Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit von Incoloy 925
1. Kernmechanismen der Lochfraß- und Spaltkorrosionsbeständigkeit
Hoher Chromgehalt (19,0–21,0 Gew.-%): Chrom bildet einen dichten, haftenden und selbstheilenden passiven Chromoxidfilm auf der Legierungsoberfläche. Dieser Film fungiert als physikalische und chemische Barriere und verhindert, dass korrosive Ionen (insbesondere Cl⁻) in das Substrat eindringen und Korrosion auslösen.
Molybdänzusatz (2,5–3,5 Gew.-%): Molybdän ist ein Schlüsselelement zur Verbesserung der lokalen Korrosionsbeständigkeit. Es ist an der Bildung des Passivfilms beteiligt und verbessert dessen Stabilität und Kompaktheit. Noch wichtiger ist, dass Molybdän die Adsorption von Cl⁻ auf der Legierungsoberfläche hemmen und den durch die Ansammlung von Chloridionen verursachten Zusammenbruch des Passivfilms verhindern kann.
Kupferlegierung (1,5–3,0 Gew.-%): Kupfer erhöht die Beständigkeit der Legierung gegenüber reduzierenden sauren Umgebungen (z. B. Schwefelsäure, Phosphorsäuremedien) und verbessert synergetisch die Stabilität des Passivfilms in chloridhaltigen Mischmedien.
Strenge Kontrolle schädlicher Elemente: Wie bereits erwähnt, verhindern die niedrigen Grenzwerte von C (weniger als oder gleich 0,03 Gew.-%), S (weniger als oder gleich 0,015 Gew.-%) und P (weniger als oder gleich 0,020 Gew.-%) die Bildung von Karbidausscheidungen, Sulfideinschlüssen und anderen Defekten. Diese Defekte sind potenzielle Ausgangspunkte für Lochfraß und Spaltkorrosion; Ihre Beseitigung gewährleistet die Gleichmäßigkeit des Passivfilms und der Substratstruktur.
Niederschlag stärkt die Mikrostruktur: Nach entsprechender Wärmebehandlung (Lösungsglühen + Alterung) scheidet die Legierung feine ′-Phasen (Ni₃(Ti,Al)) und Karbide aus, die die mechanische Festigkeit erhöhen, ohne die Korrosionsbeständigkeit wesentlich zu beeinträchtigen. Durch die gleichmäßige Verteilung der Ausscheidungen werden mikrostrukturelle Heterogenitäten vermieden, die zu lokaler Korrosion führen könnten.
2. Leistung in typischen korrosiven Umgebungen
Chlorid-haltige wässrige Lösungen: In Meerwasser, Salzseesole und industriellem Kühlwasser mit hohen Chloridkonzentrationen behält die Legierung eine ausgezeichnete Lochfraßbeständigkeit bei.
Für Incoloy 925 liegt der PREN-Wert im Allgemeinen über 35, was viel höher ist als der von gewöhnlichen austenitischen Edelstählen (z. B. Edelstahl 304 mit PREN ≈ 18). Dieser hohe PREN-Wert weist auf die starke Widerstandsfähigkeit gegen Lochfraß in Chloridumgebungen hin.
Szenarien der Spaltkorrosion: Bei Spaltbedingungen wie Flanschverbindungen, Schraubverbindungen und Wärmetauscherrohrböden, wo sich stehende korrosive Medien ansammeln können, weist Incoloy 925 eine gute Spaltkorrosionsbeständigkeit auf. Tests haben gezeigt, dass die Legierung in einer 3,5 Gew.-%igen NaCl-Lösung bei 60 Grad keine offensichtliche Spaltkorrosion erzeugt, selbst nach längerem Eintauchen, während herkömmliche rostfreie Stähle unter den gleichen Bedingungen unter schwerer Spaltkorrosion leiden können.
Öl- und Gasproduktionsumgebungen: In Bohrlochumgebungen, die H₂S, CO₂ und Chloridionen enthalten (die sogenannten „Sauerbetriebsbedingungen“), widersteht die Legierung Lochfraß und Spaltkorrosion, die durch die kombinierte Wirkung korrosiver Gase und Ionen verursacht werden, und eignet sich daher für die Herstellung von Bohrlochrohren, Ventilen und Bohrlochkopfkomponenten.
Chemische Verarbeitungsmedien: In Medien wie Schwefelsäure, Phosphorsäure und organischen Säuren mit Chloridverunreinigungen kann die Legierung eine stabile Leistung ohne lokale Korrosionsausfälle aufrechterhalten, was auf chemische Reaktoreinbauten, Rohrleitungssysteme und Pumpenventilteile anwendbar ist.
3. Faktoren, die die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion beeinflussen
Temperaturanstieg: Höhere Temperaturen beschleunigen die Migrationsgeschwindigkeit von Chloridionen und die elektrochemische Korrosionsreaktion, wodurch die Stabilität des Passivfilms verringert wird. Wenn die Temperatur 120 Grad übersteigt, nimmt die Loch- und Spaltkorrosionsbeständigkeit der Legierung allmählich ab und es müssen entsprechende Schutzmaßnahmen (z. B. Reduzierung der Medienkonzentration, Verwendung von Korrosionsinhibitoren) ergriffen werden.
Konzentration von Chloridionen: Wenn die Chloridionenkonzentration 10.000 ppm überschreitet, steigt die Gefahr von Lochfraß. In Umgebungen mit hoher Solekonzentration ist eine regelmäßige Überwachung des Legierungsoberflächenzustands erforderlich, um einen passiven Filmabbau zu verhindern.
Spaltgeometrie: Schmale und tiefe Spalten führen eher zu einer Stagnation korrosiver Medien und einer Ansammlung korrosiver Ionen, was zu Spaltkorrosion führt. Durch eine angemessene Konstruktionskonstruktion (z. B. Vermeidung scharfer Ecken, Verwendung von Dichtungen mit guter Korrosionsbeständigkeit) kann dieses Risiko verringert werden.
Schweißprozess: Unsachgemäße Schweißprozesse (z. B. übermäßige Wärmezufuhr, unvollständiges Schweißen) können zu einer Sensibilisierung der Wärmeeinflusszone oder zur Bildung von Schweißfehlern (z. B. Porosität, unvollständige Verschmelzung) führen, die zu Schwachstellen für Lochfraß und Spaltkorrosion werden. Durch die Einführung von Standardschweißverfahren (GTAW, SMAW) und die Kontrolle der Schweißparameter können solche Auswirkungen minimiert werden.
