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Flecken aus dem Nichts
(2007)
Flecken aus dem Nichts
(2007)
Die Bedingungen für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle, nicht nur bei Schweißverbindungen, sind:
1) Die Passivschicht muss sich vollständig ausbilden können.
Voraussetzung dafür sind glatte, blanke, saubere Oberfläche, eine gleichmäßige Elementverteilung, wenig Ausscheidungen und Verunreinigungen. Eine mögliche Beeinflussung der Gefügeausbildung durch Warmumformung und durch die
schweißtechnische Verarbeitung sind zu beachten. Anlauffarben
müssen durch geeignete geeignete chemische bzw. mechanische Nachbehandlung entfernt werden.
2) Die Repassivierung von Defektstellen unter Einsatzbedingungen muss möglich sein, was durch geeignete Werkstoffauswahl und die Legierungszusammensetzung sicherzustellen ist. Unplanmäßige Betriebszustände oder Störungen können kritische Systemzustände hervorrufen, die die Repassivierung beeinträchtigen oder verhindern.
Eine geeignete Unterhaltsreinigung ist sicherzustellen.
Für den schadensfreien Einsatz passiver, metallischer Werkstoffe muss sich die Passivschicht vollständig ausbilden können und die Repassivierung von Defektstellen unter den Einsatzbedingungen muss möglich sein. Dabei müssen folgende Randbedingungen beachtet werden:
- glatte, blanke, saubere Oberfläche
- Grenzen der Beständigkeit bzgl. pH-Wert und Potential
- Elementverteilung, Ausscheidungen, Verformungen
- chemische Nachbehandlung bzw. Konditionierung
- geeignete Werkstoffauswahl bzw. Legierungszusammensetzung
- unplanmäßige Betriebszustände und Störungen
- Ausbildung von Bimetallelementen
LED Scheinwerfer finden in öffentlichen Bädern zunehmende Verbreitung. Im Unterwasserbereich sprechen Energieeffizienz und insbesondere die Langlebigkeit der LED-Strahler für einen Einsatz, da ein Wechsel der Leuchtmittel mitunter einen erheblichen Aufwand bedeutet. Allerdings wird die erwartete Lebensdauer der Leuchtmittel bei Unterwasserscheinwerfern in der Praxis bisher häufig nicht erreicht. Verantwortlich dafür sind unterschiedliche Ursachen, u.a. auch Korrosionserscheinungen an den Leuchten.
In diesem Vortrag werden Ergebnisse des gleichnamigen AiF Forschungsvorhabens gezeigt, die einen deutlichen Einfluss verschiedener Schleifmittel auf die Korrosionsbeständigkeit von damit geschliffenen nichtrostender Stahloberflächen belegen. Es konnten ein signifikanter Einfluss durch die Verwendung von Granulatschleifbändern festgestellt werden, der die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen drastisch reduziert. Grund sind auf der Oberfläche zurückbleibende Materialaufplattungen von Eigenmaterial aus dem Schleifprozess. Es wurden unterschiedliche Korrosionsuntersuchungen durchgeführt und mittels Oberflächenanalytik untermauert.
Anlauffarben, die beim Schweißprozess entehen machen den nichtrostenden Stahl korrosionsanfällig und müssen entfernt werden. Dafür haben sich in der Praxis unterschiedliche Methoden etabliert. Im Vortrag werden verschiedene Nachbehandlungsverfahren verglichen. Die erreichte Korrosionsbeständigkeit wird mit verschiedenen Methoden bestimmt und die Ergebnisse gegenübergestellt.
