Pipeline vs Piping

Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

Einführung

In the realm of energy transportation, the distinction between onshore and offshore pipelines and piping systems plays a crucial role in the efficiency, safety, and environmental impact of resource extraction and distribution. Onshore pipelines, typically situated on land, are designed to transport oil, gas, and other fluids over varying distances, benefiting from relatively more straightforward access for maintenance and monitoring. Conversely, offshore pipelines, laid on the seabed or suspended in water, present unique engineering challenges due to harsh marine conditions and logistical complexities. Understanding the Onshore vs Offshore Pipeline and Piping in design, construction, and operational considerations between these two types of pipelines is essential for optimizing infrastructure development and ensuring sustainable practices in the energy sector.

Definition: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

What is Pipeline?

Pipeline is a long series of pipes, usually of large diameter, running underground, aboveground and underwater, such as a submarine pipeline, and equipped with fittings, such as valves and pumps, to control the flow of large quantities of fluid over long distances. Pipelines have large diameters, making it easy to transport liquids or gases in bulk from one place to another, sometimes for thousands of miles.

Pipeline

Pipeline

What is Piping?

Rohrleitungen is a system of pipes used to convey fluids (liquids and gases) from one location to another within the designated boundaries or spaces of petrochemical plants, power plants, refineries, etc. It is also equipped with valves and fittings to control the flow of fluids from one facility to another as needed, but only within the plant’s designated boundaries. Never skip these essential topics when taking an online course on piping engineering. Piping diameters range from 1/2 inch to 80 inches, depending on the facility’s design requirements for fluid transportation, usually from one facility to another within the facility’s boundaries.

Rohrleitungen

Rohrleitungen

What is Onshore Pipeline?

Onshore pipelines refer to networks of pipelines and related equipment used to transport fluids such as oil, natural gas, water, and chemicals in a land environment. These pipelines are integral to long-distance oil and gas transportation from oil fields to refineries, from natural gas wells to gas stations, and from crude oil and refined oil tank farms, chemical tank farms, LNG tank farms, and aircraft refueling pipeline operations.

Onshore Pipeline

Onshore Pipeline

What is Offshore Pipeline?

Offshore pipelines refer to the network of pipes and related equipment used to transport fluids such as oil, gas, water, and chemicals in an offshore environment. These pipelines are integral to operating offshore oil rigs, platforms and floating production storage and offloading units (FPSOs). The unique conditions of the offshore environment, such as high salinity, extreme temperatures, and strong currents, present significant challenges to the design and maintenance of these systems.

Offshore Pipeline

Offshore Pipeline

Main Differences: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

Comparison Table: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

Spezifikation Land Off-Shore
Pipeline Rohrleitungen Pipeline Rohrleitungen
Entwurfsvorschriften – ASME B31.4: Pipeline Transportation Systems for Liquids and Slurries
– ASME B31.8: Gas Transmission and Distribution Piping Systems
ASME B31.3: Process Piping – DNVGL-ST-F101: Submarine pipeline systems
– API RP 1111: Design, Construction, Operation, and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines (Limit state design)
ASME B31.3: Process Piping
Umfang Outside plant boundary
(Villages, fields, rivers, canals, railways, highways, cities, deserts, forests, hills, etc.)
Within plant boundary Outside plant boundary Within plant boundary
Type of pipe API Spec 5L: Specification for Line pipes – ASTM
– BS
– API 5L
API Spec 5L: Specification for Line pipes
– DNVGM-ST-F101: Submarine Pipeline Systems
ASTM-Normen
Ventile – API 6D: Specification for Pipeline and Piping Valves
– Full Bore (FB) Ball Valves are used for pigs.
– BS
– API Standard
– Full bore (FB) and Reduced bore (RB)
– Full bore Valves: for smooth passage of intelligent pigs
– API 6D SS: Specification on Subsea Pipeline Valves
– RB valves
– BS/API standards
Schweißen – API Std. 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities
– Type of welding: Automatic / Semi-Automatic/ Manual
– ASME Sec. IX: Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers and Welding and Brazing Operators
– Type of welding: Manual (mostly)
– API Std. 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities
– Mostly automatic welding on pipelay barge.
– ASME Sec. IX: Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers and Welding and Brazing Operators
– Manual welding at the fabrication yard.
Weld joint inspection (NDT requirements) 100% by Automatic UT or RT (by using X-Ray) 5% to 100%
(mostly by using gamma rays)
100% by Automatic UT From 10% to 100% as required
Analyses – Wall Thickness Analysis
– Elastic Bend Radius Analysis
– Stability Analysis for Water Bodies/ Marshy Areas
– Horizontal directional drilling design analysis
– Railroad/ Highway Crossing Analysis
– Casing Pipe Analysis for Crossings
– Seismic Analysis
– Piping wall thickness calculation
– Piping Stress Analysis
Static Analysis
Dynamic Analysis
Wind Analysis
Flange Leakage Analysis
Seismic Analysis
– Wall thickness Analysis
– On-bottom Stability
– Span Analysis
– Global Buckling – Lateral and Upheaval
– Pipeline Expansion Analysis
– Riser Design (Span, Stress & Flexibility Analysis)
– Riser Clamp Design
– Pipeline Crossing Design and Analysis
– Deck piping stress analysis
Installation Buried (mostly) Above ground/On rack/slippers/T-postal etc. Subsea (in water on the seabed or buried in the seabed) Deck Platform Piping
(similar to plant)
Special Installations – Across rivers
– Horizontal Directional Drilling (HDD) method
– Micro-tunnelling method
– Across road/ rail/ highway
– Auger boring/ jacking boring method
– Shallow HDD
– Ghats/ Hills
– Modular installations
– Finning
– Studding
– Jacketing
– Spooling inside warehouse
– U/G piping for cooling water
– S-lay Method (for shallow water installation)
– J-Lay Method (for deep water installation)
– Shore pull/ barge pull near Land Fall Point (LFP)
Along with the deck structure
Special Equipment – Sectionalizing Valves (Remote operated)
– Insulating Joints
– Scraper Launcher/ Receiver
– Stem Extended Valves (for buried valves)
– Flow Tee
– Long Radius bends (R=6D)
– Cold field bends (R = 30D or 40D)
– Expansion Joints
– Motor Operator Valves (MOV)
– Cryogenic Valves
– Springs
– Subsea Isolation Valve (SSIV)
– LR Bends
– Flow tee
– Pipeline End Manifold (PLEM)
– Single Point Mooring (SPM) system
– Submarine hoses
– Floating hoses
– Cables and umbilical installation
– Piggy-back pipelines
Nicht zutreffend
Survey – Topographical Survey
(all along the pipeline route)
– Geotechnical investigation
(all along the pipeline route)
– Soil resistivity survey
(all along the pipeline route)
– Hydrological Survey for water bodies (for scour depth calculation)
– Cadastral Survey (for RoU acquisition)
– Wind profile from meteorology
– Seismic study of plot
– Geophysical survey/ Bathymetric Survey by using side scan sonar, sub-bottom profiler, and echo-sounder
– Met-Ocean data collection
– Geotechnical data of the pipeline route
Nicht zutreffend
Corrosion Protection Coating Three Layer Polyethylene (3LPE) coating
Three Layer Polypropylene (3LPP) coating
Fusion bonded epoxy (FBE) coating
– Coal tar enamel (CTE) Coating
Painting Coatings such as:
– Coal Tar Enamel Coating (CTE)
Three-layer polyethylene coating (3LPE)
Three-layer polypropylene coating (3LPP)
– Double-layer fusion bonded epoxy coating (2FBE)
Painting
Cathodic Protection System – Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) system
– Sacrificial Anode (limited locations)
Not applicable Sacrificial Anodic Cathodic Protection (SACP) system Nicht zutreffend
Hydrostatic testing – Gauge Plate run of 95% of the ID of the highest pipe thickness
– Test Pressure
Minimum: 1.25 times of Design Pressure (for liquid pipelines)
1.25 to 1.5 times of Design Pressure (for gas pipelines)
Maximum: Pressure equivalent to Hoop stress of 95% of SMYS of pipe material
– Hold period: 24 hours
– No gauge plate run is done. Generally, cardboard blasting is done to clean the piping.
– Test Pressure
Minimum: 1.5 × Design Pressure × Temperature Factor
Maximum: Based on line schedule
– Hold period: 2 – 6 hours
– Gauge Plate run of 95% of the ID of the highest pipeline thickness.
– Test Pressure
Minimum: 1.25 times x Design Pressure
– Hold period: 24 hours
– No gauging is done.
– Test Pressure
Maximum: As per line schedule
– Hold period: 2 hours
Preservation – Preservation of pipeline with corrosion-inhibited water or by filling of inert gas (N2) Not applicable
Pigging Intelligent Pigging Not applicable Compliant Not applicable
Machines/Equipment required for installation – Trencher
– Backhoe/ Excavator
– Side Boom
– Cold field bending machine
– Holiday Detection Machines
– Pneumatic/ Hydraulic Internal Clamps
Crane/ Hydra – Pipelay Barge
– Derrick Barge
– Diving support vessel
– Dynamic Positioning (DP) barge (for deepwater)
Pre-fabricated deck piping

