Wie lässt sich interkristalline Korrosion im Labor erkennen?

Die interkristalline Korrosion im Bausektor ist eine Form des lokal begrenzten Angriffs, der sich entlang der Korngrenzen ausbreitet, oft ohne sichtbaren Oberflächenrost. Sie betrifft insbesondere nichtrostende Stähle, die nach einem ungeeigneten Wärmezyklus, einer unzureichend kontrollierten Schweißung oder einem längeren Verweilen in einem Temperaturbereich sensibilisiert wurden, der die Ausscheidung von Chromkarbiden begünstigt.

Diese Ausscheidung führt zu einer lokalen Entchromung im Bereich der Korngrenzen und verringert die Korrosionsbeständigkeit der Matrix. Das Risiko ist erheblich: Das Bauteil kann seine innere Kohäsion verlieren und ohne nennenswerte vorherige Verformung plötzlich brechen.

Im Labor geht es nicht nur darum, die Schädigung festzustellen, sondern auch darum, einen interkristallinen Angriff von anderen Mechanismen wie Lochkorrosion, Spannungsrisskorrosion, galvanischer Korrosion oder einem nicht korrosiven metallurgischen Fehler zu unterscheiden.

Vor Ort sollte interkristalline Korrosion vermutet werden, wenn ein Edelstahlbauteil oder eine geschweißte Baugruppe eine unerklärliche Abnahme der mechanischen Festigkeit, Risse in der Nähe von Schweißnähten, Abplatzungen, lokale Versprödung oder einen plötzlichen Bruch im Betrieb aufweist. Wärmeeinflusszonen, Schweißraupen und Bauteile, die einer unzureichend kontrollierten Wärmebehandlung unterzogen wurden, sind besonders empfindlich.

In manchen Fällen wirkt die Oberfläche unauffällig, obwohl der Angriff in der Tiefe bereits weit fortgeschritten ist. Für eine Qualitäts- oder Instandhaltungsverantwortliche Person sollte jede Abweichung zwischen dem Oberflächenbild und dem Ausmaß des mechanischen Versagens eine rasche Expertise auslösen.

Die Identifizierung der interkristallinen Korrosion beruht zunächst auf der Beobachtung der Mikrostruktur. Das Lichtmikroskop macht nach metallografischer Präparation die Kontinuität des Angriffs entlang der Korngrenzen sichtbar.

Das REM-EDX bietet eine höhere Auflösung, um die Morphologie der Schädigung, das Vorhandensein von Ablagerungen, Korrosionsprodukten oder lokalen Inhomogenitäten zu untersuchen. Im Falle eines Bruchs ermöglicht die Fraktografie die Bestimmung des Bruchmechanismus und die Suche nach interkristallinem Rissfortschritt.

Der Vergleich von Härte und Gefüge zwischen geschädigten und ungeschädigten Bereichen hilft, den Angriff mit einer lokalen metallurgischen Umwandlung in Verbindung zu bringen.

Die Ursache wird ermittelt, indem die Analyseergebnisse mit der Herstellungs- und Einsatzhistorie abgeglichen werden. Interkristalline Korrosion ist häufig mit einer thermischen Belastung verbunden, die die Ausscheidung von Chromkarbiden in austenitischen nichtrostenden Stählen begünstigt hat, mit unzureichend kontrollierter Schweißenergie, ungeeigneter Abkühlung, der Wahl einer nicht stabilisierten Werkstoffgüte oder einer nicht konformen Wärmebehandlung. Das Labor untersucht daher die Wärmeeinflusszonen, die Verteilung des Angriffs, den Zustand der Korngrenzen und die Übereinstimmung zwischen tatsächlicher Zusammensetzung und den erwarteten Spezifikationen.

Diese mehrskalige Betrachtung ermöglicht es, festzustellen, ob die Schädigung auf den Werkstoff, das Verfahren oder die Umgebung zurückzuführen ist.

Der Ansatz der Schadensanalyse beruht auf einer strukturierten analytischen Untersuchung: Sichtprüfung, gezielte Probenentnahme, metallografische Präparation, mikroskopische Beobachtung, Sensibilisierungsprüfungen, chemische Analysen und, falls erforderlich, Fraktografie.