Bedingung für den schadensfreien Einsatz nichtrostender Stähle ist die vollständige Ausbildung der Passivschicht. Voraussetzung dafür sind glatte, blanke, saubere Oberfläche, eine gleichmäßige Elementverteilung, wenig Ausscheidungen und Verunreinigungen. Eine mögliche Beeinflussung der Gefügeausbildung durch Warmumformung und durch die schweißtechnische Verarbeitung sind zu beachten. Anlauffarben müssen durch geeignete geeignete chemische bzw. mechanische Nachbehandlung entfernt werden. Eine ausreichende Nachbehandlung kann durch elektrochemische Prüfverfahren ebenso sichergestellt werden wie mittels der KorroPad-Prüfmethode. Letzte ist einfach und schnell in der Anwendung und ermöglicht es dem Verarbeiter, die Geeignetheit einer Nachbehandlung zu überprüfen.
Es werden die Ergebnisse eines mehrjährigen Forschungsvorhabens der BAM in Zusammenarbeit mit Straßenbauverwaltungen der Länder und Industriebeteiligten zur betriebstechnischen Ausrüstung von Straßentunneln präsentiert. Schwerpunkte waren die Bestimmung der Korrosivität der Atmosphäre von 3 ausgewählten Straßentunneln, die Analyse korrosionsrelevanter Ablagerungen und von Klimadaten. Die Auswirkungen dieser Einflussgrößen auf die Dauerhaftigkeit von Konstruktionen aus nichtrostenden Stählen wurde ermittelt und in Abhängigkeit verschiedener Einflussparameter dargestellt. Die Ergebnisse der systematischen Untersuchungen an Prüfköpern decken sich mit Beobachtungen an realen Bauteilen. Spaltbehaftete Konstruktionen aus Werkstoffen der CRC III führen demnach in Zeiträumen zwischen 10 und 15 Jahren zu Korrosionserscheinungen, welche die technische Sicherheit beeinträchtigen können und die erwartete Dauerhaftigkeit nicht erfüllen. Die Folge sind zusätzliche Sperrungen und ein vorzeitig notwendiger Unterhaltsaufwand, die erhebliche Kosten verursachen. Im Ergebnis ist eine Überarbeitung des aktuellen Regelwerkes erforderlich, um die angestrebte Dauerhaftigkeit von 30 Jahren zu gewährleisten.
Korrosionsprüfung
(2024)
Der Vortrag gibt einen Überblick über gängige Korrosionsversuche. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Prüf- und Untersuchungsverfahren, deren jeweilige Zielstellung, Aussagefähigkeit und Grenzen werden aufgezeigt. Es werden ausgewählte Auslagerungsversuche, Kammerprüfungen sowie elektrochemische Messmethoden zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit vorgestellt. Anhand praktischer Beispiele werden ausgewählte Ergebnisse der einzelner Methoden vorgestellt und diskutiert.
Anhand der Wirksumme ist eine Abschätzung des legierungsabhängigen Einflusses auf den Korrosionswiderstand gegen chloridhaltige Medien möglich. Die berechneten Werte sind nur bei optimaler Wärmebehandlung und Verarbeitung zutreffend.
Die Anwendung einer einfachen Formel unter Berücksichtigung von Chrom, Molybdän und Stickstoff ist in der Regel völlig ausreichend. Das daraus abgeleitete Ranking von Werkstoffen ist für diverse technische Regelwerke und zur Unterstützung der Werkstoffauswahl geeignet.
Für die Warenein-/Ausgangskontrolle ist die alleinige Feststellung der Wirksumme unzureichend. Ergänzende Korrosionsuntersuchungen/-prüfungen zur Beschreibung des Korrosionswiderstandes sind dafür notwendig. Gleiches gilt für die Beurteilung von Schadensfällen. Hier sind Verarbeitung, Einsatzbedingungen und die Konstruktion von ausschlaggebender Bedeutung.
