Leistungsunterschiede von Flanschen aus verschiedenen Materialien in Hochtemperaturumgebungen

Die Leistung von Flanschen in Hochtemperaturumgebungen variiert erheblich je nach verwendetem Material, hauptsächlich in Bezug auf Festigkeitserhalt, Oxidationsbeständigkeit, Kriechbeständigkeit, thermische Stabilität und Verträglichkeit mit Medien.  Im Folgenden finden Sie eine Analyse typischer Materialkategorien:

1.  Flansche aus Kohlenstoffstahl (z. B. Q235, 20# Stahl) – Grundlegende Wahl für niedrige bis mittlere Temperaturen
Festigkeitsabbau bei hohen Temperaturen
Kohlenstoffstahlflansche sind typischerweise auf Temperaturen unter  425°C  begrenzt.  Über  350°C  sinkt ihre Streckgrenze erheblich (z. B. sinkt die Streckgrenze von 20# Stahl von  245 MPa bei Raumtemperatur auf 180 MPa bei 400°C ).  Über  450°C  kommt es zu einer Perlitkugelung, die zu Kornvergröberung und schließlich zum Kriechbruch führt.
Schlechte Oxidationsbeständigkeit
Eine rasche Oxidation beginnt über  300°C  und bildet eine lockere  Fe₃O₄ -Schicht.  Bei  500°C  ist die Oxidationsrate  fünfmal höher  als bei 300°C.  Die Einwirkung von Schwefel oder Wasserdampf beschleunigt die Korrosion zusätzlich.

2.  Flansche aus austenitischem Edelstahl (304/316 usw.) – Bevorzugt für Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit
Bessere Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit
304er Edelstahl  hält bis zu  870°C  stand, während  316L (mit Molybdän)  eine gute Festigkeit (Streckgrenze ≥  120 MPa ) unter  650°C  beibehält.
Die  Cr₂O₃-Oxidschicht  (aus 18-20 % Chrom) bietet eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit (z. B.  90 % geringere Oxidationsrate als Kohlenstoffstahl bei 800°C ).
Hochtemperaturrisiken
Sensibilisierung (450-850°C):  Karbidausscheidungen können interkristalline Korrosion verursachen (gemildert durch Stabilisierungsbehandlungen, z. B.  321er Edelstahl mit Titan ).
Kriechgrenzen:  Über  650°C  beschleunigt sich die Kriechverformung, was eine reduzierte zulässige Spannung erfordert (z. B.  316L hat bei 700°C nur 15 % seiner Raumtemperaturfestigkeit ).

3.  Duplex-Stahlflansche (2205, 2507 usw.) – Kostengünstig für Hochtemperaturkorrosion
Zwischenleistung bei hohen Temperaturen
2205er Duplex-Stahl  ist bis zu  300°C  einsetzbar, während  Super-Duplex 2507  bis  350°C  reicht (Streckgrenze >  400 MPa bei 300°C ,  doppelt so hoch wie bei 304er Edelstahl ).
Über  350°C  beschleunigt sich der Abbau der Ferritphase, wodurch die Kriechbeständigkeit schneller abnimmt als bei austenitischen Stählen.

4.  Chrom-Molybdän-Stahlflansche (15CrMo, P91 usw.) – Ideal für Hochtemperatur-Hochdruckbedingungen
Erhöhte Festigkeit und Kriechbeständigkeit
15CrMo (1-1,5 % Cr, 0,5 % Mo)  arbeitet bis zu  550°C  (Streckgrenze >  200 MPa bei 500°C ).
P91 (9 % Cr, 1 % Mo)  hält  650°C langfristig  stand, mit  doppelter Kriechbruchfestigkeit von 15CrMo  (z. B.  100 MPa gegenüber 40 MPa bei 600°C für 100.000 Stunden ).

5.  Flansche aus Nickelbasislegierungen (Inconel 625, Hastelloy C-276 usw.) – Ultimative Lösung für extreme Bedingungen
Unübertroffene Hochtemperaturleistung
Inconel 625  behält >  100 MPa Zugfestigkeit bei 1093°C  bei.
Hastelloy C-276  widersteht der Oxidation bis zu  1200°C , mit einer Kriechlebensdauer von über  100.000 Stunden  (z. B.  5x stärker als 316L bei 800°C ).
Beständigkeit gegen komplexe Korrosion
Hoher Nickelgehalt (≥50 %), Chrom (20-30 %) und Molybdän (10-16 %) ermöglichen die Beständigkeit gegen:
Oxidation, Spannungsrisskorrosion und interkristallinen Angriff  in rauen Umgebungen (z. B.  650°C Kohlevergaser mit H₂S/CO₂ ).
Geeignet für  20+ Jahre Betrieb  unter extremen Bedingungen wie Hochtemperatur-Schwefelsäure oder schwefelreichem Öl/Gas.