Gut gerüstet für den Sauergaseinsatz - DICREST - Dillinger Hütte GTS

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Gut gerüstet für den Sauergaseinsatz - DICREST - Dillinger Hütte GTS

GUT GERÜSTET FÜR DEN SAUERGASEINSATZ

DICREST


Destillierkolonne Bayernoil

Raffineriegesellschaft mbH

ERFAHRUNG SCHAFFT SICHERHEIT

Zahlreiche Anlagen der petrochemischen Industrie sind schwefelwasserstoff- oder

aminhaltigen Medien ausgesetzt. Diese Stoffe können zu schwerwiegenden Schäden an

Behältern und Rohrleitungen führen. Ursache dieser Schäden sind Korrosionsvorgänge

durch freigesetzten Wasserstoff. Da die Schadstellen an den Innenseiten bzw. innerhalb

der Wandungen liegen, sind diese von außen nur mit Hilfe aufwändiger Prüfverfahren

erkennbar. Bauteilversagen durch diese Schädigungen können daher ohne Vorwarnung

auftreten und im Extremfall sehr schwere Unfälle, wie 1984 in einer Raffinerie in Chicago,

verursachen.

Den Bedürfnissen der Anlagenbetreiber folgend, hat Dillinger Hütte GTS eine Reihe von

Druckbehälterstählen mit hoher Resistenz gegen wasserstoffinduzierte Rissbildung

entwickelt. Aufbauend auf den Erfahrungen mit sauergasresistenten Linepipestählen

wurden Druckbehälterstähle entwickelt, die ein hohes Maß an Sicherheit bieten:

DICRESTDillinger Crack Resistant Steel. Ihre Besonderheit: Das Produktdesign ist so

ausgelegt, dass eine homogene HIC-Resistenz am gesamten Blech gewährleistet ist.

DICREST-Stähle haben sich seit Anfang der 90er Jahren weltweit in zahlreichen Anlagen

der petrochemischen Industrie bewährt.


Der Schädigungsmechanismus

DIE SCHÄDIGUNG

Die wasserstoffinduzierte Schädigung ist auf elektrochemische Korrosionsreaktionen

zwischen Materialoberfläche und Medium zurückzuführen. Hierdurch entsteht atomarer

Wasserstoff, der in den Werkstoff diffundiert.

Der gelöste Wasserstoff setzt im Kristallgitter die Bindungsenergie herab und erniedrigt so

die Spaltbruchspannung und die Risszähigkeit. Besteht darüber hinaus die Möglichkeit,

dass sich der atomare Wasserstoff an nichtmetallischen Einschlüssen oder in Mikroporen

anreichert, rekombiniert dieser zu molekularem Wasserstoff H2. Als Folge ist die

Diffusionsfähigkeit des Wasserstoffs im Kristallgitter stark eingeschränkt. An den

Sammelstellen können hierdurch enorme Drücke mit Spannungen, die über der

Verformungsgrenze des Stahls liegen, aufgebaut werden. Vor allem an ausgewalzten

Sulfiden und Seigerungen können so Mikrorisse parallel zur Oberfläche entstehen.

Diese Form der wasserstoffbedingten Rissbildung wird als „Hydrogen Induced Cracking“

(HIC) bezeichnet. Während des Betriebs der Anlage können diese Risse über einen

längeren Zeitraum eine kritische Größe erreichen.

Schwefelwasserstoff

Elektronen

Saueres, schwefelwasserstoffhaltiges Medium

Metall mit Defekten

Sulfidionen

Wasserstoffatom

molekularer Wasserstoff

Proton


Massive

wasserstoffinduzierte

Schädigung einer

Behälterwand

DAS DICREST KONZEPT

Aus dem zuvor beschriebenen Schädigungsmechanismus ergeben sich besondere

Anforderungen an den Werkstoff. Die DICREST-Prozessroute der Stahl- und

Blecherzeugung ist entsprechend abgestimmt. Erster Schritt ist die

Roheisenentschwefelung im Stahlwerk. In den 185 t-Konvertern des Stahlwerks werden

anschließend Phosphorgehalte von maximal 0,01 Prozent eingestellt. DICREST-

Schmelzen werden nach dem Konverterprozess stets einer Vakuumbehandlung

unterzogen: Hierbei werden der Stahlschmelze Stickstoff und Wasserstoff entzogen.

Während der Entgasung wird zudem eine Tiefentschwefelung durchgeführt. Das

anschließende Reinheitsgradspülen führt zu hochreinem Stahl mit Schwefelgehalten von

maximal 0,001 Prozent. Die wenigen verbleibenden globulitischen -Einschlüsse sind

aufgrund ihrer geringen Kerbwirkung für den Werkstoff unschädlich. Damit ist auch das

Risiko einer wasserstoffinduzierten Rissbildung reduziert.

Das Vergießen erfolgt unter speziell für sauergasresistente Stahlgüten abgestimmten

qualitätssichernden Maßnahmen im Strang- oder Blockgussverfahren. Die Senkrecht-

Stranggussanlagen von Dillinger Hütte GTS haben gegenüber den üblichen Kreis- bzw.

