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www.henkel-epol.com Technical Bulletin Copyright by Henkel. All rights reserved. Data shown is typical, and should not be construed as limiting or necessarily suitable for design. Actual data may vary from those shown herein. The component‘s value is assured by its surface Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435) Dipl.-Ing. Dr. techn. Georg Henkel Fachbericht 0320299

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Technical BulletinCopyright by Henkel. All rights reserved.

Data shown is typical, and should not be construed as limiting or necessarily suitable for design.

Actual data may vary from those shown herein.

The component‘s

value is assured

by its surface

Hinweise zur Bildung, Entstehung und

Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen

(Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Dipl.-Ing. Dr. techn. Georg Henkel

Fachbericht 0320299

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Fachbericht 0320299

Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

HINWEISE ZUR BILDUNG, ENTSTEHUNG UND WIRKUNG VON

(DELTA)-FERRIT IN AUSTENITISCHEN EDELSTAHLLEGIERUNGEN

(WERKSTOFFNUMMERN 1.4404 / 1.4435)

Dipl.-Ing. Dr. techn. Georg Henkel

Einleitung

Edelstahlapparate, -behälter und -rohrleitungssysteme im pharmazeutischen/biotechnischen

Anlagenfeld werden meist aus den Legierungstypen DIN 1.4404/1.4435 bzw. AISI 316 L

hergestellt.

Beide Legierungen gehören zu den austenitischen nichtrostenden Stählen, wobei neben

einer Reihe anderer hervorragender Eigenschaften vor allem die gute Korrosions-

beständigkeit bei fachgerechter Verarbeitung einen wesentlichen Vorteil darstellt.

Speziell bei der Verarbeitung von kontrollierten Halbzeugen wie Blechen, Stäben, Profilen,

Rohren, etc. zu Apparaten durch spanlose, spanabhebende und thermische Verfahren wie

etwa Schweißen treten fallweise merkliche Materialschwächungen auf, die häufig zu

unerwünschten Korrosionseffekten führen, die den Betriebsablauf mehr oder minder

empfindlich stören können.

Neben den bekannten Korrosionseffekten wie Lochfraßkorrosion (LK), interkristalline

Korrosion (IK), Spannungsrisskorrosion (SpRK), Rouging etc., die in der Regel auf (lokale)

strukturelle Defekte zurückgeführt werden können, ist in den letzten Jahren auch das lokale

Struktur-merkmal der Bildung von Deltaferrit erkannt und in Diskussion gebracht worden.

Neben den Mechanismen der Bildung bzw. Entstehung von Deltaferritbereichen in der

austenitischen Grundstruktur des Gefüges, ist vor allem auch die Wirkung des Deltaferrits im

Schweißnahtgefüge als allfällige (latente) Korrosionsgefahr ein erheblicher Diskussionspunkt

in der einschlägigen Szene.

Untersuchungen zu diesem spezifischen Thema im Rahmen einer ausführlichen Literatur-

übersicht sollen versuchen, hierzu sachdienliche Hinweise zu liefern.

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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Entstehung und Bildung von Deltaferrit

Die oben genannten Edelstahllegierungen bestehen neben Cr, Ni, Mo und Fe aus einer

Reihe weiterer Elemente, welche in der EN 10088-1 ausführlich festgelegt sind.

Kennzeichnend ist dabei, dass einzelne Elemente, wie etwa Cr und Mo die Bildung einer

typisch ferritischen Gefügestruktur (krz) unterstützen und andere Elemente, wie etwa Ni und

Mn die Ausbildung einer typischen austenitischen Gefügestruktur (kfz) forcieren. [1]

Die in der Literatur eindeutig und ausführlich beschriebenen Verhältnisse für die Legierungen

1.4404/1.4435 zeigen, dass bei Sicherstellung von homogenen und stabilen Verhältnissen

(speziell Glüh- und Abkühlverhältnissen) die Ausbildung von rein austenitischen Gefüge-

strukturen erfolgt, wobei allerdings speziell die Cr/Ni-Äquivalent Darstellungen nach

Schaeffler und De Long wie auch Hammar und Svensson klar erkennen lassen, dass sich

diese „Sicherheit“ mehr oder weniger hart an der Grenze zu (teil-)ferritischen Bedingungen

befindet.

