Kompatibilität des Ventilkörpermaterials
So wählen Sie das richtige Material für Ventile
Bei der Auswahl des Materials für Ihre Ventile müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Zunächst müssen Sie überlegen, mit welchen Medien sie umgehen sollen. Das Material muss den normalerweise in der Leitung vorhandenen Medien sowie Medien standhalten, die in die Leitung oder die Umgebung des Ventils eindringen können.
Dann müssen Sie außerdem Folgendes berücksichtigen:
*die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung
*Prozessbedingungen
*und Kompatibilitätsanforderungen
Die Materialauswahl ist entscheidend für die Gewährleistung langfristiger Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit.
Die Materialauswahl für den Ventilkörper und die Dichtungen (Membran, O-Ringe) wird durch die Art der Flüssigkeit oder des Gases, die Konzentration, den Druck und die Temperatur bestimmt. Viele Bedingungen können die Materialauswahl beeinflussen. Temperatur, Druck und chemische Konzentrationen müssen sorgfältig berücksichtigt werden, bevor ein endgültiges Material ausgewählt werden kann.
Kompatibilität des Ventilkörpermaterials
Die gängigsten Gehäusematerialien für den Ventilkörper sind Messing, Edelstahl und Nylon. Messing ist das beliebteste Material für Magnetventile. Es ist sehr robust und beständig gegen viele Chemikalien, aber zum Beispiel weniger gut für Seewasser oder destilliertes Wasser geeignet. Edelstahl empfiehlt sich für korrosive Medien, wie Seewasser. Zudem ist es verschleißfest, was es für den intensiven Einsatz sehr gut geeignet macht. Nylon ist die günstigste Variante, hat gute mechanische Eigenschaften und ist für viele Medien geeignet.
Chemikalien
Die Chemikalienverträglichkeit von Ventilmaterialien kann je nach den jeweiligen Chemikalien variieren. Einige Materialien können korrodieren, d. h. rosten. Welches Material geeignet ist, hängt davon ab, wie korrosionsbeständig es durch die zu handhabende Flüssigkeit oder das Gas ist. Bestimmte Materialien werden jedoch häufig aufgrund ihrer allgemeinen chemischen Beständigkeit verwendet.
Wir bieten verschiedene Ventilmaterialien für chemische Anwendungen an. Hier sind einige davon und ihre typische chemische Kompatibilität:
Edelstahl (EN 1.4408 und 1.4409) : Edelstahl ist aufgrund seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit weit verbreitet. Er ist mit einer Vielzahl von Chemikalien kompatibel, darunter Säuren (wie Schwefelsäure und Salzsäure), Laugen, organische Lösungsmittel und viele korrosive Flüssigkeiten.
Titan ist ein Werkstoff, der Chloriden, wie sie beispielsweise in Salzwasser und Chemikalien vorkommen, standhält. Obwohl Titan teurer ist, kann sein geringes Gewicht die Kosten für Transport, Betrieb und Wartung senken.
Stahllegierungen wie säurebeständiger Stahl (EN 1.4409, EN 1.4408) sind weit verbreitet. Für eine höhere Korrosionsbeständigkeit können jedoch bei geringerer Chloridkonzentration, z. B. in Meerwasser bei niedrigen Temperaturen, auch Duplex- , Superduplex- , 904L- oder SMO-Sorten wie 254 ausreichend sein. Kohlenstoffstahl und Gusseisen korrodieren im industriellen Umfeld im Gegensatz zu den teureren säurebeständigen Stählen schnell.
Hastelloy: Hastelloy-Legierungen (wie z. B. Hastelloy C276) bieten eine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl korrosiver Chemikalien, darunter starke Säuren, Laugen, Oxidationsmittel und aggressive Umgebungsbedingungen. Sie werden häufig in anspruchsvollen chemischen Prozessen eingesetzt.