Ovalbogen-Stranggussanlagen entscheidende metallurgische Vorteile. Der Strang wird

erst nach vollständiger Durcherstarrung abgebogen, d.h. die noch in der Schmelze

verbliebenen Oxide können aufsteigen und sich am Gießspiegel abscheiden, da sie nicht

an der Erstarrungsfront eingefangen werden. Zusätzlich vermindert die sogenannte Soft-

Reduction der Stranggussanlage weitgehend die für Strangguss typischen Makro- bzw.

Mittenseigerungen. Nur die strikte Einhaltung der Gießparameter gewährleistet

hervorragende HIC-Eigenschaften, da beispielsweise schon Änderungen in der

Gießgeschwindigkeit zu Qualitätseinbußen führen können. Für die DICREST Produktion

werden nur Schmelzen verwendet, die höchsten Ansprüchen genügen. Gewalzt wird auf

den weltweit leistungsfähigsten Walzgerüsten, mit Walzkräften von bis zu 108 MN und

Antrieben mit Drehmomenten von bis zu 2×4500 kNm. Mit diesen außerordentlichen

Walzkräften wird ein „High Shape Factor Rolling“ möglich. Bei diesem Verfahren wird mit

extrem großer Stichabnahme gewalzt, sodass auch in der Mitte dicker Bleche die

notwendige Verformung des Gefüges erreicht wird. Mögliche Hohlräume werden dicht

verschmiedet. Ein Normalisieren der Bleche im Ofen schließt die Blechherstellung ab.

Diese Wärmebehandlung erzeugt ein homogenes und feinkörniges Gefüge.

Die homogene HIC-Resistenz jedes einzelnen DICREST-Bleches im Bauteil ist nur dann

gewährleistet, wenn entweder der gesamte Behälter spannungsarmgeglüht wird oder die

Bleche vor der Behälterfertigung nach dem Normalisieren spannungsarmgeglüht werden,

wobei dann ein lokales Spannungsarmglühen der Schweißnaht nach der Fertigung

erfolgen muss.


HIC-Testgefäß

OHNE WENN UND ABER

Der Nachweis der HIC-Resistenz erfolgt in den nach DIN EN ISO 17025 akkreditierten

Labors von Dillinger Hütte GTS nach NACE TM 0284. Dabei werden einem Blech,

stellvertretend für alle Bleche derselben Schmelze eines Auftrags, Proben mit definierter

Lage und Abmessung entnommen. Diese werden spannungsarm geglüht, was zum

Erreichen der spezifizierten HIC-Resistenz bei normalisierten Blechen grundsätzlich

erforderlich ist. Anschließend werden die Proben für einen Zeitraum von 96 Stunden einer

mit Schwefelwasserstoff gesättigten Testlösung ausgesetzt. Wahlweise stehen hierfür

zwei verschiedene Prüflösungen nach NACE TM 0284 zur Verfügung: Lösung A mit pH 3

und Lösung B mit pH 5.

Im nächsten Schritt werden die Proben an drei definierten Positionen aufgeschnitten,

geschliffen, poliert und metallographisch untersucht. Das Ausmaß des Rissbefalls wird

dann anhand der Bewertungskriterien Risslängenverhältnis CLR (crack length ratio),

Rissdickenverhältnis CTR (crack thickness ratio) und Rissempfindlichkeitsverhältnis CSR

(crack sensitivity ratio) beurteilt. Die Prüfergebnisse gelten jeweils für den Mittelwert aller

Proben und Schliffe eines Tests. Für Blechdicken bis 88 mm werden drei, maximal 30 mm

dicke Proben genommen, die über die Blechdicke gestaffelt werden. Ab 88 mm

Blechdicke werden fünf und ab 144 mm sieben gestaffelte Proben entnommen und

untersucht. So wird sichergestellt, dass stets der gesamte Blechquerschnitt im HIC-Test

erfasst wird.

Da die gesamte DICREST-Produktion auf homogene HIC-Resistenz ausgerichtet ist, ist

der HIC-Test repräsentativ für das gesamte Prüflos. Die HIC-Testergebnisse werden in

der Regel für Ihren Auftrag attestiert. Die HIC-Resistenz kann aber auch ohne Nachweis

durch den HIC-Test gewährleistet werden.

Selbstverständlich können die Prüf- und Akzeptanzkriterien – soweit technisch möglich –

an Ihre Wünsche angepasst werden.


Schema der

Auswertung und

Beurteilung des

HIC-Tests nach

NACE TM 0284

AUSWERTUNG NACH NACE

Qualität Blechdicke

[mm]

DICREST 5 ≥ 10 ≤ 80

DICREST 10

DICREST 15 1)

a

≥ 10 ≤ 120

≥ 10 ≤ 150

Testlösung

nach

Akzeptanzkriterien

TM 0284-03 CLR CTR CSR

A

(pH3)

A

(pH3)

A

(pH3)

B

(pH5)

a = Risslänge b = Rissbreite

a

W

W = Probenbreite T = Probendicke

b





5

10

15

0,5

≤ 1,5

≤ 3

≤ 5

≤ 0,1


≤ 0,5

≤ 1

≤ 2

≤ 0,05

( a⋅b)

CSR = ⋅100%

W⋅T

∑ a

CLR = ⋅

W

100%

∑ b

CTR = ⋅100%

T

1) Für DICREST 15 ist die gewünschte Testlösung in der Bestellung anzugeben.