Bild 1

Quelle: B. Henkel, Diplomarbeit, Techn. Universität Wien, 1999.

Abschätzung des -Ferritgehalts in Schweißnähten mittels

Berechnung der Cr- und Ni-Äquivalente nach SCHAEFFLER.

WIG-Schweißen – Bildung von -FerritWIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit

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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Aus dieser Tatsache ist abzuleiten, dass entsprechende Verfahrensgegebenheiten etwa

beim Schweißen (und Abkühlen) dazu führen können, dass bestimmte Gefügebereiche

(infolge Diffusionsprozessen beim zeitfunktionalen Abkühlvorgang) aufgrund von

Konzentrationsänderungen statt in austenitischer eben in ferritischer Ordnungsstruktur

auskristallisieren und da-durch in der austenitischen Gesamtstruktur nennenswerte

Phasenbereiche in ferritischer Strukturform vorliegen. [2], [3]

Metallografische Schliffbilder zu Analysezwecken von Schweißnahtgefügebereichen zeigen

in Abhängigkeit von Schlifflage und Ätzmethode die Ferritbezirke quasi als Inseln im

austenitischen Gesamtbereich.

Bild 2

WIG-Schweißen – Bildung von -FerritWIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit

Konfiguration des Rest- -Ferrits in austenitischer Matrix einer

Edelstahl-Schweißnaht ( -Ferrit = dunkle Färbung)

12% -Ferrit (15 FN)

potentiostatisch geätzt in NaOH

17% -Ferrit (15 FN)

potentiostatisch geätzt in NaOH

Quelle: E. Folkhard, Welding Metallurgy of Stainless Steels, English Edition, Springer-Verlag Wien New York

1987.

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Bild 3

Mikrostruktur der Schweißnaht und der

Wärmeeinflusszone

Metallographischer Schliff senkrecht zur Schweißnaht (ca. 50 ), Rohr 42,2 2,0 mm (F03608) elektropoliert,

Grundwerkstoff – Wärmeeinflußzone – Schweißnaht (Wurzelseite), geätzt in V2A-Beize

300 µm

Bild 4

Mikrostruktur der Schweißnaht und der

Wärmeeinflusszone

30 µm

Metallographischer Schliff senkrecht zur Schweißnaht (ca. 500 ), Rohr 42,2 2,0 mm (F03608) elektropoliert, Wärmeeinflußzone – Schweißnaht, geätzt in V2A-Beize

Wärmeeinflusszone Schweißnaht

-Ferrit

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Bild 5

Mikrostruktur der Schweißnaht nach Wärmebehandlung

30 µm

Metallographischer Schliff ( 500 ) einer Längsschweißnaht nach Wärmebehandlung in Wasserstoff-atmosphäre

(Taupunkt –40°C) bei 1040°C, Rohr 63,5 1,65 mm, 1.4404, elektropoliert (E00758)

SchweißnahtGrundwerkstoff

Die Bezeichnung Deltaferrit ist dabei zunächst insofern zu präzisieren, dass es sich bei

Deltaferrit in den Legierungen 1.4404/1.4435 natürlich nicht um reine Eisenphasen handelt

sondern vielmehr um typische „Edelstahlkristalle“ – bestehend aus Cr, Ni, Mo, Fe etc. -, die

allerdings deutlich andere Mischungsverhältnisse zeigen als der austenitische Bereich und

eben deshalb in ferritischer Struktur (krz) auskristallisieren.

