Korrosion an Edelstahl: Warum „rostfrei“ nicht rostfrei heißt

„Rostfrei“ ist eine Verkürzung. Nichtrostende Stähle sind nicht von Natur aus beständig — sie schützen sich selbst, solange die Bedingungen stimmen. Fallen sie weg, korrodiert Edelstahl, und zwar meist nicht flächig und sichtbar, sondern lokal, schnell und tief. Dieser Beitrag beschreibt die fünf Schadensbilder, die im Anlagenbau tatsächlich vorkommen, und woran sie sich unterscheiden lassen.

Was die Passivschicht leistet

Ab einem Chromgehalt von 10,5 % bildet sich an der Oberfläche eine chromoxidreiche Deckschicht. Sie ist etwa ein bis drei Nanometer dünn — rund ein Zehntausendstel eines Haardurchmessers — dicht, fest haftend und für die Korrosionsträger praktisch undurchlässig. Diese Passivschicht, nicht das Chrom selbst, macht den Werkstoff beständig.

Ihre entscheidende Eigenschaft ist die Selbstheilung: Wird sie mechanisch verletzt, baut sie sich in Gegenwart von Sauerstoff binnen Minuten neu auf. Daraus folgen unmittelbar zwei Bedingungen, an denen sich fast jeder Korrosionsschaden festmachen lässt:

• Es muss Sauerstoff verfügbar sein. In sauerstoffarmen Zonen — Spalten, Ablagerungen, stehendes Medium — kann sich die Schicht nicht regenerieren.
• Die Oberfläche muss sauber und metallisch sein. Zunder, Anlauffarben, Fremdeisen und Rückstände verhindern eine geschlossene Passivschicht.

Alles Weitere in diesem Beitrag ist im Grunde eine Aufzählung der Wege, auf denen eine dieser beiden Bedingungen verloren geht.

Lochkorrosion

Auslöser: Halogenidionen, in der Praxis fast immer Chlorid.

Chloridionen durchbrechen die Passivschicht punktuell an Schwachstellen — Einschlüssen, Kratzern, Schleifriefen. An der Durchbruchstelle beginnt der Stahl in Lösung zu gehen. Weil die winzige aktive Fläche einer großen passiven Fläche gegenübersteht, konzentriert sich der gesamte Materialabtrag auf einen Punkt; im Loch sinkt der pH-Wert, Chloride reichern sich an, der Prozess hält sich selbst aufrecht.

Erkennungsmerkmal: Die Oberfläche wirkt intakt, oft mit kleinen braunen Punkten. Darunter liegt ein weit größerer Hohlraum. Nadelstiche von einem Millimeter Durchmesser können eine Wand von mehreren Millimetern durchdringen. Es gibt kaum ein Schadensbild, bei dem der optische Eindruck so stark trügt.

Was es verschärft: steigende Temperatur, steigender Chloridgehalt, sinkender pH-Wert, stehendes Medium und raue Oberflächen. Eintauchen in Meerwasser ist der Klassiker, tückischer sind eintrocknende Tropfen — beim Verdunsten steigt die Chloridkonzentration lokal weit über die des Ausgangsmediums.

Gegenmaßnahme: Güte mit höherem PREN wählen (Molybdän und Stickstoff wirken deutlich stärker als Chrom) und die Oberfläche glatt und frei von Belägen halten. Die Zusammenhänge zur Werkstoffwahl stehen im Beitrag Werkstoffgüten.

Spaltkorrosion

Auslöser: Geometrie — jede Stelle, an der Medium hineinkommt und Sauerstoff nicht nachkommt.

Der Mechanismus ähnelt der Lochkorrosion, nur liefert hier nicht ein Defekt der Passivschicht den Startpunkt, sondern die Konstruktion. Im Spalt zehrt die Reaktion den Sauerstoff auf, die Passivschicht kann sich nicht mehr erneuern, Chloride wandern nach und der pH-Wert fällt. Weil dieser Zustand ohne Anfangsdefekt entsteht, setzt Spaltkorrosion bei niedrigeren Chloridgehalten und niedrigeren Temperaturen ein als Lochkorrosion.

Für Flanschverbindungen ist das die relevanteste Korrosionsart. Kritisch sind vor allem:

• der Spalt zwischen Dichtung und Dichtfläche, besonders bei zu weichen oder ungleichmäßig verpressten Dichtungen
• Unterlegscheiben, Schraubenauflagen und Gewindegänge
• nicht durchgeschweißte Nähte, Wurzelrückfall, Poren
• Ablagerungen, Beläge und Klebeetiketten auf der Oberfläche — ein aufgeklebtes Schild erzeugt denselben Spalt wie ein Konstruktionsfehler

Gegenmaßnahme: Spalte konstruktiv vermeiden, Dichtflächen sauber ausführen und gleichmäßig verspannen, Dichtungswerkstoff passend zum Medium wählen, Beläge entfernen. Wo Spalte unvermeidlich sind, gehört die Güte eine Stufe höher gewählt.

Interkristalline Korrosion

Auslöser: Wärme im Bereich zwischen etwa 450 und 850 °C.

