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Untersuchungen an Sulfidschichten verschiedener Hochtemperaturwerkstoffe aus thermischer Bean- 
spruchung in H,S-haltiger Atmosphäre 
K. Rahts, M. Nöth, M. Schulte, M. Schorr, P. Gawenda, M. Schütze, Karl-Winnacker-Institut der 
DECHEMA e.V. , Frankfurt am Main 
Einleitung und Ziel der Untersuchungen (Teil 1) 
Bei der Synthesegaserzeugung oder der Teerdestillation treten nach relativ kurzen Standzeiten Schä- 
den an Bauteilen z.B. an Wärmetauscherrohren als Folge von H2S-Korrosion auf [1]. Eine wesentli- 
che Ursache für die beobachteten Schäden ist offenbar das Vorliegen von mechanischen Spannungen 
in den auf der Werkstoffoberfläche gebildeten Sulfidschichten [2]. Ziel der Untersuchungen war es, 
ein Modell über das Schädigungsverhalten von Stählen des Apparatebaus zu entwickeln, um in Zu- 
kunft Abtragsraten besser abschätzen zu können. 
Durchgeführte Untersuchungen 
An Wärmetauscherrohrsegmenten aus folgenden Werkstoffen (Tabelle 1) wurden sowohl isotherme 
als auch thermozyklische Versuche mit Temperaturen von 400, 500 und 600 °C in Ar/5%H2/1%H2S 
durchgeführt. Begleitet wurden diese unter anderem von Schallemissionsmessungen, die den Zeit- 
punkt der Schädigung anzeigen können. Die metallographischen Untersuchungen konzentrierten sich 
auf den Aufbau, die Beschaffenheit und Dickenmessungen der sich bildenden Sulfidschichten, die 
darunterliegende Metallrandzone sowie Größe und Form von Rissen und deren Verläufe in den Sul- 
fidschichten, um die Ergebnisse der Schallemissionsmessungen zu verifizieren. 
Bezeichnung C |] 8 [MaolTcrimo] NM ] Ti] v 
Massen-% 
St37.05 < 0,17 | Spuren | 0,2-0,5 - = - - 
X20 CrMoV 121 0,20 11,6 | 0,89 | 0,45 0,25 
X10CNTI189 00581 038 1175 117.17] - |10,75[0351 - 
Tabelle 1: Zusammensetzung der untersuchten Stähle (Herstellerangaben) 
Die Proben aus den Versuchen wurden hinsichtlich ihrer Topographie zunächst makroskopisch mit 
der Stereo-Lupe und anschließend mittels REM untersucht. An den metallographischen Schliffen 
wurden die Sulfidschichten lichtmikroskopisch, auch unter Zuhilfenahme der Polarisationseinrich- 
tung, und mikroanalytisch mit der ESMA untersucht. 
Für die Herstellung der metallographischen Schliffe wurden die Proben äußerst vorsichtig druckfrei 
mit einem langsam aushärtenden Kalteinbettmittel (Araldid-Gießharz) eingebettet, um die Sulfid- 
schichten möglichst vollständig zu erhalten und nicht zu verletzen. Anschließend wurden sie nach 
den bekannten Methoden geschliffen und poliert. 
Ergebnisse 
Die Schallemissionsmessungen ergaben, daß die Schädigung der Sulfidschichten vorwiegend wäh- 
rend der Abkühlphase erfolgt [2]. Dies wirkt sich unter thermozyklischen Bedingungen besonders 
et 
MM