Wo genau zeigt sich die Korrosionsbeständigkeit von 316 Edelstahlrohren bei hohen Temperaturen besser?

Das 316 Edelstahlrohr zeigt aufgrund der Zugabe von Molybdän (Mo, mit einem Gehalt von 2-3%) und höheren Gehalten an Chrom (Cr, 16-18%), Nickel (Ni, 10-14%) eine deutlich überlegene Korrosionsbeständigkeit in Hochtemperaturumgebungen im Vergleich zu gewöhnlichem austenitischem Edelstahl (wie z.B. 304). Seine Vorteile werden hauptsächlich in folgenden Aspekten widerspiegelt, insbesondere eignet es sich gut für komplexe Korrosionsszenarien unter Hochtemperaturbedingungen (z.B. in der chemischen, Energie- und metallurgischen Industrie): 

1. Stärkere Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen

In einer Hochtemperaturumgebung (typischerweise über 300°C, insbesondere im Bereich von 500-800°C) neigen metallische Werkstoffe dazu, Oxidationsreaktionen mit Sauerstoff und Wasserdampf in der Luft einzugehen und einen Oxidfilm zu bilden. Wenn der Oxidfilm instabil oder leicht ablösbar ist, wird dies eine kontinuierliche Korrosion des Materials verursachen (d.h. "Hochtemperaturoxidation"). 

In 316 kombiniert Chrom (Cr) bei hohen Temperaturen bevorzugt mit Sauerstoff, um einen dichten Cr₂O₃-Oxidfilm zu bilden, der sich fest an der Oberfläche haftet. Dieser Film verhindert effektiv, dass korrosive Medien wie Sauerstoff und Wasserdampf das Substrat durchdringen und es weiter oxidieren. 

Die Zugabe von Molybdän (Mo) erhöht die Stabilität des Oxidfilms weiter. Insbesondere in Hochtemperaturatmosphären, die Schwefel und Kohlenstoff enthalten (z. B. in chemischen Öfen und bei der Abgasumgebung von Gasturbinen), kann es die Schäden am Oxidfilm durch Sulfide und Carbonate verringern und die Oxidationsgeschwindigkeit verlangsamen. 

Im Gegensatz dazu enthält 304 kein Molybdän. In einer Oxidationsumgebung bei Temperaturen über 600℃ neigt der Oxidfilm aufgrund der Erosion durch Schwefel und Kohlenstoff zum Versagen, und die Korrosionsgeschwindigkeit ist deutlich höher. 

2. Überlegene Korrosionsbeständigkeit in Hochtemperatur-Säuremedien

In der chemischen Industrie sind Hochtemperatur-Säuremedien (z. B. Hochtemperaturschwefelsäure, Salzsäure, organische Säuredämpfe usw.) übliche hochkorrosive Umgebungen. Die Vorteile der Korrosionsbeständigkeit von 316 manifestieren sich wie folgt: 

Anti-Lochfraß und Spaltkorrosion: Hohe Temperaturen beschleunigen die Aktivität von korrosiven Ionen wie Chloridionen (Cl⁻) und Sulfationen (SO₄²⁻), die leicht Lochfraß (lokale Perforation) oder Spaltkorrosion (z. B. an Flanschverbindungen oder an Schweißnahtspalten) verursachen können. Molybdän (Mo) kann die "Reparaturfähigkeit des Passivierung films" der Edelstahloberfläche erheblich verbessern. Selbst wenn der lokale Passivierungsfilm durch korrosive Ionen beschädigt wird, kann sich schnell ein Schutzfilm neu bilden, um die Ausbreitung von Lochfraß und Spaltkorrosion zu hemmen. 

Beispielsweise beträgt in verdünnter Schwefelsäure bei hoher Temperatur (80 - 150℃) oder in einer chloridionenhaltigen Lösung die Korrosionsrate von 316 nur 1/5 bis 1/10 der von 304. 

