Korrosionsarten

Korrosion kann in verschiedenen Formen auftreten und wird anhand des chemischen Verschleißes des Metalls klassifiziert. Zehn Arten der Korrosion können spezifiziert werden:

allgemeine Korrosion
Spalt- und Lochfraßkorrosion
galvanische/Kontakt- Korrosion
intergranulare Korrosion
Spannungsrisskorrosion durch Chlor
Erosionskorrosion
Reibkorrosion
Hochtemperaturkorrosion
Ablegierung
Mikroorganismen

Die allgemeine Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl entsteht, da er in der Lage ist eine schützende Schicht auf seiner Oberfläche zu bilden. Diese Schutzschicht ist ein "passiver" Film, der weitere Oxidation ("Rosten") verhindert. Das Formen dieses Films geschieht unmittelbar bei Kontakt mit einer oxidierenden Atmosphäre, wie bspw. Luft, Wasser oder andere sauerstoffhaltige Flüssigkeiten. Sobald sich die Schutzschicht geformt hat, ist das Metall "passiviert" und die Oxidations- oder "Rost-" Geschwindigkeit sinkt auf weniger als 0,05mm (0,002") pro Jahr.

Halogensalze, vor allem Chloride können diesen passiven Film leicht durchbrechen und ermöglichen einen Korrosionsangriff. Halogene sind leicht zu identifizieren, da sie im Englischen mit den Buchstaben "ine" enden. Geordnet nach Aktivität lauten Sie:

Fluor (fluorine)
Chlor (chlorine)
Brom (bromine)
Iod (iodine)
Astat (astatine; sehr instabil)

Allgemeine Korrosion

Auch bekannt als Gesamtkorrosion oder allgemeiner Angriff, entsteht diese Art der Korrosion, wenn sich der passive Film auf dem Edelstahl auflöst. Dieser allgemeine Angriff ist die üblichste Form der Korrosion und entsteht durch chemische oder elektrochemische Reaktionen, die in einem Verschleiß der gesamten angreifbaren Oberfläche des Rohrs resultieren. Sie ist leicht zu erkennen, da die gesamte Oberfläche des Metalls ein gleichmäßig "schwammartiges" Aussehen zeigt. Die Geschwindigkeit dieses Angriffs wird durch Flüssigkeitskonzentration, Temperatur, Flussgeschwindigkeit und Materialstress der betroffenen Stellen beeinflusst. Diese Form der Korrosion ist technisch gesehen weniger problematisch, da die Lebensdauer der Apparatur anhand vergleichbar einfacher Tests genau abgeschätzt werden kann.

Spalt- und Lochfraßkorrosion

Lochfraß ist eine Art des örtlich stark begrenzten Angriffs, der in Löchern in der Rohrwand resultiert. Er entsteht, wenn die korrosive Umgebung den passivierten Film nur an einigen Stellen anstatt an der gesamten Oberfläche durchbricht. Daher ist Lochfraßkorrosion vergleichbar mit galvanischer Korrosion, da die kleine aktive von der großen passivierten Fläche angegriffen wird. Sie ist eine der destruktivsten Korrosionsarten und gleichzeitig die am schwierigsten durch Labortest vorherzusagende. Unterstützt wird sie durch langsame oder stagnierende Flussbewegung und die Anwesenheit von Chlorid-Ionen. Sobald sich eine Loch geformt hat, wird die Lösung im Inneren von der Umgebung isoliert und mit der Zeit immer korrosiver. Die hohe Korrosionsrate in dem Loch sorgt für einen Überschuss an positiv geladenen Metall-Kationen, die Chlorid-Anionen anziehen. Außerdem entstehen durch Hydrolyse H+-Ionen. Der Anstieg des Säuregrads und die Konzentration innerhalb des Lochs fördern noch höhere Korrosionsraten und der Prozess wird autark.

Ähnlich zur Lochfraß- ist die Spaltkorrosion. Diese Art der Korrosion entsteht, sobald der Flüssigkeitsstrom von der angegriffenen Oberfläche ferngehalten wird. Sie kommt oft zwischen Einzel- oder Doppelklemmringverschraubungen oder Rohrschellen vor, die in Spaltdichtungssystemen Anwendung finden. Salzwasser-Anwendungen sind das größte Problem, da das Salzwasser einen niedrigen PH-Wert und einen hohen Chlorid-Gehalt besitzt. Aufgrund der engen Verbindung ist keine Sauerstoff für die Passivierung des Edelstahls vorhanden und das Salzwasser greift die offenliegenden, aktiven Schichten an. So breitet sich die Korrosion schnell und ungehindert unter den strammen Klemmbändern aus.

