-VMK Verband Deutscher Metallschlauch und Kompensatoren Hersteller

Allgemeines
Flexible Elemente aus Metall sind grundsätzlich für die Durchleitung aggressiver Medien geeignet, wenn für eine ausreichende Beständigkeit gegen alle während der Betriebsdauer des Systems zu erwartenden Korrosionsrisiken gesorgt ist.

Wegen der geforderten Flexibilität haben gewellte Elemente wie Bälge oder Wellschläuche überwiegend wesentlich geringere Einzelwanddicken als die sonstigen Komponenten des Systems, in dem diese eingesetzt werden.

Da somit auch Korrosionszuschläge auf die Wanddicke nicht zweckmäßig sind, müssen die für die flexiblen Elemente gewählten Werkstoffe ausreichend beständig sein.
Besonderes Augenmerk ist dabei auf Korrosionsarten wie Lochkorrosion, interkristalline Korrosion, Spannungsrisskorrosion, Spalt- und Kontaktkorrosion zu richten (siehe Korrosionsarten).

Das führt dazu, dass zumindest für die dem aggressiven Medium ausgesetzte Lage flexibler Elemente häufig ein Werkstoff mit deutlich höherer Korrosionsbeständigkeit gewählt werden muss, als der für die zugehörigen Anlagenteile verwendete (siehe Beständigkeitstabelle).

Korrosionsarten
Korrosion ist nach DIN EN ISO 8044 die „physikochemische Wechselwirkung zwischen einem Metall und seiner Umgebung, die zu einer Veränderung der Eigenschaften des Metalls führt und die zu erheblichen Beeinträchtigungen der Funktion des Metalls, der Umgebung oder des technischen Systems, von dem diese einen Teil bildet, führen kann. Diese Wechselwirkung ist oft elektrochemischer Natur.“ Abhängig von Werkstoff und Korrosionsbedingungen können unterschiedliche Korrosionsarten auftreten. Die wichtigsten der Eisen- und Nichteisenmetalle sind im Folgenden beschrieben.

Gleichmäßige Flächenkorrosion
Korrosion, die auf der gesamten Oberfläche des dem Korrosionsmedium ausgesetzten Metalls abläuft. Der dabei auftretende Gewichtsverlust wird in der Regel in g/m²h oder als Wanddickenreduktion in mm/Jahr angegeben.

Zu dieser Korrosionsart zählt die Rostbildung beim normalen Kohlenstoffstahl, die durch Oxidation mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasser entsteht. Andere Angriffe in abtragender Form können durch Flüssigkeiten wie Säuren, Basen und Salzlösungen hervorgerufen werden. Bei den nicht rostenden Stählen ist sie nur unter besonders ungünstigen Bedingungen (z. B. durch Flugoder
Fremdrost) möglich.

Lochkorrosion
Unter bestimmten Bedingungen treten örtlich begrenzte Angriffe auf, die wegen ihres Aussehens als
Lochkorrosion bezeichnet werden. Der Angriff erfolgt durch Einwirkung von Chlor-, Brom- oder Jod-Ionen, insbesondere bei deren Anwesenheit in wässrigen Lösungen.

Der bei dieser Korrosionsform auftretende selektive Angriff ist im Gegensatz zur Flächenkorrosion nicht kalkulierbar und muss durch eine geeignete Werkstoffwahl vermieden werden.
Bei nicht rostenden Stählen steigt die Beständigkeit gegen Lochkorrosion mit Zunahme des Molybdängehalts in der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffs.

Mit der so genannten Wirksumme: PRE = Cr + 3,3

Mo + 30

N (“pitting resistance equivalent”, wobei die prozentualen Anteile der genannten Komponenten eingesetzt werde), kann man überschlägig die Beständigkeiten unterschiedlicher Werkstoffe gegen Lochkorrosion miteinander vergleichen, wobei mit höheren Werten die Beständigkeit ansteigt.

Interkristalline Korrosion
Örtliche Korrosion, bei der bevorzugt die Korngrenzen, die Kristalle jedoch kaum angegriffen werden. Sie wird hervorgerufen durch Ausscheidungen im Werkstoffgefüge, die an den korngrenzennahen Bereichen zu einer Verminderung der Korrosionsbeständigkeit führen. Diese Korrosionsform kann bei nicht rostenden Stählen bis zu einer Auflösung des Kornverbunds (Kornzerfall) fortschreiten.

Bei CrNi-Stählen sind diese Ausscheidungsvorgänge temperatur- und zeitabhängig. Der kritische Temperaturbereich liegt zwischen 550 und 650 °C und die Zeitdauer bis zum Einsetzen der Ausscheidungsvorgänge ist je nach Stahlsorte unterschiedlich lang.

Das muss unter anderem beim Verschweißen von dickwandigen Teilen mit großer Wärmekapazität beachtet werden. So entstandene ausscheidungsbedingte Gefügeveränderungen lassen sich durch Lösungsglühen (1000-1050 °C) rückgängig machen.

Interkristalline Korrosion lässt sich vermeiden, wenn nicht rostende Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (≤ 0.03 % C) oder mit stabilisierenden Zusatzelementen wie Titan oder Niob eingesetzt werden. Für flexible Elemente können das Werkstoffqualitäten wie 1.4541, 1.4571 oder 1.4306 sein.

Die Beständigkeit von Werkstoffen gegen interkristalline Korrosion kann durch einen genormten Test (Monypenny-Strauß-Test nach DIN EN ISO 3651-2) nachgewiesen werden. In Bestell- und Abnahmevorschriften wird daher der Nachweis der IK-Beständigkeit nach obiger Norm durch den Werkstoff-Lieferanten gefordert.

