Ist der Edelstahl versagt? Ein Leitfaden für Sachverständige zur Identifizierung von Werkstoff- vs. Anwendungsversagen

Ist der Edelstahl versagt? Ein Leitfaden für Sachverständige zur Identifizierung von Werkstoff- vs. Anwendungsversagen

Wenn Komponenten aus rostfreiem Stahl versagen – sei es durch Rissbildung, Grubenerosion oder katastrophalen Bruch – stellt sich die dringende Frage: Lag es am Material oder an der Anwendung? Als Gutachter ist es entscheidend, zwischen diesen Ursachen zu unterscheiden, um Verantwortlichkeiten zuzuweisen, Wiederholungen zu verhindern und künftige Materialien korrekt festzulegen. Hier ist eine strukturierte Methodik, um die Ursache zu ermitteln.

? 1. Erste Schadensbeurteilung: Szenenanalyse

Beweismittel sichern

• Fotografieren Sie die Schadensstelle aus verschiedenen Winkeln, inklusive Weitwinkel- und Nahaufnahmen der Bruchflächen.

• Notieren Sie die Umweltbedingungen: Temperatur, pH-Wert, Chloridkonzentration und chemische Exposition.

• Erfassen Sie die Betriebsbelastungen: statische Last, zyklische Belastung oder thermische Wechselbelastung.

Proben sammeln

• Entnehmen Sie die defekten Komponenten vorsichtig, um die Bruchflächen nicht zu beschädigen.

• Sammeln Sie angrenzendes, unbeeinflusstes Material zur Vergleichsbasis.

⚠️ 2. Häufige Schadensmechanismen bei rostfreiem Stahl

A. Materialbedingte Schäden

Diese resultieren aus inhärenten Defekten im Stahl selbst.

1. Falsche Werkstoffauswahl

   • Beispiel : Verwendung von 304 in Umgebungen mit hohem Chloridgehalt, wo 316 erforderlich ist.

   • Beweis : Gleichmäßige Lochkorrosion oder Spaltkorrosion in aggressiven Medien.

2. Metallurgische Defekte

   • INHALTE : Sulfid- oder Oxid-Einschlüsse wirken als Spannungskonzentratoren.

     • Beweis : Rasterelektronenmikroskopie (REM) zeigt MnS-Fasern an Rissinitiierungsstellen.

   • Sigma-Phasen-Versprödung : Ausscheidung in Duplex-Werkstoffen (z. B. 2205) aufgrund unsachgemäßer Wärmebehandlung.

     • Beweis : Verlust der Schlagzähigkeit (Charpy-Prüfung), interkristalliner Bruch.

3. Fälschung oder falsch etikettiertes Material

   • Beispiel : 304 wird als 316 verkauft.

   • Beweis : RFA-Analyse zeigt geringen Mo-Gehalt (<2,1 % für 316).

B. Versagen aufgrund der Anwendung

Diese resultieren aus äußeren Faktoren, die nicht mit der Materialqualität zusammenhängen.

1. Spannungsrißkorrosion (SCC)

   • Ursache : Kombinierte Zugspannung + Chloride + Temperatur.

   • Beweis : Verzweigte Risse unter dem Mikroskop (typisch für Chlorid-SCC).

2. Galvanischen Korrosion

   • Ursache : Kombination von rostfreiem Stahl mit einem mehr anodischen Metall (z. B. Kohlenstoffstahl) in Elektrolyten.

   • Beweis : Lokalisierte Korrosion an Kontaktpunkten.

3. Unzulässige Fertigung

   • Schweißnahtfehler :

     • Fehlende Entleerung (Zuckern auf der Rückseite).

     • Wärmetönung (Oxidschicht) nicht entfernt, wodurch Chrom-arme Zonen entstehen.

   • Kaltbearbeitung : Verursacht Eigenspannungen, die SCC begünstigen.

4. Unzureichende Wartung

   • Beispiel : Eisenkontamination durch nicht gereinigtes Werkzeug aus Kohlenstoffstahl, was zu Lochkorrosion führt.

