Thomas Herzog und Werner Schmidl CheMin GmbH, Augsburg

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1 Feuerungs-, brennstoff- und werkstofftypenübergreifende Charakterisierung von Korrosionsphänomenen in Dampferzeugern als Grundlage für eine Typisierung der Korrosionsarten Thomas Herzog und Werner Schmidl GmbH, Augsburg 1

2 Zum Thema Werkstoffe: Warmfeste Stähle (unlegiert, niedriglegiert) Cladding (Nickelbasislegierungen) Thermische Spritzschichten (Varia) Feuerungen: Rost~ (Varia) Brennstoffe: Praxiserfahrung, Wirbelschicht~ Müll, RDF Schadensanalyse, Staub~ Biomasse (Altholz) ASP/ Belagssonde Kohle Pragmatischer Ansatz: - Was ist das, was ich da sehe?! - Hinweise der Korrosionsphänomene nutzen, Schlüsse auf Korrosionsmechanismen ziehen These: Es gibt übergreifende Zusammenhänge/ wesensähnliche Prozesse. 2

3 Teil 1 Korrosionsphänomene und Schadensmechanismen auf thermischen Spritzschichten 3

4 Flächige Abzehrung von thermischen Spritzschichten HVOF + Schmelzprozess Bleisalze Bildbreite 2,8 mm Die Abzehrung erfolgt flächig (Chlor, gasförmiger Angriff), könnte sich dynamisch entwickeln (Bleisalze). Die Korrosionsfront bleibt weitgehend parallel zur ehemaligen Rohroberfläche. Die Schicht erweist sich als dicht (umgeschmolzen) und chemisch resistent. 4

5 Selektive Korrosion von thermischen Spritzschichten Plasmaspritzverfahren Die Einwanderung von korrosionsrelevanten Salzen erfolgt entlang von Trennflächen und Oxidschichten zwischen den Spritzpartikeln. Die Folge ist eine Auflösung bzw. Unterwanderung der Spritzschicht durch Korrosion. Der Korrosionsmechanismus erfolgt selektiv (Chlor, gasförmiger Angriff) am schwächsten Gefügeglied einer permeablen Spritzschicht (=Applikationsmangel). Bildbreite 0,7 mm Bildbreite 0,28 mm 5

6 Muldenförmige Korrosion an thermischen Spritzschichten HVOF-Verfahren Bildbreite 10 mm Der Korrosionsmechanismus erfolgt muldenförmig, durch Salzschmelzen (schadensverursachend). Die Korrosionsfront schreitet gefügeübergreifend in den Werkstoff voran - s. nachfolgende Seiten. Sehr gute Applikation (dicht, Haftung), jedoch chemisch als nicht resistent gegenüber Salzschmelzen. 6

7 Muldenförmige Korrosion an thermischen Spritzschichten HVOF-Verfahren Bildbreite 0,7 mm 7

8 Muldenförmige Korrosion an thermischen Spritzschichten HVOF-Verfahren O Na K S Zn Pb Cl Cr Ni An vorderster Korrosionsfront liegen Na(/K)-Zn-Sulfate (Schmelze). 8

9 Muldenförmige Korrosion Flüssiger Angriff, Salzschmelzen ÜH-Temperatur ca. 400 C O Na K S Zn Pb Cl Cr Ni Chlor entlang der Korngrenzflächen 9

10 Einfluss von Bleisalzen Elemente Punkt 1 Punkt 2 Sauerstoff 37,5 29,2 Natrium 16,2 12,0 Punkt 3 52,8 2,5 Punkt 4 Punkt 5 Punkt 6 41,1 36,9 37,7 0,9 3,7 2,1 Magnesium 0,2 1,6 1,1 Aluminium 0,3 0,2 Silizium 0,6 0,7 0,5 3,0 Phosphor 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 Schwefel 25,7 28,3 16,1 21,4 12,2 12,4 Chlor 0,5 0,5 0,9 0,5 4,2 4,3 Kalium 8,5 2 11,5 15,3 7,2 6,9 Calcium 3,9 4,1 9,3 14,9 2,8 2,9 Titan 0,2 0,2 Chrom 0,2 0,2 0,5 2,1 Mangan Eisen 0,4 0,4 0,3 Nickel 0,4 1,5 Kupfer 0,2 Zink 1,3 1,7 1,1 0,6 0,4 1,3 Niob 1,9 1,9 1,3 1,8 1,0 1,5 Molybdän 1,3 1,9 0,7 Wolfram 0,3 0,3 0,2 0,3 0,5 0,6 Blei 1,2 1,4 0,4 0,8 28,2 21,8 Summe 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 10

11 Schema: Korrosionsphänomene auf thermischen Spritzschichten gasförmiger Angriff 50 µm 50 µm 50 µm Salzschmelzenkorrosion flächige Korrosion selektive Korrosion muldenförmige Korrosion 11

12 Teil 2 Wesensähnlichkeit von Korrosionsphänomenen (Bsp. muldenförmige Korrosion durch Salzschmelzen) auf unterschiedlichen Werkstoffen 12

