SMSS 13Cr und DSS 22Cr in H₂S/CO₂-Öl-Wasser-Umgebung

Einführung

Das Korrosionsverhalten von supermartensitischem Edelstahl (SMSS) 13Cr und Duplex-Edelstahl (DSS) 22Cr in einer H₂S/CO₂-Öl-Wasser-Umgebung sind von großem Interesse, insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, wo diese Materialien oft solch harten Bedingungen ausgesetzt sind. Hier ist ein Überblick darüber, wie sich jedes Material unter diesen Bedingungen verhält:

1. Supermartensitischer Edelstahl (SMSS) 13Cr:

Komposition: SMSS 13Cr enthält typischerweise etwa 12-14% Chrom sowie kleine Mengen Nickel und Molybdän. Der hohe Chromgehalt verleiht ihm eine gute Korrosionsbeständigkeit, während die martensitische Struktur für hohe Festigkeit sorgt.
Korrosionsverhalten:
CO₂-Korrosion: SMSS 13Cr weist eine mäßige Beständigkeit gegen CO₂-Korrosion auf, was hauptsächlich auf die Bildung einer schützenden Chromoxidschicht zurückzuführen ist. In Gegenwart von CO₂ besteht jedoch das Risiko lokaler Korrosion, wie Lochfraß und Spaltkorrosion.
H₂S-Korrosion: H₂S erhöht das Risiko von Sulfidspannungsrissen (SSC) und Wasserstoffversprödung. SMSS 13Cr ist gegenüber diesen Korrosionsformen einigermaßen beständig, aber nicht immun, insbesondere bei höheren Temperaturen und Drücken.
Öl-Wasser-Umgebung: Öl kann manchmal eine Schutzbarriere bilden und die Belastung der Metalloberfläche durch korrosive Stoffe verringern. Wasser, insbesondere Salzlauge, kann jedoch stark korrosiv sein. Das Gleichgewicht der Öl- und Wasserphasen kann die Gesamtkorrosionsrate erheblich beeinflussen.
Häufige Probleme:
Sulfidspannungsrissbildung (SSC): Die martensitische Struktur ist zwar stabil, in Gegenwart von H₂S jedoch anfällig für SSC.
Loch- und Spaltkorrosion: Dies ist insbesondere in Umgebungen mit Chloriden und CO₂ ein erhebliches Problem.

2. Duplex-Edelstahl (DSS) 22Cr:

Komposition: DSS 22Cr enthält etwa 22% Chrom, etwa 5% Nickel, 3% Molybdän und eine ausgewogene Austenit-Ferrit-Mikrostruktur. Dies verleiht DSS eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit.
Korrosionsverhalten:
CO₂-Korrosion: DSS 22Cr ist widerstandsfähiger gegen CO₂-Korrosion als SMSS 13Cr. Der hohe Chromgehalt und das Vorhandensein von Molybdän tragen zur Bildung einer stabilen und schützenden Oxidschicht bei, die Korrosion widersteht.
H₂S-Korrosion: DSS 22Cr ist äußerst beständig gegen H₂S-induzierte Korrosion, einschließlich SSC und Wasserstoffversprödung. Die ausgewogene Mikrostruktur und Legierungszusammensetzung tragen dazu bei, diese Risiken zu mindern.
Öl-Wasser-Umgebung: DSS 22Cr funktioniert gut in gemischten Öl-Wasser-Umgebungen und widersteht allgemeiner und lokaler Korrosion. Das Vorhandensein von Öl kann die Korrosionsbeständigkeit durch Bildung eines Schutzfilms verbessern, dies ist jedoch für DSS 22Cr aufgrund seiner inhärenten Korrosionsbeständigkeit weniger kritisch.
Häufige Probleme:
Spannungsrisskorrosion (SCC): Obwohl DSS 22Cr widerstandsfähiger als SMSS 13Cr ist, kann es unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. bei hohen Chloridkonzentrationen bei erhöhten Temperaturen, dennoch zu Spannungsrisskorrosion kommen.
Lokale Korrosion: DSS 22Cr ist im Allgemeinen sehr beständig gegen Loch- und Spaltkorrosion, diese können unter extremen Bedingungen jedoch dennoch auftreten.

Vergleichende Zusammenfassung:

Korrosionsbeständigkeit: DSS 22Cr bietet im Allgemeinen eine bessere Korrosionsbeständigkeit als SMSS 13Cr, insbesondere in Umgebungen mit H₂S und CO₂.
Stärke und Zähigkeit: SMSS 13Cr ist robuster, aber anfällig für Korrosionsprobleme wie SSC und Lochfraß.
Anwendungseignung: DSS 22Cr wird häufig in Umgebungen mit höherem Korrosionsrisiko bevorzugt, beispielsweise mit hohen H₂S- und CO₂-Werten, während SMSS 13Cr für Anwendungen ausgewählt werden kann, die eine höhere Festigkeit bei mäßigem Korrosionsrisiko erfordern.

Abschluss:

Bei der Auswahl zwischen SMSS 13Cr und DSS 22Cr für den Einsatz in H₂S/CO₂-Öl-Wasser-Umgebungen ist DSS 22Cr in der Regel die bessere Wahl, da es korrosionsbeständig ist, insbesondere in aggressiveren Umgebungen. Bei der endgültigen Entscheidung sollten jedoch die spezifischen Bedingungen berücksichtigt werden, einschließlich Temperatur, Druck und die relativen Konzentrationen von H₂S und CO₂.