Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy C22: Säuren, Chloride, Meerwasser und Anwendungen in der chemischen Verarbeitung

Die Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy C22 beruht auf einer sorgfältig abgestimmten Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram-Zusammensetzung, die für raue und wechselnde chemische Umgebungen entwickelt wurde. Die Legierung, die auch als Alloy C22, UNS N06022 und Werkstoff 2.4602 bezeichnet wird, kombiniert einen hohen Chromgehalt mit erheblichen Molybdän- und Wolframzusätzen. Diese Zusammensetzung sorgt für eine hohe Beständigkeit gegenüber oxidierenden Säuren, reduzierenden Säuren, Chloriden, Meerwasser, feuchtem Chlor und gemischten Prozessströmen. Hastelloy C22 bietet zudem eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion. Die tatsächliche Leistungsfähigkeit hängt von der chemischen Konzentration, der Temperatur, Verunreinigungen, der Strömung, Ablagerungen, der Schweißqualität und der Anlagenkonstruktion ab.

Überblick über die Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy C22

Hastelloy C22 ist eine kaltverformte, korrosionsbeständige Legierung auf Nickelbasis, die für Umgebungen entwickelt wurde, die für herkömmlichen Edelstahl zu aggressiv oder zu wechselhaft sein können. Ihr hoher Chromgehalt sorgt für eine hohe Oxidationsbeständigkeit, während Molybdän und Wolfram die Leistungsfähigkeit in reduzierenden Säuren und chloridhaltigen Lösungen unterstützen.

Die Legierung erweist sich als besonders wertvoll, wenn sich die Prozesschemie zwischen oxidierenden und reduzierenden Bedingungen ändert. In chemischen Reaktoren können während der Beschickung, der Reaktion, der Reinigung sowie beim Anfahren und Abschalten unterschiedliche Bedingungen herrschen. Ein Werkstoff, der ausschließlich für einen bestimmten chemischen Zustand im stationären Betrieb ausgewählt wurde, kann in einer anderen Phase des Prozesses unzureichende Leistung erbringen.

Zu den typischen Anwendungsbereichen von C22 zählen chemische Reaktoren, Prozessbehälter, Wärmetauscher, Gaswäscher, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile, Verdampfer, pharmazeutische Anlagen, Abwasserbehandlungssysteme und Komponenten zur Rauchgasentschwefelung.

Korrosionsbeständigkeit bedeutet nicht, dass das Material völlig immun gegen Angriffe ist. Die Verträglichkeit muss unter Berücksichtigung der vollständigen chemischen Zusammensetzung, der Konzentration, der Temperatur, des Drucks, der Belüftung, der Verunreinigungen, der Strömungsgeschwindigkeit und der Einwirkzeit bewertet werden.

Chemische Zusammensetzung und ihre Rolle bei der Korrosionsbeständigkeit

Element	Typischer Inhalt, Gew. %	Bedeutung für die Korrosionsbeständigkeit
Nickel	Saldo	Bietet eine stabile, duktile Matrix und Beständigkeit gegenüber vielen reduzierenden Chemikalien
Chrom	20.0–22.5	Fördert die Passivierung und sorgt für Beständigkeit gegenüber oxidierenden Säuren und oxidierenden Salzen
Molybdän	12.5–14.5	Verbessert die Beständigkeit gegen reduzierende Säuren, die Lochfraßbeständigkeit und die Spaltkorrosionsbeständigkeit
Wolfram	2.5–3.5	Stärkt die Beständigkeit gegen lokale Korrosion
Eisen	2.0–6.0	Kontrollierte Legierungszugabe
Kobalt	maximal 2,5	Kontrolliertes Rest- oder Legierungselement
Kohlenstoff	maximal 0,015	Ein niedriger Gehalt trägt dazu bei, die Karbidausscheidung beim Schweißen zu verringern
Silizium	0,08 maximal	Kontrolliert, um die Leistungsfähigkeit der von der Schweißwärme betroffenen Zone zu unterstützen
Vanadium	maximal 0,35	Kontrollierte geringfügige Zugabe

Im Vergleich zu C276 enthält C22 mehr Chrom und etwas weniger Molybdän. Diese Zusammensetzung verbessert im Allgemeinen die Beständigkeit gegenüber oxidierenden Umgebungen und gewährleistet gleichzeitig eine hohe Leistungsfähigkeit gegenüber reduzierenden Säuren und Chloriden.

