DE19950312C2

DE19950312C2 - Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur vor Ort Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe und/oder Schweißnähte bezüglich ihrer Passivität gegenüber Korrosion

Info

Publication number: DE19950312C2
Application number: DE1999150312
Authority: DE
Inventors: Christian Kuehne
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: KUEHNE, CHRISTIAN, DIPL.-PHYS., 03185 PEITZ, DE
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: DE19950312A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur vor Ort Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe und/oder Schweißnähte.

Bisher ist zur Ermittlung der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion an Grundwerkstoffen im Lieferzustand bekannt, dies mit einer Probenahme und einer Untersuchung im Labor durchzuführen. So wird zerstörend an einer zu prüfenden Turbinenschaufel aus dem Übergangsbereich vom Turbinenschau felblatt zum Turbinenschaufelfuß, d. h. aus dem oberflächennahen Bereich (5 mm), eine Probe herausgeschnitten. Dabei wird je ein Korrosionsversuch nach SEP 1877 mit den bekannten Verfahren II und III durchgeführt. Für die Bewertung der Korrosionsversuche müssen im Schliffbild bestimmte Kriterien eingehalten werden. Dazu gehören Korngrenzenangriffe bis zu 0,1 mm Tiefe. Außerdem sind nach dem Verfahren II Abtragsraten von ≦ 0,5 g/m²h und nach dem Verfahren III von ≦ 10 g/m²h zulässig.

Nachteilig bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist, daß bei diesem Verfahren die Oberfläche des Werkstoffes durch Zerstörung geschwächt wird. Weiterhin ist nachteilig, daß die gesamte Untersuchung nur im Labor und nicht sofort vor Ort durchgeführt werden kann.

Weiterhin sind zur Korrosionsprüfung für die Klassifizierung des Werkstoffzu standes sowohl die Methode der Bestimmung der Lochkorrosion nach ASTM G48 A bei 40°C bekannt, wobei sowohl die Anforderung eines maximal zuläs sigen Gew.-Verlustes nach 72 h < 10 g/m² als auch die Methode der interkristal linen Korrosion nach SEP 1877, Verfahren 1 einzuhalten ist, wobei keine Risse nach dem Biegen der Probe zulässig sind. Bei beiden Methoden ist das Ergeb nis im Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach DIN EN 10204 zu dokumentieren. Nach teilig bei diesen beiden Methoden ist, daß die Korrosionsprüfung nur zur Klas sifizierung des Werkstoffes dienen und nicht als hinreichender Nachweis für die Korrosionsbeständigkeit unter REA-Bedingungen anzusehen ist. Mit diesen Methoden sind keine eindeutigen Überwachungsmaßnahmen der Korrosionsbe ständigkeit an Bauteilen vor Ort von metallischen Werkstoffen bezüglich ihrer Passivität gegenüber Korrosion möglich.

Es ist die Druckschrift DE 197 49 111 A1 bekannt. Die Druckschrift betrifft eine "Elektrochemische Untersuchungsanordnung und miniaturisierte Meßzelle zur Untersuchung eines metallischen Bauteils".

Dabei weist die Meßzelle ein Gehäuse auf, in dem sich eine Gegenelektrode und eine Bezugselektrode befinden, die in eine Prüflösung eintauchen. Über eine Gehäuseöffnung mit einer seitlichen Dichtung benetzt die Prüflösung das Bauteil, das als Arbeitselektrode dient. Dabei leitet ein elektrisches Anlagenteil einen Strom durch die Gegenelektrode und das Bauteil und mißt gleichzeitig die Spannung zwischen Bauteil und Bezugselektrode.