Umfangreiche Untersuchungen im Vorhaben "Passivschichtstabilität" (IGF-Nr.: 15554N) haben gezeigt, dass werkstoffseitig ein breites Spektrum an produktionsseitigen Fehlern und Un-gänzen für unerwartete Korrosionserscheinungen an nichtrostenden Stählen ursächlich ist. Dazu gehören chemische Inhomogenitäten (Ausscheidungen, Aufkohlung), geometrische Oberflächenfehler (Hinterschnitte, Walzfehler) und die Ablagerung von Fremdstoffen aus dem Herstellungsprozess. Im Bereich derartiger Ungänzen wird die Passivschichtausbildung verhindert bzw. erschwert. Damit ist die erwartete Korrosionsbeständigkeit der Werkstoffe selbst bei geringer Korrosivität der Umgebung nicht sichergestellt, so dass ein örtlicher Korrosionsangriff auftritt. Werden solche Materialien weiterverarbeitet, kommt es in der Folge zu Schadensfällen und Rechtsstreitigkeiten. Die Schadenssummen liegen in Größen-ordnungen um 10.000 € bis hin zu mehren hunderttausend Euro. Da Stabmaterial auch als Vormaterial für die Herstellung von Befestigungsmitteln wie Dübeln und Ankern zum Einsatz kommt, sind auch sicherheitsrelevante Probleme nicht ausgeschlossen. Die zugrunde-liegenden Werkstoff- und Oberflächenfehler sind bei der Inaugenscheinnahme auch mit umfangreichen Erfahrungen nicht zu erkennen, da diese mikroskopisch klein bzw. durch das Schliffbild überdeckt sind. Erst durch metallographische Untersuchungen lassen sich die Fehler eindeutig belegen. Es fehlt deshalb ein Nachweisverfahren, mit dem die Verarbeiter Oberflächen mit erhöhter Korrosionsneigung identifizieren können, um sich vor wirtschaftlichen Folgeschäden zu schützen. Als interessanter Ansatz bzgl. der relevanten Zielgruppen hat sich eine Indikatorlösung mit Zusatz eines Aktivators erwiesen, welche durch ein Bindemittel in einen gelartigen Zustand gebracht wird. Erste Tastversuche an gezielt hergestellten korrosionsempfindlichen Oberflächen, sowie einem fehlerhaften Werkstoffzustand aus der Praxis konnten mittels dieses Tests identifiziert werden.
Nichtrostende Stähle gewinnen durch ihre Vielseitigkeit bei Bau, Sanierung und Einrichtung von Schwimmbädern seit einigen Jahren zunehmende Bedeutung. Neben der hohen Korrosionsbeständigkeit vermitteln die überlegenen hygienischen Eigenschaften sowie der geringe Inspektions- und Instandhaltungsaufwand ein beständiges Gefühl von Dauerhaftigkeit und Sicherheit. Voraussetzung dafür ist die richtige Wahl von Werkstoffsorte, Oberfläche, Bauweise und Reinigungstechnik.
Es ist mittlerweile eine zunehmend bekannte Tatsache, dass „nichtrostende“ Stähle trotz ihres Namens rosten können. Werden die spezifischen Besonderheiten und Anforderungen, die sich beim Einsatz nichtrostender Stähle ergeben, aus Unkenntnis oder Nachlässigkeit nicht beachtet, kann dies zu unerwarteten Korrosionserscheinungen und auch zum funktionalen Versagen von Konstruktionen führen. Im Folgenden wird dargestellt, dass nichtrostende Stähle nur dann korrosionsbeständig bleiben, wenn auch Reinigung und Pflege der Oberflächen mehr Beachtung finden. Bereits in der Planungsphase, spätestens aber bei der Ausführung muss klar sein, wie mit den Oberflächen urngegangen werden soll, um ihre positiven Eigenschaften zu erhalten. Nicht zuletzt müssen auch die Betreiber und Nutzer wissen, dass nichtrostende Stähle in vielen Bereichen erheblichen Pflege- und Erhaltungsbedarf haben.
