Oxidation und Aufkohlung hochlegierter Werkstoffe für Crackrohre – Teil 2: Das Aufkohlungsverhalten in sauerstoff‐ und kohlenstoffhaltigen Atmosphären hoher Kohlenstoffaktivität

Es wurden Aufkohlungsversuche an den Gußwerkstoffen 1.4848, 1.4857, 2.4813 und einer 25/20/5‐CrNiSi‐Versuchsschmelze sowie an den Knetlegierungen 1.4301 und 1.4848 in CO‐CO 2 ‐Gemischen mit a c = 1 und in feuchtem Erdgas mit a c > zwischen 1000 und 1200° C durchgeführt. Bei T < etwa 1050° C bilden sich gleichartige oxidische Deckschichten wie an Luft (Werkstoff/Cr 2 O 3 /(Mn, Fe)Cr 2 O 4 ), die eine Aufkohlung verhindern. Eine Aufkohlung tritt erst nach Zerstörung der oxidischen Schutzschichten ein. Dabei müssen mehrere Zerstörungsmechanismen betrachtet werden, (a) durch chemische Reaktion (Umwandlung von Oxid in Carbid; Reduktion von Oxid), (b) durch mechanische Beanspruchung (Temperaturwechsel, Wachsen von Graphitschichten, Kriechverformung). Reduktionsvorgänge treten nur bei Fe‐reichen Oxidschichten auf. Chromoxidreiche Deckschichten werden, abhängig vom CO‐Partialdruck, in Gasen mit a c = 1 oberhalb etwa 1050° C in Carbid umgewandelt. Die Geschwindigkeit dieser Umwandlung ist stark von der Kohlenstoffaktivität der Gasphase abhängig. Wird Graphit auf der Oberfläche abgeschieden, so läuft die Umwandlung schnell ab, ohne Graphitabscheidung läuft sie selbst bei a c = 1 recht langsam an. Abgeschiedener Graphit kann auch mechanisch zerstörend wirken, da er in Risse und Poren der Oxidschicht eindringt und so Teile der Oxidschicht abreißt. Bei Vorliegen der porigen Gußoberfläche können sogar Teile des Werkstoffs abgesprengt werden. Das erklärt das schleche Verhalten von Rohren mit Gußoberflächen in Crackanlagen. Die positive Wirkung des Siliziums beruht auf der Bildung von SiO 2 ‐Schutzschichten zwischen Metall und Cr 2 O 3 bzw. zwischen Metall und äußerer Carbidschicht. Zur Ausbildung geschlossener SiO 2 ‐Schichten darf der Werkstoff einen kritischen Si‐Gehalt nicht unterschreiten.