Spannungsrißkorrosion von unlegierten Stählen in flüssigem ammoniak

Abstract

In dieser Arbeit wird über Untersuchungen zur SpRK von Stählen in flüssigem Ammoniak berichtet, deren Ziel es war, Einflußgrößen und ihre Wirkgrenzen zu bestimmen, Aufschluß über den Mechanismus der an Kugeldruckbehältern aufgetretenen Schäden zu erlangen und Schutzmaßnahmen zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurden langzeitige Auslagerungsversuche mit geschweißten Jones‐Proben aus verschiedenen unlegierten und niedriglegierten Stählen unterschiedlicher Wärmebehandlungszustände in einer Ammoniakkugel durchgeführt. Für Laborversuche wurde eigens eine Apparatur entwickelt, mit der Untersuchungen in flüssigem Ammoniak an Rundzugstäben unter CERT ‐Bedingungen beim Freien Korrosionspotential und unter elektrochemischer Kontrolle durchgeführt werden konnten. Gezielt zugesetzte Verunreinigungen wurden hierbei mittels eines Gaschromatographen quantitativ bestimmt. Aus den Untersuchungen geht der entscheidende Einfluß des Sauerstoffgehalts im Ammoniak auf die Entstehung von Spannungsrißkorrosion an unlegierten Stählen hervor. Bereits geringe O2‐Mengen (ßß 2 ppm) bewirken eine Spannungsrißkorrosionsgefahr. Wassergehalte können die Spannungsrißkorrosion inhibieren. Hierbei werden bezüglich der erforderlichen Menge Unterschiede zwischen den einzelnen Werkstoffen sichtbar (StE 355: > 500 ppm, H I: > 650 ppm, StE 460: > 1000 ppm H2O). Eine werkstoffseitige Differenzierung wird auch in bezug auf den Einfluß von Eigen‐ und Betriebsspannungen deutlich. Lediglich Jones‐Proben aus StE 355 blieben ohne Spannungsarmglühung rißfrei. Versuche zur Potentialabhängigkeit der Rißbildung weisen aus, daß die Schädigung einem anodischen Rißbildungsmechanismus folgt, da sie anodisch verstärkt und kathodisch verhindert werden kann. Ebenso wird die inhibitive Wirkung des Wassers durch eine anodische Polarisation eingeschränkt. Jedoch ist durch anodische Polarisation allein, d.h. ohne Gegenwart von O2, Spannungsrißkorrosion nicht zu erzielen. Für die Praxis kann zusammengefaßt werden: Sauerstoffgehalte – auch in Spuren – sind zu vermeiden. Wasserzusatz inhibiert die Spannungsrißkorrosion; Zusätze von Wasser sind daher – soweit möglich – zu empfehlen. Behälter sollen aus StE 355 gebaut und spannungsarm geglüht werden. Kathodischer Schutz ist denkbar, sofern es gelingt, diesen in der Praxis zu verwirklichen.

The importance of corrosion prevention for the safety of chemical plants

“…Thus, bending of sample welded steel strips, which were used to determine the behaviour of different types of steels which had undergone different heat treatment in liquid ammonia, required an immersion time of about 200 days before any definite signs of cracking appeared (Fig. 8) [3].…”