Alloy 59 hat den Härtetest bestanden

Dr. Helena Alves

Das Unternehmen Syncrude Canada Ltd. ist der weltweit größte Produzent von Öl aus Ölsanden und wird seine Jahresproduktion von derzeit 90 auf 130 bis 135 Mio. Barrel im Jahr 2005 steigern. Ein Projekt der Superlative ist auch die Rauchgasentschwefelung für dieses Erweiterungsprojekt. Die Anlage ist 94,5 m hoch, der Durchmesser des Absorbersumpfes beträgt rund 21 m, der des eigentlichen Absorbers 15 m und der Kamin misst etwa 6 m im Durchmesser. Für diese Rauchgasentschwefelungsanlage hat ThyssenKrupp VDM 700 t des Nickelbasiswerkstoffs Nicrofer 5923 hMo – Alloy 59 geliefert. Der Auftrag gehört zu den größten, die das Unternehmen für diese Anwendung jemals verbucht hat, und ist zugleich der mit Abstand größte Auftrag für ThyssenKrupp VDM auf dem nordamerikanischen Kontinent.

Die Ölgewinnung aus Ölsanden umfasst mehrere Schritte. Die Ölsande werden bergmännisch abgebaut, anschließend werden daraus dann Bitumen gewonnen. Danach erfolgt ein Veredelungsschritt zum sauberen und flüssigen Syncrude Sweet Blend (SSB). Bei dem Verarbeitungsverfahren entstehen in den Versorgungseinrichtungen für Strom und Dampf saure Rauchgase, die dann in einer Rauchgasentschwefelungsanlage gereinigt werden müssen.

Rauchgasentschwefelungsanlagen sind zumeist Bestandteile von Kohlekraftwerken oder Müllverbrennungsanlagen und werden errichtet, um den Ausstoß des bei der Verbrennung entstehenden Schwefeldioxids zu minimieren. Hierfür sorgt eine Nasswäsche der Rauchgase, üblicherweise mit einer Kalksteinsuspension. Als Endprodukt entsteht dann Gips. Bei der Rauchgaswäsche kann es auch zur Schwefelsäurebildung kommen, die bei der hohen Temperatur äußerst korrosive Bedingungen für die Konstruktionswerkstoffe bewirkt. Neben der Schwefelsäurekorrosion besteht bei den Rauchgasen zusätzlich die Gefahr der Lochkorrosion oder Spaltkorrosion durch Chloride. Besonders stark ist die Korrosionsbelastung unter Ablagerungen, an denen sich korrosive Stoffe anreichern können.

Beim Syncrude-Projekt erfolgt das Entschwefelungsverfahren auf Basis der Marsulex-Technologie, bei der nicht Kalkstein, sondern Ammoniak zur Rauchgaswäsche verwendet wird. Hierbei entsteht Ammoniumsulfat, das als Kunstdünger genutzt werden kann. Die geforderte Lebensdauer des Absorbers beträgt mindestens 20 Jahre, wobei er jeweils drei Jahre lang ununterbrochen in Betrieb bleiben muss, bevor die Anlage für Wartung und Inspektion gestoppt wird.

Für Anwendungen wie Rauchgasentschwefelungsanlagen haben sich die so genannten C-Legierungen als die leistungsfähigsten Werkstoffe auch im Vergleich zu nichtmetallischen Alternativen erwiesen. Die Legierungen besitzen neben einem hohen Nickelanteil von mehr als 50 %, 16 bis 23 % Chrom- und 13 bis 16 % Molybdän-anteile. Ihr hoher Chromgehalt verleiht ihnen gute Korrosionseigenschaften in oxidierenden Medien, während der Molybdänanteil sie auch in reduzierenden Medien gegen Korrosionsangriffe schützt. Der hohe Nickelgehalt macht sie unempfindlich gegen Spannungsrisskorrosion.

Die erste Legierung dieser Art wurde 1930 in den USA unter dem Namen C erstmals auf dem Markt eingeführt. Seither gab es sieben neue Mitglieder der Legierungsfamilie, wobei Alloy 59 in den frühen 90er Jahren für ThyssenKrupp VDM patentiert wurde. Alloy 59 nimmt in dieser Reihe eine Sonderstellung ein, denn sie ist die reinste der Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungen. Während die anderen Werkstoffe neben den Hauptlegierungselementen noch zwei bis sechs Prozent Eisen sowie Wolfram- beziehungsweise Kupferanteile beinhalten, besteht Alloy 59 aus Nickel, Chrom und Molybdän bei einem Eisengehalt von weniger als 1,3 %. Bei der Auswahl des Werkstoffs für das Syncrude-Projekt konkurrierte Alloy 59 mit vier weiteren C-Legierungen amerikanischer Mitbewerber. Die Tests haben gezeigt, dass der Werkstoff den anderen Materialien sowohl im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit als auch auf die thermische Stabilität deutlich überlegen ist.

Für die Materialauswahl wurde ein Test in einer vom Syncrude-Projektteam bereitgestellten, dem Anlagenmedium entsprechenden Lösung unter Spaltbedingungen verlangt. Ein weiterer Belastungstest war das Korrosionsverhalten in einer heißen, „Grüner Tod“ genannten Lösung mit 11,4 % Schwefelsäure, 1,2 % Salzsäure sowie jeweils 1 % Kupfer- und Eisenchlorid. Diese Modelllösung wurde entwickelt, um die Korrosionsbedingungen in Rauchgasentschwefelungsanlagen zu simulieren und speziell die C-Legierungen hinsichtlich ihrer Loch- und Spaltkorrosionsbeständigkeit zu testen. Alloy 59 ist unter diesen Bedingungen der beständigste Werkstoff.

Neben der Korrosionsbeständigkeit waren die Verarbeitungseigenschaften der Legierung wichtigstes Kriterium für die Auswahl. Beide Eigenschaften werden stark durch die thermische Stabilität beeinflusst. Beispielsweise darf das Schweißen der hoch korrosionsbeständigen Werkstoffe nicht dazu führen, dass sich im Bereich der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht Karbide oder intermetallische Phasen bilden, die zu Korrosion führen können. Dieser Effekt wird Sensibilisierung genannt und kann beim mehrlagigen Schweißen dickerer Querschnitte, wie im Syncrude-Projekt, aber auch bei jeder Warmumformung oder Wärmebehandlung auftreten. Standardisierte Untersuchungen, beispielsweise der Test G28-A der American Society for Testing and Materials, haben gezeigt, dass es bei einer Temperatur von rund 870 °C etwa zwei Stunden dauert, bis Alloy 59 Sensibilisierungserscheinungen zeigt. Ausschlaggebend hierfür ist der geringe Eisengehalt von Alloy 59 und die Tatsache, dass die Legierung ganz ohne Zusatzelemente wie Wolfram auskommt. Bei den konkurrierenden Werkstoffen trat eine Sensibilisierung schon nach wenigen Minuten auf. Für das Syncrude-Projekt wird Alloy 59 nun in Form von Massivblechen, walzplattierten Blechen und als Schweißzusatz eingesetzt.

cav 422

Informationen zu Alloy 59

Hochleistungswerkstoffe von ThyssenKrupp VDM

Veröffentlichungen in der Werkstoffdatenbank WEMA

Stahl-Online