Geheimtipps gegen Ventilkorrosion

　　Metallventile können als kritische Komponenten in technischen Anlagen angesehen werden, die anfällig für Korrosion und Ausfall sind. In der Regel werden für Dichtflächen, Ventilstiele, Membranen und kleine Federn von Metallventilen hochwertige Materialien der ersten Klasse verwendet, während für den Ventilkörper und den Ventildeckel Materialien der zweiten oder dritten Klasse verwendet werden. Für Ventile, die in Hochdruck-, hochgiftigen, brennbaren, explosionsgefährdeten oder radioaktiven Medien eingesetzt werden, werden Materialien mit sehr geringer Korrosionsanfälligkeit verwendet.

　　Ventilkorrosion

　　Metallventile sind unter komplexen Betriebsbedingungen wie Luft oder Lösungen nicht nur ständig einer gleichmäßigen Korrosion der Metalloberfläche ausgesetzt, sondern auch an bestimmten Stellen sehr anfällig für Lochfraßkorrosion, Spaltkorrosion, interkristalline Korrosion, Schichtablösung, Spannungsrisskorrosion, Ermüdungskorrosion, selektive Korrosion, Verschleißkorrosion, Kavitationskorrosion, fretting Korrosion, Wasserstoffkorrosion und andere lokale Korrosionen.

　　Korrosionsschutzmaßnahmen für Metallventile

　　1. Auswahl korrosionsbeständiger Materialien entsprechend dem korrosiven Medium

　　In der Praxis ist die Korrosion von Medien sehr komplex. Selbst wenn in einem Medium die gleichen Ventilmaterialien verwendet werden, unterscheiden sich die Korrosionseigenschaften des Mediums je nach Konzentration, Temperatur und Druck. Bei einer Erhöhung der Mediumtemperatur um 10 °C erhöht sich die Korrosionsgeschwindigkeit um das 1- bis 3-fache. Die Konzentration des Mediums hat einen großen Einfluss auf die Korrosion von Ventilmaterialien. Beispielsweise ist die Korrosion von Blei in verdünnter Schwefelsäure gering, steigt aber stark an, wenn die Konzentration 96 % überschreitet. Bei Kohlenstoffstahl hingegen ist die Korrosion bei einer Schwefelsäurekonzentration von etwa 50 % am stärksten, nimmt aber bei einer Konzentration von über 6 % stark ab. Ähnlich verhält es sich mit Aluminium, das in konzentrierter Salpetersäure mit über 80 % Konzentration stark korrodiert, während die Korrosion in mittel- und niedrig konzentrierter Salpetersäure stärker ist. Obwohl Edelstahl eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber verdünnter Salpetersäure aufweist, verstärkt sich die Korrosion in konzentrierter Salpetersäure mit über 95 %. Anhand dieser Beispiele lässt sich erkennen, dass die richtige Auswahl von Ventilmaterialien von den jeweiligen Gegebenheiten abhängt. Es müssen verschiedene Einflussfaktoren auf die Korrosion analysiert und gemäß den einschlägigen Korrosionsschutzhandbüchern Materialien ausgewählt werden.

　　2. Verwendung von nichtmetallischen Materialien

　　Nichtmetallische Materialien zeichnen sich durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Solange die Betriebstemperatur und der Betriebsdruck des Ventils den Anforderungen des nichtmetallischen Materials entsprechen, können nicht nur Korrosionsprobleme gelöst, sondern auch wertvolle Metalle eingespart werden. Ventilkörper, Ventildeckel, Auskleidung und Dichtflächen werden häufig aus nichtmetallischen Materialien hergestellt, ebenso wie Dichtungen und Packungen. Die Verwendung von Kunststoffen wie PTFE und Chlorkautschuk sowie von Naturkautschuk, Chloroprenkautschuk und Nitrilkautschuk als Ventilauskleidung, während der Ventilkörper und der Ventildeckel aus Gusseisen oder Kohlenstoffstahl bestehen, erhöht die Ventilfestigkeit und schützt das Ventil vor Korrosion. Auch das Schlauchventil wurde aufgrund der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und der Dehnbarkeit von Gummi entwickelt. Es werden zunehmend Kunststoffe wie Nylon und PTFE sowie Naturkautschuk und synthetische Kautschuke für verschiedene Dichtflächen und Dichtungen in verschiedenen Ventilen verwendet. Diese nichtmetallischen Materialien für Dichtflächen zeichnen sich nicht nur durch eine gute Korrosionsbeständigkeit, sondern auch durch eine gute Dichtheit aus und eignen sich besonders für den Einsatz in Medien mit Partikeln. Natürlich sind ihre Festigkeit und Hitzebeständigkeit begrenzt, daher ist ihr Einsatzbereich eingeschränkt. Das Aufkommen von flexiblem Graphit hat es ermöglicht, dass Nichtmetalle in den Hochtemperaturbereich vordringen und schwer zu lösende Leckageprobleme bei Packungen und Dichtungen gelöst werden. Darüber hinaus ist es ein sehr gutes Hochtemperatur-Schmiermittel.