13 Befund: Wesensähnlichkeit der Korrosionsphänomene auf verschiedenen Werkstoffen Überhitzerrohre: HVOF (therm. Spritzen) Warmfester Stahl Cladding 13

14 Befund: Wesensähnlichkeit der Korrosionsphänomene bei verschiedenen Materialtemperaturen Warmfester Stahl Schweißplattierung 40 bar/ 240 C Verdampfer Schmelze häufig chloridisch, chloridisch-sulfatisch 80 bar/295 C Überhitzer Schmelze häufig sulfatisch 40 bar/ 410 C 40 bar/410 C 14

15 Schema: Korrosionsphänomene auf un-/ niedriglegierten Stählen Mikroskopischer/ mikroanalytischer Befund: Chlorkorrosion, unterschiedl. Mechanismen z.b. auf un-/ niedriglegierten Stählen - VD/ ÜH gasförmiger Salzschmelzenkorrosion Angriff flächige Korrosion selektive Korrosion muldenförmige Korrosion 15

16 Schema: Korrosionsphänomene auf Schweißplattierungen (Cladding) Mikroskopischer/ mikroanalytischer Befund: Chlorkorrosion, unterschiedl. Mechanismen z.b. auf Schweißplattierungen - VD/ ÜH Salzschmelzenkorrosion gasförmiger Angriff Z.B. auf Cladding mit: Alloy Alloy Alloy Alloy Alloy Alloy Alloy Alloy Alloy Alloy etc. flächige Korrosion selektive Korrosion muldenförmige Korrosion 16

17 Teil 3 Veränderung (Dynamisierung) der Korrosionsmechanismen durch spezielle Belagsentwicklungen (Bleisalze) 17

18 Befund: Wesensähnlichkeit trotz verschiedener Brennstoffe und Feuerungen Steinkohle, Staubfeuerung Altholz, Wanderrost Mikroskopie/ Analytik zeigt eine ganz normale HT-Chlorkorrosion, d.h. gasförmiges Chlor reagiert mit dem Rohrwerkstoff (Eisen)...aber mit dynamischer Abzehrung (bis 1 mm / h) aufgrund der Beläge 18

19 Dynamisierung der HT-Chlorkorrosion durch Beläge (versch. Feuerungen und Brennstoffe) A B C 1 mm 1 mm 1 mm MVA, Vorschubrost, Mittelströmer, ÜH, T-Fenster C D Steinkohle (keine Mitverbr.), Staubfg., VD, 340 C - Feuer E RDF, Stationäre Wirbelschicht, ÜH, C F UP-Naht 1 mm 1 mm 1 mm RDF, Vibrationsrost, Wurfbeschickung, VD, 260 bis >850 C Altholz, Wanderrost, Wurfbeschickung, VD, Standort A, 280 C - Feuer Altholz, Wanderrost, Wurfbeschickung, VD, Standort B, 280 C - Feuer 19

20 Dynamisierung der HT-Chlorkorrosion durch Beläge (versch. Feuerungen und Brennstoffe) A B C spröde elastisch spröde spröde elastisch spröde mm mm mm MVA, Vorschubrost, Mittelstromfeuerung, ÜH Steinkohle (keine Mitverbr.), Staubfeuerung, VD D E F RDF, Stationäre Wirbelschicht, ÜH Elastische Schichten = Hinweis auf (teil-) geschmolzenen Zustand spröde mm Schmelze am Rohr mm mm spröde RDF, Vibrationsrost, Wurfbeschickung, VD Altholz, Wanderrost, Wurfbeschickung, VD, Standort A Altholz, Wanderrost, Wurfbeschickung, VD, Standort B 20

21 Dynamisierung der HT-Chlorkorrosion durch Beläge (versch. Feuerungen und Brennstoffe) A Pb S Fe Cl MVA, Vorschubrost, Mittelstromfeuerung B Pb S Cl Fe Steinkohle (keine Mitverbr.), Staubfeuerung 21

22 Dynamisierung der HT-Chlorkorrosion durch Beläge (versch. Feuerungen und Brennstoffe) C Pb S Fe Cl RDF, Vibrationsrost, Wurfbeschickung D Pb S RDF, Stationäre Wirbelschicht Fe Cl 22

23 Dynamisierung der HT-Chlorkorrosion durch Beläge (versch. Feuerungen und Brennstoffe) E F Pb S Fe Cl Altholz, Wanderrost, Wurfbeschickung, Standort A Pb S Fe Cl Altholz, Wanderrost, Wurfbeschickung, Standort B 23

24 Beispiele für Belagsentwicklungen und Eigenschaften zeigt der Beitrag von Wolfgang Spiegel, Thomas Herzog, Gabi Magel, Wolfgang Müller, Werner Schmidl: Belags(ge)schichten: Was Phasen- und Gefügezustände im Belag über das Wesen und den Ablauf des Korrosionsangriffs erzählen können. 24

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