Spannungsrisskorrosion

Spannungsrisskorrosion ist das zeitabhängige Wachstum von Rissen in einem Werkstoff, der gleichzeitig statischen oder zyklischen Zugspannungen ausgesetzt ist und sich in einer korrosiven Umgebung befindet. Der Riss kann sich bei vergleichsweise geringen plastischen Verformungen ausbreiten und zum Bruch führen, ohne dass eine erhebliche plastische Verformung sichtbar wird. Die Phänomenkette entsteht aus dem Zusammenwirken von materialabhängiger Empfindlichkeit, mechanischer Belastung und chemischer Angriffssituation.

Zu den wesentlichen Voraussetzungen gehören ein anfälliger Werkstoff, eine relevante Zugspannung (angelegt oder residual) sowie ein korrosives Medium. Typische Werkstoffe sind hochfeste Stähle, austenitische Edelstahllegierungen (insbesondere bei Sensibilisierung), bestimmte Nickel- und Aluminiumlegierungen. Typische Medien sind chloridhaltige wässrige Lösungen, aber auch andere aggressive Lösungen wie Schwefel-, Ammoniak- oder alkalische Medien, oft in erhöhten Temperaturen. Die Empfindlichkeit variiert stark mit Werkstoff, Temperatur, pH-Wert und der Art der Belastung.

Die Mechanismen beruhen vornehmlich auf two principal pathways: einer anodischen Auflösung am Rissspitzen, die das Risswachstum unterhalb der klassischen Bruchspannungen fördert, und häufig begleitend auf hydrogen-gestützte Bruchmechanismen, bei denen Wasserstoff die Kohäsion des Materials reduziert. Rissausbreitung verläuft subkritisch und hängt vom Spannungsintensitätsfaktor K sowie von Umweltparametern ab.

Erkennung und Prävention umfassen zerstörungsfreie Prüfungen (z. B. Sichtprüfung, Penetrantentest, Ultraschall), sowie Maßnahmen wie Wahl geeigneter Materialien, Spannungsentlastung, Umgebungssteuerung (pH-Wert, Chloridreduktion), Beschichtungen, Inhibitoren, und kathodischer Schutz. Designanpassungen und regelmäßige Überwachung sind wichtige Strategien zur Minimierung des Risikos. Spannungsrisskorrosion tritt vor allem in der Chemie-, Öl- und Gasindustrie sowie in der Metallverarbeitung auf, wo aggressive Umgebungen und mechanische Lasten zusammentreffen.