Bei Einsatz und Verarbeitung nichtrostender Stähle ist die Ausbildung der Passivschicht eine der Kernfragen. Dabei stehen die Fragen, wann sich die Passivschicht ausreichend schützend ausgebildet hat ebenso im Raum, wie die Frage, wodurch sich die Passivschichtausbildung in einem Verarbeitungsprozess positiv beeinflussen lässt. Bislang übliche und bekannte Methoden (z.B. Salzsprühnebelprüfung, elektrochemische Prüfungen) können diese Fragen beantworten, stellen jedoch gerade für kleine und mittelständische Unternehmen eine nicht unerhebliche finanzielle Hürde dar, da für die Durchführung und Bewertung neben der Geräteausstattung entsprechende Spezialisten benötigt werden. Zudem sind diese Prüfungen zerstörend und dauern meist mehrere Stunden bis Tage. Für den Großteil der Anwender und Verarbeiter nichtrostender Stähle sind diese Randbedingungen unbefriedigend und eine Prüfung unter praktischen Gesichtspunkten damit nicht realisierbar. So wird in diesem Bereich vielfach auf betriebsinterne Erfahrungen und das riskante Prinzip Hoffnung gesetzt.
Für Anwender nichtrostender Stähle wird im neu überarbeiteten Merkbaltt 833 eine Planungshilfe für Anwendungen nichtrostender Stähle in Erdböden gegeben. Hinweise und Empfehlungen zur Werkstoffauswahl sowie allgemeine Hinweise zum Einsatz nichtrostender Stähle und auch Anwendungsbeispiele sind im neu überarbeitetn Merkblatt enthalten.
In addition to constructional requirements in civil engineering stainless steels often have to fulfil high visual demands. Unexpected impairments of the visual appearance of stainless steels under low corrosive conditions are a widespread problem today. Frequently it is supposed that this is caused by changes in the alloy composition, worse environmental conditions or improper handling. Within a research project the systematic investigation of several cases of damaged stainless steel bars has shown that the reasons are based on well-known material defects like chemical inhomogeneities (e.g. precipitations or local carburization) or geometrical defects (e.g. undercuts, rolling defects or shell formation). Thus, the failures could be clearly identified as production failures of the respective semi-finished products.
Die Rohstoffpreise sind seit einigen Jahren starken Schwankungen unterworfen und weisen insgesamt eine steigende Tendenz auf. Dies kommt gerade bei den weit ver-breiteten Standardausteniten durch äußerst volatile Legierungszuschläge zum Ausdruck, für die in erster Linie das Legierungselement Nickel (Ni) entscheidend ist. Die-ser Umstand führt bei immer mehr Verarbeitern von Edelstahl Rostfrei in Deutschland zur Suche nach alternativen Edelstahlgüten, um die Wettbewerbsfähigkeit auch zukünftig sicherzustellen.
Befleckter Glanz
(2007)
Bei der Beschreibung und Erläuterung der Regelungen der am 20. April 2009 herausgegebenen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z-30.3-6 werden die weitreichenden Änderungen und Erweiterungen gegenüber der früheren Ausgabe dargestellt und erklärt und es wird ein Vergleich dieser Zulassung mit den aktuellen europäischen Regelungen durchgeführt. Dieser Vergleich verdeutlicht zum einen die Berücksichtigung der Belange der Praxis in der Zulassung und zeigt zum anderen, dass die in Rede stehenden europäischen Normen vom Inhalt her nicht ausreichen, um das hohe Qualitätsniveau zu erreichen, das von der Zulassung gewährleistet wird. Diese europäischen Normen sind zudem teilweise noch nicht bauaufsichtlich eingeführt. Ziel der künftigen Normungsaktivitäten muss es sein, im Rahmen der Überprüfung und Überarbeitung der europäischen Normen die in Deutschland mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung von nichtrostenden Stählen seit nunmehr 35 Jahren gesammelten Erfahrungen einzubringen, sodass dann diese allgemeine bauaufsichtliche Zulassung nicht mehr erforderlich ist.
