Erosionskorrosion

Erosionskorrosion ist ein Werkstoffabtrag infolge von mechanischem Oberflächenabtrag (Erosion) und Korrosion, wobei die Korrosion durch Zerstörung von Schutzschichten als Folge der Erosion ausgelöst wird.

Laut Definition ist der erosive Angriff gegen eine Schutzschicht gerichtet und nicht gegen den Werkstoff selbst. Der Werkstoff unterliegt später nach der Zerstörung der Schutzschicht dem korrosiven Angriff der umgebenden Sauerstoffatmosphäre.

Als Folge der Erosionskorrosion tritt ein Materialabtrag an der betroffenen Komponente und ein Materialtransport im strömenden Medium, sowohl in Einphasenströmung (Wasser), als auch in Zweiphasenströmung (Wasser/Dampf) auf.

Erosionskorrosion verursacht nach dem Wegspülen der Schutzschichten Abtragungen, die meist von einem Angriffspunkt ausgehen. Der Materialabtrag tritt im allgemeinen in Form von glatten, teilweise metallisch glänzenden Auswaschungen auf. Die abgetragene Oberfläche zeigt muldenartige, wellige oder schulterartige Strukturen.

Die Abtragung der Schutzschicht erfolgt bevorzugt über Strömungsturbulenzen, so dass Störstellen wie z.B. Kanten, Erhebungen, Vertiefungen oder Umlenkungen besonders gefährdet sind.

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Einflussgrößen

Die fehlende Sättigung der wandnahen Flüssigkeitsschicht mit oxidschichtbildenden Korrosionsprodukten ist die Ursache der Entstehung von Erosionskorrosion. Dies geschieht infolge eines schnellen Stoffaustausches der Grenzschicht mit der Kernströmung.

Erosionskorrosion tritt demzufolge nur dann auf, wenn Passivschichten (oder allgemeiner: die Korrosion hemmende Oxidschichten) auf der Metalloberfläche entfernt werden. Eine Erhöhung des Chromzuschlags im Stahl erhöht schon weit unterhalb der Passivität (>12 bis 13 Gew.%) die Beständigkeit gegenüber der Erosionskorrosion.

Wenn die Abtragegeschwindigkeit des Mediums höher ist als die Geschwindigkeit der Neubildung einer Schutzschicht durch elektochemische Reaktion, kann Erosionskorrosion auftreten.

Einflüsse auf die Erosion

- mechanische Werkstoffeigenschaften

- Strömungsbedingungen (Geschwindigkeit, Geometrie)

Einflüsse auf die Korrosion und Schutzschichtbildung

- Mediumseigenschaften (pH-Wert, Sauerstoffgehalt, Temperatur)

- elektrochemische Werkstoffeigenschaften bzw. der Chromgehalt im Werkstoff Stahl

Parameter

Aufgrund zahlreicher Laboruntersuchungen ist bekannt, welche Parameter einen Einfluss auf die Entstehung von Erosion bzw. Erosionskorrosion haben:

1) Werkstoff

2) pH-Wert des Mediums

3) Strömungsgeschwindigkeit des Mediums

4) Temperatur des Mediums

5) Sauerstoffgehalt des Mediums

6) Geometrische Bedingungen

Vorkommen

Ausgehend von Überlegungen, dass Erosionskorrosion nur in der flüssigen Phase vorkommt, kann dies auch auf zweiphasige Strömungen (Wasser/Wasserdampf) bezogen werden, wenn man davon ausgeht, dass ein zusammenhängender Flüssigkeitsfilm auf der Wandoberfläche vorhanden ist und für den Erosionsvorgang als maßgebende Strömungsgeschwindigkeit die Wassergeschwindigkeit im wandnahen Film herangezogen wird. Betroffen sind insbesondere un- oder niedriglegierte Stähle (mit geringem Chromzuschlag) in einem Temperaturbereich von 80 bis 250 Grad Celsius, wobei ein maximaler Materialabtrag in einem Temperaturbereich von ca. 180 Grad Celsius zu erwarten ist.