Conclusion: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

In summary, Onshore pipelines are usually buried or erected on land to transport oil, natural gas, drinking water, sewage, seawater, slurry, etc. Onshore piping is typically erected in petrochemical plants, power plants, refineries, fire protection systems, water treatment systems, etc., while Offshore pipelines are buried on the seabed. Offshore piping typically consists of transmission and structural support pipeline systems on offshore drilling platforms. Special offshore equipment includes underwater isolation valves, tees, and submarine hoses. Offshore surveys include geophysics, bathymetry, and ocean data collection, while onshore surveys focus on topographic and geotechnical engineering studies.

L80-9Cr vs L80-13Cr

L80-9Cr vs L80-13Cr: Something You Need to Know

Choosing the proper casing and tubing materials can ensure safety and efficiency in oil and gas drilling and exploration. L80-9Cr and L80-13Cr are two alloy steel grades commonly used in petroleum casing and tubing. Each grade has unique characteristics and applications. L80-9Cr vs L80-13Cr, this article will delve into the difference between these materials to help you make an informed decision.

1. Overview of L80 Grade

L80 is an alloy steel used in the oil and gas sector. It is known for its good strength and corrosion resistance. It is typically employed in high-temperature and high-pressure environments and is suitable for both oil and gas production.

1.1 L80-9Cr

Composition: Contains 9% chromium, enhancing the material’s oxidation resistance at high temperatures.
Eigenschaften:
Corrosion Resistance: It performs well in CO2 environments, making it suitable for acidic gas pipelines.
Mechanical Strength: Provides good strength and is suitable for high-temperature operations.
Applications: Commonly used in high-temperature gas pipelines in oil fields.

1.2 L80-13Cr

Composition: Contains 13% chromium, offering higher corrosion resistance.
Eigenschaften:
Corrosion Resistance: Exhibits superior performance in environments with H2S and CO2, suitable for extreme conditions.
Mechanical Strength: Offers higher strength and is ideal for complex operational environments.
Applications: Used in high-corrosion environments and deep well operations.

L80-9Cr vs L80-13Cr

L80-9Cr and L80-13Cr Casing and Tubing in Oil and Gas Drilling and Exploration

2. Comparison: L80-9Cr vs L80-13Cr

2.1 Chemical Composition

Standard Grad C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu
API 5CT L80-9Cr ≤ 0,15 ≤ 1.00 0.30-0.60 ≤ 0,020 ≤ 0,010 8.00-10.00 0.90-1.10 ≤ 0.50 ≤ 0,25
L80-13Cr 0.15-0.22 ≤ 1.00 0.25-1.00 ≤ 0,020 ≤ 0,010 12.00-14.00 ≤ 0.50 ≤ 0,25

2.2 Mechanische Eigenschaften

Standard Grad Yield Strength (Mpa) Zugfestigkeit (Mpa) Dehnung (%) Hardness max
Mindest. max. Mindest. Mindest. HRC HBW
API 5CT L80-9Cr 552 655 655 API 5CT
Table C.7
23 241
L80-13Cr 552 655 655 23 241

2.3 Impact Test

Standard Grad Sharpy Impact Energy (J)
Coupling Rohrkörper
API 5CT L80-9Cr L-10-40-0 T-10-20-0 L-10-27-0 T-10-14-0
L80-13Cr L-10-40-0 T-10-20-0 L-10-27-0 T-10-14-0

2.4 Corrosion Resistance

L80-9Cr: The 9% chromium content provides moderate corrosion resistance, suitable for environments with low to moderate concentrations of H₂S (hydrogen sulfide) or CO₂ (carbon dioxide), typically seen in less aggressive environments.

L80-13Cr: The 13% chromium content provides enhanced resistance to sour service (i.e., environments with high levels of H₂S) and high CO₂ environments. It’s better for harsher conditions like deep wells or offshore drilling.

2.5 Temperature and Sour Service

L80-9Cr: Generally suitable for moderate-temperature environments.

L80-13Cr: Can withstand higher temperatures and is better equipped for sour service conditions with high concentrations of H₂S or CO₂.

2.6 Cost

L80-9Cr: Due to its lower chromium content, L80-9Cr is less expensive than L80-13Cr. If the environment is not highly corrosive or sour, L80-9Cr could be a more cost-effective option.

