Spaltkorrosion: Warum Zwischenräume und Beläge zuerst korrodieren ist eine Form des lokal begrenzten Angriffs, die in abgeschirmten, stagnierenden Spalten wie Dichtungsflächen, Gewindeverbindungen, Auflageflächen von Unterlegscheiben und dem Raum unter oberflächlichen Ablagerungen auftritt, wo ein kleines eingeschlossenes Volumen Elektrolyt chemisch von der Masseflüssigkeit abweicht.
Der Mechanismus wird durch Sauerstoffmangel im Spalt und eine sich selbst beschleunigende Absenkung des lokalen pH-Werts angetrieben. Bei passiven Legierungen wie Edelstählen setzt Spaltkorrosion typischerweise bei geringeren Chloridkonzentrationen und niedrigeren Temperaturen ein als Lochfraß auf offenen Flächen derselben Legierung, weshalb verborgene Verbindungen oft lange korrodieren, bevor das freiliegende Metall irgendwelche Anzeichen von Problemen zeigt.
Innerhalb eines engen Spalts wird gelöster Sauerstoff schnell durch kathodische Reduktion verbraucht und kann durch Diffusion nicht ersetzt werden, weil der Spalt den Massentransport einschränkt. Die äußere, gut belüftete Oberfläche bleibt sauerstoffreich und wird zur Kathode, während das sauerstoffarme Spaltvolumen zur Anode wird. Im Spalt löst sich Metall und es entstehen positiv geladene Metallkationen.
Um die Ladungsbilanz zu erhalten, wandern Chloridionen nach innen. Diese Metallchloride hydrolysieren dann mit Wasser, bilden Salzsäure und senken den pH-Wert im Spalt auf Werte von etwa 2 bis 3. Der niedrige pH-Wert und die hohe Chloridkonzentration zerstören lokal die Passivschicht, sodass die Auflösung sich selbst beschleunigt.
Dies ist dasselbe Prinzip der differenziellen Belüftung, das auch Angriffe unter Ablagerungen verursacht, weshalb der Prozess mit mikrobiell beeinflusster Korrosion überlappt, wenn Biofilme und Schlamm die abgeschirmte Zone bilden.
Lochfraß benötigt einen Defekt, um die Passivität auf einer offenen, der gesamten Massechemie ausgesetzten Fläche zu durchbrechen. Ein Spalt erzeugt hingegen seine eigene aggressive Mikro-Umgebung: Er konzentriert Chlorid und erzeugt Säure, unabhängig davon, wie mild die Masseflüssigkeit ist.
Durch die eingeschlossene Geometrie liegt die kritische Spalttemperatur (CCT) deutlich unter der kritischen Lochfraßtemperatur (CPT) für denselben Stahl, oft um einige zehn Grad, und die Initiation erfolgt bei niedrigeren Chloridgrenzwerten. In der Praxis gilt diese Rangfolge für austenitische und Duplex-Werkstoffe, sodass eine Verbindung, die einen allgemeinen Lochfraßtest besteht, am Dichtungssitz dennoch versagen kann.
Vergleichen Sie das Verhalten auf offenen Flächen im Artikel über Lochfraßkorrosion , um zu sehen, warum die Geometrie, nicht nur die Legierung, das Ergebnis bestimmt.
Die Beständigkeit steigt mit dem Pitting Resistance Equivalent Number, PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Legierungen mit höherem PREN tolerieren höhere Chloridgehalte und Temperaturen, bevor ein Spalt aktiv wird. Die unten stehenden Werte sind indikativ und hängen von der Spaltweite und der Oberflächenbeschaffenheit ab.
| Legierung | Typ | PREN (ca.) | Relative Spaltbeständigkeit |
|---|---|---|---|
| 304 / 1.4301 | Austenitisch | 18 bis 20 | Niedrig |
| 316L / 1.4404 | Austenitisch (Mo) | 24 bis 26 | Mittel |
| 2205 / 1.4462 | Duplex | 34 bis 36 | Hoch |
| 254 SMO / 1.4547 | Superaustenitisch | 42 bis 45 | Sehr hoch |
| Alloy C-276 | Ni-Cr-Mo | >65 | Ausgezeichnet |
Spaltkorrosion begünstigt jede Geometrie, die Flüssigkeit einschließt und Sauerstoff blockiert. Die wiederkehrenden Übeltäter in Prozess- und Versorgungsanlagen sind vorhersehbar, wodurch sie sich leicht konstruktiv vermeiden oder im Inspektionsplan aufnehmen lassen.
