Rost- und sa ¨ urebesta ¨ ndige Sta ¨ hle unter Komplexbeanspruchung * Rust and acid resistant steels under complex loading J. Ellermeier 1 , M. Gugau 1 , M. Scholz 1 , C. Berger 1 , E. Schlu ¨ cker 2 , L. Depmeier 2 Herrn Dr. Broszeit zum 65. Geburtstag gewidmet Die Schwingungsrisskorrosionsbesta ¨ndigkeit zweier Sta ¨hle (Su- peraustenit (1.3974) und ein Duplexstahl (1.4462)) wurde anhand von Zugschwell-, Umlaufbiege-, Scheiteldruckschwell- und Innen- druckschwellversuchen vergleichend untersucht. Die Untersuchun- gen wurden in 10 % Salpetersa ¨ure, in ku ¨ nstlichem Meerwasser nach DIN 50905 und in den beiden fu ¨r die Praxis besonders relevanten Medien Kaliumjodidlo ¨sung und H 2 S-begastem ku ¨nstlichen Meer- wasser nach DIN 50905 und zum Vergleich in sa ¨urefreiem Spindel- o ¨l durchgefu ¨hrt. Die Ergebnisse belegen, dass der Werkstoff 1.3974 unter ein- und dreiachsiger Beanspruchung bis 10 7 Schwingspiele eine deutlich ho ¨here Schwingungsrisskorrosionsbesta ¨ndigkeit als der Werkstoff 1.4462 aufweist. Es wurde ein Korrosionsfaktor er- mittelt, der das Verha ¨ltnis aus den Versuchen in den korrosiven Me- dien im Vergleich zu den Ergebnissen in sa ¨urefreiem Spindelo ¨ l be- schreibt. In ku ¨nstlichem Meerwasser nach DIN 50905 ergibt sich ein Faktor zwischen 0,67 und 0,92 in Abha ¨ngigkeit der Beanspru- chung fu ¨r den Werkstoff 1.4462. In 10 % Salpetersa ¨ure ergibt sich fu ¨r den Werkstoff 1.4462 ein Faktor zwischen 0,67 und 0,83. Beim Werkstoff 1.3974 wird ein Faktor von 0,86-1 in ku ¨nstlichem Meer- wasser nach DIN 50905 und von 0,70-1,0 in 10 % Salpetersa ¨ure ermittelt. Schlu ¨sselworte: Schwingungsrisskorrosion, Duplexstahl, Super- austenit, Meerwasser With corrosion fatigue investigations under different loadings (R = 0,27, -1 and 10) and with inner pressure tests a duplex steel (1.4462) and a super austenitic steel (1.3974) are compared. The investigations were carried out in 10 % HNO 3 , artificial seawater according to DIN 50905 and in two very important liquids for ap- plication (artificial seawater according to DIN 50905 with H 2 S aer- ated and water with chloride, fluoride, bromide, iodide). For com- parison the same tests under only mechanical loads were done in acid free oil. The results show that the super austenitic steel has an significantly higher resistance against corrosion fatigue as the duplex steel under one- and three dimensional loads up to 10 7 cy- cles. The proportion between the results in the corrosive liquids and the oil can be described by a factor. In artificial seawater factors between 0,67 and 0,92 and in 10 % HNO 3 between 0,67 and 0,83 were determined depending from the loading for the duplex steel. With the super austenitic steel factors between 0,86 and 1 in artificial seawater and between 0,7 and 1,0 in 10 % HNO 3 were received. Keywords: corrosion fatigue, duplex steel, super austenitic steel, seawater 1 Einleitung und Problemstellung Schwingungsrisskorrosion (SwRK) ist ein ha ¨ufiges und weit verbreitetes Problem in der Prozessmaschinenindustrie mit oft weit reichenden Folgen hinsichtlich Prozessausfall- und Reparaturkosten. Es liegt eine mechanisch-elektrochemi- sche Komplexbeanspruchung vor, deren Komponenten hin- sichtlich der Bauteilauslegung und Berechnung unterschied- lich zu behandeln sind. Die mechanische Schwingbeanspru- chung kann rechnerisch ausreichend erfasst werden. Fu ¨r die Korrosionsbeanspruchung gibt es derzeit jedoch aufgrund der Vielzahl der Korrosionsarten und unterschiedlichen Kor- rosionsfortschrittsgeschwindigkeiten noch keine rechnerische Beschreibung. Dies liegt in der großen Anzahl von Einfluss- gro ¨ßen auf die Korrosionskomponente begru ¨ndet. Weiterhin ist aufgrund der Wechselwirkung zwischen mechanischer und korrosiver Beanspruchung keine einfache Addition der getrennt ermittelten Scha ¨digungsanteile mo ¨glich. Dadurch wird die Auswahl der Werkstoffe und die Dimensionierung von Bauteilen erheblich erschwert. Betroffen sind davon na- hezu alle technischen Bereiche, in denen schwingende Bean- spruchungen unter gleichzeitiger Einwirkung eines korrosiven Mediums vorliegen, denn Schwingungsrisskorrosion kann bei allen Metallen in elektrolytisch leitenden Medien auftreten. Bei den heutigen Berechnungsgrundlagen fu ¨r zyklisch hoch beanspruchte Bauteile und Anlagen unter gleichzeitiger Kor- rosionseinwirkung muss aus Sicherheitsgru ¨ nden stark u ¨berdi- mensioniert werden. Dies ist hauptsa ¨chlich dadurch bedingt, dass fu ¨r die im Prozessmaschinenbau relevanten Systeme Werkstoff/Medium/Beanspruchung keine bzw. nur unzurei- chende Kenntnisse u ¨ber das konkrete SwRK-Verhalten der verwendeten Werkstoffe und somit auch keine zuverla ¨ssigen Korrosionszeitfestigkeitswerte vorliegen (SwRK-Gefahr be- steht grundsa ¨tzlich bei allen Metallen in allen Medien, es exi- stiert keine „Korrosionsdauerfestigkeit“). Es mu ¨ssen deshalb zur Ermittlung der Korrosionszeitfestigkeitswerte praxisnahe Versuche durchgefu ¨hrt werden. Fu ¨r Hersteller und Betreiber von Pumpen (besonders im Hochdruckbereich), Verdichtern, Hydraulikkomponenten, druckfu ¨hrenden und schwingend beanspruchten Maschinen und Anlagen aus dem Bereich der Nahrungsmittel- und der chemischen Industrie ist die Erforschung der stahlgruppen- spezifischen Einflussgro ¨ßen auf die Scha ¨digungsmechanis- men unter SwRK-Bedingungen von sehr hoher Bedeutung. * Teil 2, Folgebeitrag zu Teil 1 in Materialwissenschaft und Werk- stofftechnik 33 (2002) 381 [30] 1 Institut fu ¨r Werkstoffkunde (IfW) der TU Darmstadt 2 Lehrstuhl fu ¨r Prozessmaschinen und Anlagentechnik (IPAT) der Universita ¨t Erlangen-Nu ¨rnberg F 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 209 Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2006, 37, No. 2 DOI: 10.1002/mawe.200500985