Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen

Teil 5 - SS:
Korrosionsschutz von
Stahlkonstruktionen
Schadensfälle aus der Praxis
Andreas Schütz - Gastvortrag
Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH
Inhalt
„Passiver“ Korrosionsschutz
Zinküberzüge:
Schichtwachstum
Schichtfehler
Rissbildung
Beschichtungen: Korrosionsschutz
Systemfehler
Korrosionsschutz-Methoden
Aktiver Korrosionsschutz
Maßnahmen am angreifenden Medium
Maßnahmen am zu
schützenden Werkstoff
Passiver Korrosionsschutz
Beschichtungen
Entfernung angreifender Stoffe
Werkstoffauswahl
Gummierungen
Beeinflussung angreifender Stoffe
Korrosionsschutzgerechte Gestaltung
Metallische Überzüge
Kathodischer Korrosionsschutz
Nichtmetallische anorganische Schichten
Übersicht über die Methoden des Korrosionsschutzes
Strukturen von
Zinküberzügen
Galvanisch (elektrolytisch) verzinkter Stahl nach DIN 50961
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Feuerverzinkter Stahl nach DIN EN 10326 (Bandverzinkung)
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Feuerverzinkter Stahl nach DIN EN ISO 1461 (Stückverzinkung)
a) Silizium-Gehalt des Stahls aus dem Niedrigsiliziumbereich (<0,03% Si)
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Feuerverzinkter Stahl nach DIN EN ISO 1461 (Stückverzinkung)
b) Silizium-Gehalt des Stahls aus dem Sandelinbereich (0,03% bis 0,12% Si)
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Feuerverzinkter Stahl nach DIN EN ISO 1461 (Stückverzinkung)
c) Silizium-Gehalt des Stahls aus dem Sebistybereich (0,12% bis 0,28% Si)
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Feuerverzinkter Stahl nach DIN EN ISO 1461 (Stückverzinkung)
d) Silizium-Gehalt des Stahls aus dem Hochsiliziumbereich (>0,28% Si)
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Thermisch gespritztes Zink auf Stahl nach DIN EN ISO 2063 (Spritzverzinkung)
Zinkstruktur bei verschiedenen Verzinkungsarten
Einflussfaktoren auf das
Schichtwachstum
Dicke des Zinküberzugs in µm
600
500
460 °C
400
450 °C
440 °C
300
200
100
0
NiedrigsiliziumBereich
Sandelin-Bereich
0,1
0,035
Hochsilizium-Bereich
Sebisty-Bereich
0,12
0,2
0,28
0,3
Si-Gehalt des Stahles in Masse-%
)
Einfluss des Stahls auf das Feuerverzinken
0,4
Reinzink- Phase
Zinküberzug
Fe-Zn-Legierung
"- Phase
!1- Phase
Stahl
Zinküberzüge
Fe-Zn-Legierung
Zinküberzug
Stahl
Zinküberzüge
600
Schichtdicke in µm
500
konventionelle
Zinkschmelze
400
300
200
Zinkschmelze mit Ni
100
Zinkschmelze mit Sn und Bi
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
Silizium im Stahl in %
Abhängigkeit der Zinkschichtdicke vom Si-Gehalt im Stahl und der
Zinkschmelze
Zinküberzüge – Zulegierung von Zinn
Rissbildung beim
Feuerverzinken
Risse nach dem Verzinken - Vierkantrohre
LME: Liquid Metal (induced) Embrittlement
Flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion
LMAC: Liquid Metal Assisted Cracking
Flüssigmetallversprödung
„… ein unter Zugspannung stehendes, festes Metall durch
flüssiges Metall angegriffen wird.“1
1:
Schulz, Thiele: Feuerverzinken von Stückgut, Leuze Verlag, 2008.
Kaltgefertigte Vierkantprofile
Kaltverfestigung durch zu engen Biegeradius (Keinesfalls „warm“ planen und „kalt“
verarbeiten!)
Schweißen an kaltgefertigtem Quadrat od. Rechteckrohr unzulässig! (DIN EN 18800 Teil
1, Eurocode 3)
Hohes Risspotential mit jeglicher Zinkschmelze (Anrisse im Stauchbereich, Spannungen)
Rmin = 1,5 x T bis T ! 2,5mm
Rmin = 2,2 x T von T > 2,5 bis 4mm
T
Typische Schäden
R
Halbe Kopfplatte
Eigenspannung im Steg durch Schrumpfkräfte beim Erkalten
Längsriss von der halben Kopfplatte ausgehend!