　　3. Oberflächenbehandlung von Metallen

　　Ventilverbindungen: Für Ventilverbindungsschrauben werden häufig Verfahren wie Verzinken, Verchromen und Oxidieren (Brünieren) angewendet, um die Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und Medienkorrosion zu verbessern. Für andere Befestigungselemente werden neben den oben genannten Verfahren je nach Bedarf auch Oberflächenbehandlungen wie Phosphatieren angewendet.

　　Dichtflächen und kleine Absperrteile werden häufig mit Nitrieren, Borieren usw. behandelt, um ihre Korrosions- und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Bei Ventilscheiben aus 38CrMoAlA beträgt die Nitrierschichtdicke ≥ 0,4 mm.

　　Für den Korrosionsschutz von Ventilstielen werden häufig Oberflächenbehandlungsverfahren wie Nitrieren, Borieren, Verchromen und Vernickeln verwendet, um ihre Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Verschiedene Oberflächenbehandlungen sollten für verschiedene Ventilstielmaterialien und Arbeitsumgebungen geeignet sein. Für Ventilstiele, die in Kontakt mit Luft, Wasserdampf und Asbestdichtungen stehen, können Hartverchromung und Gasnitrierung verwendet werden (Edelstahl sollte nicht mit Ionen-Nitrierung behandelt werden). In einer Schwefelwasserstoffatmosphäre bietet eine galvanische Beschichtung mit hochphosphorhaltigem Nickel einen guten Schutz. 38CrMoAlA kann auch durch Ionen- und Gasnitrierung korrosionsbeständig gemacht werden, sollte aber nicht hartverchromt werden. 20Cr13 ist nach dem Anlassen beständig gegen Ammoniakkorrosion. Auch gasnitrierter Kohlenstoffstahl ist beständig gegen Ammoniakkorrosion, während alle Phosphor-Nickel-Beschichtungen nicht beständig gegen Ammoniak sind. Gasnitriertes 38CrMoAlA weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und umfassende Eigenschaften auf und wird häufig für die Herstellung von Ventilstielen verwendet.

　　Auch kleine Ventilkörper und Handräder werden häufig verchromt, um ihre Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und das Ventil zu dekorieren.

　　4. Thermisches Spritzen

　　Das thermische Spritzen ist ein Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen und hat sich zu einer neuen Technologie für den Oberflächenschutz von Materialien entwickelt. Dabei wird eine hochenergetische Wärmequelle (Gasflamme, Lichtbogen, Plasmalichtbogen, elektrische Heizung, Gasexplosion usw.) verwendet, um metallische oder nichtmetallische Materialien zu erhitzen und zu schmelzen, die dann in zerstäubter Form auf die vorbehandelte Oberfläche aufgebracht werden, um eine Spritzschicht zu bilden, oder gleichzeitig die Grundfläche erhitzt wird, so dass die Beschichtung auf der Grundfläche erneut schmilzt und eine aufgeschweißte Schicht bildet, die als oberflächenverstärkendes Verfahren dient. Die meisten Metalle und Legierungen, Metalloxidkeramiken, Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe und harte Metallverbindungen können mit einer oder mehreren thermischen Spritzmethoden auf metallischen oder nichtmetallischen Substraten beschichtet werden.

　　Das thermische Spritzen kann die Oberflächenbeständigkeit gegen Korrosion, Abrieb und hohe Temperaturen verbessern und die Lebensdauer verlängern. Spezielle Funktionsbeschichtungen durch thermisches Spritzen weisen spezielle Eigenschaften wie Wärmeisolierung, Isolierung (oder Fremdspannung), schleifbare Abdichtung, Selbstschmierung, Wärmestrahlung und elektromagnetische Abschirmung auf. Mit dem thermischen Spritzen können Bauteile repariert werden.

　　5. Spritzbeschichtung

　　Anstrich ist eine weit verbreitete Methode zum Korrosionsschutz und dient bei Ventilen zusätzlich als Korrosionsschutzmittel und Kennzeichnung. Anstrich gehört zu den nichtmetallischen Werkstoffen und besteht in der Regel aus Kunstharzen, Gummilatex, Pflanzenölen, Lösungsmitteln usw., die auf die Metalloberfläche aufgetragen werden, um das Medium und die Atmosphäre zu isolieren und so Korrosion zu verhindern. Anstriche werden hauptsächlich in Umgebungen mit geringer Korrosion wie Wasser, Salzwasser, Meerwasser und Atmosphäre eingesetzt. Der Ventilkörper wird üblicherweise mit Korrosionsschutzlack gestrichen, um Korrosion durch Wasser, Luft usw. zu verhindern. Die Farbe des Lackes enthält verschiedene Farben, um das verwendete Material anzuzeigen. Ventile werden in der Regel halbjährlich bis jährlich gestrichen.

