Korrosive Aufkohlung von Eisenaluminiden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In vielen Prozessen der chemischen und petrochemischen Industrie werden metallische Werkstoffe bei hohen Temperaturen stark aufkohlenden Gasatmosphären ausgesetzt. Dabei kommt es zur u.a. zur Abscheidung von Graphit auf der Oberfläche der Materialien, welcher als Korrosionsprodukt der katastrophalen Aufkohlung auftritt. Die Schadensfolgen erstrecken sich von Verstopfung der Gasleitungen mit Graphit über lokale Angriffe auf der Oberfläche des Werkstoffes bis zu dessen vollständigem Zerfall in ein staubartiges Korrosionsprodukt, welches aus einer Mischung metallischer Partikel und Graphit besteht („metal dusting"). Niedriglegierte Eisenbasiswerkstoffe sind besonders gefährdet gegenüber dieser Korrosionsform, während Austenite und insbesondere Nickelbasiswerkstoffe i.a. weniger ausgeprägte Korrosion zeigen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen war es, die Beständigkeit von Fe-Al Legierungen mit verschiedenen Aluminiumgehalten unter „metal dusting" Bedingungen zu untersuchen. Diese Legierungen sind aufgrund ihres Aluminiumgehaltes und der damit verbundenen Gewichtseinsparung als Konstruktionsmaterial von Interesse. Die untersuchten Legierungen haben einen Al-Gehalt von 10 bis 45 at. %. Es wurden Experimente bei 600, 800 und 1000°C im strömenden CO-H2-H2O Gasgemisch mit konstantem H2O Gehalt und jeweils 15 und 25 Volumen % CO durchgeführt. Während der Aufkohlung wurde die Gewichtsänderung mittels Thermogravimetrie verfolgt. Die Untersuchungen zeigen, dass sowohl mit Erhöhung des Aluminiumgehaltes als auch mit Erhöhung der Temperatur die Massenzunahme der Proben abnimmt bzw. die Beständigkeit gegen Aufkohlung zunimmt. Bei höherem AI Gehalt bildet sich eine Al-Oxidschicht auf der Oberfläche während die Kohlenstoffaktivität als Triebkraft für den Korrosionsprozess mit steigender Temperatur sinkt. Der kritische Wert der C-Aktivität für eine Aufkohlung ist gleich eins, entsprechend der Aktivität von reinem Graphit. Bei 600 und 800°C ist diese in dem vorgegebenen Gasgemisch überschritten, bei 1000°C ist der Wert ac=0,767 bei 15 vol. % CO und ac=l,127 bei 25 vol. % CO. Als Folge der herabgesetzten Kohlenstoffaktivität wird auf der Oberfläche die Oxidationsreaktion unter Bildung einer AI2O3 Schicht dominant sein gegenüber der Kohlenstoffabscheidung. Dies wurde sowohl experimentell als auch mittels HREM und XRD gezeigt. An allen Proben wurden nach Aufkohlung bei 600°C C-Filamente verschiedener Größe nachgewiesen. Dabei wurde die Abhängigkeit der Morphologie der Graphitabscheidungen vom Aluminiumgehalt aufgezeigt. Des weiteren wurde die Bildung der K-Phase FesAlCx nach 6 Stunden Auslagerung und, mit Erhöhimg der Aufkohlungszeit auf 10 Stunden, Zementit nachgewiesen. Die gefundenen Ergebnisse wurden mit thermodynamischen Berechnungen validiert. Die Ergebnisse sind mit Erfolg auf der intemationalen Tagung EUROCORR 2007 dargestellt worden und in einer Zeitschrift veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Materials and Corrosion, 57, No. 9 (2006), 724-728. Cementite precipitation on Fe-Al alloys in CO-H2-H2O gas mixture at 600°C
R. Bernst, A. Schneider, M. Spiegel
