Bild 1. Ziehvorrichtung am Deckel eines der Autoklaven.
Bild 2 Montierung der Probe
Bild 6. Mehrere Beispiele gerissener Proben. Der gerade Riß ist die Folge von Korrosionsermüdung (A, f); der verzweigte Riß ist die FoIge einer wasserstoffinduzierten Versprödung (B und C). Bild D zeigt die aufgebrochene Rißfläche mit der Magnetit-Stalagmite (m) und schließlich die am typischen Aufbau erkennbare wasserstoffinduzierte Versprödung (h).
Bild 7 Korrosionsriß und in der Kerbe entwickeln sich oft Stalagmite aus grobem Magnetit-Oktaedern und p/attenformigem Hämatit.
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Laboruntersuchungen nach Korrosionsermüdung im Zusammenhang mit Schäden in Speisewasserentgasern W.M.M. Huiibregts, P.H. Venderbosch und E. Kokmeiier. VGB Kraftwerkstechnik 72 (1992), Heft 10, pg 908-913. (paper 40) AIIgemeinesEine besondere Form der Korrosion, die in niederlandischen Kraftwerken viele Schwierigkeiten bereitet, ist die Spannungskorrosion in Speisewasserentgasem und Naß-dampfleitungen. An verschiedenen Stellen im Entgaser kann Rißbildung entstehen. Angenommen wird, daß die ortliche Verformung des Stahls (beim Anfahren und bei wechselnden Betriebsverhaltnissen) eine wichtige Rolle bei der Rißbildung spielt [1 bis 3]. Das Problem ist auch unter dem Namen Korrosionsermüdung bekannt. Die verschiedenen SchadensfälIe lassen nicht auf einen erkennbaren Zusammenhang zwischen Rissbildung und Lage im entgaser schliessen. Die meisten Riße werden in der Nähe von Schweissstellen gefunden, sie konnen aber auch im Material selber festgestellt werden. In den Niederlanden widmet die Behorde für Dampfanlagen und Industrie (Stoomwezen) den Uberwachungsmethoden und Reparaturen von Speisewasserentgasern viel Aufmerksamkeit [3]. Sauerstoffhaltiges, neutrales und durch CO2-Aufnahme eventuell sogar saures Wasser wird in die Entgaser eingespeist. Das Wasser ist daher mehr oder weniger unveränderlich; eine speziell angepasste Wasseraufbereitung zur Vermeidung der Rißbildung ist nicht einsetzbar. In bestehenden Entgasem kann das Material nicht ausgewechselt werden; wichtig ist es jedoch zu bestimmen, welche Stahle und Schweißmaterialien gegen diese Art Rißbildung weniger empfindlich sind. Die Ergebnisse konnen dann bei Reparaturen und neuen Anlagen berücksichtigt werden. Ziel der UntersuchungMit Blick auf die vorstehend genannten Schwierigkeiten wurde ein Programm mit folgenden Zielsetzungen aufgestellt:
Für die Untersuchung mit einer geeigneten Wasserautbereitungsanlage wurden funf Autoklaven installiert (VOS genannt, nach den Entwicklem Venderbosch, Van Osch und Stortelers). Bilder 1und 2 Mit der VOS-Anlage wird der erwünschte Wasserdurchfluß der Autoklaven geregelt, und zwar bei den gewahlten Werten für Temperatur, Druck, Sauerstoff- und Ammoniakgehalt wie auch für die spezifische Leitfáhigkeit. Der pH- Wert des Speisewassers wird aus Messungen der spezifischen Leitfähigkeit vor und hinter einem Kationenfilter errechnet. Vier Autoklaven wurden für die Durchfuhrung von Korrosionsermüdungsversuchen eingesetzt (LCF, Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl „Low-Cycle Fatigue"). Der fünfte Autoklav wurde für die Durchführung von CERT- Versuchen („Constant Extension Rate Tests") zusammengebaut, in denen Zugversuche bei einer niedrigen Deformationsgeschwindigkeit durchgeführt werden. Die verwendeten Proben bestanden aus 17Mn4-Stahl der Zusammensetzung: 0,16% C, 0,03% S, 0,028% P und 1,02 % Mn. In den LCF-Versuchen wurden Charpy V Proben verwendet (10 mm X 10 mm X 50 mm mit einer Kerbe von 2 mm). Vorher wurden in den Proben auf einer Ermüdungsmaschine (Typ Cracktronic) Riße angebracht. Das RiBwachstum wird aus Nachgiebigkeitsmessungen ermittelt (Bild 3). Die Nachgiebigkeit bzw. die "Compliance" (C) ist das Verhältnis zwischen der Dehnung (t), der Probe und der Belastung (P). Die Dehnung wird mit einer an einem festen Punkt zwischen dem Autoklavdeckel und der Zugstange angeordneten Induktionsverschiebungs-Meßzelle ermittelt. Auf diese Weise wird die Nachgiebigkeit des Autoklavs und der Probe gleichzeitig ermittelt. Wenn der Nachgiebigkeitswert des Autoklavs allein (zuvor mit einer 15 mm hohen Probe von gehärtetem Stahl gemessen) vom gesamten Nachgiebigkeitswert abgezogen wird, erhält man die Nachgiebigkeit der Probe selber. Die Abhängigkeit der Rißlängen-Nachgiebigkeit wurde kalibriert mit Charpy-V Proben für verschiedene Rißlängen.
Bild 3. Rißwachstum ermittelt mit Hilfe der Nachgiebigkeitsmessung
Resultate
Bild 4. Ergebnisse der Versuche des Rißwachstums in Ammonia armem Wasser (Untersuchung des Korrosionsmechanismus in 250 µg /L Sauerstoff).
Bild 5. Ergebnisse der Versuche des rißwachstums in NH3-armen wasser mit sauerstoff ( 250 µg/L) Mit Hilfe der Lichtmikroskopie und der Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurden alle Proben gründlich auf Anzeichen von Korrosion hin untersucht. Alle Proben wiesen das selbe Muster der Rißbildung auf. Die Risse bestanden aus zwei Teilen: a) einem geraden Riß (Korrosionsermüdung), wobei auf den Seiten bzw. in der Kerbe eine besondere Form des Oxid-wachstums auftrat ( Bild 6 ), b) mehreren Verzweigungen am Ende des geraden Risses (als Folge einer wasserstoffinduzierten Versprödung). Hierbei war in der Rißspitze plastische Deformation aufgetreten. Oft bilden sich im Riß und in der Kerbe Stalagmite aus grobem Magnetit-Oktaedem und Hämatit-Platten (Bild 8b ). Die plattenformigen Hämatit-Kristalle entwickeln sich bei einem hohen Sauerstotfgehalt im Wasser. SchluBfolgerungen Die Rißbildung besteht aus zwei Phasen: - Korrosionsermüdung, die sich zu geraden Rissen entwickelt und - wasserstoffinduzierte Versprödung mit starker Verzweigung am Ende des geraden Ermüdungsrisses. Für die Einleitung von Korrosionsermüdung in nichtautbereitetem Wasser gelten die folgenden Bedingungen:
Wenn Sulfideinschlußzeilen bei der Rißbildung geschnitten werden, wird das MnS in Wasser aufgelöst. Dieser Vorgang verunreinigt die Umgebung im Riß erheblich, wodurch die darauffolgende Rißbildung beschleunigt wird. Rißwachstum in Wasser kann beschränkt werden, wenn die Ammoniakonzentration größer ist als 1 mg/L. Das Rißwachstum kann nicht innerhalb von fünf Tagen gestoppt werden durch
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