Die Erzeugung geschliffener Oberflächen bei hochlegierten Chrom-Nickel-Stählen aus dekorativen Gründen z. B. beim Einsatz im Bereich Innenarchitektur kann sich u. U. problematisch hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit auswirken. Bei den Untersuchungen zum Einfluss der Verfahrensparameter beim industriellen Schleifen zur Erzeugung eines bestimmten optischen Erscheinungsbildes stellte sich heraus, dass die Rauheit allein kein Maß für die zu erwartende Korrosionsbeständigkeit darstellt. Die Variation verschiedener Schleifparameter, aber auch die Art des Schleifmittels können einen erheblichen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit ausüben. Neben den Ergebnissen verschiedener Auslagerungsversuche werden elektrochemische Untersuchungen an den geschliffenen Oberflächen vorgestellt. Dabei konnte mittels elektrochemischer Rauschmessungen die unterschiedliche Korrosionsneigung der Oberflächen nachgewiesen werden.
Translated Abstract
The influence of grinding treatment of stainless steels on the corrosion behaviour
Mechanical grinding of stainless steels is often used for decoration purposes, for instance in the interior decoration. However, this treatment can cause problems regarding the corrosion resistance. During investigations of the influences of processing parameters of industrial grinding it was shown, that roughness only is not the expected crucial parameter for the corrosion resistance. The variation of different grinding parameters and also the type of abrasives have a substantial influence. Beside the long term tests electrochemical investigation at the ground surfaces are presented. The different corrosion susceptibility of the surfaces could be proven by means of electrochemical noise measurements.
The second part of this paper looks continues the comparative investigation of lean duplex stainless steels, manganese alloyed austenitic and duplex stainless steels and ferritic stainless steels. These new materials were investigated in many different test procedures and in different conditions focused on the application in civil engineering and common use. In addition to electrochemical investigations, all materials were exposed to atmospheric conditions in different surface states. In Part 2, Prof. Gümpel and his team examine the effects of coastal and urban atmospheres on the samples, and presents their final conclusions.
Rising prices of nickel and molybdenum in the recent past years have led to unprecedented interest in substituting leaner-content alloys for standard 300-series austenitic stainless steels in many applications. Due to the price volatility of various alloying elements, many new materials have entered the market, yet no direct comparison of corrosion resistance of these new materials exists. In this project, comparative investigations were carried out and in each case one or several representatives of a material group were taken into account. The material groups covered were: lean duplex stainless steels, manganese alloyed austenitic and duplex stainless steels and ferritic stainless steels. In addition to electrochemical investigations, all materials were exposed to various atmospheric conditions in different surface states.
Forschungsprojekt zum Korrosionsverhalten von Edelstählen - BAM und VSM mit neuen Erkenntnissen
(2019)
Wie kann man verhindern, dass Edelstahl korrodiert? Und welchen Einfluss haben Kornarten und Körnungen von Schleifmitteln auf das Korrosionsverhalten? Diesen Fragen ist die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit Unterstützung der VSM AG zwei Jahre lang auf den Grund gegangen. Heute wurden im VSM Technical Center am Hauptsitz von VSM in Hannover die Ergebnisse vorgestellt. Die zentralen Erkenntnisse: Kornarten und Zusätze im Schleifmittel haben keinen Einfluss auf die Korrosion. Aber: Je feiner die Oberfläche geschliffen ist, desto besser ist der Korrosionsschutz. Dabei ist das Einhalten der Schleiffolge besonders wichtig.
Mit Hilfe des KorroPad-Prüfverfahrens konnten verschiedene umgebungs- sowie prozessbedingte Einflüsse in Parameterstudien gezielt untersucht werden. So konnte der negative Einfluss von korundbasierten Schleifmitteln auf die Passivschichtausbildung nachgewiesen werden. Weiterhin konnte mittels KorroPad die Wirksamkeit verschiedener Oberflächenbearbeitungsverfahren bei der Schweißnahtnachbearbeitung untersucht und daraus Erkenntnisse für die Prozessoptimierung gewonnen werden. In den hier gezeigten Untersuchungen hat sich das KorroPad-Prüfverfahren für die Beschreibung der Passivschichtstabilität als hervorragend geeignet erwiesen.