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Bild 6

WIG-Schweißen – Bildung von -FerritWIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit

Vertikalschnitt durch das System Fe-Cr-Ni bei

72% Fe [R. Killing, Angewandte Schweiß-

metallurgie, Fachbuchreihe Schweißtechnik

Band 113, 1996, DVS-Verlag GmbH,

Düsseldorf]

-MK = -Ferrit -MK = Austenit

Chromgehalt

Nickelgehalt

Tem

pera

tur

Die Bezeichnung „ (Delta)“ ist unter Legierungstechnikern (neben „ (Alfa)“) nur ein Hinweis,

zu welchem Zeitpunkt diese Gefügeform entstanden ist. Strukturell ist Alfa- und Deltaferrit

prinzi-piell nicht zu unterscheiden. -Ferrit und -Ferrit haben beide kubisch-raumzentriertes

(krz) Kristallgitter.

Auf die zahlreichen weiteren Gefügedetails bzw. temperatur-/diffusionsbedingten Umwand-

lungen bei Glüh-/Abkühlphasen soll an dieser Stelle nicht eingegangen werden, da diese

keine wesentliche Relevanz für das Verständnis der spezifischen Thematik haben.

Bestimmung und Messung von Deltaferritanteilen in der austenitischen Gefügestruktur sind

dabei prinzipiell entweder durch die Anfertigung von metallografischen Schliffbildern samt

Ätzung und Mikroskopie möglich, oder aber zerstörungsfrei durch entsprechend kalibrierte

Ferritmessgeräte von Fischer und Förster.

Bei der metallografischen Methode sind – bei entsprechend höherem Aufwand – die

ferritischen Bereiche klar sichtbar zu machen und dadurch sowohl lagemäßig qualitativ (z.B.

mittels Farbätzung nach Lichtenegger und Blöch) wie lagemäßig quantitativ (z.B. mittels

Schwarz-Weiß-Ätzung und anschließendem Point-Counting) zu ermitteln (siehe Bild 2).

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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Bei der magnetinduktiven Ferritbestimmung wird das physikalische Prinzip messtechnisch

genutzt, dass ferritische Bereiche eine magnetische Wirkung haben, wobei die magnetische

Induktion entsprechend verstärkt wird (Eisenkern!). Diese Verfahren arbeiten quasi integral

über einen bestimmten Materialvolumenbereich und erlauben die Ermittlung von Vol.-%

Ferrit-Werten bzw. Ferritnummern (FN), wie die einschlägige Literatur anschaulich

beschreibt. [4]

Die Betrachtung der -Ferrit-Problematik kann dabei prinzipiell auf den Bereich der

Schweißnaht konzentriert werden, während in anderen Bereichen auch von typischem

Verformungsmartensit aus massiven plastischen Verformungen bzw. starken Schneid-

operationen etc. gesprochen werden kann, der ebenfalls entsprechende Ferritwerte

messtechnisch ermitteln lässt.

Wirkung von Deltaferrit

Im schweren Apparatebau mit Wanddicken von > 10 mm zum Verschweißen wurde die

Erfahrung gemacht, dass beim Schweißen die Bildung von Deltaferrit von 10 ... 15 Vol.-%

sogar erwünscht ist, weil dadurch die sogenannte Heißrissanfälligkeit in der Schweißnaht

merklich reduziert werden kann und parallele Nachteile etwa korrosiver Art durch den Delta-

ferritanteil nicht erkannt wurden bzw. nicht vorgelegen sind.

Die Heißrissanfälligkeit ist grundsätzlich als Erstarrungs- bzw. Kristallisationsrissbildung zu

verstehen, wobei die Rissbildung unter Einwirkung von Wärmeschrumpf-Zugspannungen

entlang der Korngrenzen (Korngrenzenfilmbereiche) erfolgt. Dabei ist zu beachten, dass

ferritische Strukturen eine deutlich geringere Wärmedehnung (Schrumpfung) zeigen als die

umgebende austenitische Matrix, wodurch das Risiko der Rissbildung bei hohen

Temperaturen (knapp unterhalb der Erstarrungstemperatur aus der Schmelze) und eben

noch relativ geringer Strukturfestigkeit gemildert wird durch ferritische Phasenstruktur-

bereiche.

