunde wurde in dieser Zeit in
einer Reihe von Verarbeitungs- und Prüfspezifikationen eine Deltaferritschwelle < 0,5 ... 1,0
Vol.-% Ferrit (heute < 3,0 Vol.-% Ferrit) eingegeben, ohne dass dafür jedoch entsprechende
wissenschaftliche Erfahrungen/Grundlagen vorhanden gewesen wären. Die Maßnahmen
wurden als eindeutige Prophylaxe gewählt.
Die praktische Erfahrung bei der Montage hat gezeigt, dass handelsübliches Material
1.4404/ 1.4435 auch beim hochtechnisierten Orbitalschweißen (ohne Zusatz) nicht gesichert
deltaferritfrei verschweißt werden kann. Durch die Verwendung von N2 im
Schweißgas/Formiergas werden die Verhältnisse allerdings deutlich verbessert, da N2 ein
Austenitbildner ist, wodurch die Deltaferritanteile in der Naht wesentlich reduziert werden
können, indem N2 im Schmelzbad teilweise aufgenommen (gelöst) wird. Eine gesicherte
Vermeidung von jeglichem Deltaferrit in der Schweißnaht kann jedoch nur durch die
Verwendung von Schweißzusatz aus 1.4519/ 1.4539 (Vollaustenit) erreicht werden, wobei
jedoch die Schweißaufwände merklich höher und somit teurer werden.
Die Möglichkeit, die Schmelzen aus 1.4435 im Rahmen der zulässigen Legierungsbereiche
nach EN 10088-1 legierungstechnisch gezielt einzuschränken und damit deutlich in den
Austenitbereich abzudrängen (z.B. Obergrenze Ni), um beim Schweißen gesichert im vollaustenitischen Bereich zu bleiben, ist letztlich nicht erfolgreich gewesen, da durch diese
Maßnahmen andere wesentliche Materialeigenschaften (etwa mechanische Verarbeitbarkeit
sowie einwandfreie und reproduzierbare Verschweißbarkeit) deutlich verschlechtert werden.
Die Ausbildung der Deltaferritbereiche in der Schweißnaht wurde in mehreren
Versuchsreihen an 1.4404 und 1.4435 überprüft und mit entsprechend einschlägigen
Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Bei einer Ausbildung von Deltaferritanteilen bis ca.
8 Vol.-% Ferrit zeigen die durchgeführten metallografischen Untersuchungen, dass die Deltaferritphasen vorwiegend im Zentrum des Schweißnahtvolumens vorliegen und im Schweißnahtrandbereich (Wurzel- und Decklagenseite) ausschließlich austenitische Strukturen zu
detektieren waren. Diese Erkenntnis erlaubt sowohl wesentliche Schlussfolgerungen
betreffend der kausalen Ursachen der Fremdphasenbildung wie auch bezüglich der bauteiltechnischen Wirkung und des betriebstechnischen Verhaltens der Schweißnaht bzw. des
Schweißnahtbereiches.
Hinsichtlich der metallurgischen Ursachen der Bildung von separaten -ferritreichen Bezirken
im Volumenzentrum der Schweißnaht ist nach den bisherigen Erkenntnissen der Literatur
gesichert davon auszugehen, dass im Nahtzentrum die Materialerstarrung/Kristallisation
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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in
austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)
Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
zeitlich später erfolgt als in den Schweißnahtrandbereichen (Wärmeleitprinzip), wodurch
materialtypische Diffusionsprozesse wirken können, welche letztlich Ursache sind für die
Ausbildung von gezielten Elementenwanderungen mit dem Ergebnis von Mikroagglomerierungen sowie konsequenterweise Mikroentmischungen, welche schließlich für die
Ausbildung von ferritisch kristallisierenden Bezirken verantwortlich sind, während im sofort
erstarrenden Randbereich quasi die austenitischen Verhältnisse flink „eingefroren“ werden.
Diese Verhältnisse sind metallurgisch anhand von Mikroanalysen nachweisbar u.v.a. auch
reproduzierbar sowie thermodynamisch erklärbar über die gesetzmäßigen Mechanismen der
temperatur- und konzentrationsabhängigen Diffusionsprozesse im kristallinen Mikrobereich,
wobei einzelne Elemente je nach Temperaturzustand verschiedene Bewegungsfähigkeiten
zeigen.
Dabei ist zu beachten, dass alle entstandenen Kristalle aus ihrer prinzipiellen Zusammensetzung der formalen Legierungsdefinition „Edelstahlkristalle“ bzw. „Mischkristalle“ genügen.
18 % Cr, 12,5 % Ni, 2,51 % Mo ...
etwa kristallisiert austenitisch (kfz)
26 % Cr, 8 % Ni, 2,4 % Mo ...
etwa kristallisiert dagegen ferritisch (krz).