Die CLR-, CTR- und CSR-Werte (siehe Seite 5) werden als Mittelwerte aller Einzelschliffe

eines HIC-Tests berechnet. Mittelwerte je Probe (3 Schliffe) oder Einzelwerte je Schliff

können nach Vereinbarung angeboten werden.

Abweichende Blechdicken sind nach Vereinbarung möglich.

b

T


Proben im HIC-Test

AUCH DARÜBER KÖNNEN

SIE MIT UNS SPRECHEN

Die am häufigsten eingesetzten DICREST-Güten, A/SA 516 Grade 60, 65 und 70 nach

ASTM/ASME sowie P275 und P355 nach EN 10028-3 bieten wir als Standardgüten an.

Selbstverständlich liefern wir Ihnen DICREST auch nach anderen Normen und Ihren

eigenen Spezifikationen.

DICREST gibt es in Abmessungen, die den üblichen Rahmen für Grobbleche

überschreiten. Unsere Grenzen liegen bei Längen von 25.000 mm, Breiten von 5.200 mm

und Stückgewichten von 40 t. Die maximale Blechdicke hängt von vielen Parametern wie

HIC-Prüflevel und Stahlsorte ab. Entsprechende Informationen entnehmen Sie bitte den

DICREST-Spezifikationen.

Zusätzlich zum HIC-Test bietet Dillinger Hütte GTS für DICREST auch den SSC-Test

gemäß NACE TM 0177, Test Method A an. „Sulfid Stress Cracking“ (SSC) ist eine durch

gleichzeitiges Einwirken von Wasserstoff und von außen aufgebrachter Beanspruchung

auftretende Rissbildungsart, die in hochfesten Stählen und in der Wärmeeinflusszone von

Schweißnähten auftreten kann. Da diese Schädigungsart primär mit der Härte des

Werkstoffes zusammenhängt, wird die Härte des Grundwerkstoffes gemäß NACE MR

0175 auf < 22 HRC begrenzt. Zur Durchführung des SSC-Tests müssen Prüflösung,

Testdauer und Höhe der Zugspannung vereinbart werden.

Der Vollständigkeit halber sei mit „Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking“ (SOHIC)

ein weiteres wasserstoffbedingtes Rissphänomen erwähnt, das für Blechanwendungen

von untergeordneter Bedeutung ist. Hierbei werden an den Stellen, wo mehrdimensionale

Spannungszustände im Bauteil auftreten, im Vergleich zu den bisher beschriebenen

Risstypen anders ausgeprägte Risse gefunden. Ausgangspunkte sind Kerben, Rissspitzen

oder spannungsbeanspruchte Wärmeeinflusszonen von Schweißverbindungen. Typisch

für diesen Risstyp ist eine Kombination von Rissen senkrecht zur

Hauptspannungsrichtung des am stärksten beanspruchten Bereiches sowie von

waagerechten Rissen in größerem Abstand davon. International wird an der Klärung

dieses Schädigungsmechanismus und seinen Einflussgrößen gearbeitet. Ein genormter

Test, der reproduzierbare Werte als Prüfkriterien liefert, ist bisher noch nicht verfügbar.


Hochdruckabscheider

aus DICREST für das

Haradh GOSP III Projekt

(Quelle: Gulf Engineering)

Für Anfragen oder Bestellungen der Stähle der DICREST-Reihe wenden Sie sich bitte

an die Vertriebsorganisationen von Dillinger Hütte GTS.

Für weiterführende Informationen wenden Sie sich bitte an unsere Marketingabteilung:

Tel.: +49 6831 47 3461

Da DICREST-Bleche häufig auch mit kurzen Lieferzeiten bzw. in kleineren Mengen

benötigt werden, bietet Dillinger Hütte GTS diese auch ab Lager bei AncoferWaldram

Steelplates in den Niederlanden und Dillinger Middle East in den Vereinigten Arabischen

Emiraten an. Bitte wenden Sie sich im Anfragefall an Ihren Vertriebspartner.

Ihren Ansprechpartner erfahren Sie

von unserem Koordinierungsbüro in Dillingen:

Telefon: +49 6831 47 2223

Telefax: +49 6831 47 3350

oder besuchen Sie unsere Website:

http://www.dillinger.de/dh/kontakt/weltweit/index.shtml.de

Revision 2, Juli 2011

AG der Dillinger Hüttenwerke

Postfach 1580

66748 Dillingen/Saar

Deutschland

e-mail: info@dillinger.biz

http://www.dillinger.de

Telefon: +49 6831 47 3461

Telefax: +49 6831 47 3089

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