Im Pharmaapparatebau ist die Heißrissproblematik dagegen nicht gegeben, da in der Regel

kleinere Wanddicken (etwa < 4 mm) verschweißt werden.

Korrosionstechnisch liegen in der einschlägigen Literatur neben [5] bisher keine klaren

Aussagen bzw. Beispiele vor, dass Deltaferritanteile in der Schweißnaht nachweislich kausal

für allfällige nachhaltige Korrosionseffekte verantwortlich gezeichnet haben. Dies als

grundsätzliche Vorbemerkung zu allfällig anders lautenden Spekulationen. Hinweise auf eher

moderate Korrosionseinflüsse zeigen dabei Bild 7 und Bild 8.

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Bild 7

WIG-Schweißen – Bildung von -FerritWIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit

Einfluss von -Ferrit auf das Korrosionsverhalten

Korrosionsrate von AISI 316L vs.

Ferritgehalt, 25°C, 10% HCl, 96h

Korrosionsrate von AISI 316L vs.

Ferritgehalt, kochende HNO3, 240h

Quelle: R. Morach, Einfluß des -Ferritgehaltes auf das Korrosionsverhalten, Conference Proceedings

International Symposium on Orbital Welding, La Baule, France, 24th and 25th April 1997.

Bild 8

WIG-Schweißen – Bildung von -FerritWIG-Schweißen – Bildung von -Ferrit

Einfluss von -Ferrit auf das Korrosionsverhalten

CPT vs. SN-Ferritgehalt AISI 316L in

3.56% NaCl (Test gemäß ASTM G 150)

CPT vs. Creq/Nieq, AISI 316L in 3.56%

NaCl (Test gemäß ASTM G 150)

Quelle: S. R. Collins u. P. C. Williams, Weldability and Corrosion Studies of AISI 316L Electropolished Tubing,

Conference Proceedings INTERPHEX, S-29, New York, March 22, 2000.

Cr- und Ni-Äquivalente nach HAMMAR und SVENSSON:

Creq = Cr + 1.37 Mo + 1.5 Si + 2 Nb + 3 Ti

Nieq = Ni + 0.31 Mn + 22 C + 14.2 N + Cu

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Im Apparate- und Rohrleitungsbau für sensible Pharma- und Biotechnikbereiche (vor allem

auch WFI-Anlagen) wurden in den letzten Jahren jedoch Zweifel bekannt, ob nicht doch in

den an sich materialtechnisch schwächsten Bereichen der Schweißnaht (Gußstruktur) ein

zusätzlicher Deltaferritgehalt eine weitere korrosionstechnische Schwächung und damit eine

zusätzliche latente Korrosionsgefahr darstellt. Aus diesem Grunde wurde in dieser Zeit in

einer Reihe von Verarbeitungs- und Prüfspezifikationen eine Deltaferritschwelle < 0,5 ... 1,0

Vol.-% Ferrit (heute < 3,0 Vol.-% Ferrit) eingegeben, ohne dass dafür jedoch entsprechende

wissenschaftliche Erfahrungen/Grundlagen vorhanden gewesen wären. Die Maßnahmen

wurden als eindeutige Prophylaxe gewählt.

Die praktische Erfahrung bei der Montage hat gezeigt, dass handelsübliches Material

1.4404/ 1.4435 auch beim hochtechnisierten Orbitalschweißen (ohne Zusatz) nicht gesichert

deltaferritfrei verschweißt werden kann. Durch die Verwendung von N2 im

Schweißgas/Formiergas werden die Verhältnisse allerdings deutlich verbessert, da N2 ein

Austenitbildner ist, wodurch die Deltaferritanteile in der Naht wesentlich reduziert werden

können, indem N2 im Schmelzbad teilweise aufgenommen (gelöst) wird. Eine gesicherte

Vermeidung von jeglichem Deltaferrit in der Schweißnaht kann jedoch nur durch die

Verwendung von Schweißzusatz aus 1.4519/ 1.4539 (Vollaustenit) erreicht werden, wobei

jedoch die Schweißaufwände merklich höher und somit teurer werden.