Beständigkeit gegenüber oxidierenden und reduzierenden Umgebungen

Hastelloy C22 wurde entwickelt, um ein außergewöhnlich ausgewogenes Verhältnis zwischen der Beständigkeit gegen oxidierende und reduzierende Korrosion zu gewährleisten. Chrom sorgt in oxidierenden Umgebungen für einen schützenden Oberflächenfilm, während Nickel, Molybdän und Wolfram Beständigkeit gegen reduzierende Säuren gewährleisten.

Zu den oxidierenden Medien zählen unter anderem Salpetersäure, feuchtes Chlor, Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, Chlordioxid und Lösungen, die gelösten Sauerstoff enthalten. Zu den reduzierenden Umgebungen zählen unter anderem Salzsäure, Schwefelsäure und bestimmte organische Säuren.

Dieses Gleichgewicht ist besonders wertvoll in kontaminierten Prozessströmen, in denen sich das Oxidationspotenzial im Laufe der Zeit verändert. C22 wird häufig gewählt, wenn eine Legierung beiden chemischen Extremen standhalten muss, ohne dass für jede Bedingung separate Anlagen erforderlich sind.

Beständigkeit gegen Korrosion durch Salzsäure

Hastelloy C22 bietet eine hervorragende Beständigkeit gegenüber vielen Salzsäurekonzentrationen und -temperaturen. Seine Nickel-Molybdän-Wolfram-Zusammensetzung sorgt für einen starken Schutz in reduzierender Salzsäure, während Chrom bei oxidierenden Verunreinigungen Schutz bietet.

Zu den Anwendungsbereichen zählen unter anderem Säuretransportleitungen, Lagertanks, Reaktoren, Pumpen, Ventile, Rückgewinnungssysteme und Wärmetauscher. C22 kommt häufig dann zum Einsatz, wenn Edelstahl einer schnellen allgemeinen oder lokalen Korrosion ausgesetzt ist.

Für heiße Salzsäure nahe dem Siedepunkt sind konzentrationsspezifische Korrosionsdaten erforderlich. Eisen(III)-Ionen, Kupfer(I)-Ionen, gelöstes Chlor und Sauerstoff können die Leistung erheblich beeinträchtigen. Bei starker Verunreinigung oder ungewöhnlichen Betriebsbedingungen sollte die tatsächliche Prozessflüssigkeit getestet werden.

Beständigkeit gegen Schwefelsäurekorrosion

Hastelloy C22 weist eine hohe Beständigkeit gegenüber Schwefelsäure in vielen verschiedenen Konzentrationen auf. Dank seines ausgewogenen Chrom- und Molybdänanteils zeigt es sowohl unter reduzierenden als auch unter oxidierenden Schwefelsäurebedingungen eine gute Leistung.

Die Korrosion durch Schwefelsäure lässt sich nicht allein anhand der Konzentration vorhersagen. Temperatur, Belüftung, Chloride, Metallionen und Durchfluss beeinflussen die Korrosionsrate. Verdünnte Säure kann eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, während konzentrierte Säure stark oxidierend wirken kann.

C22 wird für die Lagerung von Schwefelsäure, Verdünnungssysteme, Reaktoren, Gaswäscher, Wärmetauscher und Rückgewinnungsanlagen in Betracht gezogen. Bei der Auslegung von Verdampfern und Wärmetauschern sollte die lokale Konzentration an beheizten Oberflächen berücksichtigt werden.

Beständigkeit gegenüber Salpetersäure und Phosphorsäure

Salpetersäure

Der relativ hohe Chromgehalt von Hastelloy C22 sorgt für eine hohe Beständigkeit gegenüber vielen oxidierenden Salpetersäureumgebungen. Es kann gegenüber C276 von Vorteil sein, wenn der Prozess von oxidierenden Säurebedingungen geprägt ist.

Für heiße konzentrierte Salpetersäure, rot rauchende Salpetersäure und Gemische, die Flusssäure enthalten, liegen noch keine spezifischen Daten vor. Für diese Bedingungen sollte keine Nickellegierung allein auf der Grundlage einer allgemeinen Korrosionsübersicht ausgewählt werden.

Phosphorsäure

Hastelloy C22 zeigt in der Regel eine gute Beständigkeit gegenüber Phosphorsäure, einschließlich vieler verunreinigter Ströme aus Nassverfahren. Industrielle Phosphorsäure kann Fluoride, Chloride, Schwefelsäure, Feststoffe und metallische Verunreinigungen enthalten.

