TY - THES

T1 - Bruchmechanische Charakterisierung austenitischer Edelstähle bei chloridinduzierter Spannungsrisskorrosion

AU - Wagner, Beate

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - In chloridhältigen Umgebungen, besonders bei höheren Temperaturen, sind Apparate aus austenitischen Stählen durch Spannungsrisskorrosion (SRK) gefährdet. Dabei handelt es sich um eine Rissbildung in Metallen, die unter gleichzeitiger Einwirkung bestimmter Korrosionsmedien und mechanischer Zugbeanspruchung zustande kommt, und zum Bauteilversagen führen kann. Der Schädigungsvorgang durch SRK lässt sich in eine Rissinitiierungs- und Rissfortschrittsphase unterteilen. Mit herkömmlichen Untersuchungsmethoden wie Langsamzugversuche und Zeitstandversuchen beispielsweise ist eine Unterscheidung zwischen den beiden Rissphasen nicht möglich. Unter Verwendung eines bruchmechanischen Prüfverfahrens an gekerbten bzw. angeschwungenen Proben ist es möglich, die Risswachstumsgeschwindigkeiten im Korrosionsmedium zu bestimmen, da die Entstehung und Risswachstumsrichtung der Spannungsrisskorrosionsrisse auf einen bestimmten Bereich eingeschränkt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei CrNiMo-Stähle und zwei CrMnN-Stähle unter Anwendung der bruchmechanischen Charakterisierungsmethoden auf ihr SRK-Verhalten in 45 Massen% MgCl2-Lösung bei 145 °C geprüft. Dabei wurden Versuche mit konstanter Last an CT-Proben durchgeführt, und die mittlere Risswachstumsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Spannungsintensitätsfaktors ermittelt. Der CrNiMo-Stahl mit dem höchsten Legierungsgehalt an Ni und Mo besaß die geringste Risswachstumsgeschwindigkeit von 7 E-09 m/s. Die CrNiMo-Legierung geringeren Ni und Mo Gehalts hingegen, zeigte ein ähnliches Risswachstumsverhalten wie der CrMnN-Stahl, der die höchsten Festigkeit besaß. Bei diesen beiden Legierungen betrugen die Risswachstumsraten um die1 E-07 m/s. Die geringeren Festigkeiten der CrNiMo-Legierungen führten zu einer stark ausgeprägten Rissverzweigung, welche eine Abnahme der Treibkraft für das Risswachstum zur Folge hatte. Unabhängig von den Ausgangsspannungsintensitätsfaktoren war das Bruchaussehen der SRK-Risse der CrNiMo- sowie CrMnN-Stähle stets transkristallin. Den größten Einfluss auf das Risswachstumsverhalten besaß die chemische Zusammensetzung der Legierungen und die damit verbundene Passivschichtstabilität. Damit spricht alles für einen ausgeprägten Korrosionseinfluss des Gleitstufen-Passivschicht-Verletzungs-Modells, sodass an diesen untersuchten Legierungen die anodische Auflösung hinsichtlich der SRK-Beständigkeit die Hauptrolle spielte.

AB - In chloridhältigen Umgebungen, besonders bei höheren Temperaturen, sind Apparate aus austenitischen Stählen durch Spannungsrisskorrosion (SRK) gefährdet. Dabei handelt es sich um eine Rissbildung in Metallen, die unter gleichzeitiger Einwirkung bestimmter Korrosionsmedien und mechanischer Zugbeanspruchung zustande kommt, und zum Bauteilversagen führen kann. Der Schädigungsvorgang durch SRK lässt sich in eine Rissinitiierungs- und Rissfortschrittsphase unterteilen. Mit herkömmlichen Untersuchungsmethoden wie Langsamzugversuche und Zeitstandversuchen beispielsweise ist eine Unterscheidung zwischen den beiden Rissphasen nicht möglich. Unter Verwendung eines bruchmechanischen Prüfverfahrens an gekerbten bzw. angeschwungenen Proben ist es möglich, die Risswachstumsgeschwindigkeiten im Korrosionsmedium zu bestimmen, da die Entstehung und Risswachstumsrichtung der Spannungsrisskorrosionsrisse auf einen bestimmten Bereich eingeschränkt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei CrNiMo-Stähle und zwei CrMnN-Stähle unter Anwendung der bruchmechanischen Charakterisierungsmethoden auf ihr SRK-Verhalten in 45 Massen% MgCl2-Lösung bei 145 °C geprüft. Dabei wurden Versuche mit konstanter Last an CT-Proben durchgeführt, und die mittlere Risswachstumsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Spannungsintensitätsfaktors ermittelt. Der CrNiMo-Stahl mit dem höchsten Legierungsgehalt an Ni und Mo besaß die geringste Risswachstumsgeschwindigkeit von 7 E-09 m/s. Die CrNiMo-Legierung geringeren Ni und Mo Gehalts hingegen, zeigte ein ähnliches Risswachstumsverhalten wie der CrMnN-Stahl, der die höchsten Festigkeit besaß. Bei diesen beiden Legierungen betrugen die Risswachstumsraten um die1 E-07 m/s. Die geringeren Festigkeiten der CrNiMo-Legierungen führten zu einer stark ausgeprägten Rissverzweigung, welche eine Abnahme der Treibkraft für das Risswachstum zur Folge hatte. Unabhängig von den Ausgangsspannungsintensitätsfaktoren war das Bruchaussehen der SRK-Risse der CrNiMo- sowie CrMnN-Stähle stets transkristallin. Den größten Einfluss auf das Risswachstumsverhalten besaß die chemische Zusammensetzung der Legierungen und die damit verbundene Passivschichtstabilität. Damit spricht alles für einen ausgeprägten Korrosionseinfluss des Gleitstufen-Passivschicht-Verletzungs-Modells, sodass an diesen untersuchten Legierungen die anodische Auflösung hinsichtlich der SRK-Beständigkeit die Hauptrolle spielte.

KW - Spannungsrisskorrosion

KW - chloridinduzierte

KW - Bruchmechanik

KW - Risswachstumsgeschwindigkeit im korrosiven Medium

KW - Austenitische Edelstähle

KW - stress corrosion cracking fracture mechanics stress corrosion crack velocity austenitic stainless steels

M3 - Diplomarbeit

ER -