Prakt. Met. Sonderband 50 (2016) 171
Das Oxidationsverhalten des Schleudergusswerkstoffs 20Cr-32Ni-1Nb
und verschiedener Schweilizusatzwerkstoffe bei 816, 871, 927 und
982°C
E. Berghof-Hasselbécher, A. Soleimani Dorcheh, G. Schmidt, M. C. Galetz
DECHEMA -Forschungsinstitut SbR, Frankfurt a. Main
Kurzfassung
Im Rahmen eines Projektes zur Untersuchung des mechanischen Hochtemperaturverhaltens von
Schweillndhten an Schleudergussrohren aus dem Werkstoff 20Cr-32Ni-1Nb wurden Kriechversu-
che im Temperaturbereich von 816-982°C in Luft durchgefiihrt. Die Kriechproben wurden auch im
Hinblick auf das Oxidationsverhalten von Grundwerkstoff und Schweiflzusatz untersucht. Unter
Anwendung der konventionellen Bildanalysesoftware Layers wurden an metallographischen Quer-
und Liangsschliffen der Kriechproben die zeit- und temperaturabhdngigen Oxidschichtdicken be-
stimmt. Das Oxidschichtwachstum kann im vorliegenden Fall mittels eines parabolischen Wachs-
tumsgesetzes beschrieben werden. Fiir Hochtemperaturwerkstoffe ist dieser Wachstumsmechanis-
mus wünschenswert, da die Oxidation nach dem parabolischen Gesetz relativ langsam verläuft und
die gebildete Oxidschicht den Werkstoff vor weiterer Oxidation schützt, indem sie eine Diffusions-
barriere zwischen dem Werkstoff und der oxidierenden Atmosphäre bietet. Voraussetzung für deren
Ausbildung ist ein ausreichender Cr-Gehalt in der Legierung, der auch während der Oxidation nicht
unter einen kritischen Wert fällt.
Des Weiteren werden in der vorliegenden Arbeit im Vergleich zu dem Werkstoff 20Cr-32Ni-1Nb
auch exemplarisch die sich auf den Schweißzusatzwerkstoffen (21/33Mn und IN617) gebildeten
Oxidschichten lichtoptisch dargestellt, vermessen und durch ESMA-Punktanalysen und Element-
verteilungsbilder charakterisiert. Daneben wird auch die Abreicherung der oxidschichtbildenden
Elemente in der Metallrandzone (Verarmungszone) betrachtet.
1. Einleitung
Der Fe-Basiswerkstoff 20Cr-32Ni-1Nb LC (auch 20-32Nb), der die Low Carbon GZ- (Schleuder-
guss) Variante des Schmiedewerkstoffs Alloy 800 darstellt, wurde in den 1970er Jahren für An-
wendungen in petrochemischen Anlagen entwickelt. Rohre aus diesem Werkstoff werden übli-
cherweise in Dampfreformern (SMR = steam methane reformer) zur Herstellung von Synthesegas,
einer Mischung von Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, aus dem kohlenstoffhaltigen Energieträ-
ger Methanol eingesetzt. Vergleichsweise niedrige Herstellkosten für die Fertigung komplexer Bau-
teile bei guter Langzeit-Duktilität, Spannungsrelaxation und Schweißbarkeit nach langen Einsatz-
zeiten machen ihn attraktiv für Anwendungen bis 1000°C. Diese LC-Schleudergußvariante
(C=0.08-0.15 Ma-%) des Alloy 800 enthält mehr Legierungszusätze wie Si und Nb, dafür aber kein
Al und Ti. Durch den hohen Cr- und Ni-Gehalt hat er eine hohe Langzeitbeständigkeit gegen Oxi-
dation und Metal Dusting. Ein weiteres Potential liegt in seiner guten Schweißbarkeit, was erfolg-
reiche Reparaturschweißungen ermöglicht. Das amerikanische Materials Technology Institute
(MTD) fördert und finanziert derzeit im Interesse seiner Mitgliederfirmen aus der chemischen Pro-
