Untersuchungen der Hochtemperatursulfidierung von Stählen in H2/H2S- und H2/H2S/H2O-Gasgemischen

Ein Aluminium-legierter und verschiedene Aluminium-freie ferritische Stahle, sowie austenitische Stahle wurden in H2S-H2- und in H2S-H2O-H2-Gasgemischen im Temperaturbereich 300 bis 700 C korrodiert. Der Gesamtdruck betrug 1 bar, der Wasserdampfpartialdruck konstant 0,1 mbar; der Schwefelwasserstoffpartialdruck variierte zwischen 1 und 200 mbar. Thermogravimetrische Untersuchungen ergaben fur alle ferritischen Stahle nahezu lineare, fur die austenitischen Stahle weitgehend parabolische Zeitgesetze. Die Sulfidierungsgeschwindigkeit der ferritischen Stahle nimmt mit dem Chromgehalt bis 18 Gew% relativ wenig, mit hoheren Gehalten starker ab. Steigender Nickelgehalt austenitischer Stahle verringert die Sulfidierungsgeschwindigkeit nur masig. Der Aluminiumgehalt des Stahls X7 CrAl 15 5 erniedrigt dagegen die lineare Zunderkonstante um mehrere Grosenordnungen gegenuber Aluminium-freien ferritischen Stahlen. Die verbesserte Korrosionsbestandigkeit ist auf selektive Oxidation des Aluminiums zuruckzufuhren. Der Schutz durch Al2O3 wird aber durch eine Kriechverformung unter mechanischer Belastung aufgehoben. Es kommt zur Ausbildung interkristalliner Risse bei Belastungen kleiner 80 Mpa, bei hoheren von transkristallinen Rissen. Metallographische Untersuchungen ergaben bei allen Stahlen Doppelschichten. Bei den ferritischen Stahlen besteht die ausere Schicht uberwiegend aus Eisensulfid FeS, die innere aus Eisen-Chrom-Mischsulfid. Die ausere Sulfidschicht der austenitischen Stahle enthalt neben Eisensulfid geringe Gehalte an Chrom- und Nickelsulfid, in der inneren Schicht werden als heterogenes Phasengemisch Eisen-Chrom- und Eisen-Nickel-Spinelle sowie Nickelsulfid Ni3S2 identifiziert. Bildungsmechanismen fur das Schichtwachstum werden vorgeschlagen. Investigations of high-temperature sulfidization of steels in H2/H2S- and H2/H2S/H2O gas mixtures Various ferritic steels, one with aluminium as an alloying compound, and various austenitic steels were corroded in H2S-H2- and H2SH2OH2-gas mixtures in the temperature range 300 to 700 °C. The overall pressure always was 1 bar and the H2O partial pressure 0,1 mbar, whereas H2S partial pressures were varied between 1 and 200 mbar. In thermogravimetric investigations the rate laws were found to be nearly linear for all ferritic steels and to a large extent parabolic for the austenitic steels. The sulfidization rate of all ferritic steels decreased with increasing chromium content, up to 18 wt% somewhat less significantly than for higher contents. The sulfidization rates of austenitic steels were decreased only moderately by increasing nickel content. The aluminium content of the steel X7 CrAl 15 5 reduced the constant of the linear rate law by more than one order of magnitude, as compared with aluminium-free steels. The improved corrosion resistance was caused by selective oxidation of aluminium, but the protection by Al2O3 was destroyed by creep deformation under mechanical stress. Cracks along grain boundaries were formed by stresses below 80 Mpa and for more than 80 Mpa transcrystalline cracks occurred. Metallographic examination revealed double layers on all steels. The outer layer of the ferritic steels predominantly consist of iron sulfide FeS, the inner layer, however, of a mixture of ironchromium sulfide. The outer sulfide layer of the austenitic steels contained apart from FeS chromium and nickel sulfides with low contents, too. In the inner sulfide layer a heterogeneous mixture of iron-chromium-spinells, iron-nickel-spinells and Ni3S2 was identified. Mechanisms for layer growth are proposed.