Dabei sind laut einschlägiger Literatur in Schweißnähten von 1.4435 ferritische Grenzkonzentrationen bis 28,6 % Cr + 3,7 % Ni + 3,9 % Mo mittels Mikroanalyse bestimmt worden
und belegen klar den beschriebenen Ablaufmechanismus, wobei die lokalen Über- und
Untermischungen aus dieser Konsequenz hier im Detail nicht näher behandelt werden
sollen.
Für die Schweißnahtbereiche mit Deltaferritanteilen hat diese Erkenntnis eine Reihe von
grundsätzlichen Folgen.
Bei spannungstechnisch und thermisch stabilen Betriebsbedingungen sind (unverschliffene)
Orbitalnähte infolge -Ferrit-Anteilen bis ca. 5 Vol.-% Ferrit mit ausreichender Sicherheit
nicht bedenklich, da die -Ferrit-Bezirke im Schweißnahtinneren keinen Medienkontakt
haben und insohin korrosionstechnisch keine Wechselwirkung zu erwarten ist. Bei
Belastungen bis ca. 200° C sind aufgrund der metallisch stabilen Strukturen auch
festigkeitstechnisch keinerlei Probleme zu erwarten, wenngleich v.a. bei dynamischen
Belastungen die unterschiedlichen Verhaltensweisen bezüglich Wärmeleitfähigkeit und
Spannungs-Dehnungsverhalten zu berücksichtigen sind.
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Im Falle von mechanisch verschliffenen Schweißnähten (etwa blecheben verschliffenen
Schweißnähten in Behältern) stellt sich die Problematik jedoch völlig anders dar, da die
ferritischen Bereiche der Schweißnaht durch den mechanischen Schliff plötzlich zur
medienberührenden Oberfläche werden und dabei allfälligen korrosiven Angriffen des
Mediums ausgesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die
ferritischen Bezirke ohne jeden Zweifel korrosionstechnisch kaum schwächer besetzt sind,
als die austenitische Matrix. Korrosionstechnisch kritisch sind v. a. die Phasenübergangsbereiche. Versuche in diese Richtung auf der Basis des chemischen Beizens mit HF +
HNO3-Mischungen (kontrollierte korrosive Wirkungen) bzw. mittels elektrochemischen
Polierens von freigelegten ferritischen Bezirken (Bild 4 und 5) zeigen einen verstärkten
lokalen Abtrag und erlauben insohin auch die Schlussfolgerung, dass eindeutig
korrosionstechnisch geschwächte Übergangsbereiche vorliegen bei Bildung von -FerritPhasen in der Austenitmatrix, sofern diese Bereiche mit dem Medium im Betrieb direkt in
Kontakt kommen.
In diesem Zusammenhang ist es als durchaus sinnvoll zu empfehlen, Behälterschweißnähte,
welche aus anderen technologischen Gründen blecheben verschliffen werden müssen,
mittels rein austenitischer Schweißnahtzusatzmaterialien (etwa 1.4519/1.4539) zu verschweißen, um die Bildung von -Ferrit-Bezirken sicher zu vermeiden.
Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt betreffend Deltaferritbildungen in der Schweißnaht
ist darin zu sehen, dass ferritische Kristallstrukturen eine deutlich höhere Löslichkeit für
Verunreinigungen zeigen als austentitische Strukturen. Deltaferritbildungen in der Schweißnaht vermindern deshalb das Auftreten von Schlackebildungen auf der Schweißnaht
aufgrund des erhöhten Lösevermögens für Al, Si, Ca, Ti und Zr im (ferritischen) Gefügeverband.
Die Beeinflussung von typischer Rougingbildung durch Deltaferrit bis 5 Vol.-% in der
Schweißnaht kann dabei nach bisherigen Untersuchungen ebenfalls ausgeschlossen werden
[6].
Schlussbemerkungen
Die Bildung von -Ferrit-Anteilen in Schweißnähten von Mat. 1.4435/1.4404 v. a. beim
zusatzfreien Orbitalschweißen von Rohren und Rohrteilen ist bekannt, wobei die kausalen
metallurgischen Ursachen eindeutig nachvollziehbar sind. Eine gefügetechnische Erholung
zur Entfernung der -Ferrit-Anteile durch Lösungsglühen ist dabei fertigungstechnisch in den
meisten Fällen nicht möglich.
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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit
Versuche haben dabei gezeigt, dass Gefügebereiche mit -Ferrit-Anteilen korrosionstechnisch im Phasenübergangsbereich deutlich weniger widerstandsfähig sind, als die
deltaferritfreien austentischen Bereiche der Legierung.
