Versprödung

Bei der Auswahl der richtigen Legierung für die jeweilige Anwendung ist die Beachtung der möglichen Versprödungsneigung des Werkstoffes von großer Bedeutung. Eine während der Anwendung eintretende Versprödung des Verankerungssystems kann leicht zu einem Ausfall der feuerfesten Auskleidung führen.

Chi-Phase
Die Chi-Phase ist eine metallische Phase der Struktur Fe36Cr12Mo10, die häufig vor der Sigma-Phase ausgeschieden und in sie umgewandelt wird. Die Chi-Phase entsteht bei Temperaturen von 400 bis 550° C (475°C – Versprödung). Die Chi-Phase tritt bei Stählen mit einem Chromgehalt von über 15 % auf. Durch die Chi-Phase werden die Duktilität und die Korrosionsbeständigkeit der Stähle reduziert.

Sigma-Phase
In einem Temperaturbereich zwischen etwa 600 und 900°C entsteht bei ferritischen und austenitischen Stählen eine spröde, intermetallische Phase, die Sigma-Phase. Durch einen Lösungsglühprozess kann bereits gebildete Sigma-Phase wieder aufgelöst werden. Die Sigma-Phase kann unterschiedliche Zusammensetzungen haben, zum Beispiel Chrom-Molybdän-Nickel-Eisen oder Chrom-Eisen. Mit der Bildung der Sigma-Phase geht in der Peripherie der Ausscheidungen eine Verarmung der Matrix an Chrom und Molybdän einher. Dies hat zur Folge, dass es neben der Abnahme der Duktilität zu einer drastischen Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit kommt. Legierungsbestandteile wie Molybdän, Titan und Silizium begünstigen, Stickstoff und Kohlenstoff verringern die Bildung von Sigma-Phase.

Grobkornversprödung
Bei ferritischen, hitzebeständigen Stählen entsteht bei Temperaturen über 950°C eine Grobkornbildung. Das führt zu einem Duktilitätsverlust insbesondere bei niedrigen Temperaturen, d.h. wenn Bauteile wieder in einen Bereich geringerer Temperaturen kommen.

Wasserstoffversprödung
Atomarer Wasserstoff kann sich in eine Metallmatrix einlagern, wenn sogenannte Traps im Gitter vorhanden sind, aber auch in Gitterstörungen wie zum Beispiel Verformungsmartensit oder Delta-Ferrit/Sigma-Phase. Der Wasserstoff kann mit Legierungsbestandteilen Hydride bilden oder sich zu molekularem Wasserstoff rekombinieren und dadurch hohe Drücke aufbauen.

Für die Anwendung im Feuerfestbau, wo im Wesentlichen austenitische Werkstoffe verwendet werden, ist die Gefahr einer Wasserstoffversprödung von untergeordneter Bedeutung, da austenitische Gitter nicht durch Wasserstoffeinlagerung gefährdet sind. Eingelagerter Wasserstoff effundiert bei höheren Temperaturen ab 350° C wieder. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Schweißstelle eines Verankerungssystems durch die Einlagerung von Wasserstoff gefährdet sein kann. Deshalb muss der Bereich der Schweißstelle trocken sein und auch die Elektroden und die Schweißringe beim Bolzenschweißen dürfen keine Feuchtigkeit aufweisen.

Aufkohlung
Durch den Angriff von meist gasförmigen Kohlenstoffverbindungen können Kohlenstoffatome in die Metallmatrix eingelagert werden. Die entstehende Aufkohlung geht mit einem Duktilitätsverlust einher. An den Korngrenzen kann es zu Karbidbildungen, häufig mit Chrom, kommen. Dadurch wird Chrom gebunden, das dann nicht mehr zur Vermeidung von Korrosionsangriffen zur Verfügung steht.

Nitrierung
In der Ofenatmosphäre enthaltener Stickstoff, zum Beispiel Ammoniak, kann in atomarer Form in die Metallmatrix interstitiell oder unter Bildung von Nitriden eingelagert werden. Hierdurch kann die Duktilität des Bauteils soweit reduziert werden, dass es zum Bruch des Verankerungssystems kommt.