Labor Werkstofftechnik Dehnungsinduzierte Risskorrosion

G. Lüdenbach et al.
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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
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