Spannungsrisskorrosion: drei Bedingungen und Eigenspannungen aus der Fertigung

Wie entsteht Spannungsrisskorrosion?

Bei dieser Korrosionsart entstehen laut ISER-Merkblatt 821 Risse, die bei nichtrostenden Stählen im Allgemeinen transkristallin verlaufen, also durch die Körner hindurch. Die SSINA beschreibt als typisches Bild verzweigte transkristalline Risse (SSINA, Chloride Stress Corrosion Cracking, sinngemäß aus dem Englischen).

Merkblatt 824 hebt hervor, warum das tückisch ist: Spannungsrisskorrosion erfolgt ohne erkennbaren Masseverlust, und die Risse können in kurzer Zeit auch größere Bauteilquerschnitte durchdringen und die Tragfähigkeit deutlich herabsetzen.

Wann tritt Spannungsrisskorrosion auf?

Laut MB 821 ist Spannungsrisskorrosion nur möglich, wenn drei Bedingungen gleichzeitig vorliegen:

1. Die Oberfläche des Bauteils steht unter Zugspannungen.
2. Ein spezifisches Medium wirkt ein, meist mit Chloridionen als ursächlichem Bestandteil.
3. Der Werkstoff ist gegenüber Spannungsrisskorrosion empfindlich.

Merkblatt 823 präzisiert: Die Risse entstehen bevorzugt bei austenitischen, selten bei ferritischen Stählen, wenn chloridhaltige Medien bei erhöhten Temperaturen unter Zugspannung einwirken. Die SSINA nennt als begünstigende Umstände höhere Temperatur, höheren Chloridgehalt, niedrigeren pH-Wert und höhere Zugspannung.

Zur Temperatur machen beide Quellen eine Beobachtung: Laut MB 830 wird Spannungsrisskorrosion an austenitischen Standardstählen in chloridhaltigen Wässern bei korrekter Verarbeitung und ohne extreme Kaltverformung in der Regel erst oberhalb von etwa 50 bis 60 °C beobachtet. Die SSINA schreibt, dass sie bei vollständig eingetauchten Bauteilen unterhalb von 60 °C selten ist.

Eine ausdrückliche Ausnahme nennen SSINA und ISER-Merkblatt 820: Hoch angeordnete tragende Bauteile in Hallenbädern sind laut SSINA eine Ausnahme von der 60-°C-Beobachtung. Merkblatt 820 nennt für tragende Bauteile in Schwimmhallenatmosphäre insbesondere auch Spannungsrisskorrosion und gibt für nicht regelmäßig gereinigte tragende Bauteile nur Stahlsorten der Korrosionsbeständigkeitsklasse CRC V an (außer 1.4410, 1.4501 und 1.4507).

Beide schränken das ein: Laut SSINA können Risse unter verdampfenden Bedingungen deutlich unterhalb der in Eintauchversuchen gemessenen Schwellen entstehen. Merkblatt 830 nennt eine erhöhte Gefährdung, wenn salzhaltiges Wasser von außen einwirkt und durch Verdampfen aufsalzt; solche Bedingungen sind konstruktiv zu vermeiden.

Einordnung: Die Temperaturangabe ist eine Beobachtung, keine Auslegungsgrenze. Dass SpRK laut MB 823 „im Bauwesen kaum auftritt“, ist keine Entwarnung für Schwimmhallen (siehe oben); im Apparate- und Anlagenbau mit warmen, chloridhaltigen Medien gilt sie ebenfalls nicht ohne Weiteres.

Eigenspannungen aus Schweißen und Schleifen

Für die Zugspannung ist es laut MB 821 gleichgültig, ob sie von außen durch Zug- oder Biegespannungen aufgebracht wird oder als verarbeitungsbedingte Eigenspannung im Werkstück vorliegt.

Einordnung: Schweißen ist ein solcher Verarbeitungsschritt. Ein geschweißtes Bauteil kann die Zugspannungs-Bedingung also auch ohne äußere Last erfüllen. Die zitierten Merkblätter nennen Schweißeigenspannungen nicht ausdrücklich, sondern sprechen allgemein von verarbeitungsbedingten Eigenspannungen.