Galvanische Korrosion

Galvanische Korrosion entsteht, wenn zwei artfremde Metalle in einer Lösung in Kontakt kommen. Der Kontakt muss für einen elktrischen Strom ausreichen und beide Metalle müssen der Lösung ausgesetzt sein. Der Unterschied des elektrischen Potentials, die zwischen den Metallen entsteht, treibt die Korrosion an. Diese Differenz steigt während der Abstand der Metalle in der elektrochemischen Spannungsreihe zunimmt. Wenn zwei Metalle der Reihe in der Lösung in Kontakt kommen, steigt die Korrosionsrate des aktiveren (anodischen) Metalls und die des edleren (kathodischen) Metalls sinkt. Für die Entstehung von galvanischer Korrosion müssen drei Bedingungen erfüllt sein: elektrochemisch verschiedene Metalle müssen vorhanden sein, diese müssen in elektrischem Kontakt stehen und einem Elektrolyt ausgesetzt sein.

Intergranulare Korrosion

Alle austenitischen Edelstähle (die 300er-Serie, sowie Arten die sich kaltverfestigen) beinhalten einen Anteil Kohlenstoff in der Mischung des Austenits. Kohlenstoff löst sich im Temperaturbereich von 565°C (1050°F) bis 870°C (1600°F) aus den Korngrenzen des Stahls. Dies ist eine übliche Temperaturspanne beim Schweißen von Edelstahl.

Der Kohlenstoff verbindet sich mit dem Chrom im Edelstahl zu Chromcarbid, wodurch den umliegenden Bereichen der Chrom für den Korrosionsschutz fehlt. In der Anwesenheit von starken Korrosiva entsteht eine elektrochemische Reaktion zwischen chromreichen und chromarmen Bereichen, wobei die Bereiche mit niedrigem Chromanteil angegriffen werden. Die Korngrenzen werden hierdurch aufgelöst.

Es gibt drei Möglichkeiten, diese Art der Korrosion zu reduzieren:

Den Edelstahl glühen, nachdem er auf eine Temperatur im empfindlichen Bereich erwärmt wurde.
Wenn möglich Edelstahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil verwenden, wenn keine Schweißarbeiten geplant sind. Ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,3% löst sich nicht als Chromcarbid-Film aus den Korngrenzen aus.
Das Metall mit einem starken Carbidformer legieren. Die beste Wahl ist Niob, aber manchmal wird auch Titan verwendet. Der Kohlenstoff formt nun Niobcarbid anstatt Chromcarbid. Das Material wird nun als "stabilisiert" bezeichnet.

Spannungsrisskorrosion durch Chlor

Spannungsrisskorrosion ist das Komplettversagen von Metall durch Rissbildung bei Dehnbelastung in eienr korrosiven Umgebung. Chlor ist hierfür ein Hauptgrund bei Edelstählen. Hohe Chlorkonzentrationen, die aus hohem Chloridgehalt im Frischwasser und/oder hohen Zyklusfrequenzen resultieren, erhöhen die Anfälligkeit. Wenn die Rohrstücke unter Dehnbelastung sind, entweder aufgrund der Anwendung oder einer verbliebenen Eigenspannung aus dem Herstellungsprozess, so werden sich diese Spalte vergrößern. Spannungsrisskorrosion durch Chlor ist ein schwerwiegendes Problem in Indutrieanwendungen and wird nur selten von den beteiligten Personen erkannt. Dies ist der Hauptgrund aus dem Hastelloy C für viele besonders anspruchsvolle Umgebungen empfohlen wird. Spannungsrisse können durch Glühen des Metalls nach dem Herstellungsprozess (zur Entfernung von entstandenen Eigenspannungen) minimiert werden. Außerdem wurden Chromate und Phosphate bereits erfolgreich zur Verhinderung dieses Problem in Chlorlösungen eingesetzt, allerdings gibt es hier zwei Probleme:

Chloride sind das größte Problem, das bei der Nutzung der 300er-Edelstähle besteht. Aufgrund Ihrer ansonsten guten Korrosionsresistenz ist die 300er-Reihe die am häufigsten in der verarbeitenden Industrie eingesetzte.
Bei der Isolation oder Lackierung von Edelstahlrohren ist Vorsicht geboten. Viele Isolationsstoffe enthalten Chloride und die Rohre stehen oft unter Spannung. Die schlechtesten Bedingungen wären bei isolierten, dampfbeheizten Edelstahlrohren gegeben. Falls es zwingend notwendig ist, die Rohre zu isolieren, so gibt es hierfür spezielle, chlorfreie Isolierstoffe.

