Herstellung von HIC-beständigen Stählen
Wasserstoffinduziertes Cracken (HIC) stellt eine häufige Herausforderung dar, insbesondere in der Erdöl- und Raffinerieindustrie, wo die Reinheit und Gesamtqualität des Stahls von größter Bedeutung ist.
Der Produktionsprozess für HIC-beständige Stähle umfasst kritische Entschwefelungstechniken, darunter die Injektion von Magnesium und das Rühren durch Argoneinspritzung von unten.
Die Herstellung von sauberem Stahl basiert auf Technologien zur Kontrolle und/oder Entfernung von Einschlüssen im Stahl. Die Art und die Eigenschaften nichtmetallischer Einschlüsse im Stahl haben oft einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls und bestimmen auch dessen Sauberkeit. Eine genaue Analyse dieser Eigenschaften ist daher erforderlich, um den Stahlherstellungsprozess zur Herstellung hochwertiger Stähle zu optimieren.
Wasserstoffinduzierte Rissbildung (HIC) und Sulfid-Spannungsrissbildung (SSC) stellen zwei Arten spezifischer wasserstoffbedingter Schäden dar, die in der Erdöl- und Raffinerieindustrie häufig auftreten. Im ersten Fall (HIC) ist allgemein anerkannt, dass die Beständigkeit von Stählen hauptsächlich von ihren mikrostrukturellen Merkmalen abhängt – nichtmetallischen Einschlüssen und Entmischungsbändern.
Längliche Mangansulfide gelten als die gefährlichsten Entstehungsorte. Im zweiten Fall (SSC) wird angenommen, dass die Beständigkeit von Stählen bevorzugt mit ihrem Festigkeitsgrad zusammenhängt, während die mikrostrukturellen Eigenschaften weniger wichtig sind. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von HIC und SSC in Kohlenstoff-Mangan-Stählen, die sich in ihrer Wärmebehandlung (Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften) und ihrer Reinheit unterscheiden.
Der MnS-Einschluss ist der schädlichste Auslöser für HIC. Daher muss der Schwefelgehalt von Stählen, die in sauren Umgebungen verwendet werden, grundsätzlich reduziert werden. Dank der Fortschritte bei der Stahlherstellung kann der Schwefelgehalt auf ein sehr niedriges Niveau von unter 0,0008 Gew.-% (8 ppm) gesenkt werden.
Die Ca-Behandlung wird üblicherweise angewendet, um die Bildung von länglichem MnS zu verhindern und den Sulfideinschluss in eine Kugelform zu steuern. Außerdem wird ein geeigneter Ca-Gehalt für die Rissbeständigkeit benötigt. Ist der Ca-Gehalt im Vergleich zum S-Gehalt relativ hoch, kann überschüssiges Ca Oxide bilden, die als Initiator von HIC wirken können. Es wurden mehrere Parameter eingeführt, die den effektiven Ca-Gehalt darstellen. Der Ca-Gehalt muss sorgfältig in einem engen Bereich kontrolliert werden; zum Beispiel 3
Tabelle 1: Anforderungen an die chemische Zusammensetzung von hochfestem Rohrstahl, [ppm]
Abbildung 1 zeigt den Herstellungsprozess von HIC-beständigem Stahl. Vor dem BOF-Prozess wird das Roheisen in der Roheisenentschwefelungsanlage durch Einblasen von Magnesium und CaO entschwefelt. Im BOF sollte nur Schrott mit niedrigem Schwefelgehalt eingesetzt werden. Das Aluminium zur Desoxidation und die Schlackenbildner werden beim Abstich zugegeben. Die Hauptlegierung wird ebenfalls zu diesem Zeitpunkt verarbeitet.
Die Pfanne wird anschließend zur Spülstation transportiert, wo mittels einer Toplanze Argon eingeblasen wird, um Metall und Schlacke zur Entschwefelung zu vermischen. Anschließend wird die Pfanne zur Vakuumbehandlung transportiert. Der Stahl wird durch Argoneinspritzung von unten gerührt, um eine gründliche Entschwefelung und Entgasung zu gewährleisten.