Was sind die kritischen Schweiß- und Wärmebehandlungsanforderungen für Incoloy 945- und Incoloy 926-Rohre?

1. F: Was sind die grundlegenden Unterschiede in der Zusammensetzung und in der Metallurgie zwischen nahtlosen Rohren aus Incoloy 945 und Incoloy 926?

A:Incoloy 945 und Incoloy 926 dienen grundlegend unterschiedlichen industriellen Anwendungen, und ihre Unterschiede beginnen in der Philosophie des Legierungsdesigns: -Eines ist ausscheidungsgehärtet-für hohe Festigkeit bei saurem Einsatz, während das andere fest-lösungsverstärkt ist, um eine extreme Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien zu gewährleisten.

Incoloy 945 (UNS N09945)ist eine ausscheidungs-härtende Nickel-Eisen-Chromlegierung, die speziell für stark saure Öl- und Gasumgebungen entwickelt wurde. Seine nominale Zusammensetzung beträgt 48–52 % Nickel, 19–23 % Chrom, 2,5–3,5 % Molybdän, 1,5–2,5 % Kupfer, 1,0–2,0 % Titan, 0,3–0,6 % Aluminium, 0,3–0,6 % Niob und Rest Eisen. Diese komplexe Chemie dient mehreren Zwecken: Ein hoher Nickelgehalt (ca. 50 %) sorgt für eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungskorrosionsrisse. Molybdän und Kupfer verstärken Lochfraß und verringern die Säurebeständigkeit; und Titan, Aluminium und Niob verbinden sich zu Gamma-{20}-Strich- (Ni₃(Al,Ti)) und Gamma-{21}-Doppel---Ausscheidungen (Ni₃Nb). Diese Ausscheidungen sorgen durch eine kontrollierte zweistufige Alterungswärmebehandlung für eine Ausscheidungshärtung. Incoloy 945 erreicht je nach Alterungsbedingungen Streckgrenzen von 80–130 ksi (552–896 MPa) mit einer typischen Härte von unter 35 HRC, um die NACE MR0175-Anforderungen für den sauren Einsatz zu erfüllen.

Incoloy 926 (UNS N08926)ist ein super-austenitischer Edelstahl, der für extreme Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien ausgelegt ist. Seine nominale Zusammensetzung beträgt 24–26 % Nickel, 19–21 % Chrom, 6,0–7,0 % Molybdän, 0,8–1,5 % Kupfer, 0,15–0,25 % Stickstoff und der Rest Eisen. Beachten Sie das Fehlen von Titan, Aluminium und Niob. Diese Legierung ist nicht ausscheidungshärtend; Es erhält seine Stärke aus der festen Lösung und der Stickstoff-Zwischengitterverstärkung. Der hohe Molybdängehalt (6–7 %) sorgt für eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen. Der Stickstoffzusatz (0,15–0,25 %) stabilisiert das austenitische Gefüge und erhöht die Lochfraßbeständigkeit weiter. Incoloy 926 erreicht bei Raumtemperatur typische Streckgrenzen von 35–45 ksi (241–310 MPa).

Metallurgische Implikationen:Incoloy 945 ist für konzipierthohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in nassen, sauren Umgebungenbei Temperaturen bis etwa 600 Grad F (316 Grad). Es ist nicht für den Einsatz bei hohen Temperaturen über 1000 °F (538 °F) vorgesehen, da dort die Ausscheidungen überaltern und vergröbern würden. Incoloy 926 ist für konzipiertmaximale Korrosionsbeständigkeit gegenüber wässrigen Medienin Meerwasser, sauren Salzlösungen und chemischen Prozessströmen bei Temperaturen bis zu etwa 600 Grad F (316 Grad). Es kann nicht die hohen Festigkeitswerte von Incoloy 945 erreichen.

