Auswahl von Materialien für Druckbehälter unter Schwefelwasserstoff-induzierter Korrosion

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I. Definition einer Umgebung mit feuchtem Schwefelwasserstoff-Korrosionseffekt
In der Norm MR 0103–2005 der National Association of Corrosion Engineers (NAcE) mit dem Titel „Materials Resistance to Sulfide Stress Cracking in Corrosive Petroleum Refining Environments“ wird dies wie folgt definiert: Eine Umgebung mit feuchtem Schwefelwasserstoff-Korrosionseffekt liegt vor, wenn das Medium, mit dem die Behälter in Berührung kommen, eine freie Wassermenge in flüssiger Form enthält und zudem eine der folgenden Bedingungen erfüllt: (1) Die Konzentration an H2S, das in dem freien Wasser gelöst ist, beträgt mehr als 50 mg/L； (2) Der pH-Wert des freien Wassers liegt unter 4,0, und es ist H2S darin gelöst ； (3) Der pH-Wert des freien Wassers liegt über 7,6, und das Wasser enthält 20 ppm gelösten Hydrocyanid (HCN) sowie etwas gelösten H2S.
(4) Der Druck von H2S im Gaszustand (absoluter Druck) liegt über 0,3 kPa. Klassifizierung von Umgebungen mit feuchtem H2S-Korrosion: Je nach Korrosionsmechanismus kann man Umgebungen mit feuchtem H2S-Korrosion in Klasse I und Klasse II einteilen. Umgebung der Feucht-H2S-Korrosion von Typ II (HB, HIC und SOHIC): Wenn die Arbeitsbedingungen des Behälters bei Raumtemperatur bis 150 °C liegen und eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist, handelt es sich um eine Umgebung der Feucht-H2S-Korrosion von Typ II: (1) Hohe Aktivität von Wasserstoff aufgrund von wasserbedingter Korrosion ； (2) Die Konzentration von H2S im Wasser liegt über 2000 mg/L, und der pH-Wert ist größer als 7,6 ； (3) Die Konzentration von H2S im Wasser liegt über 50 mg/L, und der pH-Wert ist unter 4,0 ； (4) Der pH-Wert des freien Wassers liegt über 7,6, der Gehalt an HCN oder Cyaniden im Wasser beträgt mehr als 20 mg/L, und außerdem ist H2S im Wasser enthalten. Umgebung der Kategorie I mit feuchter H2S-Korrosion (SSC): Umgebungen mit feuchter H2S-Korrosion, die nicht den Anforderungen der Kategorie II entsprechen, werden als Umgebungen der Kategorie I mit feuchter H2S-Korrosion bezeichnet. II. Allgemeine Grundsätze für die Auswahl der Materialien: Bei der Auswahl und Bewertung der Materialien für Geräte, die nach den Richtlinien für elastisches Design hergestellt werden, kann man auf Materialien zurückgreifen, die bereits gemäß den Standards ISO 15156-2 (GB/T20972.2) und ISO 15156-3 (GB/T20972.3) oder NACE_MR0175-2003 als geeignet befunden wurden. In diesen Standards sind die Umweltbedingungen festgelegt, unter denen eine Spannungskorrosion vermieden werden kann. Nur wenn diese Bedingungen erfüllt sind, darf man nach den Anforderungen der entsprechenden Normen Materialien auswählen ； Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, müssen die HIC- und SSC-Prüfungen durchgeführt werden, um die entsprechenden Standards zu erfüllen. III. Bedingungen, unter denen Kohlenstahl, niedriglegierter Stahl sowie Gussstähle von den Prüfungen nach SSC und HIC befreit sind:
1. Das Material muss in einem der folgenden Zustände geliefert werden: Warmgewalzt (nur für Kohlenstahl), geölt, normalisiert, normalisiert + gehärtet, normalisiert, austenitiert, gehärtet + gehärtet, austenitiert, gehärtet + gehärtet.
2. Die Härte des Materials darf 22 HRC nicht überschreiten, und der Nickelgehalt muss unter 1,0 % liegen ； S ≤ 0,003 %, P ≤ 0,010 %.
3. Die Zugfestigkeit des Materials darf 355 MPa nicht überschreiten.
4. Die Druckfestigkeit des Materials darf 630 MPa nicht überschreiten.
5. Begrenzung des Kohlenstoffäquivalents:
– Niederkohlenstahl und Kohlenstahl-Mangan-Stähle: CE ≤ 0,43; CE = C + Mn/6
– Niedriglegierter Stahl: CE ≤ 0,45; CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
6. Bei einer Dicke von mehr als 12 mm muss jede Stücke mit Ultraschall überprüft werden.
7. Die Härte der Schweißnähte sowie der vom Schweißen betroffenen Bereiche darf 22 HRC nicht überschreiten.
8. Es sind weder Stempelabdrücke noch andere harte Markierungen zulässig.
9. Nach dem Schweißen muss das Material durch Wärmebehandlung entstresst werden.

IV. Bedingungen für Austenitische Edelstähle, bei denen keine SSC- und HIC-Prüfungen erforderlich sind:
1. Begrenzungen bezüglich der chemischen Zusammensetzung.
2. Es muss eine Lösungshärtung oder eine Stabilisierungshärtung erfolgen.
3. Es ist nicht zulässig, die mechanischen Eigenschaften durch Kaltverarbeitung zu verbessern.
4. Die Härte des Rohstoffs, der Schweißnähte sowie der vom Schweißen betroffenen Bereiche darf 22 HRC nicht überschreiten.
5. Umweltbedingungen: Für die HIC-Prüfung wird in der Regel nach NACE ETM0284–2016 vorgegangen; dabei wird in der Regel Lösung A verwendet. Anforderung: CLR ≤ 5 % ； CTR≤1,5％ ； CSR ≤ 0,5 %, wobei: CLR = Risslängenverhältnis ； CTR-Bruchdicke-Verhältnis ； Die Empfindlichkeit gegenüber Rissen bei CSR ist höher als bei dem Test zur Bestimmung der Widerstandsfähigkeit des Grundmaterials gegen Schwefelstoffschockrisse. Die gängige Methode entspricht NACE TM0177-2016. Die konkreten Anforderungen sind wie folgt: Aus jeder Charge von Gussteilen werden Proben aus den Teilen mit dem höchsten σb- oder HB-Wert entnommen. Aus jeder Charge von Stahlplatten werden ebenfalls Proben für den Test zur Bestimmung der Widerstandsfähigkeit gegen Schwefelstoffschockrisse entnommen. Ein Erfolg gilt dann, wenn der Schwellenwert σth ≥ 247 MPa erreicht wird. Die Prüfung auf Schwefelstoffschockrisse bei Schweißverbindungen der Klassen A, B und D erfolgt durch Auswertung einer Reihe von Proben, die von Prüfplatten zur Bewertung des Schweißverfahrens entnommen werden. Ein Erfolg der Prüfung setzt voraus, dass der Schwellenwert σth ≥ 247 MPa beträgt