Die Möglichkeit, die Schmelzen aus 1.4435 im Rahmen der zulässigen Legierungsbereiche

nach EN 10088-1 legierungstechnisch gezielt einzuschränken und damit deutlich in den

Austenitbereich abzudrängen (z.B. Obergrenze Ni), um beim Schweißen gesichert im voll-

austenitischen Bereich zu bleiben, ist letztlich nicht erfolgreich gewesen, da durch diese

Maßnahmen andere wesentliche Materialeigenschaften (etwa mechanische Verarbeitbarkeit

sowie einwandfreie und reproduzierbare Verschweißbarkeit) deutlich verschlechtert werden.

Die Ausbildung der Deltaferritbereiche in der Schweißnaht wurde in mehreren

Versuchsreihen an 1.4404 und 1.4435 überprüft und mit entsprechend einschlägigen

Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Bei einer Ausbildung von Deltaferritanteilen bis ca.

8 Vol.-% Ferrit zeigen die durchgeführten metallografischen Untersuchungen, dass die Delta-

ferritphasen vorwiegend im Zentrum des Schweißnahtvolumens vorliegen und im Schweiß-

nahtrandbereich (Wurzel- und Decklagenseite) ausschließlich austenitische Strukturen zu

detektieren waren. Diese Erkenntnis erlaubt sowohl wesentliche Schlussfolgerungen

betreffend der kausalen Ursachen der Fremdphasenbildung wie auch bezüglich der bauteil-

technischen Wirkung und des betriebstechnischen Verhaltens der Schweißnaht bzw. des

Schweißnahtbereiches.

Hinsichtlich der metallurgischen Ursachen der Bildung von separaten -ferritreichen Bezirken

im Volumenzentrum der Schweißnaht ist nach den bisherigen Erkenntnissen der Literatur

gesichert davon auszugehen, dass im Nahtzentrum die Materialerstarrung/Kristallisation

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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

zeitlich später erfolgt als in den Schweißnahtrandbereichen (Wärmeleitprinzip), wodurch

materialtypische Diffusionsprozesse wirken können, welche letztlich Ursache sind für die

Ausbildung von gezielten Elementenwanderungen mit dem Ergebnis von Mikro-

agglomerierungen sowie konsequenterweise Mikroentmischungen, welche schließlich für die

Ausbildung von ferritisch kristallisierenden Bezirken verantwortlich sind, während im sofort

erstarrenden Randbereich quasi die austenitischen Verhältnisse flink „eingefroren“ werden.

Diese Verhältnisse sind metallurgisch anhand von Mikroanalysen nachweisbar u.v.a. auch

reproduzierbar sowie thermodynamisch erklärbar über die gesetzmäßigen Mechanismen der

temperatur- und konzentrationsabhängigen Diffusionsprozesse im kristallinen Mikrobereich,

wobei einzelne Elemente je nach Temperaturzustand verschiedene Bewegungsfähigkeiten

zeigen.

Dabei ist zu beachten, dass alle entstandenen Kristalle aus ihrer prinzipiellen Zusammen-

setzung der formalen Legierungsdefinition „Edelstahlkristalle“ bzw. „Mischkristalle“ genügen.

18 % Cr, 12,5 % Ni, 2,51 % Mo ...

etwa kristallisiert austenitisch (kfz)

26 % Cr, 8 % Ni, 2,4 % Mo ...

etwa kristallisiert dagegen ferritisch (krz).

Dabei sind laut einschlägiger Literatur in Schweißnähten von 1.4435 ferritische Grenz-

konzentrationen bis 28,6 % Cr + 3,7 % Ni + 3,9 % Mo mittels Mikroanalyse bestimmt worden

und belegen klar den beschriebenen Ablaufmechanismus, wobei die lokalen Über- und

Untermischungen aus dieser Konsequenz hier im Detail nicht näher behandelt werden

sollen.