Zwischen ihnen wählen:Wenn es die Anwendung erfordertHohe Festigkeit (80+ ksi Ausbeute) plus NACE MR0175 Sauer-Service-Konformität(z. B. Bohrlochrohre, Unterwasserverteiler), wählen Sie Incoloy 945. Wenn die Anwendung dies erfordertmaximale Beständigkeit gegen Lochfraß und SpaltkorrosionWählen Sie bei mäßiger Festigkeit (z. B. Meerwasserleitungen, FGD-Systeme) Incoloy 926. Es gibt nur minimale Überlappungen.-Incoloy 945 ist eine Öl- und Gaslegierung. Incoloy 926 ist eine chemische Verarbeitungs- und Schiffslegierung.

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2. F: Welche Industriestandards und Spezifikationen gelten für nahtlose Rohre aus Incoloy 945 und Incoloy 926?

A:Diese beiden Legierungen fallen unter völlig unterschiedliche Spezifikationsrahmen, die ihre unterschiedlichen Märkte widerspiegeln: -Öl und Gas für 945 und Chemie/Schifffahrt für 926.

Für nahtlose Rohre aus Incoloy 945:

ASTM B983– Standardspezifikation für nahtlose Rohre aus ausscheidungs-härtendem Nickel-Eisen-Chrom (gilt für UNS N09945 und ähnliche Qualitäten). Dies ist die primäre Rohrspezifikation.

API 6ACRA– Spezifikation des American Petroleum Institute für alterungsgehärtete Legierungen auf Nickelbasis-, die im sauren Bereich verwendet werden. Diese Spezifikation enthält spezifische Härte-, Zug- und Schlaganforderungen.

NACE MR0175 / ISO 15156– Dies ist der kritischste Standard für Incoloy 945. Er zertifiziert die Legierung für den Einsatz in sauren (H₂S-haltigen) Öl- und Gasumgebungen. Die Norm legt maximale Härtegrenzen (typischerweise 35 HRC oder weniger) und akzeptable Wärmebehandlungsbedingungen fest, um Sulfidspannungsrisse zu verhindern.

ISO 13680– Erdöl- und Erdgasindustrie-Spezifikationen für Bohrlochausrüstung, die Incoloy 945 umfassen.

Wärmebehandlungsbedingungen:Käufer müssen eine von drei Bedingungen angeben:

Lösungsgeglüht (weich)– Zur anschließenden Kaltumformung oder Umformung

Lösungsgeglüht + ausgelagert– Für den direkten Einsatz in voller Stärke

Doppelt gealtert– Für eine optimale Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit

Für nahtlose Rohre aus Incoloy 926:

ASTM B677 / ASME SB677– Standardspezifikation für nahtlose Rohre aus Nickel-Eisen-Chrom-Molybdän-Kupfer-Stickstofflegierung (UNS N08926). Dies ist die primäre Rohrspezifikation.

ASTM B673– Standardspezifikation für geschweißte Rohre (obwohl nahtlose Rohre für kritische Anwendungen bevorzugt werden).

ASME Boiler and Pressure Vessel Code Abschnitt II, Teil D– Bietet zulässige Spannungswerte für N08926 bei Temperaturen bis zu etwa 600 Grad F (316 Grad).

NORSOK M-630– Norwegischer Öl- und Gasstandard, der Incoloy 926 für den Seewasser- und Solebetrieb umfasst.

ISO 15156 / NACE MR0175– Incoloy 926 ist für den sauren Einsatz mit entsprechenden Härtegrenzen geeignet, wird für diesen Zweck jedoch weniger häufig verwendet als Incoloy 945.

Überlegungen zur Beschaffung:Nahtlose Rohre aus Incoloy 945 sind ein Spezialprodukt mit begrenzten Herstellerquellen und langen Lieferzeiten (typischerweise 14–20 Wochen). Nahtlose Rohre aus Incoloy 926 sind in mehreren globalen Werken mit Standardplänen (Sch 10S, 40S, 80S) gemäß ASME B36.19 kommerziell erhältlich. Stellen Sie immer sicher, dass im Materialprüfbericht die korrekte UNS-Nummer und bei Incoloy 926 der Stickstoffgehalt (0,15–0,25 %) angegeben ist, der für die Lochfraßbeständigkeit entscheidend ist.

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3. F: Warum sind nahtlose Rohre aus Incoloy 945 das bevorzugte Material für hochfeste saure Öl- und Gasanwendungen im Bohrloch?

