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Ausgewählte Ausgabe: 11-12-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Sichere Werkstoffauswahl

Anlagenkomponenten aus nichtrostendem Stahl sind durch eine Passivschicht auf der Oberfläche vor Korrosion geschützt. Ist diese unvollständig ausgebildet oder beschädigt, geht der Schutz verloren. Hohe Investitionen für Reparaturen und Instandhaltung können die Folge sein. TÜV Süd Chemie Service beteiligte sich an der Prüfung eines von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelten Verfahrens zur Charakterisierung der Korrosionsbeständigkeit der Passivschicht. Der KorroPad-Schnelltest liefert in nur 15 Minuten ein valides Prüfergebnis (Bild 1).


Die schützende Passivschicht auf Oberflächen nichtrostender Stähle nimmt entscheidenden Einfluss auf die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit einer Produktionsanlage. Bedingt durch fehlerhafte oder ungünstige Bedingungen bei Herstellung, Bearbeitung, Transport oder Lagerung kann der Oberflächenschutz unvollständig oder beschädigt sein. Mit bloßem Auge ist aber nicht zu erkennen, an welchen Stellen die Passivierung nicht durchgängig ist. Hinzu kommt, dass nichtrostende Stähle extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein können. In Anlagen der chemischen Industrie beispielsweise haben die Stahloberflächen von Rohrsystemen und Behältern direkten Kontakt mit Säuren, korrosiven Gasen oder anderen aggressiven Medien. Ist die Passivschicht defekt, können hier besonders schnell Schadensereignisse durch Korrosion eintreten.

Bild 1 Funktionsweise der KorroPad-Prüfung: Anzeige einer Fehlstelle in der Passivschicht.

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Funktionsweise der KorroPad-Prüfung: Anzeige einer Fehlstelle in der Passivschicht.


Optisch blank sehen die Werkstoffoberflächen zu Beginn eigentlich immer aus. Aber halten die Bauteile auch das, was die Optik und der Name des Werkstoffs versprechen? In der Praxis entscheiden viele Einflussfaktoren darüber: Wie wurden die Oberflächen bearbeitet? Wie die Schweißnähte nachbehandelt? Wurden Anlauffarben nach dem Schweißen vollständig entfernt? Sind die Legierungselemente gleichmäßig verteilt? TÜV Süd Chemie Service setzt für die sichere Werkstoffauswahl routinemäßig elektrochemische Messmethoden ein. Dazu gehört beispielsweise die Ermittlung des Lochkorrosionspotenzials durch Aufnahme von Stromdichte-Potenzial-Kurven in Labormesszellen oder an lokalen Stellen von Bauteilen. Aufgrund dieser Erfahrung war es von besonderem Interesse, einen Vergleich zu ziehen zwischen den bisher üblichen elektrochemischen Messungen und der Prüfung mit dem hier gezeigten KorroPad-Verfahren. Ziel sollte sein, für die Anwender die Methode zu bewerten und bei Eignung eine einfache Vor-Ort-Methode bereitzustellen.

Schutzschild und Achillesferse zugleich

Der im Anlagenbau sehr häufig eingesetzte, nichtrostende austenitische Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl (Werkstoffnummern 1.4404/1.4401/1.4571) besteht zu etwa 70 % aus Eisen. Chrom ist für die Korrosionsbeständigkeit das wichtigste Legierungselement. Es bildet ab einem Legierungsgehalt von etwa 10,5 % auf der Stahloberfläche in Anwesenheit von Wasser und Sauerstoff eine dichte Chromoxidschicht. Diese Passivschicht ist aber nur wenige Atomlagen dünn, nicht sichtbar und empfindlich. Korrosionsgefahr besteht, wenn die Passivschicht noch nicht vollständig ausgebildet ist. Aber auch, wenn die Werkstoffoberfläche Imperfektionen aufweist, die der Ausbildung einer Passivschicht entgegenwirken. Bei Beschädigung kann sich die Passivschicht bei Zutritt von Sauerstoff und Feuchtigkeit neu ausbilden. Dauerhaften Schutz kann sie aber nur dann bieten, wenn die Voraussetzungen für eine Neubildung erfüllt sind. Wichtige Parameter für diesen Repassivierung genannten Prozess sind ausreichende Sauerstoffkonzentrationen, Feuchtigkeit sowie saubere und metallisch blanke Oberflächen.

Korrosionsgefahren einfach aufdecken

Bild 2 Korrosionsanzeigen und daraus abzuleitende Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen (%-Angaben betreffen den Anteil der Prüffläche mit Farbumschlag).

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Korrosionsanzeigen und daraus abzuleitende Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen (%-Angaben betreffen den Anteil der Prüffläche mit Farbumschlag).

Die Funktionsweise des KorroPad-Verfahrens ist verblüffend einfach: Ist die Passivschicht unvollständig, treten zweiwertige Eisenionen aus den Fehlstellen in der Schutzschicht heraus und gehen in Lösung. Wasser mit geringen Mengen an Natriumchlorid und ein Indikator für Eisenionen sind die Inhaltsstoffe der gelartigen KorroPads. Fehlt lokal die schützende Chromoxidschicht auf der Stahloberfläche, zeigt der in wässriger Lösung gelblich-transparente Indikator Kaliumhexacyanoferrat(III) bei Kontakt mit den Eisenionen einen spontanen Farbumschlag zu „Berliner Blau“. Als Anzeigen erscheinen gut sichtbare blaue Punkte in den hellgelben Pads (Bild 2). An diesen Stellen ist die schützende Passivschicht auf der Stahloberfläche nicht vorhanden beziehungsweise konnte sich nicht ausbilden.

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Autoren

Dr. Helga Leonhard

Prüfingenieurin Materials Engineering & Testing, TÜV Süd Chemie Service GmbH

Kontakt:
TÜV Süd Chemie Service GmbH
Industriepark Höchst, Gebäude B 598
65926 Frankfurt am Main
www.tuev-sued.de/chemieservice

Dipl.-Ing. (FH) Jens Lehmann

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Unter den Eichen 87
12205 Berlin
www.bam.de

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