Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3712
Um das Langzeitverhalten bewerten und somit die zu erwartenden Standzeiten der Werkstoffe
unter Betriebsbedingungen abschätzen zu können, betragen die Versuchszeiten bis zu
10000 h. Die in den einzelnen Stadien des Korrosionsprozesses wirkende Mechanismen
wurden anhand von Kurzzeitversuchen (100 h) in Modellgasen ermittelt.
In Luft zeigen allen untersuchten Werkstoffe eine ausgesprochen gute Oxidations-
beständigkeit. Deutlich andere Oxidationserscheinungen werden dagegen in den simulierten
Rauchgasen beobachtet. Während die höherlegierten Stähle X 20 CrMoV 12-1 und
X 3 CrNiMoN 17-13 auch unter diesen Bedingungen schützende Oxidschichten bilden,
kommt es bei den 9% Cr -Stählen, insbesondere beim NF 616, zu einem stark beschleunigtem
Korrosionsangriff.
Bei den zusätzlich durchgeführten Untersuchungen zum Einfluß von in Kraftwerken
entstehenden Aschebelägen, konnte keine Erhöhung der Korrosionsrate festgestellt werden.
Ursache fur die im Vergleich zur Auslagerung in Luft sehr hohen Korrosionsraten der 9% Cr-
Stähle in den simulierten Rauchgasen sind nicht primär die Komponenten HCl (0,01-0,001
Vol.%) und SO2 (0,1 Vol.%). Entscheidenden Einfluß auf das Korrosionsverhalten hat
vielmehr der im Rauchgas enthaltene Wasserdampf (7-20 Vol.%).
Der Metallabtrag in den simulierten Rauchgasen beträgt fur die 9% Cr-Stähle bei 600°C etwa
0,08-0,11 mm/Jahr und bei 650°C 0,09-0,13 mm/Jahr. Für wasserdampffiihrende Rohre aus
z.B. p 91, die zusätzlich dem Rauchgas ausgesetzt sind, ergibt sich bei 600°C und
konservativer Abschätzung somit ein Wanddickenverlust von ca. 0,2 mm/Jahr.
To evaluate the long term behaviour and thus to estimate the corrosion resistance of the
materials under operating conditions the duration of the experiments was up to 10000 h. The
mechanisms determining the corrosion processes at the different stages was being analysed by
short term experiments (100 h) in model gas atmospheres.
In air all investigated steels showed excellent oxidation properties, even during exposures of
up to 10000 h. In the simulated coal combustion atmospheres, however, only the higher
alloyed steels X 20 CrMoV 12-1 and X 3 CrNiMoN 17-13 appeared to form protective oxide
scales. Under these conditions the 9% Cr-steels and especially the steel NF 616 showed a
dramatic increase in corrosion rate compared to oxidation in air.
Ash deposits typical for coal power plants do not seem to have a significant influence on the
corrosion process of the steels investigated within this research programme.
The tremendous difference in oxidation behaviour of the 9% Cr-steels in the combustion
gases compared to that in air is not primarily related to the presence of HCI (0.01-
0.001 vol.%) and SO2 (0.1 vol.%). The oxidation process is mainly determined by the water
vapour which is present in the coal combustion gases in concentrations ranging from 7 to
more than 20 vol. %.
The material loss ofthe 9% Cr-steels in the simulated coal combustion gases was determined
to be 0.08-0.11 mm/year at 600 and 0.09-0.13 mm/year at 650°C. Based on a conservative
estimation for a water vapour leading tube of p 91 which is additionally exposed to the
combustion gas a reduction in wall thickness of about 0.2 mm/year at 600°C has to be taken
into account in component design.
Thiele, Michael; Quadakkers, Wilhelm Joseph; Schubert, Florian; Nickel, Hubertus
Hochtemperaturkorrosion von ferritischen und austenitischen Stählen in simulierten Rauchgasen kohlebefeuerter Kraftwerke
114 S., 1999
In der vorliegenden Arbeit wurde das Korrosionsverhalten der drei 9% Cr-Stähle NF 616
(P 92), p 91 und E 911 in simulierten Rauchgasen kohlebefeuerter Kraftwerke untersucht. Zu
Vergleichszwecken wurden zudem die konventionellen ferritischen Stähle X 20 CrMoV 12-1
und 10 CrMo 9-10, sowie der Austenit X 3 CrNiMoN 17-13 in das Untersuchungsprogramm
aufgenommen. Der betrachtete Temperaturbereich lag zwischen 600 und 650°C.
In the present work the high temperature corrosion behaviour of three 9% Cr-steels in
simulated coal combustion gases has been investigated. For comparison reason the
conventional ferritic steels X 20 CrMoV 12-1 and 10 CrMo 9-10 as weIl as the austenitic
X 3 CrNiMoN 17-13 were also incorporated in the research program. The temperature range
considered is from 600 to 650°C.
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