Werkstoffe 03.05.2013, 10:45 Uhr

Nickelreduzierter Stahl für den Korrosionsschutz

Schwankende Preise bei rostfreien Stählen machen den Einkauf in der maritimen Technik zur Glückssache. Der Einsatz von nickelarmen Edelstahlalternativen mit höherem Chromgehalt stabilisiert die Preise und bietet dabei sogar besseren Korrosionsschutz, wie die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung festgestellt hat.

Weltweit verursachen Korrosionsschäden jährlich Kosten von rund 3,3 Billionen $. 

Weltweit verursachen Korrosionsschäden jährlich Kosten von rund 3,3 Billionen $. 

Foto: Ambau Windservice

In den Industrieländern verursachen Korrosionsschäden nach Einschätzung der World Corrosion Organisation (WCO) jährlich Kosten in Höhe von 3 % bis 5 % des Bruttoinlandsprodukts. Die Schäden belaufen sich hiernach auf 3,3 Billionen $ weltweit. Fast ein Drittel davon könnte durch bekannte Techniken zur Korrosionsminderung eingespart werden.

Zu diesen Techniken gehört neben der Beschichtung, der Galvanik oder dem kathodischen Korrosionsschutz auch der Einsatz von nichtrostenden Stählen. Weit verbreitet ist dabei die Verwendung von austenitischen Standardstählen, etwa den Typen 1.4301 (umgangssprachlich V2A genannt) oder 1.4571 (V4A). Um die starken Preisschwankungen bei den Austeniten zu umgehen, lassen sich diese Stähle durch nickelreduzierte Legierungen teilweise ersetzen. Dieses Ergebnis eines breit angelegten Forschungsprojekts stellte Projektleiter Andreas Burkert von der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin, kürzlich auf der 12. Korrosionsschutztagung in Hamburg vor.

Starke Preisschwankungen auf dem globalen Rohstoffmarkt

Hintergrund der Untersuchungen sind die starken Preisschwankungen auf dem globalen Rohstoffmarkt besonders für Nickel und Molybdän. „Die Preisspanne der Legierungszuschläge für den 1.4301 betrug in den letzten fünf Jahren zwischen 500 €/t und 3500 €/t“, berichtete Burkert. „Für den Superaustenit 1.4529 lag der Preis für die Legierungszuschläge sogar zwischen 2500 €/t und 13 200 €/t.“

Einer der Hauptpreistreiber ist Nickel. „Um die Preise stabiler zu machen, sollten andere Stähle zum Einsatz kommen“, verwies Burkert auf das Studienziel. Die Alternativen müssten aber zumindest die gleiche Korrosionsbeständigkeit an den Tag legen wie austenitische Stähle. Dafür kommen nickelreduzierte Stähle infrage. Das BAM-Forschungsteam wählte neun Stähle aus: jeweils drei aus den Gruppen Austenite, Duplex und Ferrite. Zwei der Austenite – 1.4301 und 1.4404 – bildeten die Referenzwerkstoffe mit einem hohen Nickelgehalt.

Auf Korrosionseigenschaften getestet

Das Interesse der Materialforscher galt den Korrosionseigenschaften. Sie konzipierten dafür drei große Versuchskomplexe: die Auslagerung in natürlichen Klimaten, die Auslagerung in künstlichen Klimaten und die elektrochemische Untersuchung. Die zeitlich aufwendigsten Untersuchungen waren die Auslagerungsversuche in verschiedenen Atmosphären. In Berlin, auf Helgoland, an Schwimmhallen, in der Lebensmittelindustrie und in Reinigerlösungen waren die Proben 22 bis 24 Monate lang den mehr oder weniger aggressiven Flüssigkeiten und Atmosphären ausgesetzt. Parallel dazu fanden elektrochemische Untersuchungen statt. Als Kennwert ermittelten die Materialforscher das kritische Lochkorrosionspotenzial.

Die Teilnehmer der Korrosionsschutztagung kamen hauptsächlich aus der Offshore-Branche, dementsprechend groß war das Interesse an den Proben in der Meeresatmosphäre von Helgoland. Hier waren die Proben einmal schutzlos den Naturgewalten ausgesetzt und einmal in einer überdachten Anordnung vor dem Gröbsten geschützt. Burkert zufolge mit einem klaren Ergebnis: „Bei der Freibewitterung wiesen die Duplexvarianten trotz sichtbarer Verfärbungen nur geringe Lochtiefen auf. Bei der überdachten Auslagerung zeigten nur die drei Duplexvarianten optisch relativ gute Oberflächenzustände.“ Auch bei den ermittelten Lochtiefen schnitten die Duplexstähle am besten ab, ebenso bei der elektrochemischen Untersuchung.

Aus den Untersuchungen zog Burkert den Schluss, dass Stähle mit niedrigem Nickel- und höherem Chromgehalt austenitische CrNi- und CrNiMo-Stähle mit hohem Nickelgehalt ersetzen können. „Besonders die Duplexstähle zeigten bei verschiedenen Einzelprüfungen hervorragende Korrosionsbeständigkeit“, fasste er seine Ergebnisse zusammen. „Duplexstähle sind korrosionsbeständiger, ermöglichen geringere Querschnitte und fördern damit den Ressourcen sparenden Leichtbau“, so Burkert. Ziehe man die Korrosionsschäden ins Kalkül, seien diese Stähle wirtschaftlich wie technisch eine Alternative zu den weit verbreiteten Austeniten. 

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