Typische Schäden
Folgende Faktoren und ihre wechselseitige Beeinflussung bestimmen die Neigung
zur Rissbildung beim Stückverzinken:
• der Stahlwerkstoff (physikalische Eigenschaften, chemische Zusammensetzung)
• die Art der Konstruktion
• die Fertigung
• das Feuerverzinken
Wenn mehrere ungünstige Parameter (geringe Duktilität des Stahls, aggressive
Schmelze, Spannungen, Vorschädigungen) zusammen auftreten, kann es in der
Praxis zu Rissen kommen.
Faktoren allgemein
• gegenüber LME anfälliges Festmetall
• ausreichende statische oder dynamische Zug-, Biege- oder
Torsionsbeanspruchung
• korrosiv wirkendes Flüssigmetall
• kritisches Temperaturintervall
• gegenseitige Löslichkeit der Metalle der kritischen Paarung
• gute Benetzbarkeit des festen durch das flüssige Metall
• Bildung niedrigschmelzender, intermetallischer Phasen/Verbindungen
Faktoren speziell
Lichtmikroskopische Aufnahme des oberen Rissbereiches
Lichtmikroskopische Aufnahme der äußersten Rissspitze
Elementverteilung in einer Rissspitze (EDX-Messung)
Verzinkungsfehler
streifenförmige Verdickungen und Vertiefungen
metallographische Aufnahme - verzinktes Vierkantprofil
metallographische Aufnahme - verzinktes Vierkantprofil
Dicke des Zinküberzugs in µm
600
500
460 °C
400
450 °C
440 °C
300
200
100
0
NiedrigsiliziumBereich
Sandelin-Bereich
0,1
0,035
Hochsilizium-Bereich
Sebisty-Bereich
0,12
0,2
0,28
0,3
Si-Gehalt des Stahles in Masse-%
)
Einfluss des Stahls auf das Feuerverzinken
0,4
Schwarzfleckigkeit
REM-Aufnahme - Bauteiloberfläche
Elementverteilung (REM + EDX) - Bauteiloberfläche
Korrosionsschutz
durch
Beschichtungen
Etwa 80 % aller vor Korrosion zu schützenden Flächen werden mit
organischen Schutzschichten versehen.
Gründe:
- Wirtschaftlichkeit
- gute Korrosionsschutzwirkung
- leichte Durchführbarkeit
(Organische Schutzschichten sind auf Grund ihrer unterschiedlichen, durch
Bindemittel und Pigment bestimmten Eigenschaften für sehr verschiedenartige
Belastungsbedingungen geeignet. Für die Applikation von Beschichtungsstoffen
sind alle drei wichtigen Grundoperationen (Streichen, Spritzen, Tauchen)
anwendbar. Beschichtungsstoffe spielen in der Instandhaltung eine
dominierende Rolle)
Stellenwert der organischen Beschichtungen
Energie- und
Fahrleitungsmasten
Brücken
Kraftwerke
Bahnhöfe
Windkraftanlagen
Kläranlagen
Tagebauanlagen
Hallen
Zu schützende Objekte
Organische Beschichtungen sind für Sauerstoff und Wasser durchlässig.
Die Durchlässigkeit einer Beschichtung für Ionen ist gering.
Beschichtung
I
II
Metall
III
Typische Werte für die Durchlässigkeit sind:
(Filmdicke: 0,1 mm, rel. Feuchte 92%, 298 K)*
H2O:
0,19 - 1,12
g/(cm² Jahr)
O2:
0,004 - 0,058
g/(cm² Jahr)
NaCl:
4 · 10-6 – 1,9 ·10-4
g/(cm² Jahr)
*:Maynes, J. E. O.: Corrosion series of papers reprintedfrom reseearch 5,29(1953)
Barrierewirkung von Beschichtungen
Beschichtungssysteme können versagen durch
Für den Einsatzzweck ungeeignete Beschichtungsstoffe
Ungeeignete oder nicht fachgerechte Ausführung der
Oberflächenvorbereitung
Beschichtungsschäden durch fremde Gewerke
Aushärtungsbedingungen abweichend von den Vorgaben
des Beschichtungsstoffherstellers
Taupunktunterschreitung
Falsche Verdünner
Zu geringe oder zu hohe Schichtdicken
Mängel am Beschichtungsstoff
…
Alterung
Beschichtungen
Fehler und Schäden

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