A:Nahtlose Rohre aus Incoloy 945 haben sich zu einem Benchmark-Material für stark saure Einsatzumgebungen in tiefen Öl- und Gasquellen mit hohem {{1}Druck und hoher -Temperatur (HP/HT) entwickelt. Vier spezifische Eigenschaften erklären seine Überlegenheit gegenüber anderen ausscheidungshärtenden Legierungen.

Erstens außergewöhnliche Beständigkeit gegen Sulfidspannungsrisse (SSC) bei hoher Festigkeit.NACE MR0175/ISO 15156 legt strenge Härtegrenzen (typischerweise kleiner oder gleich 35 HRC) für Materialien im sauren Einsatz fest. Viele hochfeste Legierungen (z. B. Inconel 718 bei bestimmten Wärmebehandlungen) überschreiten die Härtegrenzen, was ihre Verwendung in den härtesten H₂S-Umgebungen einschränkt. Incoloy 945 erreicht Streckgrenzen von 100–130 ksi (689–896 MPa) und behält gleichzeitig die Härte unter 35 HRC. Diese einzigartige Kombination wird durch sorgfältige Kontrolle der Alterungsreaktion erreicht. -Die Legierung entwickelt feine, zusammenhängende Ausscheidungen, die für eine Festigung ohne übermäßige Härte sorgen. Der Niobzusatz (0,3–0,6 %) trägt zur Kontrolle des Niederschlagswachstums bei und hält die Härte innerhalb akzeptabler Grenzen. Felderfahrungen in Bohrlöchern mit H₂S-Partialdrücken über 100 psi (0,7 MPa) und Temperaturen von 350–450 Grad F (177–232 Grad) bestätigen die Beständigkeit von Incoloy 945 gegenüber SSC.

Zweitens: überlegene Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungsrisskorrosion (SCC) aufgrund des hohen Nickelgehalts.Mit etwa 50 % Nickel hat Incoloy 945 den höchsten Nickelgehalt unter den kommerziell erhältlichen ausscheidungshärtenden Ölfeldlegierungen. Ein hoher Nickelgehalt verändert das SCC-Verhalten grundlegend.-Die Legierung widersteht Chlorid-SCC bei allen Temperaturen, die bei der Öl- und Gasförderung auftreten, einschließlich konzentrierter Solen und Hochtemperatur-Tiefbrunnen. In Tiefbrunnen mit Formationswasserchloriden über 150.000 ppm und Bohrlochtemperaturen von 400 Grad F (204 Grad) kann es bei Materialien mit niedrigerem -Nickelgehalt (z. B. 13Cr-Edelstahl, Incoloy 925 mit 42–46 % Ni) immer noch zu SCC kommen. Incoloy 945-Rohre haben unter diesen extremen Bedingungen eine Lebensdauer von über 15 Jahren bewiesen.

Drittens: hervorragende Loch- und Spaltkorrosionsbeständigkeit durch Molybdän und Kupfer.Die Kombination von 2,5–3,5 % Molybdän und 1,5–2,5 % Kupfer verleiht Incoloy 945 eine Lochfraß-Äquivalentzahl (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) von etwa 32–36. Dies ist höher als bei Incoloy 825 (PREN ∼30–33) und vergleichbar mit Super-Duplex-Edelstählen. In Umgebungen, die elementaren Schwefel enthalten (häufig in Sauergasbrunnen), bietet Kupfer zusätzlichen Schutz vor schwefelinduzierter Korrosion. Der hohe Nickelgehalt widersteht außerdem dem Angriff durch Schwefelkondensation.

Viertens thermische Stabilität während des Langzeitbetriebs.Im Gegensatz zu einigen ausscheidungshärtenden Legierungen, die bei Temperaturen über 400 Grad F (204 Grad) schnell überaltern und erweichen, behält Incoloy 945 seine Festigkeit auch nach längerer Einwirkung von 450–500 Grad F (232–260 Grad). Der Niobzusatz stabilisiert die Gamma--Doppel---Phase und verhindert so eine Vergröberung. Diese thermische Stabilität ist entscheidend für Tiefbrunnen, in denen die Produktionstemperaturen über Jahrzehnte erhöht bleiben.