Gas
Die Kompatibilität von Ventilmaterialien mit Gasen hängt von dem jeweiligen Gas ab, mit dem gearbeitet wird. Helium ist beispielsweise ein Gas, das sehr schwer zu isolieren ist. Wasserstoffatome werden in das Material gepresst und beschädigen das Ventil von innen, ein Vorgang, der als Wasserstoffversprödung bezeichnet wird. Helium erfordert daher das richtige Material im Ventil, damit die Dichtungen halten.
Das Austreten von giftigen oder klimaschädlichen Gasen ist in allen Industriezweigen ein Problem. Durch den Einsatz von Ventilen, die die Emissionsgrenzwerte nach ISO 15848-1 und VDI 2440 (TA-Luft) erfüllen, lässt sich das Problem vermeiden oder begrenzen.
Hier sind einige Materialien, die wir in unseren Ventilen verwenden, und ihre allgemeine Kompatibilität mit Gasen:
Edelstahl (EN 1.4408 und 1.4409): Edelstahlventile sind im Allgemeinen mit einer Vielzahl von Gasen kompatibel, darunter Inertgase, Kohlenwasserstoffe und nicht korrosive Gase. Edelstahl bietet eine gute Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für Anwendungen mit hohem Druck und hohen Temperaturen. Darüber hinaus ist Edelstahl äußerst beständig gegen Wasserstoffversprödung und somit eine sichere und zuverlässige Wahl für Wasserstoffanwendungen.
Hastelloy : Hastelloy-Legierungen wie Hastelloy C276 sind äußerst beständig gegen korrosive Gase, einschließlich saurer und alkalischer Gase. Sie werden häufig in anspruchsvollen Anwendungen der Gasverarbeitung eingesetzt, in denen eine hohe Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Duplex- und Superduplex-Stahl: Duplex- und Superduplex-Stahl (z. B. SAF 2205, SAF 2507) bieten eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in aggressiven Umgebungen und eignen sich daher für den Umgang mit korrosiven Gasen. Diese Werkstoffe weisen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion auf. Ventile aus Duplex- und Superduplex-Stahl werden häufig in der Offshore-, Chemie- sowie Öl- und Gasindustrie eingesetzt, wo Gase mit hohem Chloridgehalt oder saure Gase vorkommen.
904L: 904L ist ein hochlegierter austenitischer Edelstahl, der für seine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl aggressiver Medien, darunter Schwefelsäure, Phosphorsäure und andere saure Gase, bekannt ist. Er bietet gute Festigkeit und Zähigkeit und eignet sich daher für Anwendungen in der Gasindustrie, der chemischen Industrie sowie der Zellstoff- und Papierindustrie, wo korrosive Gase auftreten.
254SMO: Der superaustenitische Edelstahl 254SMO (EN 1.4547) zeichnet sich durch außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl korrosiver Gase wie Schwefelsäure, Salzsäure und Essigsäure aus. Er ist selbst unter rauen Umgebungsbedingungen äußerst beständig gegen Lochfraß, Spaltkorrosion und Spannungsrisskorrosion. Ventile aus 254SMO werden häufig in der Chemie-, Zellstoff- und Papierindustrie sowie auf Offshore-Anlagen eingesetzt.
Titan* : Titan ist äußerst beständig gegen eine Vielzahl korrosiver Gase, darunter feuchtes Chlor, Salzsäure und viele organische Verbindungen. Es bietet außergewöhnliche Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion und behält seine Integrität auch bei hohen Temperaturen. Titanventile finden Anwendung in der chemischen Industrie, petrochemischen Anlagen und anderen Umgebungen, in denen extreme Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
*Es gibt verschiedene Titanqualitäten. Die Qualitäten beziehen sich auf verschiedene Legierungen oder Zusammensetzungen von Titan und werden durch Zahlen oder alphanumerische Codes bezeichnet, die jeweils eine bestimmte Zusammensetzung und einen bestimmten Eigenschaftssatz darstellen. Qualität 5 wird am häufigsten für Ventile verwendet, aber auch Qualität 2 wird verwendet. Die Wahl der Qualität hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.