　　6. Zusatz von Korrosionsinhibitoren

　　Der Wirkmechanismus von Korrosionsinhibitoren besteht darin, die Polarisation der Batterie zu fördern. Korrosionsinhibitoren werden hauptsächlich an den Stellen von Medien und Füllstoffen verwendet. Durch die Zugabe von Korrosionsinhibitoren zum Medium kann die Korrosion von Geräten und Ventilen verlangsamt werden. Beispielsweise ist rostfreier Chrom-Nickel-Stahl in schwefelsaurer Lösung ohne Sauerstoff in einem großen Löslichkeitsbereich in einem passivierten Zustand und korrodiert stark. Durch die Zugabe einer kleinen Menge Kupfersulfat oder Salpetersäure als Oxidationsmittel kann der Edelstahl jedoch in einen passivierten Zustand überführt werden, wobei sich auf der Oberfläche eine Schutzschicht bildet, die das Eindringen des Mediums verhindert. In Salzsäure kann die Korrosion von Titan durch die Zugabe einer kleinen Menge Oxidationsmittel reduziert werden. Bei der Druckprüfung von Ventilen wird häufig Wasser als Druckmedium verwendet, was leicht zu Korrosion der Ventile führen kann. Durch die Zugabe einer kleinen Menge Natriumnitrit zum Wasser kann die Korrosion der Ventile durch Wasser verhindert werden. Asbestdichtungen enthalten Chloride, die die Ventilwelle stark korrodieren. Durch Waschen mit destilliertem Wasser kann der Chloridgehalt reduziert werden. Dieses Verfahren ist jedoch in der Praxis sehr schwierig und kann nicht allgemein angewendet werden, es sei denn, es besteht eine besondere Notwendigkeit.

　　Zum Schutz des Ventilschaftes und zur Verhinderung der Korrosion der Asbestdichtung werden auf die Asbestdichtung und den Ventilschaft Korrosionsinhibitoren und Opfermetalle aufgetragen. Korrosionsinhibitoren wie Natriumnitrit und Natriumchromat bilden eine Passivschicht auf der Oberfläche des Ventilschaftes und verbessern die Korrosionsbeständigkeit. Lösungsmittel lösen die Korrosionsinhibitoren langsam auf und wirken schmierend. Durch die Zugabe von Zinkpulver als Opfermetall zum Asbest wird das Chlorid im Asbest zuerst mit dem Zink verbunden, wodurch die Kontaktmöglichkeit des Chlorids mit dem Ventilmetall erheblich reduziert und so der Korrosionsschutz erreicht wird. Wenn dem Anstrich Menninge, Bleiglätte usw. als Korrosionsinhibitoren zugesetzt werden, kann durch Aufsprühen auf die Ventiloberfläche die Korrosion durch die Atmosphäre verhindert werden.

　　7. Elektrochemischer Schutz

　　Der elektrochemische Schutz umfasst den anodischen Schutz und den kathodischen Schutz. Wenn beispielsweise Eisen mit Zink geschützt wird, wird das Zink korrodiert und als Opfermetall bezeichnet. In der Praxis wird der anodische Schutz seltener eingesetzt als der kathodische Schutz. Bei großen und wichtigen Ventilen wird diese kathodische Schutzmethode angewendet, die eine wirtschaftliche, einfache und wirksame Methode ist. Die Zugabe von Zink zu Asbestdichtungen zum Schutz des Ventilschaftes gehört ebenfalls zur kathodischen Schutzmethode. 8. Kontrolle der Korrosionsumgebung

　　Die Umgebung wird im weiteren und engeren Sinne verstanden. Die Umgebung im weiteren Sinne bezieht sich auf die Umgebung um die Ventilmontage herum und das darin zirkulierende Medium; die Umgebung im engeren Sinne bezieht sich auf die Bedingungen um die Ventilmontage herum. Die meisten Umgebungen können nicht kontrolliert werden, und der Produktionsprozess kann nicht beliebig verändert werden. Nur wenn keine Schäden an Produkten, Prozessen usw. entstehen, kann die Umgebungskontrolle angewendet werden, z. B. Entlüftung von Kesselwasser, pH-Wert-Regulierung durch Zugabe von Alkali in Raffinerieprozessen. Aus diesem Blickwinkel gehören auch die oben genannten Zusätze von Korrosionsinhibitoren und der elektrochemische Schutz zur Kontrolle der Korrosionsumgebung.