C22 kann in Verdampfern, Rohrleitungen, Filtern, Rührwerken, Pumpen und Wärmetauschern eingesetzt werden. Ein hoher Fluoridgehalt und lokales Sieden an erhitzten Oberflächen sollten sorgfältig geprüft werden.

Beständigkeit gegenüber organischen Säuren und gemischten Säurelösungen

Essigsäure

Hastelloy C22 weist in der Regel eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Essigsäure auf. Es eignet sich besonders dann, wenn die Säure Chloride, Katalysatoren oder oxidierende Verunreinigungen enthält, die das Verhalten von Edelstahl weniger vorhersehbar machen.

Ameisensäure

Ameisensäure ist eine reduzierende organische Säure und kann aggressiver sein als Essigsäure. C22 weist im Allgemeinen eine hohe Beständigkeit auf, jedoch sollten heiße, konzentrierte Lösungen anhand anwendungsspezifischer Daten überprüft werden.

Zitronensäure und Oxalsäure

C22 ist in der Regel mit Zitronen- und Oxalsäurelösungen kompatibel, die in der Reinigung, der pharmazeutischen Herstellung, der Lebensmittelverarbeitung und der Produktion von Spezialchemikalien zum Einsatz kommen.

Gemischte Säuren

C22 ist besonders wertvoll bei gemischten Säureströmen, die Kombinationen aus Salz-, Schwefel-, Salpetersäure, Phosphorsäure oder organischen Säuren enthalten. Bei Laboruntersuchungen sollte die vollständige Prozessmischung, einschließlich Verunreinigungen und gelöster Gase, nachgebildet werden.

Beständigkeit gegen Chloride und Meerwasser

Chloride können bei Edelstahl Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion verursachen. Hastelloy C22 weist aufgrund seines hohen Chrom-, Molybdän- und Wolframgehalts eine hohe Beständigkeit gegen chloridbedingte lokale Korrosion auf.

Die Legierung eignet sich für den Einsatz in Meerwasser-Wärmetauschern, Soleanlagen, Chemikalieneinspritzanlagen, Komponenten für Gaswäscher, Pumpen, Ventilen und Offshore-Prozessanlagen.

Eisen(III)-chlorid und Kupfer(II)-chlorid sind besonders aggressive Oxidationssalze. C22 wird häufig für diese Lösungen geprüft, da es Oxidationsbeständigkeit mit einer hohen Beständigkeit gegen lokale Korrosion verbindet.

Sauberes, frei fließendes Meerwasser unterscheidet sich von stehendem Meerwasser, das Ablagerungen und Biofouling enthält. Durch eine gute Konstruktion der Anlagen sollten Spalten in Dichtungen, Toträume und die Ansammlung von Feststoffen auf ein Minimum reduziert werden.

Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion

Bei der Lochfraßkorrosion entstehen kleine, aber tiefe Vertiefungen, während sich Spaltkorrosion in abgeschirmten Bereichen wie Dichtungsfugen, Überlappungsverbindungen und Ablagerungen bildet. Beide Formen der Korrosion können zu Undichtigkeiten führen, selbst wenn der durchschnittliche Gewichtsverlust gering ist.

Molybdän und Wolfram tragen dazu bei, dass C22 unter lokal auftretenden sauren Chloridbedingungen korrosionsbeständig bleibt. Chrom verbessert die Repassivierung, nachdem der schützende Oberflächenfilm beschädigt wurde.

Selbst eine leistungsfähige Legierungszusammensetzung macht eine sachgerechte Konstruktion nicht überflüssig. Spalten, Ablagerungen, Schweißfehler, raue Oberflächen und Bereiche mit stagnierender Flüssigkeit können Bedingungen schaffen, die anspruchsvoller sind als die der Prozessflüssigkeit im Hauptbereich.

Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion

Hastelloy C22 weist im Vergleich zu gängigen austenitischen Edelstählen eine hohe Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungskorrosionsrisse auf. Dies ist besonders wichtig in heißen Chloridlösungen, Meerwasser, Salzlösungen und chemischen Prozesssystemen.

Für die Spannungsrisskorrosion sind ein anfälliger Werkstoff, eine bestimmte Umgebung und Zugspannung erforderlich. Restspannungen können durch Schweißen, Kaltumformung, zerspanende Bearbeitung oder Montage entstehen.