Für die Schweißnahtbereiche mit Deltaferritanteilen hat diese Erkenntnis eine Reihe von

grundsätzlichen Folgen.

Bei spannungstechnisch und thermisch stabilen Betriebsbedingungen sind (unverschliffene)

Orbitalnähte infolge -Ferrit-Anteilen bis ca. 5 Vol.-% Ferrit mit ausreichender Sicherheit

nicht bedenklich, da die -Ferrit-Bezirke im Schweißnahtinneren keinen Medienkontakt

haben und insohin korrosionstechnisch keine Wechselwirkung zu erwarten ist. Bei

Belastungen bis ca. 200° C sind aufgrund der metallisch stabilen Strukturen auch

festigkeitstechnisch keinerlei Probleme zu erwarten, wenngleich v.a. bei dynamischen

Belastungen die unterschiedlichen Verhaltensweisen bezüglich Wärmeleitfähigkeit und

Spannungs-Dehnungsverhalten zu berücksichtigen sind.

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Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Im Falle von mechanisch verschliffenen Schweißnähten (etwa blecheben verschliffenen

Schweißnähten in Behältern) stellt sich die Problematik jedoch völlig anders dar, da die

ferritischen Bereiche der Schweißnaht durch den mechanischen Schliff plötzlich zur

medienberührenden Oberfläche werden und dabei allfälligen korrosiven Angriffen des

Mediums ausgesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die

ferritischen Bezirke ohne jeden Zweifel korrosionstechnisch kaum schwächer besetzt sind,

als die austenitische Matrix. Korrosionstechnisch kritisch sind v. a. die Phasenüber-

gangsbereiche. Versuche in diese Richtung auf der Basis des chemischen Beizens mit HF +

HNO3-Mischungen (kontrollierte korrosive Wirkungen) bzw. mittels elektrochemischen

Polierens von freigelegten ferritischen Bezirken (Bild 4 und 5) zeigen einen verstärkten

lokalen Abtrag und erlauben insohin auch die Schlussfolgerung, dass eindeutig

korrosionstechnisch geschwächte Übergangsbereiche vorliegen bei Bildung von -Ferrit-

Phasen in der Austenitmatrix, sofern diese Bereiche mit dem Medium im Betrieb direkt in

Kontakt kommen.

In diesem Zusammenhang ist es als durchaus sinnvoll zu empfehlen, Behälterschweißnähte,

welche aus anderen technologischen Gründen blecheben verschliffen werden müssen,

mittels rein austenitischer Schweißnahtzusatzmaterialien (etwa 1.4519/1.4539) zu ver-

schweißen, um die Bildung von -Ferrit-Bezirken sicher zu vermeiden.

Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt betreffend Deltaferritbildungen in der Schweißnaht

ist darin zu sehen, dass ferritische Kristallstrukturen eine deutlich höhere Löslichkeit für

Verunreinigungen zeigen als austentitische Strukturen. Deltaferritbildungen in der Schweiß-

naht vermindern deshalb das Auftreten von Schlackebildungen auf der Schweißnaht

aufgrund des erhöhten Lösevermögens für Al, Si, Ca, Ti und Zr im (ferritischen) Gefüge-

verband.

Die Beeinflussung von typischer Rougingbildung durch Deltaferrit bis 5 Vol.-% in der

Schweißnaht kann dabei nach bisherigen Untersuchungen ebenfalls ausgeschlossen werden

[6].

Schlussbemerkungen

Die Bildung von -Ferrit-Anteilen in Schweißnähten von Mat. 1.4435/1.4404 v. a. beim

zusatzfreien Orbitalschweißen von Rohren und Rohrteilen ist bekannt, wobei die kausalen

metallurgischen Ursachen eindeutig nachvollziehbar sind. Eine gefügetechnische Erholung

zur Entfernung der -Ferrit-Anteile durch Lösungsglühen ist dabei fertigungstechnisch in den

meisten Fällen nicht möglich.