Durch eine breite Beteiligung von Schleifmittelherstellern, -anwendern und wissenschaftlichen Einrichtungen im projektbegleitenden Ausschuss (PA) konnte der vielschichtige Themenkomplex „Schleifen“ im Kontext zu den Projektzielen umfassend untersucht werden. Es wurden praxisrelevante Parameterfelder definiert, die eine erfolgreiche Aufklärung der Projektfragestellung ermöglichten.
Im Zuge der Untersuchungen wurde ein signifikanter Einfluss beim Einsatz von Granulatschleifbändern auf das Korrosionsverhalten geschliffener Oberflächen festgestellt. Damit zeigten geschliffene Oberflächen regelmäßig eine schlechtere Korrosionsbeständigkeit als Oberflächen, die mit sonst gleichen Parametern mit einlagig gestreuten Bändern bearbeitet wurden.
Die durch einige Untersuchungsergebnisse aus vorangegangenen AiF-Vorhaben ursprünglich verfolgte These, dass Unterschiede in der Korrosionsbeständigkeit auf die Kornart der Schleifmittel Korund bzw. SiC zurückzuführen ist, konnte nur bedingt bestätigt werden. Bei den systematischen Untersuchungen innerhalb dieses Projektes erwies sich der Einfluss der Kornart im Vergleich zum Einfluss des Schleifbandtyps (Granulat bzw. einlagig gestreutes Korn) als weniger relevant.
Durch weiterführende Untersuchungen konnten auf Oberflächen, die mit Granulatschleifbändern bearbeitet wurden, große Materialaufplattungen aus Eigenmaterial festgestellt werden. Das Eigenmaterial wird dabei im Schleifprozess zunächst abgetragen und aufgrund der Topografie des Schleifbandes zeitweise auf den Bändern festgehalten. Später lösen sich diese Materialanhäufungen vom Band ab und können prozessbedingt durch Wärme- und Krafteinwirkung auf den bearbeiteten Oberflächen aufgeplattet werden. Durch REM und KorroPad Untersuchungen ließen sich Bereiche mit solchen Eigenmaterialaufplattungen eindeutig als wesentliche Ausgangspunkte für Korrosionsprozesse identifizieren. Das aufgeplattete Material ist stark verformt, thermisch beeinflusst und bildet eine Spaltgeometrie zur Bauteiloberfläche aus. Diese Veränderungen führen zur Störung der Passivschichtausbildung in diesen Bereichen und verursachen damit eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit der Oberflächen.
Durch gezielte Nachbearbeitungsprozesse ist es möglich, die Eigenmaterialaufplattungen von den Oberflächen zu entfernen. Im Rahmen des Vorhabens wurde dazu eine Nachbearbeitung mittels Schleifvlies geprüft, die zu einer Entfernung der Eigenmaterialaufplattungen und damit zu einer Wiederherstellung der erwarteten Korrosionsbeständigkeit führte. Wird der Endschliff von Oberflächen mit einlagig gestreutem Korn ausgeführt, sind ebenfalls keine korrosionsrelevanten Materialaufplattungen zu erwarten.
Die in einem vorhergehenden AiF Vorhaben IGF 17136 N/1 entwickelte Methode der KorroPad-Prüfung konnte auch hier erfolgreich für die Untersuchung der Auswirkung unterschiedlicher Prozessparameter auf die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen eingesetzt werden. Zudem erwies sich das EPR-SL-Verfahren als ein weiterer Ansatz, um die Passivschichtstabilität verschieden geschliffener Oberflächen vergleichend untersuchen zu können.
Mit den nun vorliegenden Erkenntnissen können kmU künftig durch Anpassungen und Optimierung von Schleifprozessen eine gute Korrosionsbeständigkeit der bearbeiteten Oberflächen sicherstellen. Die Optimierung der Prozessparameter und -schritte kann durch den Einsatz der KorroPad-Prüfung Inhouse erfolgen und somit die laufende Fertigung im Rahmen der Qualitätsprüfung überwacht und dokumentiert werden.