Obwohl C22 äußerst widerstandsfähig ist, erfordern konzentrierte Laugen, feuchter Schwefelwasserstoff, Hochtemperatur-Halogenidumgebungen und ungewöhnliche elektrochemische Bedingungen eine gezielte Prüfung. Bei kritischen Bauteilen sollten die Schweißverfahren und die Grenzen der Kaltumformung kontrolliert werden.

Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen

Korrosionsreaktionen beschleunigen sich im Allgemeinen mit steigender Temperatur. Eine Lösung, die bei Raumtemperatur unbedenklich ist, kann in der Nähe ihres Siedepunkts aggressiv werden. Durch Verdunstung können sich außerdem Säuren oder Chloride an erhitzten Wänden anreichern.

Wässrige Korrosion bei hohen Temperaturen und Gasoxidation bei hohen Temperaturen sind unterschiedliche Mechanismen. C22 mag zwar in heißen chemischen Lösungen gute Eigenschaften aufweisen, doch bedeutet dies nicht automatisch, dass es für den langfristigen Einsatz in Öfen oder unter Kriechbeanspruchung geeignet ist.

Eine längere Einwirkung von Temperaturen über ca. 650 °C erfordert eine metallurgische Begutachtung, da sich im Laufe der Zeit schädliche Ausscheidungen bilden können. Die genauen Auswirkungen hängen von der Temperatur, der Einwirkdauer und dem ursprünglichen Zustand des Werkstoffs ab.

Temperaturbedingungen	Hauptanliegen
Dienstleistungen im Bereich Umweltchemie	Chemische Konzentration und lokale Korrosion
Einsatz in heißem wässrigem Medium	Beschleunigte Korrosion, Sieden und lokale Konzentration
Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche	Kondensation und schwankende Sauerstoffkonzentration
Hochtemperaturgas	Oxidation, Atmosphäre und Skalenstabilität
Lange Einwirkzeit bei Temperaturen über etwa 650 °C	Ausscheidung, Duktilität und Phasenstabilität

Korrosionsbeständigkeitsdiagramm für Hastelloy C22

Chemie oder Umwelt	Allgemeiner Widerstand	Wichtiger Hinweis
Salzsäure	Unter vielen Bedingungen hervorragend	Auf heiße Säure und oxidierende Verunreinigungen prüfen
Schwefelsäure	Ausgezeichnet bis sehr gut	Konzentration und Temperatur müssen gemeinsam bewertet werden
Salpetersäure	Ausgezeichnet bis gut	Heiße, konzentrierte und fluoridhaltige Gemische müssen überprüft werden
Phosphorsäure	Hervorragend	Überprüfung des Fluorid-, Chlorid- und Feststoffgehalts
Essigsäure	Hervorragend	Berücksichtigen Sie Katalysatoren und Chloridverunreinigungen
Ameisensäure	Ausgezeichnet bis sehr gut	Heiße konzentrierte Lösungen prüfen
Eisen(III)-chlorid	Ausgezeichnet bis sehr gut	Temperatur und Konzentration spielen weiterhin eine wichtige Rolle
Kupferchlorid	Ausgezeichnet bis sehr gut	Bewertung des „Hot Concentrated“-Dienstes
Meerwasser	Hervorragend	Ablagerungen, Biofouling und Spalten kontrollieren
Nasses Chlor	Ausgezeichnet bis sehr gut	Feuchtigkeit und kondensierte saure Phasen müssen definiert werden
Chlordioxid	Sehr gut	Konzentration und Prozessverunreinigungen prüfen
Natriumhypochlorit	Sehr gut bis bedingt	Heißes, konzentriertes Bleichmittel kann sehr aggressiv sein.
Natriumhydroxid	Sehr gut	Überprüfung heißer, konzentrierter ätzender und oxidierender Verunreinigungen
Gemischte Säureströme	Hervorragend geeignet für viele Anwendungsbereiche	Die Tests sollten den gesamten chemischen Prozess nachbilden