Nachteilig dabei ist, daß mit dieser elektronischen Untersuchungsanordnung keine Simultanprüfung von Strom-Potential-Kurven-Aufzeichnungen, Gefüge entwicklungen sowie keine Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit u. a. nach Wärmebehandlungen im mobilen Einsatz vorgenommen werden können. Ein weiterer Nachteil ist, daß mit der Verfahrensweise nicht die Einsatzdauer von korrsosionsbeständigen Werkstoffen sowie deren Passivität gegenüber Korrosion bestimmt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vor Ort ein Verfahren der zerstö rungsfreien Werkstoffprüfung zu finden mit dem eine Überwachung und Be stimmung der Korrosionsbeständigkeit u. a. nach der Wärmebehandlung durch Schweißen sowie eine brauchbare für eine Schweißzulassungsprüfung bzw. nach Fertigungs- und Reparaturschweißungen mit nachfolgender notwendiger Lösungsglühung gemäß VGB-Richtlinie M 502 ermöglicht wird und die Einsatz dauer von korrosionsbeständigen Werkstoffen sowie deren Passivität gegen über Korrosion bestimmt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einer medienberührten Oberfläche eines Bauteils mittels mobilem Strom-Potential-Verfahren eine Strom-Potential-Kurve an relevanten Stellen aufgenommen und über bereits vorhandene Referenzkurven mit einem Soll-Zustand verglichen wird und an schließend die ermittelten Strom-Potential-Kurven mit den geringsten kriti schen Potentialen und/oder Durchbruchpotentialen für Referenzabdrücke und/oder für eine Materialprobenentnahme vorbereitet werden, indem an einem Bauteil in an sich bekannter Weise die Oberfläche durch Polieren präpariert und bei einer Probenstromdichte bis max. 10 mA/mm² eine chargenunabhängi ge Gefügeentwicklung erkennbar wird und die vorbereitete Oberfläche nachfol gend mit einem Strom-Potential-Ätzverfahren gemessen und bis weit über das Durchbruchpotential von 1 Volt bis ca. 3 Volt hinaus, d. h. bis zur anodi schen Auflösung des Gefüges, präpariert wird, wobei der mobil ermittelten Strom-Potential-Kurve direkt das vorgefundene Gefüge an der dazugehöri gen Meßstelle zugeordnet wird und zusätzlich mit einem Folienabdruck, insbesondere aus Acetylcellulose, ein Gefügeoberflächenabdruck fixiert sowie abge nommen wird und anschließend die in dem Gefügeoberflächenabdruck enthal tenen Sigmaphasen mittels energiedispersiver Spektralanalyse (EDX) analy siert und ebenfalls der Strom-Potential-Kurve zugeordnet werden, so daß im Ergebnis durch die eindeutige Zuordnung jede korrosive Schwachstelle präzise lokalisiert und bestimmt wird.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Gußhaut, deren Chrom-Gehalt ca. 4% unter dem der beschliffenen Oberfläche liegt

Fig. 2 die Gegenüberstellung von Strom-Potential-Kurven der Gußhaut zur be schliffenen Oberfläche

Fig. 3 die Gegenüberstellung von Strom-Potential-Kurven eines korrosionsbe ständigen Duplexwerkstoffes zu einem nicht korrosionsbeständigen Du plexwerkstoff entstanden durch Ausscheidungshärtung des korrosions beständigen Duplexwerkstoffes

Fig. 4 nahezu ausscheidungsfreien Duplex (korrosionsbeständig)

Fig. 5 Gefügebild eines nicht korrosionsbeständigen ausscheidungsgehärteten Duplex, 1000 : 1

Fig. 6 Gefügebild mit unzulässiger Phasenausbildung-flächig, linear, zusam menhängend

Fig. 7 Gefügebild mit zulässiger Phasenausbildung-körnig, wolkig

Fig. 8 Gegenüberstellung der Strom-Potential-Kurven einer unzulässigen und zulässigen Phasenausbildung von Nickelbasiswerkstoffgefügen

Fig. 9 Gegenüberstellung der Strom-Potential-Kurven einer beschliffenen und einer unbeschliffenen (Gußhaut) Nickelbasisoberfläche

An unzerstörten REA-Suspensionspumpengehäusen wird ein mobiles Korrosi onsprüfverfahren angewendet. An der medienberührten Oberfläche eines Ge häuses werden mehrere vorher festgelegte Stellen von ca. 11 mm² geprüft. Anschließend wird von dem Bereich mit der geringsten Korrosionsbeständigkeit eine Gefügeentwicklung abgenommen und den Meßkurven direkt zugeordnet. Es wird die Korrosionsbeständigkeit der Gußhaut ermittelt (Fig. 1). Die z. B. chemische Zusammensetzung der Gußhaut liegt hier deutlich neben der der Sollzusammensetzung (-4% Cr) und wird indirekt angezeigt. Die dabei zu erwartenden Kurvenverläufe des Duplexgefüges mit Passivierungsverhalten bis 1 Volt werden auf dieser Gußhaut (Fig. 2) nicht erreicht. Ein nahezu ausscheidungsfreies Duplexgefüge enthält stets ein Passivierungs verhalten mit geringem kritischen Potential und hohem Durchbruchpotential ca. 1 Volt (Fig. 3 und Fig. 4).

Dabei wird in Fig. 3 eine Referenz für ein unzulässiges Korrosionsverhalten in einer steilen Kurve mit Durchbruchpotential von ca. 300 mV dargestellt. Das mittels mobilem Strom-Potential-Ätzverfahren ermittelte dazugehörige Ge füge wird in Fig. 5 sichtbar dargestellt.

An einem weiteren Ausführungsbeispiel soll die Erfindung weiter erläutert wer den.

