Wie lässt sich interkristalline Korrosion vermeiden?

Wie lässt sich interkristalliner Korrosion vorbeugen? Edelstahl „L“ oder „Ti“?

Trotz seines Namens ist rostfreier Stahl eigentlich gar nicht rostfrei. Kurz gesagt, was einen Stahl „rostfrei” macht, ist der Anteil von mindestens 10 % Chrom in seiner Zusammensetzung. Dieses bildet eine durchgehende, transparente, selbstregenerierende und sehr dünne Chromoxidschicht, die für Sauerstoff undurchlässig ist und das „Fortschreiten” der Oxidation verhindert. Dieses Phänomen wird als Passivierung bezeichnet.

Die gebildete Schicht ist gegenüber vielen Einflüssen, wie beispielsweise Umwelteinflüssen, inert, wobei die Passivierung jedoch durch geringfügige Veränderungen der Bedingungen zerstört werden kann. Eines der größten Probleme, das bei austenitischen Edelstählen auftreten kann, ist die interkristalline Korrosion: Wenn Stahl eine gewisse Zeit lang hohen Temperaturen (zwischen 450 und 800 °C) ausgesetzt ist, bilden sich Chromkarbide, die an den Korngrenzen ausfallen und diese Bereiche unter den für die Passivierung erforderlichen Mindestchromgehalt von 10 % fallen lassen, wodurch sie korrosionsanfällig werden. Dieses Phänomen wird als „Sensibilisierung” bezeichnet. Unter bestimmten Bedingungen (aggressive Umgebungen oder Flüssigkeiten, Temperatur usw.) kann es zu interkristalliner Korrosion kommen. Dieser Temperaturbereich wird beispielsweise während des Schweißprozesses erreicht und überschritten. Bei langsamer Abkühlung kann ein „sensibilisierter” Bereich in der thermisch betroffenen Zone auf beiden Seiten jeder Schweißnaht zurückbleiben.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, der Sensibilisierung entgegenzuwirken, darunter:

„Stabilisierung” des Stahls mit Titan oder Niob

Während des Abkühlungsprozesses bildet Kohlenstoff zuerst Ti- oder Nb-Karbide und erst danach Chromkarbide, sodass genügend Chromanteile für die Bildung der Schutzschicht übrig bleiben. Diese Methode ist in Ländern wie Deutschland sehr verbreitet, kann aber auch Probleme mit sich bringen. Beispielsweise kann es unter bestimmten Schweißbedingungen und bei schnellen Abkühlgeschwindigkeiten zu einem Phänomen kommen, das als „Knife Life Attack” (Messerlebensdauerangriff) bekannt ist.

Verwendung von kohlenstoffarmen Edelstählen

Das beigefügte TTS-Diagramm zeigt für einen Edelstahl vom Typ 304, wie die Zeit, die der Stahl im kritischen Temperaturbereich verbleiben muss, um eine Sensibilisierung zu erzeugen, mit sinkendem Kohlenstoffgehalt zunimmt. In der Praxis reicht ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,03 % nicht aus, um eine Ausscheidung von Karbiden zu verursachen. Dies sind die Stähle mit dem Zusatz „L” (low carbon: 316L, 304L).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die mit beiden Lösungen erzielten Ergebnisse ähnlich sind. Berücksichtigt man jedoch die weiteren Vorteile von L-Stählen (Schweißbarkeit, Verfügbarkeit, Preis usw.), erweist sich die zweite Option insgesamt als die beste.

Referenzen: Edelstähle, Ing. Sergio G. Laufgang; Schweißen von Stählen, Manuel Reina Gómez; www.gewater.com