Typische Anwendungen:Bohrlochförderrohre, Packer, unterirdische Sicherheitsventile, Behälter mit polierter Bohrung und Aufhängesysteme in HP/HT-Sauergasbohrungen. In diesen Anwendungen konkurriert Incoloy 945 mit Inconel 718 und Incoloy 925. Es wird oft ausgewählt, wenn die Kombination aus 120 ksi Streckgrenze, NACE MR0175-Konformität und überlegener SCC-Beständigkeit erforderlich ist.

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4. F: Warum sind nahtlose Rohre aus Incoloy 926 das bevorzugte Material für den Einsatz in Meerwasser und aggressiven Chemikalien?

A:Nahtlose Rohre aus Incoloy 926 haben aufgrund ihrer außergewöhnlichen Beständigkeit gegen örtliche Korrosion eine führende Stellung in den Bereichen Meerwasseraufbereitung, chemische Verarbeitung und Rauchgasentschwefelung (REA) erlangt. Drei spezifische Eigenschaften erklären seine Überlegenheit gegenüber Standard-Edelstählen und sogar vielen Legierungen mit höherem -Nickelgehalt.

Erstens: extrem hohe Lochfraß-Widerstandsäquivalentzahl (PREN).PREN wird als %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N berechnet. Für Incoloy 926:

Chrom: 19–21 %

Molybdän: 6,0–7,0 %

Stickstoff: 0,15–0,25 %

Dies ergibt einen PREN von etwa 40–45. Zum Vergleich:

Edelstahl 316L: PREN ∼24–26

Duplex 2205: PREN ∼35–38

Incoloy 825: PREN ∼30–33

Incoloy 945: PREN ∼32–36

Ein höherer PREN weist auf eine größere Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen hin. In warmem Meerwasser (80–100 Grad F / 27–38 Grad) bilden sich innerhalb von Wochen Gruben bei 316L. Duplex 2205 bietet eine bessere Leistung, es kann jedoch aufgrund von Biofouling oder Ablagerungen immer noch zu Spaltkorrosion kommen. Incoloy 926 widersteht Lochfraß in Meerwasser bis etwa 120–140 Grad F (49–60 Grad) und eignet sich daher für tropische Meerwasserkühlsysteme, Löschwasserleitungen und Ballastleitungen.

Zweitens die Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungsrisskorrosion (SCC).Austenitische Edelstähle (304L, 316L) sind über etwa 140 Grad F (60 Grad) sehr anfällig für Chlorid-SCC, insbesondere unter Verdunstungsbedingungen. Der hohe Nickelgehalt (24–26 %) und der Molybdängehalt von Incoloy 926 verändern das SCC-Verhalten grundlegend. Die Legierung widersteht SCC bei allen Temperaturen, die im wässrigen Betrieb auftreten, einschließlich konzentrierter Salzlösungen, Dampfkondensat mit Chloridverschleppung und atmosphärischen Meeresbedingungen. Dies macht es zu einer ausgezeichneten Wahl für Rohrleitungen von Offshore-Plattformen, Entsalzungsanlagen und Chemieanlagen an der Küste.

Drittens hervorragende Leistung in Umgebungen mit gemischten Säuren.Die Kombination aus Molybdän (6–7 %) und Kupfer (0,8–1,5 %) bietet eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen reduzierende Säuren, insbesondere Schwefel- und Phosphorsäure, während der hohe Chromgehalt vor oxidierenden Bedingungen schützt. In Rauchgasentschwefelungssystemen (REA),-wo Nasswäscher SO₂ aus Kraftwerksabgasen entfernen-, wechselt die Umgebung zwischen reduzierend und oxidierend, mit Chloriden, Fluoriden und einem niedrigen pH-Wert (2–4). Incoloy 926 übertrifft höher-Molybdänlegierungen wie C-276 in bestimmten REA-Zonen aufgrund seiner besseren Beständigkeit gegenüber oxidierenden Abweichungen. Viele Sprühköpfe von REA-Absorbertürmen und Stützrohre für Tropfenabscheider sind jetzt als Incoloy 926 spezifiziert.

