A176

Qualifizierung von Rohren mit Innenbeschichtung zum Schutz vor mediumsbedingter Korrosion

(A176 S 24/10023/01)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 01. Januar 2002 - 31. Dezember 2004

Die in verschiedenen technischen Anwendungsbereichen bei hohen Temperaturen eingesetzten Bauteile unterliegen im allgemeinen einem korrosiven Angriff durch das transportierende Medium. Als Beispiel können dampfführende Rohrleitungen im Kraftwerksbau genannt werden, die einer wasserdampfseitigen Oxidation ausgesetzt sind. In kritischen Fällen können sich bei entsprechend hohen Temperaturen Oxidationsschichten ausbilden, die bei dünnwandigen Rohren zur Erhöhung der Metalltemperatur und damit zum vorzeigen Ausfall führen können.

Aufgrund der notwendigen hohen Zeitstandfestigkeit weisen moderne martensitische Rohrleitungswerkstoffe einen begrenzten Cr-Gehalt auf. Dieser reicht für die Ausbildung einer den Oxidationsprozess stabilisierenden Passivierungsschicht aus Cr-Oxiden nicht aus. Da eine Erhöhung des Cr-Gehaltes legierungstechnisch bedingt nicht möglich ist, sind alternative Verfahren zur Innenbeschichtung mit dem Ziel, die Oxidationsbeständigkeit zu verbessern, gefragt.

Ziel des Vorhabens war die Auswahl eines Verfahrens zur Innenbeschichtung von Rohren, die Qualifizierung und Optimierung des Verfahrens und die Erbringung eines Nachweises für die Nachhaltigkeit.

Die Untersuchungen zum Stand der Technik haben insbesondere zwei aussichtsreiche Verfahren hervorgehoben:

Die chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD-Verfahren) und das Vakuum ARC De-position (VAD)-Verfahren.

Im Rahmen des Vorhabens entwickelt und angepasst wurde die CVD-Silizierung für die Innenbeschichtung von Rohren zur die Anwendung im Kesselbau gegen wasserdampfseitige Oxidation. Die experimentellen Untersuchungen haben gezeigt, dass die siliziumhaltigen Prekursoren geeignet sind, um die Innenoberfläche von 9% Chromstahl-Rohren zu ferritischem Gefüge zu konvertieren und mit Hilfe von Silizium das Oxidationsverhalten in Wasserdampfatmosphäre zu verbessern. Die notwendige Wärmebehandlung für martensitischen Stahl lässt sich gleichzeitig mit der Konversionsbeschichtung in einem „Single Process“ kombinieren. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der modifizierten Oberfläche wurden mittels optischer Mikroskopie, REM, EDS, Elektronensonde (Line Scans) und XRD untersucht. Der mit Silizium angereicherte Innenoberflächenbereich zeigt eine geringere Härte und mehr Verformbarkeit als das Martensitgefüge des Grundwerkstoffs. Es sind keine Einschränkungen im Hinblick auf die Verarbeitung (z. B. Biegen, Schweißen) zu erwarten. Die durchgeführten Zeitstandversuche und Auslagerungsversuche mit beschichteten Proben zeigen, dass das Zeitdehnverhalten durch die Wärmebehandlung nicht negativ beeinflusst wird. Anhand von Auslagerungsversuchen in Luft bei 600°C konnte die Beständigkeit der Si-angereicherten Schicht bei ausreichender Schichtdicke nachgewiesen werden. Anhand von metallografischen Untersuchungen wurde die sich ausbildende Deckschicht untersucht.  

Eine Alternative zur Silizierung stellt das VAD Verfahren dar. Im Rahmen des Vorhabens wurde eine Technik entwickelt, die es erlaubt, über ein Plasma spezifische Legierungen auf der Innenoberfläche niederzubringen. Metallografische Untersuchungen zeigten, in welchem Rahmen die Prozessparameter variieren können, um eine dichte und gut anhaftende Schicht zu bekommen. Das Verfahren weist ein Anwendungspotenzial im petrochemischen Bereich auf.

Forschungsstelle 1:
Materialprüfungsanstalt Uni Stuttgart (MPA) Otto-Graf-Institut
www.mpa.uni-stuttgart.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. Karl Maile Dr.-Ing. Karl Berreth (vorgelegt vom Wirtschaftsverband Stahlbau und Energietechnik e.V., Düsseldorf (SET) für Fachverband Dampfkessel-, Behälter- und Rohrleitungsbau e.V. (FDBR))

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF