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Duplex-Edelstahlrohre (DSS) sind aufgrund ihrer überlegenen Festigkeit, hervorragenden Zähigkeit und hervorragenden Beständigkeit gegen Chlorid-Spannungskorrosionsrisse (SCC) zum Material der Wahl in kritischen Branchen geworden – darunter Öl und Gas, chemische Verarbeitung, Zellszuff und Papier sowie Entsalzung. Um das Potenzial von DSS jedoch voll auszuschöpfen, ist ein Herstellungsschritt unabdingbar: Lösungsglühen.
Aus professioneller metallurgischer Sicht ist das Lösungsglühen kein optionaler Prozess; Dies ist eine zwingende Voraussetzung, um sicherzustellen, dass die DSS-Röhren ihre vorgesehenen Leistungsspezifikationen erfüllen und eine langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten.
1. Beseitigung von Kaltverformungseffekten und Wiederherstellung der idealen Duplex-Mikrostruktur
Die Herstellung von Duplex-Edelstahlrohre , ob nahtlos (gewalzt) oder geschweißt (geformt), erfordert unterschiedliche Grade der Kaltumformung oder plastischen Verformung.
Gitterverzerrung und Eigenspannung: Durch die Kaltumformung wird das Kristallgitter des Materials stark verzerrt und es kommt zu erheblichen Eigenspannungen in der Mikrostruktur. Diese Spannungen verringern nicht nur die Duktilität und Zähigkeit des Materials, sondern, was noch wichtiger ist, sie wirken als primäre Triebkraft für Spannungsrisskorrosion (SCC), wenn das Rohr schließlich Chloridumgebungen ausgesetzt wird. Das Hauptziel des Lösungsglühens besteht darin, das Rohr auf einen bestimmten Hochtemperaturbereich, typischerweise etwa 1020 °C bis 1100 °C, zu erhitzen und diesen ausreichend lange zu halten, um diese Eigenspannungen und Gitterfehler vollständig abzubauen.
Korrektur der Phasenbalance: Herstellungsprozesse, insbesondere Kaltbearbeitung, können das Ideal leicht stören Phasengleichgewicht zwischen Austenit (γ) und Ferrit (α) von DSS. Die Hochtemperaturerwärmung während des Lösungsglühens ermöglicht Rekristallisation und Phasenumwandlung und fördert so die gleichmäßige Verteilung von Legierungselementen (wie Chrom, Molybdän und Stickszuff). Dieser Prozess stellt die Phasenzusammensetzung präzise auf den erforderlichen Austenitgehalt von 40–60 % wieder her. Dieses genaue Phasengleichgewicht ist die Grundlage für die Erzielung des synergistischen Effekts von hoher Festigkeit und hervorragender Korrosionsbeständigkeit.
2. Auflösung schädlicher Phasen und Beseitigung der Korrosionsanfälligkeit
Duplex-Edelstähle sind sehr anfällig für die Ausfällung verschiedener schädlicher intermetallischer Phasen, wenn sie im Temperaturbereich von gehalten werden to . Dies kann während der Erwärmungs-, Halte- und Abkühlungsphasen der Herstellung auftreten.
Die fatalen Auswirkungen der Sigma-Phase: Die berüchtigtste davon ist die Sprödigkeit Phase (Sigma-Phase), die reich an Chrom und Molybdän ist. Seine Ausfällung führt zu einer starken Verringerung der Zähigkeit und raubt dem DSS seine Fähigkeit, Stößen bei niedrigen Temperaturen standzuhalten. Noch besorgniserregender ist, dass durch die Bildung der Sigma-Phase Chrom- und Molybdän-arme Zonen in der umgebenden Matrix entstehen.
Erhöhte lokale Korrosionsempfindlichkeit: Chrom ist das Schlüsselelement, das für die Bildung des schützenden Passivfilms auf Edelstahloberflächen verantwortlich ist. In diesen erschöpften Zonen werden die Selbstheilungsfähigkeit und Stabilität des Passivfilms drastisch reduziert. Dadurch ist das Material sehr anfällig für Lochfraß, Spaltkorrosion und interkristalline Korrosion.