L80-13Cr: More expensive but provides superior resistance in harsh conditions, potentially reducing maintenance costs or failures over time.

2.7 Applications

L80-9Cr: Suitable in wells with moderate temperature, pressure, and sour gas conditions. Often used in conventional oil and gas wells or less aggressive service environments.

L80-13Cr: Ideal for high-pressure wells with harsh environmental conditions, particularly in sour gas service, deep wells, or offshore oil & gas operations where high corrosion resistance is critical.

Rohstahlproduktion

Rohstahlproduktion im September 2024

Im September 2024 betrug die weltweite Rohstahlproduktion der 71 Länder, die der World Steel Association (Weltstahl) Bericht erstatten, 143,6 Millionen Tonnen (Mt), ein Rückgang von 4,7% gegenüber September 2023.

Rohstahlproduktion

Rohstahlproduktion

Rohstahlproduktion nach Regionen

Afrika produzierte im September 2024 1,9 Mio. t, ein Plus von 2,61 TP3T gegenüber September 2023. Asien und Ozeanien produzierten 105,3 Mio. t, ein Minus von 5,01 TP3T. Die EU (27) produzierte 10,5 Mio. t, ein Plus von 0,31 TP3T. Europa und die übrigen Länder produzierten 3,6 Mio. t, ein Plus von 4,11 TP3T. Der Nahe Osten produzierte 3,5 Mio. t, ein Minus von 23,01 TP3T. Nordamerika produzierte 8,6 Mio. t, ein Minus von 3,41 TP3T. Russland und die übrigen GUS-Staaten sowie die Ukraine produzierten 6,8 Mio. t, ein Minus von 7,61 TP3T. Südamerika produzierte 3,5 Mio. t, ein Plus von 3,31 TP3T.

Tabelle 1. Rohstahlproduktion nach Regionen

Region September 2024 (Mt) % Änderung 24./23. September Jan.–Sep. 2024 (Mt) % Änderung Jan.-Sep 24/23
Afrika 1.9 2.6 16.6 2.3
Asien und Ozeanien 105.3 -5 1,032.00 -2.5
EU (27) 10.5 0.3 97.8 1.5
Europa, Andere 3.6 4.1 33.1 7.8
Naher Osten 3.5 -23 38.4 -1.5
Nordamerika 8.6 -3.4 80 -3.9
Russland und andere GUS-Staaten + Ukraine 6.8 -7.6 64.9 -2.5
Südamerika 3.5 3.3 31.4 0
Insgesamt 71 Länder 143.6 -4.7 1,394.10 -1.9

Auf die 71 in dieser Tabelle enthaltenen Länder entfielen im Jahr 2023 etwa 981 TP3T der gesamten weltweiten Rohstahlproduktion.

In der Tabelle abgedeckte Regionen und Länder:

  • Afrika: Algerien, Ägypten, Libyen, Marokko, Südafrika, Tunesien
  • Asien und Ozeanien: Australien, China, Indien, Japan, Mongolei, Neuseeland, Pakistan, Südkorea, Taiwan (China), Thailand, Vietnam
  • Europäische Union (27): Österreich, Belgien, Bulgarien, Kroatien, Tschechien, Finnland, Frankreich, Deutschland, Griechenland, Ungarn, Italien, Luxemburg, Niederlande, Polen, Portugal, Rumänien, Slowakei, Slowenien, Spanien, Schweden
  • Europa, Andere: Mazedonien, Norwegen, Serbien, Türkei, Vereinigtes Königreich
  • Naher Osten: Bahrain, Iran, Irak, Jordanien, Kuwait, Oman, Katar, Saudi-Arabien, Vereinigte Arabische Emirate, Jemen
  • Nordamerika: Kanada, Kuba, El Salvador, Guatemala, Mexiko, Vereinigte Staaten
  • Russland & andere GUS-Staaten + Ukraine: Weißrussland, Kasachstan, Russland, Ukraine
  • Südamerika: Argentinien, Brasilien, Chile, Kolumbien, Ecuador, Paraguay, Peru, Uruguay, Venezuela

Die 10 größten Stahl produzierenden Länder

China produzierte im September 2024 77,1 Mio. t, 6,11 TP3T weniger als im September 2023. Indien produzierte 11,7 Mio. t, 0,21 TP3T weniger. Japan produzierte 6,6 Mio. t, 5,81 TP3T weniger. Die Vereinigten Staaten produzierten 6,7 Mio. t, 1,21 TP3T mehr. Russland hat schätzungsweise 5,6 Mio. t produziert, 10,31 TP3T weniger. Südkorea hat 5,5 Mio. t produziert, 1,31 TP3T mehr. Deutschland hat 3,0 Mio. t produziert, 4,31 TP3T mehr. Die Türkei hat 3,1 Mio. t produziert, 6,51 TP3T mehr. Brasilien hat 2,8 Mio. t produziert, 9,91 TP3T mehr. Der Iran hat schätzungsweise 1,5 Mio. t produziert, 41,21 TP3T weniger.

Tabelle 2. Top 10 der stahlproduzierenden Länder

Region  September 2024 (Mt) % Änderung 24./23. September Jan.–Sep. 2024 (Mt) % Änderung Jan.-Sep 24/23
China 77.1 -6.1 768.5 -3.6
Indien 11.7 -0.2 110.3 5.8
Japan 6.6 -5.8 63.3 -3.2
Vereinigte Staaten 6.7 1.2 60.3 -1.6
Russland 5,6 e -10.3 54 -5.5
Südkorea 5.5 1.3 48.1 -4.6
Deutschland 3 4.3 28.4 4
Türkei 3.1 6.5 27.9 13.8
Brasilien 2.8 9.9 25.2 4.4
Iran 1,5 e -41.2 21.3 -3.1

e – geschätzt. Die Rangfolge der 10 größten Produktionsländer basiert auf der Gesamtmenge seit Jahresbeginn

API 5L im Vergleich zu ISO 3183

Kennen Sie die Unterschiede: API 5L vs. ISO 3183

ISO 3183 und API 5L sind Normen für Stahlrohre, die hauptsächlich in der Öl-, Gas- und anderen Flüssigkeitstransportindustrie eingesetzt werden. Obwohl es zwischen diesen beiden Normen (API 5L und ISO 3183) erhebliche Überschneidungen gibt, bestehen wesentliche Unterschiede in ihrem Umfang, ihrer Anwendung und den Organisationen, die hinter ihnen stehen.

