Oxidation und Aufkohlung hochlegierter Werkstoffe für Crackrohre. Teil 1: Das Oxidationsverhalten in Luft

Abstract

Es wurde das Oxidationsverhalten der Gußwerkstoffe 1.4848, 1.4857, 2.4813 und einer 25/20/5‐CrNiSi‐Versuchsschmelze sowie der Knetwerkstoffe 1.4301 und 1.4841 in trockener synthetischer Luft zwischen 800 und 1300° C untersucht. Nur die Oxidation der Werkstoffe 1.4848 und 1.4841 erfolgte angenähert parabolisch, die der anderen Werkstoffe dagegen nach komplexen Zeitgesetzen. Die Oxidationsgeschwindigkeiten aller Gußwerkstoffe sind sehr ähnlich. Es bildet sich eine Schichtenfolge Werkstoff/Cr2O3/MnCr2O4 aus. Die MnCr2O4‐Schicht weist deutliche Fe‐Gehalte auf. Die Cr2O3‐Schicht enthält besonders nahe der Grenze zum Metall SiO2‐Einlagerungen. Oberhalb etwa 1000°C tritt deutliche innere Oxidation des Siliziums auf. Eine Ausnahme macht die 25/20/5‐CrNiSi‐Versuchsschmelze, die aufgrund ihres hohen Si‐Gehaltes stets eine geschlossene SiO2‐Schicht zwischen Werkstoff und Cr2O3‐Schicht bildet. Der Werkstoff 1.4301 zeigt oberhalb 1050°C örtlich verstärkte Oxidation unter Pustelbildung. Der Werkstoff 1.4841 oxidiert oberhalb 1100°C im feinkörnigen Gefügezustand erheblich schneller als im grobkörnigen, weil oberhalb dieser Temperatur ein starkes Kornwachstum erfolgt, das die Schutzschichtbildung beeinträchtigt. Die Deckschicht enthält hohe Gehalte an Eisen und der Cr‐Gehalt im Werkstoff an der Grenze Metall/Oxid sinkt mit steigender Temperatur wesentlich stärker ab als bei dem grobkörnigen 1.4841 und den Gußwerkstoffen mit rd. 25% Cr. Unterhalb 1100°C sind die Unterschiede gering, und die Oxidationsrate ist vergleichbar der der Gußwerkstoffe. Ein Übergang von innerer Si‐Oxidation zu äußerer SiO2‐Deckschichtbildung erfolgt bei den Werkstoffen 1.4848 und 1.4841 bei 1100°C in H2‐H2O‐Gemischen bei Unterschreiten des O2‐Partialdrucks des Cr/Cr2O3‐Gleichgewichts.

Subsurface microstructural changes in a cast heat resisting alloy caused by high temperature corrosion

“…The external scale consists [9] of an outer layer of MnCr 2 O 4 and a thicker, inner layer of Cr 2 O 3. This is the usual scale constitution developed by heat resisting steels [1][2][3], and reflects their high chromium concentrations and the rapid diffusion of manganese in Cr 2 O 3 [10]. This selective oxidation of chromium is accompanied by subsurface alloy depletion, made evident in this region (Fig.…”

“…Corrosion resistance is achieved by the development of a chromia scale, which grows slowly and acts as a barrier to carbon ingress. The performance of this scale is enhanced by the development beneath it of a semi-continuous layer of silica [1][2][3][4][5]. Selective oxidation of chromium results in the development of a subsurface depletion zone in which prior carbides are either dissolved or oxidised in situ [1][2][3][4][5].…”

High temperature corrosion of cast heat resisting steels in CO+CO2 gas mixtures

“…In purely oxidising conditions [1][2][3], the alloys form duplex scales of chromia overlaid by manganese-rich spinel. A silicon-rich sublayer can also develop at the scale-alloy interface [1][2][3][4][5]. The limited information available [6,7] for the simultaneous attack on these alloys by both carbon and oxygen indicates that similar reaction products are formed.…”

Cyclic Oxidation of Heat Resisting Steels

“…Although no aluminium-rich oxide phase was identified in the reaction products of either alloy, it is suggested that aluminium may have oxidised at the base of the Cr 2 O 3 scales in the same way as low levels of silicon are known 4,11 to do. This would slow the scale growth rate, and might also improve its spallation resistance.…”

“…The simultaneous formation of external and internal Cr 2 O 3 during isothermal oxidation of chromium-rich austenite has been observed many times, [3][4][5][6] and an explanation has been provided by Wagner 7 . In brief, selective oxidation of chromium, along with its relatively slow diffusion in austenite, produces a low chromium activity at the alloy surface and a chromium-depleted alloy subsurface zone.…”