Ausdrücklich behandelt wird die Nacharbeit an der Naht:

• Werden Oxidfilme oder Zunderschichten an Schweißnähten durch grobes Schleifen entfernt, entstehen laut MB 830 in einer oberflächennahen Schicht Aufhärtungen und Zugeigenspannungen. Sie erhöhen in chloridhaltigen Wässern die Wahrscheinlichkeit für transkristalline Spannungsrisskorrosion.
• Die geschädigte Schicht kann nach MB 830 durch Beizen abgetragen werden. Merkblatt 823 rät entsprechend: „In Sonderfällen, z.B. bei Gefahr von Spannungsrisskorrosion in chloridhaltigen Medien, sollte nach dem Schleifen gebeizt werden.“
• Kugelstrahlen erzeugt laut MB 830 Druckeigenspannungen in der Oberfläche und verringert Zugeigenspannungen. Enthält das Strahlgut aber Verunreinigungen aus Kohlenstoffstahl, werden diese eingedrückt und erhöhen die Korrosionswahrscheinlichkeit.

Grundsätzlich lassen sich Eigenspannungen laut MB 821 thermisch durch Spannungsarm- oder Weichglühen oder mechanisch, etwa durch Recken oder Strahlen, abbauen. Das Merkblatt fügt hinzu: „In zahlreichen Fällen ist aber weder das eine noch das andere möglich.“ Welche Reinigungsmethode an der Naht passt, ordnet Edelstahl-Schweißnaht reinigen ein; das Beizen selbst behandelt Edelstahl beizen und passivieren.

Welche Edelstahlgüten empfindlich sind

Die austenitischen CrNi- und CrNiMo-Standardstähle mit etwa 8 bis 12 % Nickel sind laut MB 821 in Chloridlösungen empfindlicher als die ferritischen und die austenitisch-ferritischen Stähle; bei den Austeniten lässt sich die Beständigkeit durch einen höheren Nickelgehalt ganz wesentlich verbessern. Die SSINA ordnet ebenso ein: Die Austenite sind die anfälligste Familie, am anfälligsten sind Güten mit 8 bis 10 % Nickel wie 304/304L und 316/316L; höher nickel- und molybdänlegierte Austenite sind wesentlich beständiger, ferritische Stähle sehr beständig, Duplex-Stähle liegen dazwischen.

Merkblatt 821 hebt bei den austenitisch-ferritischen Stählen die im Vergleich zu den Austeniten bessere Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion hervor. Für pharmazeutische Anlagen nennt das Merkblatt 914 die Duplex-Stähle 1.4462 und 1.4362, die bei höheren Chloridgehalten in Kombination mit hohen Betriebstemperaturen wegen ihrer Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion eingesetzt werden. Was beim Schweißen von Duplex zu beachten ist, steht unter Duplex-Stahl.

Eine Sonderform ist laut MB 823 die Schwingungsrisskorrosion bei zeitlich wechselnden Lasten; höher legierte Stähle, zum Beispiel mit Molybdän, sind dagegen besser beständig als die Standardgüten. Örtlichen Angriff ohne Risse behandelt Lochfraß an Edelstahl.

Was im Fertigungsnachweis steht

Einordnung: Von den drei Bedingungen liegt das Medium beim Betreiber, Werkstoff und Spannungszustand liegen bei Konstruktion und Fertigung. Die Werkstoffwahl steht mit Werkstoffnummer und Prüfbescheinigung in den Unterlagen; wie Edelstähle für die Schweißtechnik gruppiert werden, zeigt Werkstoffgruppen nach ISO 15608. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen ist, wenn vorgesehen, ein eigener Schritt der Schweißanweisung. Beizen nach dem Schleifen oder Strahlen gehört in die Fertigungs- und Prüfvorgaben des Auftrags.

EdelstahlNorm bewertet keine Korrosionsbeständigkeit und berechnet keine Eigenspannungen. Die Software führt die Nachweise der Schweißtechnik — Schweißanweisungen, Verfahrensprüfungen mit Werkstoffgruppen nach ISO 15608, Schweißerqualifikationen, Zusatzwerkstoffe und Prüfmittel.

Dieser Text ist eine Einordnung, keine Rechtsberatung und kein Normersatz. Grundlage sind die ISER-Merkblätter 821 (5. Auflage 2014), 820 (2. Auflage 2024), 823 (5. Auflage 2019), 824 (2. Auflage 2024) und 830 (3. Auflage 2012), das Merkblatt 914 (Euro Inox, deutsche Ausgabe 2009, redaktionell angepasst 2023) sowie die SSINA-Seite „Chloride Stress Corrosion Cracking“ (Abruf 05.10.2026); maßgeblich ist der Wortlaut der jeweils gültigen Fassung.