1. Herausgebende Organisationen: API 5L vs. ISO 3183

API 5L: Dieser vom American Petroleum Institute (API) herausgegebene Standard wird hauptsächlich in der Öl- und Gasindustrie verwendet. Er beschreibt die technischen Anforderungen an Stahlrohre, die Öl, Gas und Wasser transportieren.
ISO 3183: Dieser von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) herausgegebene Standard ist international anerkannt und wird weltweit für Stahlrohre im Öl- und Gastransportsektor verwendet.

2. Anwendungsbereich: API 5L vs. ISO 3183

API 5L: Bezeichnet Stahlrohre für den Transport von Erdöl, Erdgas und anderen Flüssigkeiten unter hohem Druck. Es wird in Nordamerika, insbesondere in den Vereinigten Staaten, häufig verwendet.
ISO 3183: Diese Norm konzentriert sich in erster Linie auf die Konstruktion, Herstellung und Qualitätskontrolle von Stahlrohren für Öl- und Gaspipelines, ihre Anwendung ist jedoch internationaler und in verschiedenen Ländern weltweit anwendbar.

3. Wichtige Unterschiede: API 5L vs. ISO 3183

Geografischer und marktbezogener Fokus:

API 5L ist eher auf den nordamerikanischen Markt (insbesondere die USA) zugeschnitten, während ISO 3183 international anwendbar ist und in vielen Ländern weltweit verwendet wird.

Stahlsorten und Anforderungen:

API 5L definiert Stahlsorten wie L175, L210, L245 usw., wobei die Zahl die Mindeststreckgrenze in Megapascal (MPa) darstellt.
In ISO 3183 sind ähnliche Güteklassen definiert, allerdings mit detaillierteren Anforderungen hinsichtlich der Materialeigenschaften, Herstellungsverfahren und Prüfprotokolle, und zwar in Anlehnung an internationale Branchenpraktiken.
Weitere Spezifikationen:
API 5L legt den Schwerpunkt auf Qualitätskontrolle, Zertifizierung und Produktionsanforderungen, während ISO 3183 einen breiteren Anwendungsbereich mit Blick auf den internationalen Handel abdeckt und Spezifikationen für unterschiedliche Bedingungen bereitstellt, darunter Temperatur, Umgebung und spezifische mechanische Anforderungen.

4. Technische Anforderungen: API 5L vs. ISO 3183

API 5L legt die Materialeigenschaften, Herstellungsverfahren, Abmessungen, Prüfmethoden und Qualitätskontrolle von Stahlrohren fest. Es definiert Stahlsorten von L (geringe Festigkeit) bis X (höhere Festigkeit), wie X42, X60 und X70.
ISO 3183 deckt ähnliche Aspekte der Stahlrohrherstellung ab, darunter Materialqualität, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung und Rohrenden. Es enthält außerdem detaillierte Spezifikationen für den Rohrleitungskonstruktionsdruck, Umweltaspekte und verschiedene Rohrleitungszubehörteile.

5. Vergleich der Rohrqualitäten: API 5L vs. ISO 3183

API 5L: Die Güteklassen reichen von L-Klassen (niedrige Streckgrenze) bis X-Klassen (höhere Streckgrenze). Beispielsweise bezieht sich X60 auf Rohre mit einer Streckgrenze von 60.000 psi (ca. 413 MPa).
ISO 3183: Verwendet ein ähnliches Bewertungssystem, kann aber detailliertere Klassifizierungen und Bedingungen enthalten. Es stellt außerdem die Übereinstimmung mit globalen Pipeline-Design- und Betriebspraktiken sicher.

6. Kompatibilität zwischen Standards:

In vielen Fällen sind API 5L und ISO 3183 kompatibel, was bedeutet, dass ein Stahlrohr, das die Anforderungen von API 5L erfüllt, im Allgemeinen auch die Anforderungen von ISO 3183 erfüllt und umgekehrt. Bestimmte Pipeline-Projekte können jedoch je nach Standort, Kundenpräferenzen oder gesetzlichen Anforderungen einem anderen Standard unterliegen.

7. Fazit:

API 5L ist in den USA und den umliegenden Regionen weiter verbreitet. Es konzentriert sich auf die Öl- und Gaspipeline-Industrie und legt großen Wert auf Produktion und Qualitätskontrolle.
ISO 3183 ist ein internationaler Standard für globale Öl- und Gaspipeline-Projekte. Seine detaillierteren, global abgestimmten Anforderungen sorgen für eine breitere Akzeptanz auf den internationalen Märkten.

Beide Normen sind sich hinsichtlich Material-, Fertigungs- und Prüfspezifikationen sehr ähnlich. Dennoch hat ISO 3183 tendenziell einen breiteren, globaleren Anwendungsbereich, während API 5L eher auf den nordamerikanischen Markt beschränkt ist. Die Wahl zwischen diesen Normen hängt vom geografischen Standort des Pipeline-Projekts, den Spezifikationen und den behördlichen Anforderungen ab.

Edelstahl vs. verzinkter Stahl

Edelstahl vs. verzinkter Stahl

Einführung

Edelstahl vs. verzinkter Stahl, ist es wichtig, die Umgebung, die erforderliche Haltbarkeit und den Wartungsbedarf zu berücksichtigen. Edelstahl bietet unübertroffene Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Optik und eignet sich daher für anspruchsvolle Anwendungen in rauen Umgebungen. Verzinkter Stahl hingegen bietet kostengünstigen Korrosionsschutz für weniger aggressive Umgebungen.

1. Zusammensetzung und Herstellungsverfahren

Edelstahl

Edelstahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen, Chrom (mindestens 10,5%) und manchmal Nickel und Molybdän besteht. Chrom bildet eine schützende Oxidschicht auf der Oberfläche, die ihm eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit verleiht. Verschiedene Güten, wie 304 und 316, unterscheiden sich in den Legierungselementen und bieten Optionen für verschiedene Umgebungen, einschließlich extremer Temperaturen und hoher Salzkonzentration.

Verzinkter Stahl

Verzinkter Stahl ist Kohlenstoffstahl, der mit einer Zinkschicht überzogen ist. Die Zinkschicht schützt den darunterliegenden Stahl als Barriere gegen Korrosion. Das gebräuchlichste Verzinkungsverfahren ist das Feuerverzinken, bei dem der Stahl in geschmolzenes Zink getaucht wird. Ein weiteres Verfahren ist die galvanische Verzinkung, bei der Zink mithilfe von elektrischem Strom aufgebracht wird. Beide Verfahren verbessern die Korrosionsbeständigkeit, sind jedoch in rauen Umgebungen im Allgemeinen weniger haltbar als Edelstahl.

