Fortschrittliche Legierung für extreme Umgebungen

Technische Konstrukteure haben traditionell auf hochpreisige Nickellegierungen wie Alloy 625 als Standardwahl für anspruchsvolle Anwendungen zurückgegriffen, die korrosiven Flüssigkeiten wie Meerwasser und chemischen Lösungen ausgesetzt sind. Rodrigo Signorelli erklärt, wie eine hochstickstofflegierte Sorte eine kostengünstige Alternative mit viel höherer Korrosionsbeständigkeit bieten kann

Qualität und Zertifizierung bestimmen seit jeher die Materialauswahl für Systeme wie Plattenwärmetauscher (PHE), Schläuche, Rohre und Pumpen in der nachgelagerten Öl- und Gasindustrie. Technische Spezifikationen stellen sicher, dass Anlagen über eine lange Lebensdauer Prozesskontinuität bieten und gleichzeitig Qualität, Sicherheit und Umwelt schützen. Aus diesem Grund haben viele Betreiber Nickellegierungen wie Alloy 625 in ihre technischen Spezifikationen und Standards aufgenommen.

Allerdings stehen Ingenieure derzeit unter dem Druck, die Investitionsausgaben zu kontrollieren, und Nickellegierungen sind sowohl kostspielig als auch einer Preisvolatilität ausgesetzt. Dies wurde im März 2022 deutlich, als die Nickelpreise für Schlagzeilen sorgten, als sie sich aufgrund des Markthandels innerhalb einer Woche verdoppelten. Während ein hoher Preis bedeutet, dass die Verwendung einer Nickellegierung kostspielig ist, stellt diese Variabilität die Bewältigung der Projektingenieure vor Herausforderungen, da plötzliche Preisänderungen plötzlich Auswirkungen auf die Rentabilität haben könnten.

Obwohl sie wissen, dass sie sich auf die Qualität verlassen können, sind viele Konstrukteure nun offen dafür, Alloy 625 durch eine Alternative zu ersetzen. Der Schlüssel liegt darin, eine geeignete Legierung mit dem richtigen Maß an Korrosionsbeständigkeit für Meerwassersysteme zu identifizieren und eine Übereinstimmung mit den mechanischen Eigenschaften bereitzustellen.

Ein geeignetes Material ist die Qualität EN 1.4652, die auch als Ultra 654 SMO von Outokumpu bekannt ist. Er gilt als der korrosionsbeständigste Edelstahl der Welt.

Die Nickellegierung 625 enthält mindestens 58 % Nickel, während Ultra 654 22 % enthält. Beide haben weitgehend ähnliche Gehalte an Chrom und Molybdän. Mittlerweile enthält Ultra 654 SMO auch geringe Mengen Stickstoff, Mangan und Kupfer; und Alloy 625 enthält Niob und Titan, die weitaus teurer sind als Nickel.

Mittlerweile stellt es einen deutlichen Fortschritt gegenüber der Edelstahlsorte 316L dar, die üblicherweise als Ausgangspunkt für Hochleistungsedelstahl gilt.

In Bezug auf die Leistung bietet die Legierung eine sehr gute Beständigkeit gegen gleichmäßige Korrosion, eine außergewöhnlich hohe Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion sowie eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Wenn es um Meerwassersysteme geht, hat die Edelstahllegierung jedoch einen Vorteil gegenüber der Legierung 625, da sie eine überlegene Beständigkeit gegenüber Chloridumgebungen aufweist.

Meerwasser ist aufgrund des Vorhandenseins von 18.000 bis 30.000 Teilen pro Million Chloridionen aus Salz extrem ätzend. Chloride bergen bei vielen Stahlsorten die Gefahr chemischer Korrosion. Allerdings können lebende Organismen im Meerwasser auch zur Bildung von Biofilmen führen, die elektrochemische Reaktionen auslösen und auch die Leistung beeinträchtigen können.

Mit seinem niedrigen Nickel- und Molybdängehalt macht die Legierungsmischung von Ultra 654 SMO es deutlich kostengünstiger als die herkömmliche hochspezialisierte Legierung 625 und bietet gleichzeitig das richtige Leistungsniveau. Es bietet eine typische Kosteneinsparung von 30–40 %.

Darüber hinaus ist der Edelstahl durch die Reduzierung des Gehalts an hochwertigen Legierungselementen weniger der Volatilität des Nickelmarktes ausgesetzt. Dadurch kann ein Hersteller größeres Vertrauen in die Genauigkeit seiner Projektangebote und Preisangebote haben.

Die mechanischen Eigenschaften eines Materials sind ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt für einen Ingenieur. Rohrleitungen, Wärmetauscher und andere Systeme müssen hohem Druck, schwankenden Temperaturen und häufig mechanischen Vibrationen oder Stößen standhalten. Ultra 654 SMO verfügt in diesem Bereich über gute Fähigkeiten. Es hat eine ähnlich hohe Festigkeit wie Alloy 625 und eine deutlich höhere Festigkeit als andere rostfreie Stähle.

Gleichzeitig benötigen Hersteller Werkstoffe, die form- und schweißbar genug sind, um eine einfache Produktion zu gewährleisten, und die in den gewünschten Produktformen leicht erhältlich sind.

Die Legierung ist in dieser Hinsicht eine gute Wahl, da sie die gute Formbarkeit einer herkömmlichen austenitischen Sorte und die gute Dehnung beibehält, was sie beispielsweise ideal für die Konstruktion starker und leichter Wärmetauscherplatten macht.

Mittlerweile verfügt es auch über eine gute Schweißbarkeit und ist in einer Vielzahl von Formaten erhältlich, darunter Coils und Bleche bis zu einer Breite von 1.000 mm und einer Dicke von 0,5 bis 3 mm oder 4 bis 6 mm.

Ein weiterer Kostenvorteil besteht darin, dass die Legierung eine geringere Dichte als Alloy 625 aufweist (8,0 im Vergleich zu 8,5 kg/dm3). Obwohl dieser Unterschied marginal erscheinen mag, reduziert er die Tonnage um 6 %, was zu erheblichen Einsparungen beim Kauf großer Mengen für ein Projekt wie eine lange Pipeline führt.

Darauf aufbauend bedeutet die geringere Dichte, dass die fertige Struktur leichter ist, was Logistik, Heben und Installation erleichtert. Dies wird besonders für Unterwasser- und Offshore-Strukturen von Vorteil sein, bei denen die Handhabung schwerer Systeme schwieriger ist.

Wenn man alle Eigenschaften und Vorteile von Ultra 654 SMO berücksichtigt – hohe Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit, Preisstabilität und die Möglichkeit einer genauen Planung – hat es eindeutig das Potenzial, eine wettbewerbsfähigere Alternative zu Nickellegierungen zu sein.

Rodrigo Signorelli istOutokumpu's Technischer Leiter