In diesem Temperaturfenster scheiden sich an den Korngrenzen Chromkarbide aus. Der Chrom dafür stammt aus dem Bereich unmittelbar neben der Korngrenze, der dadurch lokal unter die 10,5-%-Schwelle fällt und seine Passivierbarkeit verliert. Man spricht von Sensibilisierung. Der Angriff läuft anschließend entlang der Korngrenzen ins Material hinein; im Extremfall lösen sich ganze Körner heraus.

Wo es auftritt: fast ausschließlich in der Wärmeeinflusszone von Schweißnähten — typischerweise in einem schmalen Band im Abstand von einigen Millimetern zur Naht, das genau die kritische Temperatur durchlaufen hat. Daher der Begriff „Messerlinienkorrosion“ für die stabilisierten Güten.

Erkennungsmerkmal: nahtparallele Risse oder ein matt-rauer, körnig aufgehender Streifen neben der Naht.

Gegenmaßnahme: Der Werkstoff entscheidet, nicht die Ausführung. L-Güten mit maximal 0,030 % Kohlenstoff (1.4307, 1.4404) oder titanstabilisierte Güten (1.4541, 1.4571) sind unempfindlich. Zusätzlich hilft eine zügige Wärmeführung mit begrenztem Wärmeeintrag. Der Nachweis erfolgt im Prüfverfahren nach EN ISO 3651-2.

Spannungsrisskorrosion

Auslöser: drei Faktoren gleichzeitig — Zugspannung, chloridhaltiges Medium und erhöhte Temperatur.

Fällt einer der drei weg, tritt der Schaden nicht auf; sind alle drei vorhanden, ist er der gefährlichste. Bei austenitischen Standardgüten beginnt der kritische Bereich etwa ab 50 bis 60 °C. Die Zugspannung muss nicht aus der Betriebslast stammen — Eigenspannungen aus Umformen, Richten oder Schweißen genügen völlig, und die werden bei der Auslegung typischerweise nicht bilanziert.

Erkennungsmerkmal: fein verästelte, oft transkristalline Risse ohne nennenswerten Materialabtrag. Das Bauteil sieht bis zum Bruch unauffällig aus. Deshalb kündigt sich Spannungsrisskorrosion in der Regel nicht an.

Ein häufiger Sonderfall ist Korrosion unter Isolierung: Chloridhaltiges Dämmmaterial wird durch eindringende Feuchtigkeit ausgelaugt, das Chlorid reichert sich an der warmen Rohroberfläche an — und liegt damit unter der Verkleidung außer Sicht.

Gegenmaßnahme: Duplex- und ferritische Güten sind deutlich beständiger; 1.4462 und 1.4410 sind hier die übliche Antwort. Ergänzend: Eigenspannungen durch Spannungsarmglühen abbauen, chloridarmes Dämmmaterial einsetzen, Feuchtigkeitseintritt unter Isolierungen verhindern.

Fremdrost und Kontaktkorrosion

Nicht jeder Rostfleck auf Edelstahl ist Edelstahlrost. Der mit Abstand häufigste Fall ist Fremdrost: Partikel aus unlegiertem Stahl, die auf der Oberfläche haften und dort rosten. Sie stammen aus Werkzeugen, Bürsten oder Trennscheiben, die zuvor an Kohlenstoffstahl im Einsatz waren, aus Schleifstaub in der Halle oder aus dem Transport.

Das Grundmaterial ist dabei zunächst unbeschädigt — der optische Mangel ist aber nicht das eigentliche Problem. Jedes anhaftende Eisenpartikel bildet einen Spalt, verhindert lokal die Passivschicht und wird damit zum Startpunkt echter Lochkorrosion. Entfernen lässt sich Fremdrost durch Beizen oder Passivieren; das Vorgehen beschreibt der Beitrag Beizen und Passivieren.

Kontaktkorrosion entsteht dagegen, wenn zwei unterschiedlich edle Metalle im selben Elektrolyt leitend verbunden sind — etwa Kohlenstoffstahlschrauben in einem Edelstahlflansch. Der unedlere Partner löst sich auf, und zwar umso schneller, je kleiner seine Fläche im Verhältnis zur edleren ist. Eine kleine unedle Schraube in einer großen edlen Fläche ist der ungünstigste denkbare Fall. Abhilfe: gleiche Werkstoffgruppe verwenden oder die Partner elektrisch trennen.

Was konstruktiv hilft

Die meisten Korrosionsschäden an nichtrostenden Stählen gehen nicht auf eine zu niedrig gewählte Güte zurück, sondern auf Ausführung und Umgang. Die wirksamsten Punkte:

• Spalte vermeiden — durchgeschweißte Nähte statt Kehlnähte, keine losen Überlappungen, keine aufgeklebten Etiketten im Medienbereich.
• Restlose Entleerbarkeit — mit Gefälle konstruieren, keine Toträume, keine Sacklöcher, in denen Medium steht.
• Oberfläche schließen — Anlauffarben und Zunder entfernen, nicht überstreichen; glatte Oberflächen setzen weniger an.
• Getrennt fertigen — eigene Werkzeuge, Bürsten und Arbeitsplätze für Edelstahl, streng getrennt von Kohlenstoffstahl.
• Werkstoffe zusammen betrachten — Flansch, Schrauben, Dichtung und Rohr passend zueinander wählen.
• Sauber übergeben — Schutzfolien und Verpackungsrückstände vor Inbetriebnahme entfernen, Anlage nicht mit Restmedium stehen lassen.