Vergleichsleistung:In einem meerwassergekühlten Wärmetauscher bei 90 Grad F (32 Grad) mit stagnierenden Spalten unter den Dichtungen:

Bei 316L-Röhren kommt es innerhalb von 6–12 Monaten zu nadelfeinen Lecks

Duplex 2205 kann 2–5 Jahre überleben, aber an den Dichtungen beginnt Spaltkorrosion

Incoloy 926 bietet eine Betriebsdauer von 15–20+ Jahren und übersteigt oft die Lebensdauer der Geräte

Typische Anwendungen:Meerwasserkühlleitungen (Kraftwerke, LNG-Terminals), Löschwassersysteme (Offshore-Plattformen), Verbindungsleitungen von Entsalzungsanlagen, Frachtleitungen für Chemikalientanker, Sprühköpfe für REA-Absorber, Rohrleitungen für Zellstoff- und Papierbleichanlagen (Chlordioxid-Service) und Übertragungsleitungen für Pharmareaktoren.

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5. F: Was sind die kritischen Schweiß- und Wärmebehandlungsanforderungen für Incoloy 945-Rohre im Vergleich zu Incoloy 926-Rohren?

A:Das Schweißen von Incoloy 945 und Incoloy 926 erfordert grundlegend unterschiedliche Ansätze, da Incoloy 945 ausscheidungshärtend ist und eine Alterung nach dem Schweißen erfordert, während Incoloy 926 fest{6}lösungsverfestigt ist und eine hervorragende Schweißbarkeit aufweist.

Für Incoloy 945-Rohre (Aushärtung-):

Auswahl des Zusatzwerkstoffes:VerwendenERNiCrMo-3(Inconel 625) oderERNiCrMo-10(Inconel 622) als Standardfüllstoffe. Diese molybdänhaltigen Füllstoffe bieten eine Korrosionsbeständigkeit, die der des Grundmetalls entspricht oder diese übertrifft. Für Anwendungen mit höchster Festigkeit, die passende Zugeigenschaften erfordern,ERNiCrFe-2(Inconel 718-Füllstoff) kann verwendet werden, dies erfordert jedoch eine sorgfältige Abstimmung der Wärmebehandlung nach dem Schweißen. Verwenden Sie niemals ERNiCr-3 (ohne Molybdän) oder einen Edelstahlfüllstoff.

Steuerung der Wärmezufuhr:Maximale Zwischenlagentemperatur: 200 Grad F (93 Grad). Die Wärmezufuhr ist auf 20–35 kJ/Zoll (8–14 kJ/cm) begrenzt. Ein höherer Wärmeeintrag führt zu einer Entmischung von Niob und Titan, was das Rissrisiko erhöht und die Kornvergröberung fördert.

Vor-Zustand:Schweißen Sie immer im lösungsgeglühten (weichen) Zustand-nie im gealterten Zustand. Das Schweißen von gealtertem Material führt zu Spannungsrissen in der Hitzeeinflusszone.

Für den Einsatz bei voller Festigkeit ist eine Wärmebehandlung nach-obligatorisch:

Lösungsglühen(falls nach dem Schweißen erforderlich): 1900–1950 Grad F (1038–1066 Grad) für 1 Stunde pro Zoll Dicke, gefolgt von schneller Abkühlung (Abschrecken mit Wasser)

Alterungsbehandlung:Auf 1325 Grad F (718 Grad) erhitzen, 8 Stunden halten, im Ofen auf 1150 Grad F (621 Grad) bei maximal 200 Grad F (93 Grad)/Stunde abkühlen lassen, 8 Stunden halten, dann an der Luft abkühlen lassen

Ohne Alterung nach dem Schweißen hat die Schweißverbindung nur eine Streckgrenze von 40–50 ksi (276–345 MPa)-völlig unzureichend für Ölfeldarbeiten, die 100+ ksi erfordern.