2. Korrosionsbeständigkeit

Edelstahl

Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl beruht auf seiner Legierungszusammensetzung, die eine passive Chromoxidschicht bildet. Edelstahl der Güteklasse 316, der Molybdän enthält, bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gegen Chloride, Säuren und andere aggressive Chemikalien. Er ist eine bevorzugte Wahl in der Schifffahrts-, Chemieverarbeitungs- sowie Öl- und Gasindustrie, wo er täglich korrosiven Stoffen ausgesetzt ist.

Verzinkter Stahl

Die Zinkschicht auf verzinktem Stahl bietet einen Opferschutz; das Zink korrodiert vor dem darunter liegenden Stahl und bietet so eine gewisse Korrosionsbeständigkeit. Dieser Schutz ist jedoch begrenzt, da die Zinkschicht mit der Zeit abgebaut werden kann. Während verzinkter Stahl in milden Umgebungen und im allgemeinen Bauwesen ausreichend Leistung bringt, widersteht er aggressiven Chemikalien oder Salzwasser nicht so gut wie Edelstahl.

3. Mechanische Eigenschaften und Festigkeit

Edelstahl

Edelstahl ist im Allgemeinen robuster als verzinkter Stahl, mit höhere Zugfestigkeit und Haltbarkeit. Dadurch ist es ideal für Anwendungen, bei denen es auf Belastbarkeit und Zuverlässigkeit unter Druck ankommt. Edelstahl bietet außerdem ausgezeichnete Schlag- und Verschleißfestigkeit, was der Infrastruktur und schweren industriellen Anwendungen zugutekommt.

Verzinkter Stahl

Die Stärke von verzinktem Stahl beruht in erster Linie auf der Kern aus Kohlenstoffstahlist er im Allgemeinen weniger robust als Edelstahl. Die zusätzliche Zinkschicht trägt nicht wesentlich zur Festigkeit bei. Verzinkter Stahl eignet sich für mittelschwere Anwendungen wo Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, jedoch nicht in extremen oder stark beanspruchten Umgebungen.

4. Aussehen und Ästhetik

Edelstahl

Edelstahl hat ein glattes, glänzendes Aussehen und wird häufig in der Architektur und bei sichtbaren Installationen verwendet. Seine Ästhetik und Haltbarkeit machen ihn zur bevorzugten Wahl für gut sichtbare Strukturen und Geräte.

Verzinkter Stahl

Die Zinkschicht verleiht verzinktem Stahl eine stumpfe, mattgraue Oberfläche, die optisch weniger ansprechend ist als Edelstahl. Mit der Zeit kann sich durch Witterungseinflüsse eine weißliche Patina auf der Oberfläche bilden, die zwar die Ästhetik mindert, die Leistung jedoch nicht beeinträchtigt.

5. Kostenüberlegungen

Edelstahl

Edelstahl ist typischerweise teurer aufgrund seiner Legierungselemente Chrom und Nickel und komplexer Herstellungsverfahren. längere Lebensdauer und der minimale Wartungsaufwand kann die Anschaffungskosten ausgleichen, insbesondere in anspruchsvollen Umgebungen.

Verzinkter Stahl

Verzinkter Stahl ist wirtschaftlicher als Edelstahl, insbesondere für kurz- bis mittelfristige Anwendungen. Es ist eine kostengünstige Wahl für Projekte mit einem begrenztes Budget und mäßige Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit.

6. Typische Anwendungen

Edelstahlanwendungen

Öl und Gas: Wird aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit in Pipelines, Lagertanks und Offshore-Plattformen verwendet.
Chemische Verarbeitung: Hervorragend geeignet für Umgebungen, in denen täglich säurehaltige oder ätzende Chemikalien zum Einsatz kommen.
Schiffstechnik: Aufgrund seiner Salzwasserbeständigkeit eignet sich Edelstahl für maritime Anwendungen wie Docks, Schiffe und Ausrüstung.
Infrastruktur: Ideal für Brücken, Geländer und architektonische Strukturen, bei denen Haltbarkeit und Ästhetik von entscheidender Bedeutung sind.

Anwendungen für verzinkten Stahl

Allgemeines Bauwesen: Wird häufig für Gebäuderahmen, Zäune und Dachstützen verwendet.
Landwirtschaftliche Geräte: Bietet ein Gleichgewicht zwischen Korrosionsbeständigkeit und Kosteneffizienz für Geräte, die Erde und Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
Wasseraufbereitungsanlagen: Geeignet für nicht kritische Wasserinfrastruktur wie Rohrleitungen und Lagertanks in Umgebungen mit geringer Korrosion.
Außenstrukturen: Werden häufig in Straßenbarrieren, Leitplanken und Masten verwendet, bei denen mit milden Witterungsbedingungen zu rechnen ist.

7. Wartung und Langlebigkeit

Edelstahl

Edelstahl erfordert minimaler Wartungsaufwand aufgrund seiner inhärenten Korrosionsbeständigkeit. In rauen Umgebungen wird jedoch eine regelmäßige Reinigung empfohlen, um Salz, Chemikalien oder Ablagerungen zu entfernen, die die schützende Oxidschicht im Laufe der Zeit beeinträchtigen könnten.

Verzinkter Stahl

Verzinkter Stahl erfordert regelmäßige Inspektion und Wartung um die Zinkschicht intakt zu halten. Wenn die Zinkschicht zerkratzt oder abgenutzt ist, kann eine erneute Verzinkung oder zusätzliche Beschichtungen erforderlich sein, um Korrosion zu verhindern. Dies ist insbesondere bei maritimen oder industriellen Anwendungen wichtig, bei denen die Gefahr besteht, dass die Zinkschicht schneller abgebaut wird.