Relative Stabilität gegen interkristalline Korrosion: Obwohl der Kohlenstoffgehalt von 316 (≤0,08%) höher ist als der von 316L, kann Cr₂₃C₆ im Sensibilisierungstemperaturbereich von 450 - 850℃ ausfallen (was zu Chrommangel an den Korngrenzen führt). Im Vergleich zu 304 kann jedoch der synergistische Effekt seines höheren Chrom-, Nickelgehalts und Molybdäns das Auftreten von interkristalliner Korrosion immer noch in einem gewissen Ausmaß abschwächen. Vor allem in schwach korrosiven Medien bei hohen Temperaturen (wie neutralem Warmwasser und schwach oxidierenden Lösungen) ist das Risiko der interkristallinen Korrosion von 316 geringer als das von 304. 

III. Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber Hochtemperaturmedien, die Schwefel und Chlor enthalten

In Hochtemperaturumgebungen, die Schwefel (z. B. H₂S, SO₂) oder Chlor (z. B. HCl-Gas, chlorierte Kohlenwasserstoffdämpfe) etc. enthalten (z. B. Heizöfen in Raffinerien, chlorbasierte chemische Rohrleitungen), ist der Vorteil der Korrosionsbeständigkeit von 316 besonders ausgeprägt: 

Schwefelkorrosionsbeständigkeit: Bei hohen Temperaturen reagiert Schwefel mit Metallen und bildet Sulfide (z. B. FeS), wodurch das Material spröde wird und abblättert. Molybdän kann mit Schwefel kombinieren und ein stabileres MoS₂ bilden, wodurch die Bildung von eisenbasierten Sulfiden verringert wird. Gleichzeitig erhöht die Anwesenheit von Chrom die Dichte des Sulfidfilms und verringert die Korrosionsrate. 

Beständigkeit gegen Chlorkorrosion: Chlor ist bei hohen Temperaturen sehr reaktiv und kann die Passivierungsschicht auf Edelstahl zerstören, was zu "Chloridversprödung" führt. Das Nickel (Ni) in 316 erhöht die Austenitstabilität des Materials, verringert die Gitterverzerrung, die durch Chlor verursacht wird, und Molybdän erhöht weiter die "Toleranz" gegenüber Chloridionen und verzögert die Korrosionsrissbildung (z. B. Spannungskorrosionsrissbildung). 

IV. Synergetische Vorteile der mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und der Korrosionsbeständigkeit

Bei hohen Temperaturen verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften von Materialien (wie Festigkeit und Zähigkeit), und Korrosion beschleunigt diesen Prozess (wie Korrosionsermüdung). 316 hat bei hohen Temperaturen stabilere mechanische Eigenschaften: 

Nickel (Ni), als ein Element zur Bildung von Austenit, kann die Austenitstruktur bei hohen Temperaturen aufrechterhalten und verhindert so die Zunahme der Sprödigkeit, die durch Phasenumwandlung verursacht wird. 

Die synergetische Wirkung von Kohlenstoff und Molybdän hat in gewissem Maße die Hochtemperaturfestigkeit des Materials (wie Zugfestigkeit und Kriechfestigkeit) verbessert, wodurch es weniger anfällig für beschleunigte Korrosion (wie Spannungskorrosion) aufgrund der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften in korrosiven Hochtemperaturumgebungen ist. 

Zusammenfassung

Die hervorragende Korrosionsbeständigkeit von 316 Edelstahl in Hochtemperaturumgebungen ist im Grunde auf die Zugabe von Molybdän und die synergetische Wirkung mit Chrom und Nickel zurückzuführen: Es verbessert nicht nur die Stabilität des Hochtemperaturoxidfilms, sondern auch seine Korrosionsbeständigkeit gegen saure Medien, Chloridionen, Schwefelionen usw., während es gute mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen beibehält. Daher ist es besser geeignet für die Verwendung in Rohrsystemen in der chemischen und Energieindustrie, die bei hohen Temperaturen (typischerweise ≤ 800℃) und in korrosiven Medien wie Hochtemperatursäuren und schwefelhaltigen Gasen betrieben werden. Seine Korrosionsbeständigkeit ist viel länger als die von 304 Edelstahl (der kein Molybdän enthält). 

(Hinweis: Wenn die Temperatur 800°C überschreitet, sollten Materialien mit höherer Hochtemperaturbeständigkeit wie 310S in Betracht gezogen werden. Diese Materialien haben einen höheren Chrom- und Nickelgehalt und zeigen eine bessere Oxidationsbeständigkeit.)