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T1 - Beitrag zum Verständnis der Schwingungsrisskorrosion austenitischer Stähle

AU - Vichytil, Clemens

N1 - gesperrt bis 23-08-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - In dieser Dissertation wurde das Schwingungsrisskorrosionsverhalten von austenitischen Stählen der Legierungsgruppen CrNiMo und CrMnN in hoch Cl- hältigen Lösungen (43 Gew. %) bei erhöhten Temperaturen (120°C) untersucht. Das Ziel war es, das Versagen zu verstehen und mögliche Konzepte zur Verbesserung des Verhaltens unter kombiniert zyklisch-mechanischer und korrosiver Belastung zu entwickeln. Der Einfluss der Kaltverfestigung, des Cl- Gehalts, der Temperatur und der Legierungslage wurde untersucht. Hierzu wurden Stähle beider Gruppen mit unterschiedlichem Gehalt an Legierungselementen in lösungsgeglühtem, 14% und 27% kaltverfestigtem Zustand in korrosiver und inerter Umgebung untersucht. Die Herangehensweise war in rein elektrochemische und kombiniert mechanisch korrosive Untersuchungen aufgeteilt. Bei den elektrochemischen Versuchen wurden zyklische Polarisationskurven aufgenommen sowie das Repassivierungsverhalten der Werkstoffe am Ruhepotential untersucht. Durch strukturierte Untersuchungen (unterschiedlicher Cl- Gehalt und variierende Temperaturen) konnte gezeigt werden, dass geringe Gehalte (ca. 7 Gew. %) an Nickel die Korrosionseigenschaften von CrMnN Stählen deutlich verbessern. Die deutliche Überlegenheit von CrNiMo basierten Werkstoffen bei rein korrosiver Belastung bleibt jedoch bestehen. Bei den kombiniert mechanisch korrosiven Versuchen wurden sowohl Ermüdungsversuche als auch Rissfortschrittsmessungen durchgeführt. In inerter Umgebung sind hier die CrMnN Stähle aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit den CrNiMo Stählen deutlich überlegen. Unter höchst korrosiven Bedingungen versagen sie jedoch hauptsächlich aufgrund von Spannungsrisskorrosion und aktiver Auflösung bei Depassivierung der Oberfläche. Hier nimmt auch die Anfälligkeit auf Spannungsrisskorrosion mit gesteigerter Festigkeit deutlich zu, was einen Verlust der Schwingfestigkeit bewirkt. Die CrNiMo Stähle zeigen in höchst korrosiven Medien und unter zyklischer Belastung ein im Allgemeinen gutes Verhalten, obwohl auch hier bei sinkendem Gehalt an Legierungselementen, und durch Kaltverfestigung gesteigerten Festigkeit, die Anfälligkeit auf Spannungsrisskorrosion zunimmt. Ein weiterer positiver Effekt dieser Werkstoffe ist, dass sich Ermüdungsrisse in Cl- hältigen Elektrolyten aufgrund von Oxid Induzierten Rissschließeffekten deutlich langsamer ausbreiten als in inerter Umgebung. Es konnte gezeigt werden, dass die positiven Eigenschaften beider Legierungskonzepte vereint werden können, wenn Werkstoff und Medium sorgfältg aufeinander abgestimmt sind. Aus den gesammelten Ergebnissen konnte ein empirisches Modell entwickelt werden, durch das über die Aufnahme einer zyklischen Polarisationskurve und die Messung des Repassivierungsverhaltens einer beliebigen Werkstoff Medium Kombination, Rückschlüsse auf das Verhalten unter kombiniert mechanisch korrosiver Belastung gezogen werden können. Anwendungsgrenzen können rasch bestimmt und langwierige Schwingungs- und Spannungsrisskorrosionsversuche auf ein Minimum reduziert werden.

AB - In dieser Dissertation wurde das Schwingungsrisskorrosionsverhalten von austenitischen Stählen der Legierungsgruppen CrNiMo und CrMnN in hoch Cl- hältigen Lösungen (43 Gew. %) bei erhöhten Temperaturen (120°C) untersucht. Das Ziel war es, das Versagen zu verstehen und mögliche Konzepte zur Verbesserung des Verhaltens unter kombiniert zyklisch-mechanischer und korrosiver Belastung zu entwickeln. Der Einfluss der Kaltverfestigung, des Cl- Gehalts, der Temperatur und der Legierungslage wurde untersucht. Hierzu wurden Stähle beider Gruppen mit unterschiedlichem Gehalt an Legierungselementen in lösungsgeglühtem, 14% und 27% kaltverfestigtem Zustand in korrosiver und inerter Umgebung untersucht. Die Herangehensweise war in rein elektrochemische und kombiniert mechanisch korrosive Untersuchungen aufgeteilt. Bei den elektrochemischen Versuchen wurden zyklische Polarisationskurven aufgenommen sowie das Repassivierungsverhalten der Werkstoffe am Ruhepotential untersucht. Durch strukturierte Untersuchungen (unterschiedlicher Cl- Gehalt und variierende Temperaturen) konnte gezeigt werden, dass geringe Gehalte (ca. 7 Gew. %) an Nickel die Korrosionseigenschaften von CrMnN Stählen deutlich verbessern. Die deutliche Überlegenheit von CrNiMo basierten Werkstoffen bei rein korrosiver Belastung bleibt jedoch bestehen. Bei den kombiniert mechanisch korrosiven Versuchen wurden sowohl Ermüdungsversuche als auch Rissfortschrittsmessungen durchgeführt. In inerter Umgebung sind hier die CrMnN Stähle aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit den CrNiMo Stählen deutlich überlegen. Unter höchst korrosiven Bedingungen versagen sie jedoch hauptsächlich aufgrund von Spannungsrisskorrosion und aktiver Auflösung bei Depassivierung der Oberfläche. Hier nimmt auch die Anfälligkeit auf Spannungsrisskorrosion mit gesteigerter Festigkeit deutlich zu, was einen Verlust der Schwingfestigkeit bewirkt. Die CrNiMo Stähle zeigen in höchst korrosiven Medien und unter zyklischer Belastung ein im Allgemeinen gutes Verhalten, obwohl auch hier bei sinkendem Gehalt an Legierungselementen, und durch Kaltverfestigung gesteigerten Festigkeit, die Anfälligkeit auf Spannungsrisskorrosion zunimmt. Ein weiterer positiver Effekt dieser Werkstoffe ist, dass sich Ermüdungsrisse in Cl- hältigen Elektrolyten aufgrund von Oxid Induzierten Rissschließeffekten deutlich langsamer ausbreiten als in inerter Umgebung. Es konnte gezeigt werden, dass die positiven Eigenschaften beider Legierungskonzepte vereint werden können, wenn Werkstoff und Medium sorgfältg aufeinander abgestimmt sind. Aus den gesammelten Ergebnissen konnte ein empirisches Modell entwickelt werden, durch das über die Aufnahme einer zyklischen Polarisationskurve und die Messung des Repassivierungsverhaltens einer beliebigen Werkstoff Medium Kombination, Rückschlüsse auf das Verhalten unter kombiniert mechanisch korrosiver Belastung gezogen werden können. Anwendungsgrenzen können rasch bestimmt und langwierige Schwingungs- und Spannungsrisskorrosionsversuche auf ein Minimum reduziert werden.

M3 - Dissertation

ER -