8. Beispiel: Edelstahl vs. verzinkter Stahl

EIGENTUM EDELSTAHL (316) VERZINKTER STAHL VERGLEICH
Schutzmechanismus Eine schützende Oxidschicht, die sich in Gegenwart von Sauerstoff selbst repariert und so langfristige Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. Bei der Herstellung wird auf den Stahl eine schützende Zinkschicht aufgetragen. Bei Beschädigung schützt das umgebende Zink den freiliegenden Stahl kathodisch. Die Edelstahl-Schutzschicht ist langlebiger und kann sich selbst „heilen“. Der Edelstahlschutz lässt bei Materialverlust oder Dickenreduzierung nicht nach.
Aussehen Viele Oberflächenausführungen sind verfügbar, von hochglänzend elektropoliert bis schleifpoliert. Ansprechende, hochwertige Optik und Haptik. Pailletten möglich. Die Oberfläche ist nicht hell und verfärbt sich mit der Zeit allmählich zu einem matten Grau. Ästhetische Designauswahl.
Haptik Es ist sehr glatt und kann rutschig sein. Es fühlt sich gröber an, was mit zunehmendem Alter deutlicher wird. Ästhetische Designauswahl.
Umweltfreundliches Zertifikat Es kann in neuen Strukturen wiederverwendet werden. Nach der Lebensdauer der Struktur ist es als Schrott wertvoll und weist aufgrund seines Sammelwerts eine hohe Recyclingquote auf. Kohlenstoffstahl wird am Ende seiner Lebensdauer im Allgemeinen verschrottet und ist weniger wertvoll. Edelstahl wird sowohl während der Herstellung als auch am Ende seiner Lebensdauer in großem Umfang recycelt. Neuer Edelstahl enthält einen erheblichen Anteil recycelten Stahls.
Schwermetallabfluss Vernachlässigbare Werte. Erheblicher Zinkabfluss, insbesondere in den frühen Lebensjahren. Um eine Kontamination der Umwelt mit Zink zu vermeiden, wurden auf einigen europäischen Autobahnen Geländer aus rostfreiem Stahl angebracht.
Lebensdauer Unbegrenzt, sofern die Oberfläche gepflegt wird. Verlangsamen Sie die allgemeine Korrosion, bis sich das Zink auflöst. Roter Rost entsteht, wenn die Zink-/Eisenschicht und schließlich der Stahlgrund korrodieren. Eine Reparatur ist erforderlich, bevor ~2% der Oberfläche rote Flecken aufweisen. Klarer Kostenvorteil für Edelstahl über den gesamten Lebenszyklus, wenn eine längere Lebensdauer angestrebt wird. Der wirtschaftliche Break-Even-Punkt kann je nach Umgebung und anderen Faktoren bereits nach sechs Jahren erreicht werden.
Feuerbeständigkeit Hervorragend geeignet für austenitische rostfreie Stähle mit angemessener Festigkeit und Durchbiegung im Brandfall. Zink schmilzt und läuft, was in einer Chemieanlage zum Versagen des angrenzenden Edelstahls führen kann. Der Kohlenstoffstahlträger verliert an Festigkeit und verbiegt sich. Edelstahl bietet eine bessere Feuerbeständigkeit und vermeidet das Risiko von geschmolzenem Zink, wenn verzinkter Stahl verwendet wird.
Schweißen vor Ort Dies ist eine Routine für austenitischen Edelstahl, wobei auf die Wärmeausdehnung zu achten ist. Schweißnähte können in die umgebende Metalloberfläche eingearbeitet werden. Nach dem Schweißen sind Reinigung und Passivierung unerlässlich. Kohlenstoffstahl ist gut selbstschweißbar, aber Zink muss wegen der Dämpfe entfernt werden. Wenn verzinkter und rostfreier Stahl zusammengeschweißt werden, verspröden Zinkrückstände den rostfreien Stahl. Zinkhaltige Farbe ist weniger haltbar als verzinkte. In rauen Meeresumgebungen kann sich innerhalb von drei bis fünf Jahren verkrusteter Rost bilden, und Stahlbefall tritt nach vier Jahren/mm auf. Die kurzfristige Haltbarkeit ist ähnlich, aber eine zinkreiche Beschichtung an den Verbindungsstellen muss gepflegt werden. Unter schwierigen Bedingungen rostet verzinkter Stahl stark – sogar Löcher – und es besteht die Gefahr von Handverletzungen, insbesondere von der nicht sichtbaren Seeseite aus.
Kontakt mit feuchtem, porösem Material (z. B. Holzkeilen) in salzhaltiger Umgebung. Es kommt wahrscheinlich zu Rostflecken und Rissbildung, jedoch nicht zu Strukturschäden. Ähnlich wie Lagerflecken kommt es zu einem schnellen Zinkverlust und längerfristig zu Perforationen. Dies ist zwar für beides nicht wünschenswert, kann aber auf Dauer zu Schäden am Sockel verzinkter Masten führen.
Wartung Bei unzureichender Pflege können Teeflecken und Mikrolöcher entstehen. Bei unzureichender Pflege kann es zu allgemeinem Zinkverlust und anschließender Korrosion des Stahluntergrunds kommen. Für beides ist Regen im Freien oder Waschen in geschützten Regionen erforderlich.
ASTM A335 ASME SA335 P92 SMLS-ROHR

Mikrostrukturentwicklung von P92-Stahl bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen

Mikrostrukturentwicklung von P92-Stahl bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen

P92 Stahl wird hauptsächlich in ultra-überkritischen Kesseln, Ultrahochdruck-Pipelines und anderen Hochtemperatur- und Hochdruckgeräten verwendet. Die chemische Zusammensetzung von P92-Stahl basiert auf der Zugabe von Spurenelementen der Elemente W und B, der Reduzierung des Mo-Gehalts und der Verstärkung der Korngrenzen und Dispersion auf verschiedene Weise, um die Gesamtleistung von P92-Stahl zu verbessern. P92-Stahl hat im Vergleich zu P91-Stahl eine bessere Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Ein Warmbearbeitungsprozess ist für die Herstellung von P92-Stahlrohren unerlässlich. Die Wärmebehandlungstechnologie kann die im Produktionsprozess entstandenen inneren Defekte beseitigen und die Leistung des Stahls an die Anforderungen der Arbeitsbedingungen anpassen. Art und Zustand der Organisation im Warmbearbeitungsprozess sind die Schlüsselfaktoren, die die Leistung beeinflussen, um den Standard zu erfüllen. Daher analysiert dieses Dokument die Organisation von P92-Stahlrohren bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen, um die Organisationsentwicklung von P92-Stahlrohren bei verschiedenen Temperaturen aufzuzeigen. Dies liefert nicht nur Informationsunterstützung für die Organisationsanalyse und Leistungskontrolle des eigentlichen Warmumformungsprozesses, sondern legt auch die experimentelle Grundlage für die Entwicklung des Warmumformungsprozesses.

1. Testmaterialien und Methoden

1.1 Untersuchungsmaterial

Bei dem getesteten Stahl handelt es sich um ein P92-Stahlrohr im Gebrauchszustand (1060 °C gehärtet + 760 °C angelassen), und seine chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 aufgeführt. Eine zylindrische Probe von ϕ4 mm × 10 mm wurde an einer bestimmten Stelle entlang der Längsrichtung im Mittelteil des fertigen Rohrs herausgeschnitten, und mit dem Abschreck-Ausdehnungsmessgerät wurde die Gewebeumwandlung bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht.