Spannungsrisskorrosion (SRK)
Diese Art der Korrosion wird besonders bei austenitischen Werkstoffen beobachtet, wenn sie mit Zugspannungen behaftet, einem Korrosionsmedium ausgesetzt sind. Dafür kommen vor allem chlorhaltige sowie alkalische Lösungen in Frage.

Der Rissverlauf kann transkristallin oder interkristallin sein. Während die transkristallin verlaufende Form nur oberhalb von 50 °C (bevorzugt bei chlorhaltigen Lösungen) auftritt, wird die interkristalline Form bei austenitischen Werkstoffen in chloridhaltigen neutralen Lösungen schon bei Raumtemperatur festgestellt.

Bei Temperaturen über 100°C können selbst kleinste Chlorid- oder Laugenkonzentrationen
Spannungsrisskorrosion auslösen - letztere nur die transkristalline Form. Bei NE-Metallen verläuft die Spannungsrißkorrosion in gleicher Weise wie bei austenitischen Werkstoffen. An Nickel- und Nickellegierungen können Schäden durch interkristalline Spannungrißkorrosion in hochkonzentrierten Alkalilaugen oberhalb 400°C und in schwefelwasserstoffhaltigen Lösungen oder in schwefelwasserstoffhaltigem Wasserdampf oberhalb 250 °C auftreten.

Zur Vermeidung solcher Korrosionschäden ist eine sorgfältige Werkstoffauswahl erforderlich, die eine detaillierte und umfassende Kenntnis der Einsatzbedingungen voraussetzt.

Spaltkorrosion
Seltener anzutreffende, örtlich auftretende Korrosion in Spalten, die konstruktiv gegeben sind oder durch Ablagerungen entstehen. Diese Korrosion beruht auf Mangel an Sauerstoff in diesen Spalten, der bei passiven Werkstoffen zur Erhaltung der Passivschicht erforderlich ist.

Wegen der Gefahr von Spaltkorrosion sind unter kritischen Einsatzbedingungen Konstruktionen zu vermeiden, die Spalte aufweisen oder Ablagerungen begünstigen.

Die Beständigkeit von hoch legierten Stählen und Ni-Basislegierungen gegenüber Spaltkorrosion wird mit steigendem Molybdängehalt verbessert. Zur Beurteilung der Werkstoffe auf Beständigkeit gegen Spaltkorrosion kann die Wirksumme PRE (siehe Lochkorrosion) als Kriterium herangezogen werden.

Kontaktkorrosion
Korrosionsform, die bei der Kombination von unterschiedlichen Werkstoffen entstehen kann.
Zur Beurteilung der Gefahr von Kontaktkorrosion werden so genannte galvanische Spannungsreihen, z. B in Meerwasser, herangezogen. Metalle, die in dieser Darstellung nahe bei einander liegen, sind miteinander verträglich. Bei größerem Abstand wird das anodische Metall verstärkt korrodiert.

Problematisch können auch Werkstoffe sein, die gleichzeitig im aktiven und im passiven Zustand vorliegen. So kann z. B. die Aktivierung der Oberfläche einer CrNi-Legierung durch mechanische Beschädigung, durch Ablagerungen (erschwerte Sauerstoffdiffusion) oder durch Korrosionsprodukte hervorgerufen werden. Dadurch kann es zwischen dem aktiven und dem passiven Gebiet der Metalloberfläche bei vorhandenem Elektrolyt zu einer Potentialdifferenz und zum Materialabtrag (Korrosion) kommen.

Galvanische Spannungsreihe in Meerwasser gegen gesättigte Kalomelelektrode
Quelle: DECHEMA-Werkstofftabellen

Entzinkung
Korrosionsart, die vor allem bei Kupfer-Zink-Legierungen mit mehr als 20% Zink auftritt.
Bei dem Korrosionsvorgang wird Kupfer meist als schwammige Masse aus dem Messing abgeschieden. Das Zink bleibt entweder in Lösung oder lagert sich in Form von basischen Salzen über der Korrosionsstelle ab. Die Entzinkung kann flächig ausgebreitet auftreten oder auch örtlich begrenzt und in die Tiefe gehend.

Voraussetzung für die Entstehung dieser Korrosion sind dickere Deckschichten aus Korrosionsprodukten, Kalkablagerungen oder sonstige Ablagerungen von Fremdteilen auf der Metalloberfläche. Wasser mit erhöhtem Chloridgehalt begünstigt bei höheren Temperaturen und bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten das Auftreten von Entzinkung.

Beständigkeitstabelle
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Beständigkeit der für flexible Elemente eingesetzten gängigsten metallischen Werkstoffe gegen verschiedene Medien.
Die Tabelle wurde auf der Basis einschlägiger, dem Stand der Technik entsprechender Quellen erstellt; sie erhebt aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Die Angaben sollen dem Anwender in erster Linie Hinweise darauf geben, welche Werkstoffe für den geplanten Einsatz geeignet oder bedingt geeignet erscheinen und welche von vorn herein ausscheiden. Die Angaben stellen Empfehlungen dar, für die keine Garantie übernommen werden kann. Für die Auswahl der Werkstoffe sind neben der genauen Zusammensetzung des Betriebsmediums die unterschiedlichen Betriebszustände und die sonstigen betrieblichen Rahmenbedingungen zu berücksichtigen.

Bewertung	Korrosionsverhalten	Eignung
0	beständig	geeignet
1	abtragende Korrosion mit Dickenabnahme bis zu 1mm/Jahr L Gefahr von Lochkorrosion S Gefahr von Spannungsrisskorrosion	bedingt geeignet
2	kaum beständig abtragende Korrosion mit Dickenabnahme über 1mm/Jahr bis zu 10 mm/Jahr	nicht verwendbar
3	unbeständig (Korrosion unterschiedlich)	ungeeignet

Technische Informationen - Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsbeständigkeit