Labor Werkstofftechnik Dehnungsinduzierte Risskorrosion

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G. Lüdenbach et al. ________________________________________________________________________ stellte Schädigung auf den Herstellungsprozess oder die Betriebsbeanspruchung zurückzuführen ist. Bei den durch Betriebsbeanspruchung herbei geführten Schädigungen kann jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden, dass die eigentliche Schadensursache häufig auch auf Mängel der Konstruktion, der Herstellung oder der Montage zurückzuführen ist. Bei den üblichen Schädigungen an Bauteilen des Dampferzeugers und der warmgehenden Rohrleitungen sind zu nennen: - Zeitstandschädigung - Thermoschock / Thermowechselspannungsrisse - Dehnungsinduzierte Risskorrosion (DRK) - Dehnungswechselermüdung - Spannungsinduzierte Risskorrosion (SpRK) - Abzehrungen durch Hochtemperaturkorrosion - Erosionskorrosion / Kavitation - Abrasion Im Rahmen der Schadensanalyse gelingt meist eine Rekonstruktion des jeweiligen Schadensmechanismus und daraus resultierend die Klärung der jeweiligen Schadensursache. Die Erkenntnisse aus den Schadensanalysen führen neben einer stetigen Verbesserung der Konstruktion, der Werkstoffe und der Herstellungsverfahren auch zu systematischen Konzepten für das Vorgehen im Rahmen wiederkehrender Prüfung. Beispielhaft sind die TRD 508 „Zusätzliche Prüfungen an Bauteilen, berechnet mit zeitabhängigen Festigkeitswerten“, die VGB Richtlinie R 509 L „Wiederkehrende Prüfungen an Rohrleitungsanlagen in fossil befeuerten Wärmekraftwerken“ und das VdTÜV Merkblatt 451-83/2 „Prüfung von Rohren in nicht zugänglichen Räumen bei wiederkehrenden Prüfungen von Wasserrohrkesseln“ genannt, in denen Vorschläge für die Prüfungen an Bauteilen aus Rohrleitungsanlagen dargestellt werden, die auf den Erfahrungen von Betreibern, Herstellern, Prüffirmen und Überwachungsorganisationen beruhen. 2
G. Lüdenbach et al. ________________________________________________________________________ 2. Schadensmechanismus: Dehnungsinduzierte Risskorrosion (DRK) Immer wieder treten Schäden an wasserberührten Kesselbauteilen auf, deren Schadensmechanismus mit dehnungsinduzierter Risskorrosion (DRK) beschrieben wird. Dieser Schadenstyp ist seit vielen Jahrzehnten bekannt und lässt sich anhand des charakteristischen Schadensbildes gut von anderen Mechanismen abgrenzen. Die für die Rissbildung kritischen Einflussgrößen sind unter Laborbedingungen eingehend untersucht und beschrieben worden. Sie führen zur Schädigung bestimmter Bauteile und oft eng begrenzter sowie weitestgehend vorhersagbarer Schadensorte. Der vorliegende Beitrag wiederholt kurz die wichtigsten Erkenntnisse aus den Untersuchungen vergangener Schadensfälle sowie den im Nachgang durchgeführten Laborversuchen. Es werden die typischen Merkmale beschrieben, an denen der Schadensmechanismus erkannt werden kann. Über die ersten Schädigungen dieser Art wurde seit Beginn der sechziger Jahre berichtet [1, 2, 3, 4, 5, 6] nachdem Anrisse im Lochfeldbereich auf der mediumberührten Innenoberfläche von Kesseltrommeln entdeckt wurden, die vornehmlich im wasserbenetzten Teil, seltener im Dampfraum auftraten. Diese Risse verliefen an den Rohrlochkanten und in den Lochleibungen senkrecht zur Hauptnormalspannungsrichtung und wiesen eine Länge von bis zu 50 mm und eine maximale Tiefe von 10 mm auf [7]. Vom Grundsatz her vergleichbare Schädigungen wurden auf der mediumberührten Innenoberfläche in den neutralen Fasern von Rohrbögen beobachtet. Im Rahmen der Untersuchungen an den geschädigten Rohrbögen wurden stets größere Unrundheiten festgestellt. Aufgrund der Bruchflächencharakteristika und der Wechselbeanspruchung, denen die Bauteile z.B. bei An- und Abfahrprozessen ausgesetzt waren, wurden zunächst diese Erscheinungen als „Ermüdungskorrosion“ bezeichnet. Die im Bereich der Lochleibungen und den neutralen Fasern unrunder Rohrbogenquerschnitte vorliegenden Spannungsüberhöhungen veranlassten aber auch zu der Bezeichnung dieser Erscheinungen als „spannungsinduzierte Korrosion“. Von allen Autoren wird der Schädigungsmechanismus wie folgt beschrieben. Ausgehend von einer Verletzung der Magnetitschutzschicht entsteht ein Riss durch überwiegend mechanische Ermüdung aufgrund von Betriebsbeanspruchung, der sich in einer anschließenden Stillstandsphase im Bereich der Rissspitze die Ausbildung einer Korrosionsmulde anschließt. In den folgenden Betriebszyklen wiederholen sich Risswachstum und Stillstandskorrosion (Bild 1). Grundlegende Experimente unter Laborbedingungen untersuchten systematisch den Einfluss von Dehnrate, Mediumtemperatur, Sauerstoffgehalt, Strömungsgeschwindigkeit, Frequenz und Werkstoff beziehungsweise Werkstoffzustand auf die Anfälligkeit für die genannte Rissbildung [8]. In diesen Untersuchungen wurde festgestellt, dass ein wesentlicher Einflussparameter der Anfälligkeit für DRK die Dehnrate ist, die letztendlich zu der heute gebräuchlichen Bezeichnung „dehnungsinduzierte Riskorrosion“ (DRK) geführt hat. Mit abnehmender Dehnrate (dε/dt=∆l/l0x∆t) nimmt zunächst die Anfälligkeit für DRK zu und erreicht bei ca. dε/dt=10 -6 s -1 ein Maximum. In den 3
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