Hastelloy C22 im Vergleich zu C276, Alloy 625 und Edelstahl

Material	Wichtigster Vorteil in Bezug auf Korrosion	Typischer Auswahlhinweis
Hastelloy C22	Hervorragendes Gleichgewicht zwischen Beständigkeit gegen oxidierende und reduzierende Korrosion sowie gegen lokale Korrosion	Eine gute Wahl für wechselnde oder verunreinigte Chemikalienströme
Hastelloy C276	Hervorragende Beständigkeit gegen reduzierende Säuren und gemischte Chemikalien	Wird häufig bei stark konzentrierter Salzsäure und in kontaminierten Prozessanwendungen bevorzugt
Legierung 625	Sehr gute Chloridbeständigkeit in Verbindung mit hoher mechanischer Festigkeit	Wird häufig für Anwendungen in der Schifffahrt, im Hochbau und im Einsatz mit sauren Medien ausgewählt
Edelstahl 316L	Gute allgemeine Widerstandsfähigkeit bei relativ geringen Kosten	Anfälliger für Chlorid-Lochfraß, Spaltkorrosion und starke Säuren
Duplex-Edelstahl	Hohe Festigkeit und gute Beständigkeit in ausgewählten chloridhaltigen Umgebungen	Nicht für jeden Prozess mit gemischten Säuren oder stark oxidierenden Stoffen geeignet

C22 weist im Allgemeinen ein besseres Verhältnis zwischen Oxidation und Korrosion auf als C276, da es mehr Chrom enthält. C276 bleibt in stark reduzierenden Säuren weiterhin äußerst wettbewerbsfähig. Die Legierung 625 bietet eine höhere Festigkeit, kann jedoch in den aggressivsten chemischen Mischumgebungen möglicherweise nicht mit C22 mithalten.

Korrosionsbeständige Anwendungen von Hastelloy C22

Chemische Verarbeitung

Reaktoren, Rührwerke, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile, Wärmetauscher und Lagerbehälter können mit C22 in Anwendungen mit Säuremischungen, chlorierten Chemikalien und kontaminierten Prozessmedien eingesetzt werden.

Pharmazeutische Anlagen

C22 kommt dort zum Einsatz, wo Produktreinheit, Reinigungsfähigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Reinigungschemikalien gefordert sind. Die Oberflächenbeschaffenheit und die Sauberkeit bei der Fertigung sind dabei besonders wichtig.

Rauchgasentschwefelung

Im Inneren von Gaswäschern, an Sprühverteilern, in Kanalauskleidungen und an Absorberkomponenten können Chloride, Schwefelverbindungen, oxidierende Ionen und saures Kondensat auftreten.

Abfallbehandlung

Anlagen für gefährliche Abfälle und Abwasseraufbereitungsanlagen verarbeiten häufig unterschiedliche Gemische aus Säuren, Oxidationsmitteln, Chloriden und Feststoffen.

Zellstoff- und Papierverarbeitung

Bleichchemikalien, Chlordioxid, Chloridverunreinigungen und saure Prozessflüssigkeiten können den Einsatz von C22 in bestimmten Anlagen rechtfertigen.

Dienstleistungen für die Schifffahrt und die Offshore-Branche

C22 kann in Systemen mit hochkonzentrierter Sole, Meerwasser, Chemikalieneinspritzung und Gaswäschern eingesetzt werden, bei denen die Beständigkeit gegen lokale Korrosion von entscheidender Bedeutung ist.

Herstellung von Spezialchemikalien

Feinchemikalien, Pestizide, Farbstoffe, organische Zwischenprodukte und chlorierte Verbindungen können wechselnde oxidierende und reduzierende Bedingungen erzeugen, die C22 begünstigen.

Häufig gestellte Fragen zur Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy C22

Gegen welche Chemikalien ist Hastelloy C22 beständig?
Hastelloy C22 ist beständig gegen viele Lösungen aus Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und organischen Säuren. Es weist zudem eine hohe Beständigkeit gegenüber feuchtem Chlor, Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, Meerwasser, Salzlösungen und gemischten oxidierend-reduzierenden Prozessströmen auf.

Ist Hastelloy C22 korrosionsbeständiger als C276?
C22 weist in oxidierenden Umgebungen häufig eine höhere Beständigkeit auf, da es einen höheren Chromgehalt aufweist. C276 kann unter bestimmten stark reduzierenden sauren Bedingungen Vorteile bieten. Welches Material besser geeignet ist, hängt von der chemischen Konzentration, der Temperatur, den Verunreinigungen und der Konstruktion der Anlage ab.

Ist Hastelloy C22 beständig gegen Meerwasser und Chloridkorrosion?
Ja. C22 weist eine hervorragende Beständigkeit gegen Chlorid-Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion auf. Ablagerungen, Biofouling, stagnierende Spalten und erhöhte Temperaturen sollten bei der endgültigen Auslegung der Anlagen dennoch berücksichtigt werden.