Was ist Spannungsrisskorrosion? (SCC)
Spannungsrisskorrosion (SCC) ist das Wachstum von Rissbildung in einer korrosiven Umgebung. Es kann zu einem unerwarteten und plötzlichen Versagen von normalerweise duktilen Metalllegierungen führen, die einer Zugspannung ausgesetzt sind, insbesondere bei erhöhter Temperatur.
SCC ist insofern chemisch hochspezifisch, als bestimmte Legierungen wahrscheinlich nur SCC unterliegen, wenn sie einer kleinen Anzahl chemischer Umgebungen ausgesetzt werden. Die chemische Umgebung, die SCC für eine bestimmte Legierung verursacht, ist oft eine, die für das Metall nur leicht korrosiv ist. Daher können Metallteile mit starkem SCC hell und glänzend erscheinen, während sie bei genauer mikroskopischer Untersuchung mit mikroskopisch kleinen Rissen gefüllt sind. Dieser Faktor macht es üblich, dass SCC vor dem Ausfall unentdeckt bleibt. SCC schreitet oft schnell voran und ist bei Legierungen häufiger als bei reinen Metallen. Die spezifische Umgebung ist von entscheidender Bedeutung, und es werden nur sehr geringe Konzentrationen bestimmter hochaktiver Chemikalien benötigt, um katastrophale Risse zu erzeugen, die oft zu verheerenden und unerwarteten Ausfällen führen.
Die Spannungen können das Ergebnis der Spaltlasten durch Spannungskonzentration sein oder durch die Art der Montage oder Restspannungen aus der Fertigung (z. B. Kaltverformung) verursacht werden; die Eigenspannungen können durch Glühen oder andere Oberflächenbehandlungen abgebaut werden. Unerwarteter und vorzeitiger Ausfall chemischer Prozessanlagen, beispielsweise durch Spannungsrisskorrosion, stellt eine ernsthafte Gefahr für die Sicherheit von Personal, Betriebsanlagen und Umwelt dar.
Typischerweise wird Spannungsrisskorrosion in kritischen Geräten für Industrien beobachtet, die bestimmte Chemikalien erzeugen oder damit arbeiten, darunter beispielsweise Düngemittelunternehmen, On- und Offshore-Verarbeitungsstandorte und andere petrochemische Industriestandorte, aber auch in der Luft- und Raumfahrt sowie in Gasturbinen oder in kritischen Geräten wie zum Beispiel Rohrleitungen.
Was verursacht Spannungsrisskorrosion? (SCC)
Die Ursache der Spannungsrisskorrosion ist von vielen Faktoren abhängig, vor allem aber von der Umgebung und dem für die Anwendung verwendeten Material. Einige austenitische rostfreie Stähle und Aluminiumlegierungen können in Gegenwart von Chloriden reißen, was die Nützlichkeit von austenitischem rostfreiem Stahl zum Aufnehmen von Wasser mit einem Chloridgehalt von mehr als einigen Teilen pro Million bei Temperaturen über 50 Grad Celsius einschränkt.
In Kupferlegierungen wird Rissbildung beobachtet, da ammoniakalische Lösungen das Kupfer angreifen und Kupferammoniumionen bilden. [Cu(NH3)4]2+ Die Kupferlegierung reißt schließlich aufgrund der Eigenspannungen im Material und dies wird auch als „Saisonrissbildung“ bezeichnet.
Es ist bekannt, dass typische hochfeste Stähle wie 4140 oder 4340 unerwartet reißen und sehr spröde werden, insbesondere in Gegenwart von Alkaliden oder Chloriden
Wie können wir Spannungsrisskorrosion verhindern? (SCC)
Neben der sorgfältigen Prüfung der verwendeten Materialien für Anwendung und Umgebung ist die Milderung scharfer Übergänge in Bereichen der Komponenten, die regelmäßig belastet werden und daher Spannungen ausgesetzt sind, der Schlüssel zur Reduzierung der Auswirkungen von SCC.
Die Literatur gibt auch die Art der Materialien, Anwendungen und Umgebungen an, die genau überwacht werden sollten, und solche führenden Expertenwissensdatenbanken sind das American Petroleum Institute und/oder die AMPP – Association for Materials Protection and Performance. (Ehemals NACE – National Association of Corrosion Engineers/ SCPP – The Society for Protective Coatings.)
Bruchmechanische Analyse – Rissinitiierung und -ausbreitung.
Typischerweise kann SCC untersucht werden, indem eine sogenannte Bruchmechanikanalyse durchgeführt wird, bei der verschiedene Berechnungsmethoden verwendet werden, um Komponenten in ihrer Anwendungsumgebung zu simulieren und die Belastungen zu beobachten, denen sie im täglichen Betrieb ausgesetzt sind. Solche Studien betrachten die Rissinitiierung als Grundlage zur Bestimmung des Ursprungs der Korrosion sowie die Rissausbreitung im Laufe der Zeit als Ergebnis typischer Belastungen.
Es ist nicht ungewöhnlich, auch eine metallurgische Analyse und Korrosionstests durchzuführen, bei denen Testproben in einem Labor hergestellt und gezielt korrodiert werden, um die im Feld beobachteten Bedingungen nachzubilden. Die Erkenntnisse werden dann zur Feinabstimmung einer solchen Bruchmechanikanalyse verwendet, um Dehnung, Spannung, Torsionsmoden usw. in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie sowie eine geschätzte Restlebensdauerbewertung genau zu bestimmen.
Leiden Sie unter Spannungsrisskorrosion? Fordern Sie die Legierungssuche heraus, um Ihre Probleme vor Ort anzugehen.