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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.
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
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.
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.
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.