Tabelle 1 Hauptchemische Zusammensetzung von P92-Stahl nach Massenanteil (%)

Element C Si Mn Cr Ni Mo V Al B Nr. B Fe
% 0.13 0.2 0.42 8.67 0.25 0.48 0.19 0.008 0.002 0.05 1.51 Gleichgewicht

1.2 Testprozess

Unter Verwendung des Abschreck-Wärmeausdehnungsmessgeräts L78 wird die Isolierung 15 Minuten lang mit 0,05 °C/s auf 1050 °C erwärmt und mit 200 °C/s auf Raumtemperatur abgekühlt. Der kritische Punkt des Phasenwechsels des Materials wird gemessen: Ac1 liegt bei 792,4 °C, Ac3 bei 879,8 °C und Ms bei 372,3 °C. Die Proben wurden mit einer Geschwindigkeit von 10 °C/s auf 1050 °C erhitzt und 15 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend wurden sie mit einer Geschwindigkeit von 150 °C/s auf unterschiedliche Temperaturen (770, 740, 710, 680, 650, 620, 520, 430, 400, 370, 340, 310, 280, 250, 190 und 160 °C) abgekühlt und für unterschiedliche Zeiträume (620 °C und darunter für 1 Stunde, 620 °C und darüber für 25 Stunden) gehalten. Bei 620 °C und darüber für 25 Stunden wird das isotherme Ende der Stromversorgung abgeschaltet, sodass die Probe durch Luftkühlung auf Raumtemperatur abgekühlt wird.1.3 Prüfmethoden

Nach dem Schleifen und Polieren der Oberfläche der Proben mit verschiedenen Verfahren wurde die Oberfläche der Proben mit Königswasser korrodiert. Zur Beobachtung und Analyse der Organisation wurden das Zeiss-Mikroskop AXIOVERT 25 und das Umwelt-Rasterelektronenmikroskop QWANTA 450 verwendet. Mit einem Härteprüfgerät HVS-50 Vickers (Belastungsgewicht 1 kg) wurden an mehreren Stellen auf der Oberfläche jeder Probe Härtemessungen vorgenommen und der Durchschnittswert als Härtewert der Probe genommen.

2. Testergebnisse und Analyse

2.1 Organisation und Analyse verschiedener isothermer Temperatur

Abbildung 1 zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl nach vollständiger Austenitisierung bei 1050 °C für unterschiedliche Zeiten und Temperaturen. Abbildung 1(a) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl nach Isothermalisierung bei 190 °C für 1 Stunde. In Abbildung 1(a2) ist ersichtlich, dass die Struktur bei Raumtemperatur Martensit (M) ist. In Abbildung 1(a3) ist ersichtlich, dass der Martensit lattenartige Eigenschaften aufweist. Da der Ms-Punkt des Stahls bei etwa 372 °C liegt, findet die Martensit-Phasenumwandlung bei isothermischen Temperaturen unterhalb des Ms-Punkts statt, wobei Martensit entsteht, und der Kohlenstoffgehalt des P92-Stahls gehört zum Bereich der kohlenstoffarmen Zusammensetzungen; eine lattenartige Morphologie ist charakteristisch für den Martensit.

Abbildung 1(a) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl nach 1 Stunde isothermer Lagerung bei 190°C

Abbildung 1(a) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl nach 1 Stunde isothermer Lagerung bei 190°C

Abbildung 1 (b) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 430 °C isothermisch 1 Stunde. Wenn die isotherme Temperatur auf 430 °C ansteigt, erreicht P92-Stahl die Bainit-Umwandlungszone. Da der Stahl Mo-, B- und W-Elemente enthält, haben diese Elemente nur wenig Einfluss auf die Bainit-Umwandlung, während sie die perlitische Umwandlung verzögern. Daher wird bei P92-Stahl bei 430 °C 1 Stunde lang eine gewisse Menge Bainit gebildet. Dann wird der verbleibende unterkühlte Austenit bei Luftkühlung in Martensit umgewandelt.

Abbildung 1 (b) für die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 430 ℃ isothermisch 1h

Abbildung 1 (b) für die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 430 ℃ isothermisch 1h

Abbildung 1 (c) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 520 °C isothermisch 1 Stunde. Bei einer isothermischen Temperatur von 520 °C werden die Legierungselemente Cr, Mo, Mn usw. so eingestellt, dass die Perlitumwandlung gehemmt wird, der Beginn des Bainitumwandlungspunkts (Bs-Punkt) wird gesenkt, sodass in einem bestimmten Temperaturbereich die Stabilisierungszone des unterkühlten Austenits auftritt. Abbildung 1 (c) zeigt, dass nach 520 °C isothermisch 1 Stunde lang kein unterkühlter Austenit mehr umgewandelt wird und sich nach Luftkühlung Martensit bildet; die endgültige Struktur bei Raumtemperatur ist Martensit.

Abbildung 1 (c) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 520 °C isothermisch 1 Stunde

Abbildung 1 (c) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 520 °C isothermisch 1 Stunde

Abbildung 1 (d) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 650 °C isothermisch über 25 Stunden für Martensit + Perlit. Wie in Abbildung 1 (d3) gezeigt, weist Perlit diskontinuierliche Lamelleneigenschaften auf und das Karbid an der Oberfläche weist eine kurze Stabausscheidung auf. Dies liegt daran, dass die Legierungselemente Cr, Mo, V usw. von P92-Stahl die Stabilität von unterkühltem Austenit verbessern und gleichzeitig die Perlitmorphologie von P92-Stahl ändern, d. h. das Karbid im Perlitkörper des Karbids für den kurzen Stab, dieser Perlitkörper wird als Perlitklasse bezeichnet. Gleichzeitig wurden in der Organisation viele feine Partikel der zweiten Phase gefunden.

Abbildung 1 (d) für den P92-Stahl bei 650 ℃ isothermische 25-Stunden-Mikrostruktur für Martensit + Perlit

Abbildung 1 (d) für den P92-Stahl bei 650 ℃ isothermische 25-Stunden-Mikrostruktur für Martensit + Perlit

Abbildung 1 (e) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 740 °C isothermisch über 25 Stunden. Bei 740 °C isothermisch kommt es zunächst zu einer eutektischen massiven Ferritausfällung und dann zur eutektischen Zersetzung des Austenits, was zu einer perlitähnlichen Organisation führt. Im Vergleich zur 650 °C isothermischen Temperatur (siehe Abbildung 1 (d3)) wird die perlitische Organisation mit zunehmender isothermischer Temperatur gröber, und der zweiphasige Charakter des Perlits, d. h. Ferrit und Carburit in Form eines kurzen Balkens, ist deutlich sichtbar.