| Spaltstelle | Ursache | Praktische Abhilfe |
|---|---|---|
| Dichtung / Flanschfläche | Stagnierender Film unter Dichtungsrand | Flächendichtungen bündig ausgeführt; PTFE- oder Graphitdichtungen; Flansch aus Legierung mit höherem PREN |
| Gewindeverbindungen | In den Gewinden eingeschlossenes Elektrolyt | Schweißnahtabdichtung oder durchgehende Schweißnähte; Gewindedichtmittel |
| Schrauben und Unterlegscheiben | Abgeschirmter Metall-zu-Metall-Kontakt | Dichtscheiben; Auflageflächen beschichten; Befestiger aus höherlegierter Werkstoff |
| Unter Ablagerungen | Belag, Schlamm, Biofilm als Abschirmung | Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit; regelmäßige Reinigung; Filtration und Dosierung |
| Rohr-Rohrplattenverbindung | Eingeschlossener Expansionsspalt | Volldimensionale Expansion plus Schweissnahtabdichtung; Rohrlegierung aufrüsten |
| Schweißfehler | Mangelnde Durchdringung, Spalten | Durchdringende Schweißnähte; bündig schleifen; Stützringe vermeiden |
Die dauerhafteste Gegenmaßnahme ist geometrisch. Stumpfnähte sind Überlappnähten überlegen, durchgehende Schweißnähte sind intermittierenden vorzuziehen und Flächendichtungen schlagen versenkte Dichtungen. Kann eine Verbindung nicht eliminiert werden, so muss der Spalt abgedichtet werden, damit kein Elektrolyt eindringen kann, und eine Legierung spezifiziert werden, deren kritische Spalttemperatur die Einsatzbedingungen ausreichend übersteigt.
Halten Sie Oberflächen sauber: Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und Entfernen von Ablagerungen verhindern den abgeschirmten Startpunkt des Prozesses. Bei beschichteten oder isolierten Ausrüstungen gilt dieselbe Logik von eingeschlossener Feuchtigkeit für die Korrosion unter Isolierung, sodass Inspektionsstrategien für beides gemeinsam laufen sollten.
Da Spaltschäden definitionsgemäß verborgen sind, ist eine zustandsorientierte Inspektionsroutine, die auf bekannte Stellen ausgerichtet ist, unerlässlich. Teams, die Dichtungswechsel, Anzugsprotokolle und Ablagerungsreinigungszyklen als wiederkehrende Arbeitsaufträge in Fabrico protokollieren, erwischen Wiederholungstäter, bevor ein Leck eine ungeplante Abschaltung erzwingt.
Weil der Angriff unter Dichtungen, Ablagerungen und Befestigungen sitzt, reichen Sichtprüfungen allein nicht aus. Zerlegen Sie stichprobenhaft Flanschverbindungen bei Revisionen und inspizieren Sie die Auflageflächen. Ultraschall-Dickenmesskarten, Endoskopinspektion von Wärmetauscherrohren und Wirbelstrom-Screenings finden Wandverluste, die außen nie sichtbar werden.
Coupons und elektrochemische Sonden, die in repräsentativen Spaltgeometrien platziert werden, geben frühe Warnungen, wenn das Öffnen einer Verbindung unpraktisch ist. Das Trendverfolgen dieser Ergebnisse über aufeinanderfolgende Stillstände zeigt, ob ein Legierungsupgrade oder eine Chemieänderung tatsächlich wirkt.
Beide sind lokal begrenzte Chloridangriffe auf passive Legierungen, aber Lochfraß beginnt auf einer offenen, vollständig exponierten Fläche, während Spaltkorrosion in einem abgeschirmten Spalt beginnt, der seine eigene saure, chloridreiche Mikro-Umgebung erzeugt. Bei derselben Legierung setzt die Spaltform bei niedrigeren Temperaturen und geringeren Chloridwerten ein, weil die Geometrie die aggressiven Spezies konzentriert.
Die Beständigkeit steigt mit Molybdän- und Stickstoffgehalt und wird durch den PREN-Index abgebildet. Duplex 2205, Superaustenit 254 SMO und Nickellegierungen wie C-276 tolerieren deutlich höhere Chlorid- und Temperaturbelastungen als 304 oder 316L, bevor ein Spalt aktiviert wird.
Eine intakte, durchgehende Beschichtung, die Elektrolyt vom Spalt fernhält, hilft, aber eine beschädigte, blasenbildende oder schlecht aufgebrachte Beschichtung kann einen neuen Spalt erzeugen und die Situation verschlimmern. Das Abdichten der Verbindung und die Wahl der richtigen Legierung sind verlässlicher als alleinige Abhängigkeit von einer Beschichtung.
Beginnen Sie an den risikoreichsten Geometrien: Dichtungssitze, Gewindeverbindungen, Auflageflächen von Befestigungen, Rohr-Rohrplattenverbindungen und alle Oberflächen mit Ablagerungen. Diese Stellen versagen zuerst, daher liefert eine zustandsorientierte Routine, die sich auf sie konzentriert, den besten Nutzen. Buchen Sie eine Fabrico-Demo, um zu sehen, wie wiederkehrende Inspektionen geplant und nachverfolgt werden: Buchen Sie eine Fabrico-Demo.
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