Ist diese Legierung für meinen Prozessstrom geeignet?" Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Materialverträglichkeit

Ist diese Legierung für meinen Prozessstrom geeignet?" Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Materialverträglichkeit

Wenn Sie damit befasst sind, aggressive Chemikalien zu transportieren, zu verarbeiten oder zu lagern, haben Sie sich diese Frage bereits gestellt. Die falsche Antwort ist nicht nur ein Posten in der Bilanz; es ist eine undichte Rohrleitung, eine kontaminierte Charge, ein katastrophaler Ausfall sowie ein massiver Schaden für die Gewinnspanne und die Sicherheit Ihres Betriebs.

Die Auswahl der richtigen Legierung beruht nicht auf Vermutungen, sondern ist ein systematischer Prozess, bei dem die richtigen Fragen gestellt werden. Dieser Leitfaden führt Sie Schritt für Schritt durch genau die Vorgehensweise, die ein Werkstoffingenieur anwenden würde, um zu ermitteln, ob eine Legierung mit Ihrem Prozessstrom verträglich ist.

Schritt 1: Definieren Sie Ihren „Gegner“ – den Prozessstrom

Sie können sich nicht gegen eine Bedrohung verteidigen, die Sie noch nicht identifiziert haben. Beginnen Sie damit, alle Informationen zu Ihrem chemischen Strom zu dokumentieren.

• Chemische Zusammensetzung: Liste aLLE chemikalien, darunter Hauptreaktanten, Nebenprodukte und sogar Spurelemente oder Verunreinigungen. Ein Strom mit einer Reinheit von 99 % kann durch eine 1 %ige Verunreinigung zunichte gemacht werden, die gezielt einen bestimmten Werkstoff angreift.

• Konzentration: Handelt es sich um eine 10%-ige Lösung oder um einen Stoff mit 98 %iger Reinheit? Die Korrosionsraten können sich bei unterschiedlichen Konzentrationen drastisch ändern.

• Temperatur: Dies ist entscheidend. Ein Metall, das bei 25 °C (77 °F) gut abschneidet, kann bei 80 °C (176 °F) rasch korrodieren. Dazu eine Faustregel: Bei jeder Erhöhung der Temperatur um 10 °C verdoppelt sich die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion ungefähr.

• pH-Wert: Ist Ihr Strom stark sauer (niedriger pH-Wert), alkalisch (hoher pH-Wert) oder neutral? Dieser einzige Faktor reduziert Ihre Legierungsoptionen sofort erheblich.

• Aggregatzustand und Strömungsgeschwindigkeit: Handelt es sich um eine ruhende Flüssigkeit, eine turbulente Strömung oder eine Aufschlämmung mit abrasiven Partikeln? Hohe Strömungsgeschwindigkeiten und feste Partikel können Erosionskorrosion verursachen, wodurch die schützende passive Schicht auf der Metalloberfläche mechanisch abgetragen wird.

Umsetzbare Empfehlung: Erstellen Sie ein „Prozess-Strom-Datenblatt“ mit diesen Parametern. Dieses Dokument ist Ihre einzige verbindliche Informationsquelle.

Schritt 2: Verstehen Sie die „Waffen“ – gängige Legierungen und ihre Schutzwirkung

Metalle widerstehen Korrosion durch Bildung einer stabilen, schützenden Oberflächenschicht. Hier folgt eine klare, unverblümte Übersicht über häufig verwendete Standardlegierungen:

• edelstahl 316/316L: Die Standardwahl aus gutem Grund. Der Molybdängehalt (2–3 %) bietet ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Chloriden sowie einer breiten Palette organischer und anorganischer Chemikalien. Sie ist Ihre erste Wahl für viele Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung, Pharmazie und im maritimen Bereich.

• 304/L-Edelstahl: Gut geeignet für allgemeine Korrosionsbeständigkeit in leicht korrosiven Umgebungen. Bei Chloriden (z. B. Salz) zeigt er jedoch Schwächen, die zu Lochkorrosion und Spaltkorrosion führen können.

• Hastelloy C-276 (Nickellegierungen): Die „Spezialeinheit“ unter den korrosionsbeständigen Legierungen. Hervorragend geeignet für die anspruchsvollsten Bedingungen: starke Oxidationsmittel (wie feuchtes Chlor), reduzierende Säuren (Salzsäure, Schwefelsäure) sowie Umgebungen, die anfällig für Lochkorrosion und spannungsbedingte Korrosionsrisse sind.

• Legierung 20 (Carpenter 20): Ein bewährter Werkstoff für Anwendungen mit Schwefelsäure. Der Zusatz von Kupfer verbessert seine Beständigkeit gegenüber Schwefelsäure und macht ihn so zu einem Standardwerkstoff in der chemischen Industrie.

• Duplex-Edelstähle (z. B. 2205): Weisen eine Mischung aus austenitischer und ferritischer Struktur auf. Sie bieten hohe Festigkeit sowie eine verbesserte Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Chlorid-Pitting im Vergleich zu Edelstahl 316.