Weiters hat sich gezeigt, dass bei durchaus üblichen -Ferrit-Anteilen bis ca. 8 Vol.-% Ferrit
in der Schweißnaht die -Ferrit-Bezirke vorwiegend im Inneren des Nahtvolumens vorliegen
und an den Schweißnahtvolumenrandbereichen (Wurzel und Decklage) eindeutig
austenitisches Gefüge erkannt wird, sodass bei mechanisch nicht verschliffenen Schweißnähten im Anlagenbetrieb gesichert kein Kontakt zwischen -Ferrit-Phasenbereichen und
dem Medium zu erwarten ist und dadurch keinerlei korrosionstechnische Relevanzen
gegeben sind. Diese faktische Tatsache ist offenbar auch die Antwort auf die temporären
technischen Unklarheiten in der Beurteilung der latenten Korrosionsgefahr von Deltaferritanteilen bei Schweißnähten – im Besonderen bei Rohrrundschweißnähten.
Diese Verhältnisse sind speziell für Orbitalnähte von Rohren/Rohrteilen ohne Zusatzmaterial
von wesentlicher (entschärfender) Bedeutung; allerdings eher kritisch in die andere Argumentationsrichtung für blecheben verschliffene Schweißnähte im Innenbereich der Behälter
und Apparate, wo nach dem Schleifen im Schweißnahtbereich bei Vorlage von Deltaferritbezirken minder korrosionsbeständige Phasenübergangsbereiche freiliegen.
Orbitalnähte von Rohren und Rohrleitungen sind insohin für -Ferrit-Anteile bis 3 Vol.-%
Ferrit in chloridhaltigen Medien (bzw. bis 5 Vol.-% in chloridfreien Lösungen < 5 ppm Cl-)
verfahrenstechnisch für einen störungsfreien Betriebsablauf unbedenklich, sofern die Nähte
nicht mechanisch (blecheben) verschliffen werden. Dabei lassen geringe Deltaferritanteile
die Schlackebildung auf der Naht infolge erhöhten Verunreinigungslösevermögens in der
Strukturmatrix merklich reduzieren. Behälterbaunähte, die im Innenbereich blecheben
verschliffen werden, sollten mit vollaustenitischem Zusatz auf -Ferrit < 0,5 Vol.-% Ferrit
verschweißt werden, um lokale Korrosionsangriffe im praktischen Anlagenbetrieb gesichert
vermeiden zu können.
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Literatur:
[1]
BCI N 11.265, Baseler Norm BN 2,
Baseler Chemische Industrie
[2]
Schulze, Krafka, Neumann, Schweißtechnik,
VDI-Verlag Düsseldorf 1992
[3]
Sunniva R. Colins and Peter C. Williams,
”Electropolished Tubing: Avoiding Corrosion in Welded Applications”,
Chemical Processing, December 2000
[4]
Benedikt Henkel, „Beeinflussbarkeit des (Delta)-Ferritgehaltes beim WolframIntergas
Orbitalschweißen dünnwandiger austenitischer Rohre“,
Diplomarbeit, Techn. Universität Wien, 1999
[5]
Morach R. and P. Ginter, “Influence of Low d-Ferrite Content on the Behaviour of
Stainless Steel”, Stainless Steel World, September 1997
[6]
Troels Mathiesen, Jan Rau, Jan E. Frantsen,
Jorma Terävä, Per-Ake Björnstedt and
Benedikt Henkel; „Using Exposure Tests to Examine Rouging of Stainless Steel”,
Pharmaceutical Engineering July/August 2002
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Korrosionsschutz.
Edelstahl (u.a. 1.4435, 1.4404/ 316L,
1.4539/ 904L, etc.), Nickel und Nickellegierungen (u.a. Alloy 59, Hastelloy®,
Inconel®), Duplex, Aluminium, Kupfer,
Niob, Titan, Nitinol, Zirkonium, C-Stahl.
Die Oberfläche
sichert den Wert
des Bauteils
Anwendungsbereiche
Forschung & Entwicklung
Gestaltung funktionaler Metalloberflächen,
werkstoffspezifische Elektrolyte für die
chemische und elektrochemische Oberflächenbehandlung von Metallen, Rouge
Forschungsprojekte
Pharmaindustrie, Chemische Industrie, Biotechnologie, Halbleiterindustrie, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, Kosmetikindustrie, Kraftwerke, Kühlanlagen, Wärmetechnik, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Architektur.
Mehr Informationen finden Sie unter
www.henkel-epol.com
www.derouging.com
www.hplg.at
© Henkel Beiz- und Elektropoliertechnik GmbH u. Co. KG
Rev. 21.12.2010
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