An unzerstörten REA-Quencherklappen wird ein mobiles Korrosionsprüfverfah ren angewendet. Mit diesem Verfahren werden an den relevanten medienbe rührten Oberflächenbereichen der Klappen mehrere Stellen von ca. 11 mm² in kurzer Zeit geprüft. Anschließend wird von dem Bereich mit der geringsten und der besten Korrosionsbeständigkeit eine Gefügeentwicklung ermittelt, die den erzielten Meßkurven direkt zugeordnet wird. Dazu wird in den Fig. 6; 7; 8; 9 eine unzulässige (flächig, linear und zusammenhängend) und eine zulässige (körnig, wolkig) Phasenausbildung eines REA-Klappenwerkstoffes aus 2.4883 mit den dazu mobil ermittelten Strom-Potential-Kurven des Strom-Potential- Ätzverfahrens dargestellt.

Überraschenderweise kann bei dieser Lösung im besonderen Maße der ermit telte Strom-Potential-Kurve direkt das vorgefundene Gefüge an der dazugehö rigen Meßstelle zugeordnet werden. Zusätzlich wird mit einem Folienabdruck, der aus Acetylcellulose besteht, ein Gefügeoberflächenabdruck punktgenau fixiert und abgenommen werden.

Anschließend wird in in dem Gefügeoberflächenabdruck enthaltenen Sig maphasen mittels energiedispersiver Spektralanalyse analysiert und zusätzlich der Strom-Potential-Kurve zugeordnet. Im Ergebnis wird durch die eindeutige Zuordnung jede korrosive Schwachstelle präzise lokalisiert und bestimmt.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:

1. Eine zerstörungsfreie Wareneingangsprüfung von korrosionsbeständigen Bauteilen ist möglich.
2. Es wird eine eindeutige Überwachung der Oberflächengüte, der Wärmebe handlung von Schweißnähten und einer Oberflächenbearbeitung durchge führt.
3. Mit dieser mobilen Bestimmung durch das Strom-Potential-Ätzverfahren er folgt gleichzeitig die Zuordnung der Gefüge zu den Strom-Potential-Kurven, die einem korrosiven Medium ausgesetzt sind.
4. Hiermit wird es möglich, eine eindeutige Überwachungsmaßnahme der Oberflächengefüge, der Wärmebehandlung von Schweißnähten und einer Oberflächenbearbeitung nachzuweisen.
5. Das Verfahren kann zusätzlich für Schweißzulassungsprüfungen und nach Fertigungs- oder Reparaturschweißungen mit anschließender notwendiger Lösungsglühung gemäß VGB-Richtlinie M 502 angewendet werden.

Claims

1. Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur vor Ort Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit metallischer Werkstoffe und/oder Schweißnähte be züglich ihrer Passivität gegenüber Korrosion, insbesondere an Quencherpum pengehäusen, Quencherklappen, Rührwerkspropellern oder naßlaufenden REA- Saugzug-Gebläseschaufeln aus Duplex-Stählen oder Nickelbasiswerkstof fen in Kraftwerken bzw. in Chemieanlagen, wobei an einer medienberührten Oberfläche eines Bauteils mittels mobilem Strom-Potential-Verfahren eine Strom-Potential-Kurve an relevanten Stellen aufgenommen und über bereits vorhandene Referenzkurven mit einem Soll-Zustand verglichen wird und an schließend die ermittelten Strom-Potential-Kurven mit den geringsten kriti schen Potentialen und/oder Durchbruchpotentialen für Referenzabdrücke und/oder für eine Materialprobenentnahme vorbereitet werden, indem an einem Bauteil in an sich bekannter Weise die Oberfläche durch Polieren präpariert und bei einer Probenstromdichte bis max. 10 mA/mm² eine chargenunabhängi ge Gefügeentwicklung erkennbar wird und die vorbereitete Oberfläche nachfol gend mit einem Strom-Potential-Ätzverfahren gemessen und bis weit über das Durchbruchpotential von 1 Volt bis ca. 3 Volt hinaus, d. h. bis zur anodi schen Auflösung des Gefüges, präpariert wird, wobei der mobil ermittelten Strom-Potential-Kurve direkt das vorgefundene Gefüge an der dazugehöri gen Meßstelle zugeordnet wird und zusätzlich mit einem Folienabdruck, insbe sondere aus Acetylcellulose, ein Gefügeoberflächenabdruck fixiert sowie abge nommen wird und anschließend die in dem Gefügeoberflächenabdruck enthal tenen Sigmaphasen mittels energiedispersiver Spektralanalyse (EDX) analy siert und ebenfalls der Strom-Potential-Kurve zugeordnet werden, so daß im Ergebnis durch die eindeutige Zuordnung jede korrosive Schwachstelle präzise lokalisiert und bestimmt wird.