Metalle für Ventile und Armaturen
Aluminium – ein Nichteisenmetall, sehr leicht, etwa ein Drittel so schwer wie Stahl. Aluminium weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion auf, kann aber mit anderen Metallen stark reagieren. Bei Ventilen wird Aluminium hauptsächlich als äußeres Zierelement wie ein Handrad oder ein Typenschild verwendet.
Kupfer – Zu den wichtigsten Eigenschaften von Kupferwerkstoffen zählen seine thermische und elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Duktilität. Kupfer eignet sich hervorragend für Hochtemperaturanwendungen und lässt sich leicht durch Löten oder Hartlöten verbinden. Es wird ausschließlich für Fittings verwendet.
Bronze – Eine der ersten Legierungen der Bronzezeit gilt allgemein als Industriestandard für druckfeste Bronzeventile und -fittings. Bronze ist fester als reines Kupfer, lässt sich leicht gießen, ist besser bearbeitbar und kann sehr gut durch Löten oder Hartlöten verbunden werden. Bronze ist sehr beständig gegen Lochfraßkorrosion, weist jedoch im Allgemeinen eine geringere Beständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien auf als reines Kupfer.
Siliziumbronze – Sie besitzt die Duktilität von Kupfer, ist aber deutlich fester. Ihre Korrosionsbeständigkeit ist mindestens so hoch wie die von Kupfer. Siliziumbronze wird häufig als Spindelmaterial in druckbeaufschlagten Ventilen verwendet und weist eine höhere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion auf als herkömmliche Messingsorten.
Aluminiumbronze – Das am weitesten verbreitete Material für Absperrklappenscheiben. Aluminiumbronze ist wärmebehandelbar und besitzt die Festigkeit von Stahl. Die Bildung einer Aluminiumoxidschicht auf exponierten Oberflächen macht dieses Metall sehr korrosionsbeständig. Nicht empfohlen für feuchte Systeme mit hohem pH-Wert. Messing – Generell gute Korrosionsbeständigkeit. In bestimmten Anwendungen anfällig für Entzinkung; ausgezeichnete Bearbeitbarkeit. Hauptsächlich wird geschmiedetes Messing für Kugelventilspindeln und -kugeln sowie für Eisenventilspindeln verwendet. Eine Schmiedemessingsorte wird für Kugelventilgehäuse und Endstücke eingesetzt.
Grauguss – Eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff und Silizium; leicht gießbar; gute Druckdichtigkeit im Gusszustand. Grauguss besitzt ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften und ist gut bearbeitbar. Er ist Standardwerkstoff für Gehäuse und Deckel von Ventilen der Klassen 125 und 250. In bestimmten Umgebungen ist Grauguss korrosionsbeständiger als Stahl.
Sphäroguss – Besitzt eine ähnliche Zusammensetzung wie Grauguss. Durch spezielle Behandlungen wird die metallurgische Struktur verändert, was zu besseren mechanischen Eigenschaften führt; einige Sorten werden wärmebehandelt, um die Duktilität zu verbessern. Sphäroguss weist die Festigkeitseigenschaften von Stahl auf, wenn er mit ähnlichen Gießverfahren wie Grauguss hergestellt wird. Kohlenstoffstahl – Sehr gute mechanische Eigenschaften; gute Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Sulfide. Kohlenstoffstahl ist hoch- und tieftemperaturfest, sehr zäh und besitzt eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit. Hauptsächlich verwendet für Absperr-, Kugel- und Rückschlagventile für Anwendungen bis 850 °F (450 °C) sowie für ein-, zwei- und dreiteilige Kugelhähne.
