DE19643752A1 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines korrosions- und
oxidationsbeständigen Werkstoffs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Werkstoffe sind für die Herstellung von Wärmetauschern, insbesondere von
Überhitzern von Wärmekraftanlagen vorgesehen, da sie den Einwirkungen von Tem
peraturen standhalten, die mehr als 600°C betragen. Bis jetzt ist es üblich hierfür
austenitische Edelstähle zu verwenden, die mindestens 18% Chrom enthalten. Bei
Bauelementen, die aus diesem Werkstoff gefertigt sind, bildet sich auf den Oberflä
chen eine schützende Oxidschicht aus Chrom aus. Hierdurch sind solche Bauele
mente beispielsweise gegen die korrosiven Einwirkungen von Wasserdampf ge
schützt, der mehr als 600°C heiß ist. Diese austenitischen Werkstoffe sind wegen ih
res hohen Chromgehalts sehr teuer, was die Fertigungskosten für Wärmetaucher be
achtlich erhöht.
Herkömmliche ferritische Werkstoffe, die 9 bis 12% Chrom enthalten und deshalb
wesentlich preisgünstiger sind, können für die Herstellung der oben genannten Wär
metauscher nicht verwendet werden, da sie eine unzureichende Korrosions- und Oxi
dationsbeständigkeit gegenüber Wasserdampf bei Temperaturen von mehr als 600°C
aufweisen. Auf den Oberflächen von Bauelementen, die aus einem der bekannten
ferritischen Werkstoff hergestellt sind, bilden sich nur Schichten aus Mischphasen in
Form von Eisen- und Chromoxiden wie Spinelle oder Magnetite aus. Diese Schichten
sind sehr porös und platzten zudem unter der Einwirkung von Wasserdampf sehr
schnell ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein
ferritischer Werkstoff so hergestellt werden kann, daß er einen dauerhaften Schutz
gegen Korrosion und Oxidation aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffs wird an Hand der nachfolgenden
Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff gefertigtes Bauelement,
Fig. 2 ein Diagramm, welches das Korrosionsverhalten des erfindungsgemäßen
Werkstoffs veranschaulich.
Fig. 1 zeigt ein zylinderförmiges Bauelement 10, das aus dem erfindungsgemäßen
ferritischen Werkstoff 1 gefertigt ist. Für die Herstellung des Werkstoffs wird von ei
nem Basismaterial ausgegangen, das Kohlenstoff, Chrom, Molybdän, Vanadium und
Niob enthält. Der Anteil an Chrom und Molybdän wird hierbei so groß gewählt, daß
der ferritische Werkstoff 1 nach dem Sintern 9% bis 12% Chrom und 0,5% bis 1%
Molybdän aufweist. Bevorzugt wird die Herstellung eines ferritischen Werkstoffs 1 mit
der Bezeichnung T 91, der folgende Strukturformel hat: X10CrMoVNb91. X steht da
bei stellvertretend für Kohlenstoff. Der Werkstoff 1 wird nach dem Sintern zu Bauele
menten weiterverarbeitet. Das in Fig. 1 dargestellte Bauelement 10 ist aus
X10CrMoVNb91 gefertigt. Nach der Formgebung des Bauelements 10 wird dieses
derart weiterbehandelt, daß der Werkstoff 1 dabei voroxidiert wird. Das Voroxidieren
geschieht in einer reduzierenden Atmosphäre, in der ein Sauerstoffpartialdruck von
höchstens 100 ppm bis 1000 ppm herrscht. Das Bauelement 10 wird zum Voroxidie
ren des ferritischen Werkstoffs 1 zunächst vollständig in Kohlenstoff eingebettet.
Anschließend wird es für mindestens 120 Stunden bei einer Temperatur von 800°C
einem Gasstrom ausgesetzt, der als wesentlichen Bestandteil Stickstoff und nur 100
ppm bis 1000 ppm Sauerstoff aufweist.
Erfindungsgemäß kann der Werkstoff auch so voroxidiert werden, daß das Bauele
ment 10 für wenigstens 120 Stunden einer Temperatur von 800°C ausgesetzt wird.