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Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Versuche haben dabei gezeigt, dass Gefügebereiche mit -Ferrit-Anteilen korrosions-

technisch im Phasenübergangsbereich deutlich weniger widerstandsfähig sind, als die

deltaferritfreien austentischen Bereiche der Legierung.

Weiters hat sich gezeigt, dass bei durchaus üblichen -Ferrit-Anteilen bis ca. 8 Vol.-% Ferrit

in der Schweißnaht die -Ferrit-Bezirke vorwiegend im Inneren des Nahtvolumens vorliegen

und an den Schweißnahtvolumenrandbereichen (Wurzel und Decklage) eindeutig

austenitisches Gefüge erkannt wird, sodass bei mechanisch nicht verschliffenen Schweiß-

nähten im Anlagenbetrieb gesichert kein Kontakt zwischen -Ferrit-Phasenbereichen und

dem Medium zu erwarten ist und dadurch keinerlei korrosionstechnische Relevanzen

gegeben sind. Diese faktische Tatsache ist offenbar auch die Antwort auf die temporären

technischen Unklarheiten in der Beurteilung der latenten Korrosionsgefahr von Delta-

ferritanteilen bei Schweißnähten – im Besonderen bei Rohrrundschweißnähten.

Diese Verhältnisse sind speziell für Orbitalnähte von Rohren/Rohrteilen ohne Zusatzmaterial

von wesentlicher (entschärfender) Bedeutung; allerdings eher kritisch in die andere Argu-

mentationsrichtung für blecheben verschliffene Schweißnähte im Innenbereich der Behälter

und Apparate, wo nach dem Schleifen im Schweißnahtbereich bei Vorlage von Delta-

ferritbezirken minder korrosionsbeständige Phasenübergangsbereiche freiliegen.

Orbitalnähte von Rohren und Rohrleitungen sind insohin für -Ferrit-Anteile bis 3 Vol.-%

Ferrit in chloridhaltigen Medien (bzw. bis 5 Vol.-% in chloridfreien Lösungen < 5 ppm Cl-)

verfahrenstechnisch für einen störungsfreien Betriebsablauf unbedenklich, sofern die Nähte

nicht mechanisch (blecheben) verschliffen werden. Dabei lassen geringe Deltaferritanteile

die Schlackebildung auf der Naht infolge erhöhten Verunreinigungslösevermögens in der

Strukturmatrix merklich reduzieren. Behälterbaunähte, die im Innenbereich blecheben

verschliffen werden, sollten mit vollaustenitischem Zusatz auf -Ferrit < 0,5 Vol.-% Ferrit

verschweißt werden, um lokale Korrosionsangriffe im praktischen Anlagenbetrieb gesichert

vermeiden zu können.

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Fachbericht 0320299

Hinweise zur Bildung, Entstehung und Wirkung von (Delta)-Ferrit in

austenitischen Edelstahllegierungen (Werkstoffnummern 1.4404 / 1.4435)

Stichworte : Korrosion, Deltaferrit

Literatur:

[1] BCI N 11.265, Baseler Norm BN 2,

Baseler Chemische Industrie

[2] Schulze, Krafka, Neumann, Schweißtechnik,

VDI-Verlag Düsseldorf 1992

[3] Sunniva R. Colins and Peter C. Williams,

”Electropolished Tubing: Avoiding Corrosion in Welded Applications”,

Chemical Processing, December 2000

[4] Benedikt Henkel, „Beeinflussbarkeit des (Delta)-Ferritgehaltes beim Wolfram-

Intergas

Orbitalschweißen dünnwandiger austenitischer Rohre“,

Diplomarbeit, Techn. Universität Wien, 1999

[5] Morach R. and P. Ginter, “Influence of Low d-Ferrite Content on the Behaviour of

Stainless Steel”, Stainless Steel World, September 1997

[6] Troels Mathiesen, Jan Rau, Jan E. Frantsen,

Jorma Terävä, Per-Ake Björnstedt and

Benedikt Henkel; „Using Exposure Tests to Examine Rouging of Stainless Steel”,

Pharmaceutical Engineering July/August 2002

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