Abrasion/Corrosion of metallic materials used in extreme environment

Abstract

Die Versagensmechanismen von tribologisch belasteten Werkstoffen, welche gleichzeitig mit hochkorrosiven Flüssigkeiten in Kontakt kommen, sind bisher nicht eindeutig unterscheidbar, bzw. der Versagenszeitpunkt voraussagbar. Besonders da die in diesen Medien weitgehend eingesetzten Kohlenstoffstähle, die sich in ihrer mikrostrukturellen Zusammensetzung unterscheiden, mehr oder weniger variieren. Dieses fehlende Wissen erfordert daher einen hohen Material- und Instandhaltungsaufwand durch die undefinierte Versagenswahrscheinlichkeit der Werkstoffe. Die gegenständliche Arbeit verfolgt daher das Ziel tribologische sowie korrosive Effekte an diesen Stählen im Kontakt mit einem Gegenkörper auf Nickelbasis zu charakterisieren und eine Korrelation dieser Abrasions- und Korrosionseffekte mit der tribologischen Belastung, der chemischen Zusammensetzung der Materialien und des korrosiven Mediums, der Mikrostruktur und der Wärmebehandlung der eingesetzten Werkstoffe zu ermitteln. Die in der Praxis auftretenden spezifischen Umgebungsbedingungen werden im Labortest simuliert. Darüber hinaus wurde ein Testgerät entwickelt, welches die Einflüsse von Verschleiß und Korrosion unter CO2 Bedingungen simultan testet. Mit diesem System wurden die Unterschiede zwischen einem ferritisch/perlitischen und einem martensitischen Werkstoff, sowie Unterschiede zu den Ergebnissen der tribologischen und korrosiven Tests untersucht. Der Abrasions-Korrosions-Tribotester zeigt eine gute Vergleichbarkeit und hat daher großes Potential als Verschleißtester unter korrosiven Bedingungen.

The failure mechanisms of tribologically stressed materials, which are also in contact with highly corrosive fluids, are at present not definitely distinguishable, or in other words, the time of failure is not predictable. In particular, the equipped carbon steel materials, which differ in their microstructural composition, are more or less varying. The lack of knowledge in this field is resulting in high costs of materials and maintenance due to the undefined failure probability of the materials. The aim of the present work is the characterization of tribological and corrosive effects on commonly equipped steel materials in contact with a nickel base counter body. A correlation between abrasive and corrosive effects under tribological stress, the chemical composition of the materials and the corrosive medium, the microstructure and the heat treatment process of the equipped materials are the topics of these investigations. The conditions predominant in practical applications are simulated in lab-scale experiments. Further on, a test principle was established in order to investigate the influences of wear and corrosion under CO2 conditions simultaneously. With this system, the differences between a ferritic/pearlitic and a martensitic steel sample were investigated and also compared to the results for the tribological and corrosive tests. The sliding corrosion test rig shows a good comparability and therefore offers a high potential as wear tester under corrosive conditions.