Die reinigende Wirkung des Lösungsglühens: Beim Lösungsglühen müssen die Rohre über die Auflösungstemperatur der Sigma-Phase erhitzt werden. Nach ausreichender Einweichzeit werden die Sigma-Phase und alle anderen schädlichen Ausfällungen (z. B Phase, Carbonitride) werden vollständig wieder in die Austenit- und Ferritmatrix aufgelöst. Dieser Prozess eliminiert alle potenziellen Korrosionsauslöser und stellt die vorgesehene Korrosionsbeständigkeit des Rohrs vollständig wieder her.
3. Strategie zur schnellen Kühlung: Sicherstellung der Leistung
Die Wirksamkeit des Lösungsglühens hängt nicht nur von den Heiz- und Halteparametern ab, sondern auch entscheidend vom anschließenden schnellen Abkühlschritt, der typischerweise durch Abschrecken mit Wasser erreicht wird.
Verhinderung einer erneuten Ausfällung: Wie bereits erwähnt, ist die Ausfällung schädlicher Phasen bei erhöhter Temperatur am wahrscheinlichsten. Durch schnelles Abkühlen können die Rohre den kritischen Temperaturbereich schnell durchlaufen to . Dieser Vorgang soll die erneute Ausfällung schädlicher Phasen unterdrücken, die Legierungselemente effektiv in der festen Lösung „einschließen“ und sicherstellen, dass sowohl die maximale Zähigkeit als auch die Korrosionsbeständigkeit erhalten bleiben.
Branchentrend-Fokus: Aufgrund der gestiegenen Anforderungen an Sicherheit und längere Lebensdauer nimmt die Verwendung von Super-Duplex-Edelstahl (SDSS) und Super-Duplex-Stählen mit hohem Stickstoffgehalt zu. Diese Qualitäten (z. B. 2507, 2707) haben höhere Chrom- und Molybdängehalte, wodurch sie anfälliger für die Ausfällung schädlicher Phasen sind und eine schnellere Ausfällungskinetik erfordern. Dieser Trend erfordert eine immer strengere Kontrolle des Lösungsglühprozesses – insbesondere der Temperaturgenauigkeit und der Abkühlgeschwindigkeit – und macht ihn zu einer entscheidenden technologischen Hürde für die Gewährleistung der Produktqualität.
4. Der entscheidende Reparaturschritt nach dem Schweißen
Das Schweißen stellt eine weitere große Herausforderung für die Leistung von DSS-Rohren dar und wirkt sich drastisch auf die Mikrostruktur im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone (HAZ) aus.
HAZ-Probleme: Die Abkühlgeschwindigkeit in der HAZ während des Schweißens reicht oft nicht aus, um die Anforderungen eines idealen Lösungsglühens zu erfüllen, was möglicherweise zu einer unzureichenden Austenitbildung oder einer lokalen Ausscheidung schädlicher Phasen führt. Während die Durchführung einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) bei großen installierten Rohrleitungen oft unpraktisch ist, ist der erste Schritt des Lösungsglühens während der Herstellungsphase (angewandt auf die Rohplatte/den Rohling oder das endgültig geschweißte Rohr) absolut unerlässlich. Es stellt sicher, dass das Rohr das Werk mit einer gleichmäßigen, stabilen und fehlerfreien metallurgischen Struktur verlässt.
Globale Standards und Compliance: Internationale Standards wie ASTM A790 (für nahtlose) und ASTM A928 (für geschweißte Rohre) schreiben ausdrücklich Lösungsglühen und Wasserabschrecken für DSS-Rohre vor. Dies ist ein verbindlicher technischer Schwellenwert für den Produktmarkteintritt, der sich direkt auf die Sicherheitsgenehmigung und die langfristige Betriebslebensdauer von Industrieprojekten auswirkt.