Erosionskorrosion

Auch bekannt als Fluss-Korrosion, wird diese Art des Verschleißes oder Angriffs eines Metalls durch die Bewegung einer korrosiven Flüssigkeit über die Metalloberfläche beschleunigt. Die Flussgeschwindigkeit in manchen Rohren verhindert die Bildung der passivierten Schutzschicht auf der Metalloberfläche. Die gelösten Feststücke können außerdem Teile der passivierten Schicht ablösen. Diese Art der Korrosion tritt sehr häufig nahe des Lagers eines Flügelrads (bspw. in einer Pumpe) auf. Erosionskorrosion charakterisiert sich durch Riefen, Wellen, runde Löcher und Mulden, die in einer Art Muster angeordnet sind.

Reibkorrosion

Reibkorrosion entsteht durch wiederholte Belastung durch Abnutzung, mit Gewichten und/oder Vibrationen and einer unebenen, rauen Oberfläche. Die Korrosion resultiert in Löchern und Riefen auf der Oberfläche des Rohrs. Wie bereits erwähnt, passivert sich die 300er-Serie der Edelstähle selbst durch die Bildung einer schützenden Chromoxid-Schicht sobald sie freiem Sauerstoff ausgesetzt sind. Diese Oxid-Schicht ist sehr hart und kann einen Schaft oder eine Muffe durch Abrieb beschädigen, wenn es in einen Elastomer eingebettet ist.

Hochtemperaturkorrosion

Treibstoffe, die in Gasturbinen, Dieselmotoren und anderen Maschinen verwendet werden und Vanadium oder Sulfate enthalten, können während der Kompression Inhaltsstoffe mit einem niedrigen Schmelzpunkt ausbilden. Diese haben eine sehr korrosive Wirkung auf Metalllegierungen (u.a. Edelstahl), die normalerweise resistent gegenüber hohen Temperaturen und Korrosion sind. Hochtemperaturkorrosion kann auch durch Oxidation, Sulfidierung und/oder Karbonisation bei hohen Temperaturen verursacht werden.

Ablegierung

Ablegierung oder auch Entzinkung ist ein Prozess, bei dem die durchfließende Flüssigkeit selektiv Elemente aus dem Rohrmaterial oder anderen Bauteilen auslöst. Der Mechanismus funktioniert wie folgt:

Metalle werden mittels Entionisierung oder Entmineralisierung durch die Flüssigkeit ausgelöst.
Die Flüssigkeit versucht, die fehlenden Elemente zu ersetzen während sie durch das System fließt.
Die ungelösten Metalle setzen sich oft auf den Dichtflächen oder Gleitelementen ab und verursachen ein frühzeitiges Versagen der Dichtung.
Hitze beschleunigt diesen Prozess

Mikroorganismen

Diese Organismen werden oft in der Abwasseraufbereitung, bei Öllecks und in anderen Reinigungsprozessen verwendet. Auch wenn es verschiedene Anwendungsgebiete für dieses "Ungeziefer" gibt, so werden sie meist für das Fressen von Kohlenstoff in Müll und anderen Kohlenwasserstoffen verwendet, welchen sie in Kohlenstoffdioxid umwandeln.

Man unterscheidet drei Arten:

aerob, welche Sauerstoff benötigen
anaerob, welche keinen Sauerstoff benötigen
fakultativ, welche in beiden Umgebungen leben können

Wenn die schützende Oxidschicht durch Abrieb oder Beschädigungen vom Edelstahl entfernt wird, kann das "Ungeziefer" durch die beschädigte Fläche eindringen und den im Metall gebundenen Kohlenstoff angreifen. Sobald dies geschieht, kann sich der Angriff ähnlich zur Verbreitung von Rost unter der Lackierung eines Autos fortsetzen.