Abbildung 1 (e) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 740 °C isothermisch 25h

Abbildung 1 (e) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 740 °C isothermisch 25h

Abb. 1(f) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 770 °C isothermer Temperatur für 25 Stunden. Bei 770 °C isothermer Temperatur tritt mit zunehmender isothermer Zeit zuerst die Ausfällung von Ferrit auf, und dann durchläuft der unterkühlte Austenit eine eutektische Zersetzung, wobei eine Ferrit-Perlit-Anordnung entsteht. Mit zunehmender isothermer Temperatur steigt der erste eutektische Ferritgehalt an und der Perlitgehalt sinkt. Aufgrund der Legierungselemente des P92-Stahls, die sich im Austenit lösen und die Härtbarkeit des Austenits erhöhen, wird die eutektische Zersetzung schwieriger, sodass die isotherme Zeit ausreichend lang sein muss, damit die eutektische Zersetzung und die Bildung der perlitischen Anordnung erfolgen können.

Abb. 1(f) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 770°C isothermer Temperatur für 25h

Abb. 1(f) zeigt die Mikrostruktur von P92-Stahl bei 770°C isothermer Temperatur für 25h

Um den Gewebetyp weiter zu bestimmen, wurde eine Energiespektrumanalyse an den Geweben mit unterschiedlicher Morphologie in Abb. 1(f2) durchgeführt, wie in Tabelle 2 gezeigt. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass der Kohlenstoffgehalt der weißen Partikel höher ist als bei anderen Anordnungen und dass die Legierungselemente Cr, Mo und V häufiger vorhanden sind. Bei der Analyse dieses Partikels auf zusammengesetzte Karbidpartikel, die beim Abkühlungsprozess ausgeschieden wurden, ist dieser Partikel vergleichsweise dünn. Der Kohlenstoffgehalt in der diskontinuierlichen lamellaren Anordnung ist der zweitniedrigste und der Kohlenstoffgehalt in der massiven Anordnung ist am geringsten. Da Perlit eine zweiphasige Anordnung aus Aufkohlung und Ferrit ist, ist der durchschnittliche Kohlenstoffgehalt höher als bei Ferrit. In Kombination mit der isothermen Temperatur- und Morphologieanalyse wurde außerdem festgestellt, dass die lamellare Anordnung perlitähnlich ist und die massive Anordnung zunächst eutektischer Ferrit ist.

Spektralanalyse des P92-Stahls, isothermisch behandelt bei 770 °C für 25 Stunden, in Tabellenform mit Atomanteilen (%)

Struktur C Nr. Mo Ti V Cr Mn Fe B
Weißes Granulat 11.07 0.04 0.94 0.02 2.16 8.36 2.64 54.77 2.84
Blockstruktur 9.31 0.04 0.95 0.2 0.32 8.42 0.74 85.51 10.21
Schichtstruktur 5.1 0 0.09 0.1 0.33 7.3 0.35 85.65 0.69

2.2 Mikrohärte und Analyse

Während des Abkühlungsprozesses von legiertem Stahl mit Elementen wie W und Mo treten im unterkühlten Austenit allgemein drei Arten von Organisationsumwandlungen auf: martensitische Umwandlung in der Niedertemperaturzone, Bainitumwandlung in der Mitteltemperaturzone und Perlitumwandlung in der Hochtemperaturzone. Die unterschiedlichen Organisationsentwicklungen führen zu unterschiedlichen Härten. Abbildung 2 zeigt die Variation der Härtekurve von Stahl P92 bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen. Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass die Härte mit zunehmender isothermer Temperatur zunächst abnimmt, dann zunimmt und schließlich abnimmt. Bei einer isothermen Temperatur von 160 – 370 °C findet eine martensitische Umwandlung statt, die Vickershärte steigt von 516 HV auf 457 HV. Bei einer isothermen Temperatur von 400 – 620 °C findet eine geringe Bainitumwandlung statt und die Härte steigt von 478 HV auf 484 HV; Aufgrund der geringen Bainitumwandlung ändert sich die Härte nicht wesentlich. Bei einer isothermen Temperatur von 650 °C bildet sich eine kleine Menge Perlit mit einer Härte von 410 HV. Bei einer isothermen Temperatur von 680 bis 770 °C bildet sich eine Ferrit-Perlit-Organisation, die Härte steigt von 242 HV auf 163 HV. Da die Umwandlung von P92-Stahl bei unterschiedlichen Temperaturen in der Organisation des Übergangs unterschiedlich ist, nimmt im Bereich der Niedrigtemperatur-Martensitumwandlung, wenn die isotherme Temperatur unter dem Ms-Punkt liegt, mit steigender Temperatur der Martensitgehalt ab und die Härte nimmt ab; in der Mitte der Umwandlung von P92-Stahl bei unterschiedlichen Temperaturen, wenn die isotherme Temperatur unter dem Ms-Punkt liegt, nimmt der Martensitgehalt mit steigender Temperatur ab und die Härte nimmt ab; Im Mitteltemperatur-Bainitumwandlungsbereich ändert sich die Härte nicht sehr, da der Anteil der Bainitumwandlung gering ist; im Hochtemperatur-Perlitumwandlungsbereich nimmt mit steigender isothermer Temperatur der Gehalt des ersten eutektischen Ferrits zu, sodass die Härte weiter abnimmt. Daher weist die Materialhärte mit steigender isothermer Temperatur im Allgemeinen eine abnehmende Tendenz auf, und die Tendenz der Härteänderung und die Organisationsanalyse entsprechen diesem Trend.

Variation der Härtekurven von P92-Stahl bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen

Variation der Härtekurven von P92-Stahl bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen

3. Fazit

1) Der kritische Punkt Ac1 von P92-Stahl liegt bei 792,4 °C, Ac3 bei 879,8 °C und Ms bei 372,3 °C.

2) Die Raumtemperatur-Anordnung von P92-Stahl ist bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen unterschiedlich; bei 160–370 °C isothermer einstündiger Anordnung liegt Martensit vor; bei 400–430 °C isothermer einstündiger Anordnung liegt eine kleine Menge Bainit + Martensit vor; bei 520–620 °C isothermer einstündiger Anordnung ist die Anordnung relativ stabil, innerhalb einer kurzen Zeitspanne (1 Stunde) findet keine Umwandlung statt, bei Raumtemperatur liegt Martensit vor; bei 650 °C isothermer 25 Stunden liegt Perlit vor. Bei Raumtemperatur liegt Perlit + Martensit vor; bei 680–770 °C isothermer 25 Stunden liegt die Anordnung in Perlit + erstes eutektisches Ferrit vor.

3) Die Austenitisierung von P92-Stahl in Ac1 verläuft unterhalb der Isothermie. Mit der Verringerung der Isothermietemperatur nimmt die Härte des gesamten Materials tendenziell zu. Bei einer Isothermie von 770 °C ist die Härte nach der ersten eutektischen Ferritausscheidung und der perlitischen Umwandlung am niedrigsten und liegt bei etwa 163 HV. Bei einer Isothermie von 160 °C ist die Härte nach der martensitischen Umwandlung am höchsten und liegt bei etwa 516 HV.