Das Labor vergleicht intakte und geschädigte Bereiche, um Mikrostruktur, Härte, Zusammensetzung und Angriffsbild miteinander in Beziehung zu setzen. So lässt sich feststellen, ob die Ursache mit einer fehlerhaften Wärmebehandlung, einer zu stark sensibilisierten Wärmeeinflusszone, einer nicht konformen Werkstoffgüte, einer Oberflächenkontamination oder einem aggressiven Umfeld zusammenhängt.

Ziel ist es, sowohl den Schädigungsmechanismus zu bestimmen als auch verwertbare Erkenntnisse für die Wiederherstellung der Konformität des Werkstoffs, des Schweißverfahrens oder der Einsatzbedingungen zu liefern.

Die Bestätigung kann nicht auf einer bloßen Sichtprüfung beruhen. Das Labor fertigt gezielte mikrografische Schliffe an, wendet geeignete Präparationen an und sucht nach dem Angriff der Korngrenzen.

Die Untersuchung kann durch einen Vergleich zwischen intaktem und betroffenem Bereich, durch Härtemessungen und durch Elementanalysen ergänzt werden, um die Werkstoffgüte zu überprüfen und andere Ursachen auszuschließen. Wenn der Schaden zu einem Bruch geführt hat, ermöglicht die Fraktografie die Suche nach Hinweisen auf einen spröden oder korrosionsunterstützten Rissfortschritt.

Das Labor ergänzt diese Beobachtungen durch Zusammensetzungsanalysen, um die Konformität der Metallgüte zu überprüfen und mögliche verschärfende Elemente zu erkennen.

Je nach Bedarf können Techniken wie ICP, die Elementanalyse von C/S, N/O, H oder XPS eingesetzt werden, um die Chemie des Werkstoffs, der Oberfläche oder der Ablagerungen zu charakterisieren. Bei nichtrostenden Stählen, die empfindlich auf Sensibilisierung reagieren, kann ein Sensibilisierungstest für Edelstahl wie der Strauss-Test (ASTM A262) verwendet werden, um die Anfälligkeit des Werkstoffs für interkristallinen Angriff unter normierten Bedingungen zu bewerten.

Je nach Fall ermöglichen elektrochemische Prüfungen oder die Suche nach Oxidationsmitteln und Verunreinigungen, die Schädigung mit den tatsächlichen Einsatzbedingungen zu verknüpfen.

Die Expertise muss auch Fehldiagnosen ausschließen. Ein lokaler Angriff kann mit Lochkorrosion, Spaltkorrosion, Spannungsrisskorrosion, Verschleißkorrosion oder einem Oberflächenfehler verwechselt werden. Der Abgleich von Mikrografien, Bruchbeobachtungen, semiquantitativen Analysen von Ablagerungen und der Suche nach korrosiven Agenzien ermöglicht eine eindeutige Beurteilung.

Diese Unterscheidung ist entscheidend, um die richtigen Korrekturmaßnahmen festzulegen: Werkstoffwechsel, Anpassung des Schweißens, Nachbehandlung der Wärmebehandlung, Kontaminationskontrolle oder Änderung der Betriebsbedingungen.

Eine falsch diagnostizierte interkristalline Korrosion führt zu ungeeigneten Entscheidungen, unnötigen Austauschen oder – im Gegenteil – zum Weiterbetrieb einer geschwächten Struktur.

Ein spezialisiertes Labor verfügt über die Mittel, das Bauteil auf mehreren Ebenen zu untersuchen, von der metallografischen Beobachtung bis hin zur Oberflächenchemie und Fraktografie.

Diese Kombination von Werkzeugen ermöglicht eine Diagnose, die für Qualitätsverantwortliche, Schadenssachverständige, Instandhaltungsingenieure und Hersteller geschweißter Metallkonstruktionen verwertbar ist. Die Ergebnisse können anschließend konkrete Maßnahmen steuern: begutachten lassen, die Legierung prüfen, das Schweißverfahren kontrollieren, die Korrosionsanfälligkeit bewerten, gesunde und geschädigte Bereiche vergleichen, Verunreinigungen identifizieren und die Wiederinbetriebnahme absichern.