Schritt 3: Identifizieren des „Kampfplatzes“ – Erkennen der Korrosionsarten

Kompatibilität bedeutet nicht nur gleichmäßige Abnutzung. Sie müssen auch lokal begrenzte Angriffe beobachten, die zu plötzlichem Versagen führen können.

• Gleichmäßige Korrosion: Die gesamte Oberfläche korrodiert mit einer vorhersagbaren Geschwindigkeit. Dies ist die einfachste Form, für die zu konstruieren, da man lediglich einen „Korrosionszuschlag“ durch Verwendung eines dickeren Materials berücksichtigen kann.

• Lochkorrosion: Lokal begrenzte, kleine Gruben, die tief in das Metall eindringen. Hochgradig zerstörerisch und schwer vorhersehbar. Häufig verursacht durch Chloride bei Edelstählen.

• Spaltkorrosion: Tritt in stagnierenden Mikroumgebungen auf, beispielsweise unter Dichtungen, Verschlüssen oder Ablagerungen. Die Legierung in der Spalte wird zur „Anode“ und korrodiert rasch.

• Galvanische Korrosion: Wenn zwei ungleichartige Metalle in einem korrosiven Elektrolyten (Ihr Prozessstrom) elektrisch miteinander verbunden sind, korrodiert eines der Metalle (das weniger edle, z. B. Kohlenstoffstahl) schneller, um das andere (das edlere, z. B. Edelstahl) zu schützen.

• Spannungskorrosionsriss (SCR): Eine Kombination aus korrosiver Umgebung und Zugspannung (durch Druck oder Fertigung) führt zu Rissbildung. Chloride sind eine häufige Ursache für Risskorrosion bei Edelstählen.

Schritt 4: Konsultieren Sie die „Kriegsspiele“ – Nutzung von Korrosionsdaten

Verlassen Sie sich nicht auf Vermutungen. Nutzen Sie empirische Daten.

• Korrosionstabellen: Hersteller sowie Organisationen wie NACE International veröffentlichen umfangreiche Korrosionstabellen. Diese Tabellen zeigen die Korrosionsrate (in Millimetern oder Mil pro Jahr) verschiedener Legierungen in bestimmten Chemikalien bei festgelegten Temperaturen und Konzentrationen.

• Interpretation der Daten: Eine Rate von <0,1 mm/Jahr wird im Allgemeinen als hervorragend eingestuft. 0,1 bis 0,5 mm/Jahr ist für viele Anwendungen akzeptabel. > 1,0 mm/Jahr ist für den Langzeiteinsatz in der Regel nicht akzeptabel.

Schritt 5: Der „Feldtest“ – Wann über die Daten hinauszugehen ist

Datentabellen sind eine Orientierungshilfe, keine unumstößliche Wahrheit. Die Realbedingungen sind komplex. Bevor Sie sich vollständig verpflichten, sollten Sie Folgendes berücksichtigen:

1. Probekörper-Test: Tauchen Sie eine kleine Probe (einen Probekörper) der jeweiligen Kandidatenlegierung für einen bestimmten Zeitraum in einen realen oder simulierten Prozessstrom ein. Wiegen Sie die Probe vor und nach dem Test, um die exakte Korrosionsrate zu bestimmen. Dies ist der Goldstandard zur Bestätigung.

2. Berücksichtigen Sie Fertigung und Schweißen: Eine perfekte Legierung kann durch eine mangelhafte Fertigung beeinträchtigt werden. Beim Schweißen können durch unsachgemäße Verfahren oder ungeeignete Zusatzwerkstoffe korrosionsanfällige Zonen entstehen.

3. Gesamtkosten der Nutzung: Eine teurere, hochgradig korrosionsbeständige Legierung kann eine deutlich längere Lebensdauer aufweisen und so Ausfallzeiten sowie Austauschkosten senken. Berechnen Sie die Gesamtkosten über einen Zeitraum von 10 Jahren – nicht nur den Anschaffungspreis.

Fazit: Ihr Weg zu mehr Sicherheit

Die Frage „Kann diese Legierung meinen Prozessstrom bewältigen?“ ist das Kennzeichen eines Fachmanns. Indem Sie von einer Frage zu einem systematischen Vorgehen übergehen, eliminieren Sie Risiken und legen den Grundstein für einen zuverlässigen, sicheren und profitablen Betrieb.

1. Dokument ihren Prozessstrom sorgfältig.

2. Vorauswahl legierungen anhand ihrer bekannten Stärken.

3. Analyse die Daten für Ihre spezifischen Bedingungen.

4. Validieren mittels praktischer Tests, falls Zweifel bestehen.

Bei Unsicherheit wenden Sie sich an Ihren Materiallieferanten oder einen Korrosionsingenieur. Die zeitliche Investition in diesen Prozess zu Beginn ist die kostengünstigste Versicherungspolice, die Sie für die Integrität Ihrer Anlage abschließen können.