3 % Nickel-Eisen – Verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber Grauguss und Sphäroguss. Höhere Korrosionsbeständigkeit bei höheren Temperaturen und verbesserte mechanische Eigenschaften. Sehr beständig gegen oxidierende Atmosphären.
Vernickeltes duktiles Gusseisen – Nickelbeschichtungen sind in der chemischen Verarbeitung weit verbreitet. Diese Beschichtungen weisen eine sehr hohe Zugfestigkeit von 50 bis 225 ksi auf. Die Härte eines Werkstoffs gibt bis zu einem gewissen Grad Aufschluss über seine Abrieb- und Verschleißfestigkeit. Nickelbeschichtungen werden häufig als Scheibenbeschichtung für Absperrklappen eingesetzt.
Edelstahl der Serie 400 – Eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff und Chrom. Dieser Edelstahl ist aufgrund seiner martensitischen Struktur und seines Eisengehalts in der Regel magnetisch. Edelstahl der Serie 400 ist beständig gegen Hochtemperatur-Oxidation und weist im Vergleich zu Kohlenstoffstahl verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften auf. Die meisten Edelstähle der Serie 400 sind wärmebehandelbar. Die häufigsten Anwendungen im Ventilbereich sind Spindelmaterial für Absperrklappen sowie Dichtungsbuchsen und Keile für Stahlgussventile.
Edelstahl 316 – Eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff, Nickel und Chrom. Ein nichtmagnetischer Edelstahl mit höherer Duktilität als Edelstahl 400. Aufgrund seiner authetischen Struktur weist Edelstahl 316 eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Umgebungen auf, ist nicht anfällig für Spannungsrisskorrosion und wird durch Wärmebehandlung nicht beeinträchtigt. Am häufigsten wird er bei Ventilen für Spindel, Gehäuse und Kugel verwendet.
17-4 PH Edelstahl® – Ein martensitischer, ausscheidungshärtender Edelstahl mit hoher Festigkeit und Härte. 17-4 PH ist korrosionsbeständiger als alle Edelstähle der 400er-Serie und erreicht unter den meisten Bedingungen nahezu die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl der 300er-Serie. 17-4 PH wird hauptsächlich als Spindelmaterial für Absperrklappen und Kugelhähne verwendet.
Die Legierung 20Cb-3® weist einen höheren Nickel- und Chromgehalt als Edelstahl der 300er-Serie auf. Durch die Zugabe von Niob wird die Spannungsrisskorrosion gehemmt und die Beständigkeit gegenüber Schwefelsäure verbessert. Die Legierung 20 findet breite Anwendung in allen Phasen der chemischen Verarbeitung. Sie wird häufig für Innenabsperrklappen verwendet.
MONEL® ist eine Nickel-Kupfer-Legierung, die hauptsächlich als Innenauskleidung für Absperrklappen und Kugelhähne verwendet wird. Sie zählt zu den am häufigsten verwendeten Werkstoffen aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit gegenüber Meer- und Salzwasser. Monel ist zudem sehr beständig gegen starke Laugen.
STELLITE® – Eine Kobaltbasislegierung, eine der besten Allzweck-Hartauftragslegierungen. Sehr beständig gegen Hitze, Abrieb, Korrosion, Schlag, Fressen, Oxidation, Temperaturschock und Erosion. Stellite lässt sich hochglanzpolieren und wird für Ventilsitzringe aus Stahl verwendet. Die Beschichtung erfolgt üblicherweise im Plasma-Lichtbogen-Verfahren. Die Härte von Stellite wird durch Wärmebehandlung nicht beeinträchtigt.
HASTELLOY C® – Eine hochlegierte Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung mit hervorragender Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl chemischer Prozessumgebungen, einschließlich starker Oxidationsmittel wie Nasschlor, Chlorgas und Eisen(III)-chlorid. Hastelloy C ist zudem bei moderaten Temperaturen beständig gegen Salpetersäure, Salzsäure und Schwefelsäure.