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T1 - Erosionskorrosion an hochlegierten Werkstoffen in der Öl- und Gasproduktion

AU - Haberl, Joachim

N1 - nicht gesperrt

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - In der vorliegenden Arbeit wurden ein martensitischer 13% Cr-Stahl (1.4021), ein Duplex-Stahl (1.4462), zwei austenitische Stähle (1.4301 und 1.4563) sowie eine Nickelbasislegierung (2.4856) auf ihre Erosionskorrosionsbeständigkeit hin untersucht. Die austenitischen Stähle wurden sowohl im lösungsgeglühten als auch im kaltverfestigten Zustand geprüft. Die Proben wurden einem Dreiphasengemisch bestehend aus CO2-Gas (15 bar), Salzwasser (27 g/L NaCl) und Sand (2,7 g/L) bei unterschiedlichen Auftreffgeschwindigkeiten und winkeln ausgesetzt. Mit Hilfe unterschiedlicher Untersuchungsmethoden (Erosionskorrosionsversuche, Stereo- und Lichtmikroskopie, REM, AFM-, MFM- und Nanohärtemessungen) wurden unter den Prüfbedingungen im Wesentlichen folgende Ergebnisse erhalten: Die bedeutendste Einflussgröße auf die Abtragsrate der untersuchten Werkstoffe stellt unabhängig vom Auftreffwinkel die Auftreffgeschwindigkeit dar. Die Beständigkeit der getesteten Werkstoffe gegen Erosionskorrosion nimmt tendenziell in folgender Reihenfolge zu: 1.4021 <1.4301 lg <1.4462 <1.4563 lg <2.4856 <1.4301 kv <1.4563 kv Bei den austenitischen Werkstoffen nimmt die Beständigkeit gegen Erosionskorrosion mit steigender Festigkeit zu. Es ist eindeutig der Trend zu erkennen, dass die maximale Abtragsrate bei einem Auftreffwinkel von 60° liegt. Bezüglich der Schädigungsart zeigt der elektrochemisch unedelste Werkstoff, der 13% Cr-Stahl 1.4021 als einziges untersuchtes Material einen korrosiven Angriff (Lochkorrosion). Die Schädigung und folglich der Abtrag der untersuchten Proben während der Erosionskorrosionsversuche wird unter den vorliegenden Prüfbedingungen vorwiegend mechanisch durch auftreffende Sandpartikel verursacht. Die korrosive Komponente am Gesamtabtrag spielt vor allem mit steigender Auftreffgeschwindigkeit eine untergeordnete Rolle. Beim 13% Cr-Stahl 1.4021 konnte bei geringen Auftreffgeschwindigkeiten ein Synergieeffekt von erosiver und korrosiver Komponente am Gesamtabtrag festgestellt werden. Der auf die Probenoberfläche auftreffende Düsenstrahl führt zu einer Kaltverfestigung oberflächennaher Bereiche, welche für höhere Auftreff-geschwindigkeiten ausgeprägter ist.

AB - In der vorliegenden Arbeit wurden ein martensitischer 13% Cr-Stahl (1.4021), ein Duplex-Stahl (1.4462), zwei austenitische Stähle (1.4301 und 1.4563) sowie eine Nickelbasislegierung (2.4856) auf ihre Erosionskorrosionsbeständigkeit hin untersucht. Die austenitischen Stähle wurden sowohl im lösungsgeglühten als auch im kaltverfestigten Zustand geprüft. Die Proben wurden einem Dreiphasengemisch bestehend aus CO2-Gas (15 bar), Salzwasser (27 g/L NaCl) und Sand (2,7 g/L) bei unterschiedlichen Auftreffgeschwindigkeiten und winkeln ausgesetzt. Mit Hilfe unterschiedlicher Untersuchungsmethoden (Erosionskorrosionsversuche, Stereo- und Lichtmikroskopie, REM, AFM-, MFM- und Nanohärtemessungen) wurden unter den Prüfbedingungen im Wesentlichen folgende Ergebnisse erhalten: Die bedeutendste Einflussgröße auf die Abtragsrate der untersuchten Werkstoffe stellt unabhängig vom Auftreffwinkel die Auftreffgeschwindigkeit dar. Die Beständigkeit der getesteten Werkstoffe gegen Erosionskorrosion nimmt tendenziell in folgender Reihenfolge zu: 1.4021 <1.4301 lg <1.4462 <1.4563 lg <2.4856 <1.4301 kv <1.4563 kv Bei den austenitischen Werkstoffen nimmt die Beständigkeit gegen Erosionskorrosion mit steigender Festigkeit zu. Es ist eindeutig der Trend zu erkennen, dass die maximale Abtragsrate bei einem Auftreffwinkel von 60° liegt. Bezüglich der Schädigungsart zeigt der elektrochemisch unedelste Werkstoff, der 13% Cr-Stahl 1.4021 als einziges untersuchtes Material einen korrosiven Angriff (Lochkorrosion). Die Schädigung und folglich der Abtrag der untersuchten Proben während der Erosionskorrosionsversuche wird unter den vorliegenden Prüfbedingungen vorwiegend mechanisch durch auftreffende Sandpartikel verursacht. Die korrosive Komponente am Gesamtabtrag spielt vor allem mit steigender Auftreffgeschwindigkeit eine untergeordnete Rolle. Beim 13% Cr-Stahl 1.4021 konnte bei geringen Auftreffgeschwindigkeiten ein Synergieeffekt von erosiver und korrosiver Komponente am Gesamtabtrag festgestellt werden. Der auf die Probenoberfläche auftreffende Düsenstrahl führt zu einer Kaltverfestigung oberflächennaher Bereiche, welche für höhere Auftreff-geschwindigkeiten ausgeprägter ist.

KW - Erosionskorrosion

KW - Erosion

KW - Korrosion

KW - Edelstahl

KW - Mehrphasengemisch (gasförmig-flüssig-fest)

KW - Düsenaufprallprüfstand

KW - erosion-corrosion

KW - erosion

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KW - stainless steel

KW - multiphase flow

KW - jet impingement test rig

M3 - Dissertation

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