Verständnis von Korrosion bei Edelstahl: Arten, Ursachen und Prävention

In vielen industriellen Anwendungen bietet Edelstahl hervorragende Korrosionsbeständigkeit – deshalb rostet Edelstahl nicht. Neben mechanischem Versagen ist eine ernste Form der Korrosion bei Edelstahl die lokale Korrosion. Diese durch lokale Korrosion verursachten Ausfälle machen fast die Hälfte aller Fälle aus. Tatsächlich lassen sich viele Ausfälle durch sinnvolle Werkstoffwahl vermeiden. Welche gängigen Korrosionstypen treten bei Edelstahl auf? Lernen wir die Korrosionsbeständigkeit verschiedener Edelstahlsorten kennen.

Arten der Edelstahlkorrosion

Spannungsrisskorrosion

Spannungsrisskorrosion ist ein Sammelbegriff für das Versagen beanspruchter Legierungen durch Rissausbreitung in korrosiven Umgebungen. Sie zeigt bruchhaftes Bruchverhalten, kann aber auch in zähen Werkstoffen auftreten. Notwendige Bedingungen sind das Vorhandensein von Zugspannung (Eigenspannung, Betriebs-spannung oder beides) und ein spezifisches korrosives Medium. Rissbildung und -ausbreitung verlaufen etwa senkrecht zur Zugspannungsrichtung. Der zur Spannungsrisskorrosion führende Spannungswert ist weit niedriger als der für den Bruch ohne korrosives Medium erforderliche. Mikroskopisch nennt man einen durch das Korn gehenden Riss transkristallinen Riss, einen entlang der Korngrenze gehenden interkristallinen Riss. Wenn der Spannungsriss eine kritische Tiefe erreicht, bricht das Werkstoff nach normalem Bruchverhalten (bei duktilen Werkstoffen meist durch Mikrodefektkoaleszenz). Daher enthält die Bruchfläche von Bauteilen, die durch Spannungsrisskorrosion versagen, den charakteristischen Bereich der Spannungsrisskorrosion und den Bereich der Mikrodefektkoaleszenz.

Lochfraßkorrosion

Lochfraßkorrosion ist eine Form lokaler Korrosion, die zu Lochbildung führt.

Interkristalline Korrosion

Korngrenzen sind Bereiche ungeordneter Versetzungen zwischen Körnern unterschiedlicher kristallographischer Orientierung. Daher sind sie Segregationsbereiche für verschiedene Legierungselemente oder Metallverbindungen, die zur Ausscheidung begünstigt sind. Nicht verwunderlich ist, dass in manchen korrosiven Medien die Korngrenze zuerst angegriffen wird. Diese Korrosionsart heißt interkristalline Korrosion; die meisten Metalle und Legierungen können in spezifischen korrosiven Medien interkristalline Korrosion zeigen.

Spaltkorrosion

Spaltkorrosion ist eine Form lokaler Korrosion, die in Spalten auftreten kann, in denen die Lösung stagniert, oder auf abgeschirmten Oberflächen. Solche Spalten können an der Verbindung von Metall-Metall oder Metall-Nichtmetall entstehen, beispielsweise an Niet-, Schraub-, Dichtungs-, Ventilsitzverbindungen, losen Ablagerungen und Meeresbewuchs.

Flächenkorrosion

Flächenkorrosion beschreibt Korrosion, die sich relativ gleichmäßig über die gesamte Legierungsoberfläche erstreckt. Bei Flächenkorrosion wird das Material durch Korrosion allmählich dünner, bis hin zum Korrosionsversagen. Edelstahl kann in starken Säuren und Laugen Flächenkorrosion zeigen. Der durch Flächenkorrosion verursachte Ausfall ist weniger besorgniserregend, da diese Korrosion usually durch einfache Eintauchversuche oder Literaturrecherche vorhergesagt werden kann.

Korrosionsbeständigkeit der Edelstahlreihen

Ferritischer Edelstahl (Chromstahl, z. B. 400er Reihe)

Im Einsatz mainly ferritischer Edelstahl besitzt ein körperzentrisch kubisches Kristallgitter mit einem Cr-Massenanteil von 11–30 %. Im Vergleich zu austenitischem Edelstahl enthält diese Stahlsorte generally kein Ni, manchmal geringe Mengen Mo, Ti, Nb und andere Elemente. Durch AOD- (Argon-Oxygen-Decarburization) und VOD-Verfahren (Vacuum-Oxygen-Decarburization) können Elemente wie C und N stark reduziert werden. Vorteile: Ni-Einsparung, niedriger Preis, gute Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und gute Oxidationsbeständigkeit. Hauptsächlich eingesetzt in Umgebungen mit Beständigkeit gegen atmosphärische, Dampf- und oxidierende Säurekorrosion. Bei Raumtemperatur zeigt er gewisse Beständigkeit in verdünnter Salpetersäure und schwachen organischen Säuren, daher weit verbreitet. Nicht beständig gegen reduzierende Säuren und andere Medien. Allgemeiner ferritischer Edelstahl hat Nachteile wie schlechte Schlagzähigkeit, schlechte Plastizität und Korrosionsbeständigkeit nach dem Schweißen, Empfindlichkeit gegen interkristalline Korrosion, schlechte Lochfraßbeständigkeit etc., was seinen Einsatz einschränkt.

Austenitischer Edelstahl (Chrom-Nickel-Stahl, z. B. 300er und 200er Reihe)

Austenitischer Edelstahl wird wegen seiner Unmagnetisierbarkeit, hohen Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität in weitem Temperaturbereich, guter Kaltumformbarkeit (Walzen, Pressen) und Beständigkeit gegen oxidierende Medienkorrosion weit in Druckbehälterkomponenten eingesetzt. Da er ein flächenzentrisch kubisches Gitter besitzt, durchläuft er keine Phasenumwandlung und ist gut schweißbar. Austenitischer Edelstahl hat generally keine Kaltbrüchigkeits-Übergangstemperatur, daher wird er oft als Tieftemperaturstahl verwendet.

18-8er Reihe (Lösungsgeglühter Edelstahl) zeigt gute Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden Säuren, Atmosphäre, Wasser, Dampf und anderen Medien; die interkristalline Korrosionsbeständigkeit ist bei niedrigem Kohlenstoffgehalt oder Stabilisierung mit Ti/Nb besser, die Lochfraßbeständigkeit durch Mo-Zugabe verbessert. Sorten mit Mo, Cu etc. widerstehen auch nichtoxidierenden Säuren wie verdünnter Schwefelsäure, Phosphorsäure und organischen Säuren wie Ameisen- und Essigsäure. Allerdings ist die Lochfraßbeständigkeit schlecht, und in Halogenidlösungen tritt leicht Spannungsrisskorrosion auf. Nach langem Einsatz bei Temperaturen über 500–600 °C treten Kriechen und Versprödung auf.