Gleichzeitig wird das Bauelement 10 einem Gasstrom ausgesetzt, der durch ein re
duzierendes Gas gebildet wird. Dieser Gasstrom besteht aus Wasserstoff mit einem
Anteil von 100 ppm bis 1000 ppm Sauerstoff.
Gleichgültig welche der beiden Möglichkeiten zur Voroxidation angewendet werden,
immer bildet sich dabei auf den Innen- und Außenflächen des Bauelements 10 eine
Deckschicht 11 aus Chromoxid selbsttätig aus. Diese Deckschicht 11 weist eine Dic
ke von 2 µm bis 10 µm auf.
Wird das Bauelement 10 anschließend beispielsweise in einen Wärmetauscher ein
gebaut, wo es einen direkten Kontakt mit Wasserdampf hat, der eine Temperatur von
650°C und mehr aufweisen kann, zeigt der voroxidierte Werkstoff 1 im Vergleich zum
einem ferritischen Werkstoff (hier nicht dargestellt) mit der gleichen Zusammen
setzung, der jedoch nicht voroxidiert ist, eine deutlich geringere Korrosionsrate. Mes
sen läßt sich diese Korrosionsrate, dadurch daß, die Zunahme des Gewichts in
mg/cm2 ermittelt wird, die der Werkstoff 1 erfährt. Diese Gewichtszunahme ist in ei
nem Diagramm in Fig. 2 für einen voroxidierten und einen unbehandelten ferritischen
Werkstoff dargestellt, die beide Wasserdampf von 650°C ausgesetzt sind. Wie das
Diagramm zeigt erfolgt die Oxidation bei dem voroxidierten Werkstoff wesentlich
langsamer als das bei einem unbehandelten ferritischen Werkstoff der Fall ist.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung eines korrosions- und oxdidationsbeständigen
Werkstoffs (1), dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung ein Basismaterial ver
wendet wird, das eine definierte Menge an Chrom und Molybdän aufweist, und daß
der Werkstoff (1) nach dem Sintern zur Ausbildung einer korrosionsbeständigen
Deckschicht (11) voroxidiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstel
lung eines ferritischen Werkstoffs (1) ein Basismaterial verwendet wird, das Kohlen
stoff, Chrom, Molybdän, Vanadium und Niob in solchen Mengen enthält, daß beim
Sintern ein Werkstoff (1) mit der Strukturformel: X10CrMoVNb91 gebildet wird, der
einen Anteil an Chrom von 9 bis 12% und an Molybdän von 0,5% bis 1% aufweist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff (1) nach dem Sintern in einer reduzierenden Atmosphäre voroxi
diert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der ferritische Werkstoff (1) bei einem Sauerstoffpartialdruck von 100 ppm bis
1000 ppm voroxidiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der ferritische Werkstoff (1) während eine Zeit von mindestens 120 Stunden vor
oxidiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der ferritische Werkstoff (1) bei einer Temperatur von mindestens 700°C voroxi
diert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der ferritische Werkstoff (1) während des Voroxidierens vollständig in Kohlenstoff
eingebettet und für 120 Stunden bei einer Temperatur von 800°C einem Gasstrom
ausgesetzt wird, der als wesentlichen Bestandteil Stickstoff und nur 100 ppm bis 1000
ppm Sauerstoff aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der ferritische Werkstoff (1) zum Voroxidieren für 120 Stunden bei einer Tempe
ratur von 800°C einem Gasstrom ausgesetzt wird, der aus einem reduzierenden Gas
besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ferritische
Werkstoff (1) zum Voroxidieren für 120 Stunden bei einer Temperatur von 800°C ei
nem Gasstrom ausgesetzt wird, der aus Wasserstoff und 100 ppm bis 1000 ppm
Sauerstoff besteht.
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|---|---|---|---|
| DE1996143752 DE19643752A1 (de) | 1996-10-23 | 1996-10-23 | Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19643752A1 true DE19643752A1 (de) | 1998-04-30 |
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE19643752A1 (de) |
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