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Bruch einer Ferngasleitung infolge WasserstoffversprödungMartin Möser, 08_2008Im September 1989 beschwerten sich die Einwohner eines Dorfes bei Jena über Gasgeruch. EineFerngasleitung (Stadtgas) führte am Dorf vorbei; sie war erst 2 Jahre vorher verlegt worden. Eshandelte sich um eine Ausgleichsleitung, welche zwei größere Systeme verband.Abmessungen: 620 x 10 mm, spiralgeschweißt aus Stahl RSt 52-3,Betriebsdruck 4 MPa.Man erzählte, dass ein Mann beauftragt wurde, den Ort des Gasaustrittes zu besichtigen. Dieser Mannsah, dass der Ackerboden leicht brodelte, behielt aber sein Wissen für sich, denn der Feierabend warnahe und das Telefon fern. Gegen Abend des nächsten Tages hatte sich die Leitung frei geblasen.Der Schadbereich lag in einer Geländesenke. Das Gas hatte beträchtlich Erdreich bewegt. DerBlasbereich war entsprechend an seiner glatten Wandung zu erkennen (Bild 1).Die Risse klafften (Bild 2).Bild 1aufgerissenes Rohr,Blastrichter an glatter Wandausbildung undWurfrichtung des Erdgutes zu erkennen

Bild 2Teilbereich des LecksDie Naht war auf einer Länge von 2,8 Metern aufgerissen. Zur näheren Untersuchung kam einNahtabschnitt aus der Mitte des Schadbereichs. Dieser Abschnitt lag auf der Unterseite des Rohres(Bereich 6.1 in Bild 3).Der Riss hatte vorwiegend die Mitte der Naht erfasst, wechselte aber gelegentlich auch in denFlankenbereich. Der Grundwerkstoff war großflächig von (kürzeren) Nebenrissen durchsetzt (Bilder 4und 5).Bild 3Länge des geschädigtenBereiches 2,8 m

Bild 4Schadbereich 6.1 – Blickauf die Innenwand;Riss verläuft etwa in derMitte des Schweißgutes,rechts Wechsel in dieFlanke,dort Probennahme für dieUntersuchung mit demREMBild 5Makroschliff;Durchbruch imNahtbereich, Rissegroßflächig imGrundwerkstoffFraktographische Untersuchungen im Bereich des SchweißgutesDie Stängelstruktur ist mäßig stark heraus gearbeitet worden. Der Gewaltbruch beschränkte sich aufeine Breite von etwa 1,5 mm (Bild 6).Einzelne Stängelkörner wurden relativ glatt aufgespalten. Das restliche Bruchgefüge des Anrisseszeigte sich extrem feinfacettiert (Bilder 7 und 8).Bild 6Schweißnahtbereich,Übersichtsaufnahme mit demREM – Stängelkorn, Bereich desRestbruches als Scherlippe nurca. 1,5 mm breit (rechts)

Bild 7:gespaltenes Stängelkorn im sonstextrem feinfacettiertem Gefüge(Ausschnitt aus Bild 6)Bild 8:Spaltflächen des Stängelkornsrelativ gut erhalten(Ausschnitt aus Bild 7)Betrachtet wird noch der direkte Übergang zum Gewaltbruch. Die Facetten fächern hier etwas stärkerauf. Weiterhin tragen sie einige Ätzgrübchen. Der Gewaltbruch zeigt Wabenstruktur (Bild 9).Bild 9:Übergang zur Scherlippe – feineFacetten mit quadratischenÄtzgrübchenScherlippe mit Wabenstruktur,verätzt

Fraktographische Untersuchung im Bereich des GrundwerkstoffesDer Rissbereich wurde aufgebrochen; die Tiefe der freigelegten Risse betrug ca. 2 mm (Bild 10).Es findet sich durchgehend eine feine Facettenstruktur (Bilder 11-13).Bild 10aufgebrochene Risse etwa 2 mmtief(helle Bereiche),Restbruch faserig;zahlreiche Risse unterhalb derBruchflächeBild 11Übergang vom Anriss (oben)zum Restbuch mitWabenstruktur

Bild 12Bruchgefüge feinfacettierttranskristallin(Ausschnitt aus Bild 11)Bild 13Facetten gut erhalten(Ausschnitt aus Bild 12)DiskussionMit transkristallinem, feinfacettiertem Bruchgefüge zeigt sich das übliche Bild des Wasserstoffbruchesmäßig fester Stähle.Schäden vorliegender Art stellen sich ein, wenn– ständig Feuchtigkeit anliegt– die Eigenspannungen hoch sind.Auch bei Normaltemperatur laufen im Stahl, der vorgespannt ist, Erholungsvorgänge ab. Anaustretenden Gleitlinien kann durch mechanische Aktivierung Wasserstoff direkt aus dem Wassersabgespalten werden („Tribosorption“).Für Leitungen, die nicht ständig durchströmt werden, besteht in Senkungsgebieten die Gefahr, dasssich Wasser ansammelt. Deshalb sollten die Rohre spannungsarm geglüht werden.

Anmerkung: Die Bilder 1-5 entstammen einem Bericht des Staatlichen Amtes für Technische Überwachung der DDR,Wissenschaftlich-Technische Leitstelle, Abt. Labor, in Halle/Saale vom 29.09.1989. Der eigene Bericht vom 02.10.1989diente dazu als Ergänzung.Ansatzweise wurde der Fall behandelt in: Schmidt, V.; Möser, M.: Rissbildung durch innere und äußere Medien. in:Umgebungsabhängiges Bruchverhalten. 17. Metallkonferenz Dresden 1990, Hrsg.: M. Schaper, J. Barthel, DGM-Verlag,S. 152-172Die reparierte Leitung wurde später einem sogenannten Stresstest unterworfen; insofern wird die Havarie erwähnt in:Busack, V. u. a.: Beispiel der Anwendung des Stresstestes bei einer durch Spannungsrisskorrosion geschädigten Leitung.GWF Gas Erdgas 139 (1998) Nr. 2., S. 75-83