　　Die Atmosphäre ist mit Staub, Wasserdampf und Rauch gefüllt, insbesondere in der Produktionsumgebung, z. B. Rauchgase, giftige Gase und Feinstaub, die von Geräten abgegeben werden, können Ventile unterschiedlich stark korrodieren. Das Bedienungspersonal sollte gemäß den Vorschriften der Betriebsverfahren die Ventile regelmäßig reinigen, ausblasen und schmieren. Dies ist eine wirksame Maßnahme zur Kontrolle der Umgebungskorrosion. Der Einbau von Schutzkappen für Ventilstifte, die Einrichtung von Schächten für Bodenventile und das Aufsprühen von Lack auf die Ventiloberfläche sind Maßnahmen zum Schutz der Ventile vor korrosiven Substanzen. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur und Luftverschmutzung, insbesondere bei Geräten und Ventilen in geschlossenen Umgebungen, beschleunigen die Korrosion. Es sollten möglichst offene Werkstätten verwendet oder Belüftungs- und Kühlmaßnahmen ergriffen werden, um die Umgebungskorrosion zu verlangsamen.

　　9. Verbesserung der Verarbeitungstechnologie und der Ventilstruktur

　　Der Korrosionsschutz von Ventilen wird bereits in der Konstruktion berücksichtigt. Ein Ventilprodukt mit einer vernünftigen Konstruktion und korrekten Verfahren trägt zweifellos dazu bei, die Korrosion von Ventilen zu verlangsamen.

　　Daher sollten die Konstruktions- und Fertigungsabteilungen Bauteile mit unvernünftiger Konstruktion und fehlerhaften Verfahren, die leicht zu Korrosion führen, verbessern, damit sie den Anforderungen verschiedener Betriebsbedingungen entsprechen. Für verschiedene Korrosionstypen von Ventilbauteilen hat der Autor einen Trick: Um interkristalline Korrosion bei austenitischen Edelstahlventilen zu verhindern, gibt es folgende Methoden: Durchführung einer "Ausscheidungshärtung", d. h. Erhitzen auf ca. 1100 °C und Abschrecken in Wasser, Verwendung von austenitischem Edelstahl mit Titan und Niob und einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03 %, um die Bildung von Chromkarbid zu reduzieren.

　　Spannungsrisskorrosion tritt auf, wenn Korrosion und Zugspannung gleichzeitig wirken und zu einem Bruch führen. Methoden zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion: Beseitigung oder Reduzierung von Spannungen durch Wärmebehandlung, die durch Schweißen und Kaltbearbeitung entstehen, Verbesserung unvernünftiger Ventilstrukturen, Vermeidung von Spannungskonzentrationen, Anwendung von elektrochemischem Schutz, Aufsprühen von Korrosionsschutzlacken, Zugabe von Korrosionsinhibitoren, Anlegen von Druckspannungen usw.

　　Abrasionskorrosion ist eine Korrosionsform, die durch abwechselnde Wirkung von Flüssigkeitsabrieb und Korrosion entsteht und häufig bei Ventilen auftritt. Diese Korrosion tritt häufig an den Dichtflächen auf. Vermeidungsmethoden: Verwendung korrosions- und abriebfester Materialien, Verbesserung der Konstruktion, Anwendung von kathodischem Schutz usw.

　　Fretting-Korrosion ist eine Schädigung, die durch die gleichzeitige Belastung zweier in Kontakt stehender Bauteile entsteht, wobei die Kontaktfläche durch Vibrationen und Gleiten zerstört wird. Fretting-Korrosion tritt an Stellen wie Schraubenverbindungen, Verbindungen zwischen Ventilschaft und Verschlussteil, zwischen Wälzlagern und Wellen auf. Es können Schmierfette verwendet werden, um die Reibung zu reduzieren, die Oberfläche zu phosphatieren, Hartmetalle zu verwenden und die Oberfläche durch Spritzbeschichtung oder Kaltbearbeitung zu härten. Nach dem Schweißen sollten entsprechende Schutzmaßnahmen wie Glühen angewendet werden. Verbesserung der Oberflächenrauheit des Ventilschaftes und anderer Ventilbauteile. Je höher die Oberflächenrauheitsklasse, desto stärker die Korrosionsbeständigkeit. Verbesserung der Verarbeitungstechnologie und Struktur von Packungen und Dichtungen, Verwendung von flexiblen Graphit- und Kunststoffdichtungen sowie flexiblen Graphit-Klebedichtungen und Dichtungen mit PTFE-Ummantelung können die Dichtleistung verbessern und die Korrosion der Ventilwelle und der Flanschdichtflächen reduzieren.