? 3. Techniken zur forensischen Untersuchung

Visuelle und mikroskopische Untersuchung

• Stereomikroskopie : Bruchtyp identifizieren (duktil vs. spröde).

• SEM/EDS : Bruchflächen auf chemische Zusammensetzung analysieren (z. B. Vorhandensein von Chloriden).

Werkstoffprüfung

• RFA-Gerät : Legierungszusammensetzung innerhalb von Sekunden überprüfen.

• Optische Emissionsspektroskopie (OES) : Exakte Quantifizierung von Legierungen.

Mechanische und Korrosionsprüfung

• Härteprüfung : Hohe Härte kann auf eine unzureichende Wärmebehandlung hindeuten.

• Charpy-V-Notch : Beurteile die Schlagzähigkeit (niedrige Werte deuten auf Versprödung hin).

• ASTM G48-Prüfung : Bewertung des Lochfrasswiderstands (falls der Schaden korrosionsbedingt ist).

Simulationsprüfungen

• Repliziere Betriebsbedingungen (z. B. Chloridbelastung bei Betriebstemperatur) an Proben der gleichen Charge.

? 4. Entscheidungsbaum: Werkstoff vs. Anwendung

Verwende dieses Flussdiagramm, um die Ursachen einzugrenzen:

1. Schritt 1: Werkstoffgüte überprüfen

   • Falls das RFA falsche Zusammensetzung anzeigt → Materialversagen .

   • Wenn Zusammensetzung korrekt → Schritt 2 ausführen.

2. Schritt 2: Bruchfläche untersuchen

   • Bei duktilem Grübchenbruch → Überlastung (Anwendung).

   • Bei interkristalliner Rissbildung → Auf Sensitivierung (Material) oder Spannungsrisskorrosion (Anwendung) prüfen.

   • Bei Lochkorrosion → Auf Chloride (Anwendung) oder Einschlüsse (Material) prüfen.

3. Schritt 3: Fertigungshistorie überprüfen

   • Wenn Schweißnähte ohne Schutzgas oder mit Wärmetönung → Anwendungsversagen .

   • Wenn Material mit Mängeln angeliefert wurde (z. B. gerissener Brammen) → Materialversagen .

?️ 5. Fallstudie: Versagender Pumpenwellen aus rostfreiem Stahl

• Hintergrund : 316L-Welle in einer marinen Anwendung brach nach 6 Monaten.

• Untersuchung :

  • RFA bestätigte die korrekte Chemie (Mo = 2,5 %).

  • REM zeigte Ermüdungsstreifen, die von einer Grube ausgingen.

  • EDS wies hohe Chloridwerte innerhalb der Grube nach.

• Ursache : Anwendungsversagen . Chloride aus Seewasser konzentrierten sich unter Ablagerungen und verursachten Grübchen, die Ermüdungsrisse auslösten.

• - Das ist nicht richtig. : Konstruktion überarbeiten, um stehende Bereiche zu vermeiden; Wechsel zu Duplex-Stahl 2205 für besseren Widerstand gegen Lochkorrosion.

✅ 6. Vorbeugende Maßnahmen

Bei Werkstoffversagen

• Bezug von Werken mit ISO 9001-Zertifizierung.

• Mill-Test-Zertifikate (MTRs) für jede Charge anfordern.

• Eingangsprüfung durchführen (RFA, Härteprüfung).

Für Anwendungsversagen

• Korrosionsrisikobewertungen vor der Werkstoffauswahl durchführen.

• ASTM A380/A967 für Passivierung und Fertigung beachten.

• Schweißer in spezifischen Verfahren für Edelstahl schulen (z. B. Verwendung von Spülgas).

? Fazit: Ein systematischer Ansatz führt zum Erfolg

Versagen ist selten eindeutig. Oftmals wirken Materialfehler und Anwendungsfehler zusammen. Mit einer sorgfältigen Analyse kombiniert mit Industriestandards können Sie die Ursache identifizieren und gezielt Korrekturen umsetzen.

Pro Tipp : Führen Sie eine Versagensdatenbank – die Dokumentation von Untersuchungen beschleunigt zukünftige Diagnosen und hilft bei der Abwehr von Haftungsansprüchen.