Für Incoloy 926-Rohre (feste-Lösung):

Auswahl des Zusatzwerkstoffes:VerwendenERNiCrMo-3(Inconel 625) als Standardfüllstoff. Für weniger kritische Dienste:ERNiCrMo-10oderER385(passende 6 % Mo-Zusammensetzung) verwendet werden. Der Füllstoff muss dem Molybdängehalt des Grundmetalls (6–7 %) entsprechen oder diesen übertreffen, um die Lochfraßbeständigkeit aufrechtzuerhalten. Verwenden Sie niemals Edelstahlfüllstoffe (308L, 316L)-Sie erzeugen eine galvanische Korrosionszelle und enthalten kein Molybdän.

Steuerung der Wärmezufuhr:Maximale Zwischenlagentemperatur: 250 Grad F (121 Grad). Die Wärmezufuhr ist auf 20–40 kJ/Zoll (8–16 kJ/cm) begrenzt. Eine höhere Wärmezufuhr kann zur Ausfällung einer molybdänreichen Phase (Sigma- oder Chi-Phasen) führen, die die Lochfraßbeständigkeit um 50 % oder mehr verringert. Verwenden Sie Stringer-Perlen statt Webperlen.

Reinigung vor dem-Schweißen:Mit Aceton oder einer speziellen Edelstahlbürste reinigen. Verwenden Sie Schleifscheiben, die ausschließlich für Nickellegierungen vorgesehen sind. Entfernen Sie alle Verunreinigungen aus Kohlenstoffstahl. -Eingebettete Eisenpartikel rosten und verursachen Lochfraß.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen (im Allgemeinen nicht erforderlich):Für die meisten Anwendungen wird Incoloy 926 im geschweißten Zustand verwendet. Wenn in rauen Umgebungen (z. B. warmes Meerwasser mit stagnierenden Bedingungen) maximale Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, stellt ein Lösungsglühen bei 1950–2050 Grad F (1066–1121 Grad) und anschließendes schnelles Abschrecken mit Wasser die volle Lochfraßbeständigkeit wieder her. Aufgrund der Verformungsgefahr wird dies bei Rohren nur selten durchgeführt und ist in der Regel nur für kritische Wärmetauscherrohre vorgeschrieben.

Kritische Warnungen:

Für Incoloy 945:Schweißen Sie niemals ohne qualifiziertes Verfahren. Niemals im gealterten Zustand schweißen. Überspringen Sie niemals die Nachbehandlung der Schweißnahtalterung bei druckhaltigen Bauteilen. Die Empfindlichkeit der Legierung gegenüber Spannungsrissen erfordert eine sorgfältige Steuerung der Wärmebehandlungsrampenrate.

Für Incoloy 926:Verwenden Sie keine Edelstahlfüllstoffe{0}}diesen fehlt Molybdän und sie erzeugen eine korrosionsanfällige Schweißzone-. Nicht überhitzen-Die Bildung der Sigma-Phase ist ohne vollständiges Lösungsglühen irreversibel. Verwenden Sie keine verunreinigten Schleifscheiben. -Eingebettete Kohlenstoffstahlpartikel verursachen Lochfraß.

Qualifikationsvoraussetzungen:

Für Incoloy 945 im sauren Einsatz müssen Schweißverfahren mit Härteprüfung gemäß NACE MR0175 qualifiziert werden. Die Härte in der Wärmeeinflusszone und im Schweißgut darf 35 HRC nicht überschreiten. Dies erfordert häufig einen Lösungsglüh- und Re-Alterungszyklus nach dem Schweißen. Darüber hinaus kann für kritische Anwendungen eine Sulfid-Spannungsrissprüfung gemäß NACE TM0177 (Methode A oder D) erforderlich sein.

Für Incoloy 926 im Meerwasser- oder REA-Betrieb sollte die Qualifizierung des Schweißverfahrens einen Lochkorrosionstest gemäß ASTM G48 (Eisenchlorid) umfassen, um sicherzustellen, dass die geschweißten und hitzebeeinflussten Zonen eine PREN-äquivalente Leistung aufweisen. Das Standard-Akzeptanzkriterium ist, dass nach 72 Stunden bei 25 Grad (77 Grad Fahrenheit) für die meisten Anwendungen keine Lochfraßbildung auftritt, bzw. bei 40 Grad (104 Grad Fahrenheit) für anspruchsvollere Einsätze.