Was verursacht Lochfraß?
Lochfraß ist ein elektrochemischer Prozess, der ausgelöst wird, wenn der passive Oxidfilm auf einer Metalloberfläche lokal gestört wird – typischerweise durch aggressive Anionen, am häufigsten Chloridionen. Der Mechanismus in Kohlenstoffstahl ist:
- Chloridionen konzentrieren sich an einem Oberflächendefekt, einer Einschließung oder Korngrenze und stören den Eisenoxid-Oberflächenfilm
- Ein anodisches Loch bildet sich: Eisen löst sich schnell innerhalb des Lochhohlraums auf
- Die Lochgeometrie erzeugt eine differentielle Belüftungszelle – das Lochinnere wird sauerstoffarm, was die anodische Auflösung beschleunigt; die umgebende Oberfläche fungiert als Kathode
- Die Lochchemie wird mit zunehmender Ansammlung der Reaktionsprodukte zunehmend saurer und chloridreicher, was die Korrosion innerhalb des Lochs weiter beschleunigt
- Eine dunkle Korrosionsproduktkruste bildet sich über der Lochmündung, die den sichtbaren Fortschritt verlangsamen kann, während die Korrosion darunter weiter fortschreitet
In praktischer Hinsicht: Lochfraß ist selbstverstärkend. Ein einmal ausgelöstes Loch erzeugt die chemischen Bedingungen, die sein eigenes Wachstum beschleunigen. Deshalb schreitet Lochfraß in aggressiven Umgebungen – Offshore, Marine, chemische Verarbeitung und atmosphärische Bedingungen mit hohem Chloridgehalt – schnell voran und warum eine frühzeitige Erkennung und Behandlung entscheidend ist.
Wo Lochfraß in Industrieanlagen auftritt
- Offshore-Strukturen – Spritzwasserzone und Gezeitenzone an Jacket-Beinen; Aufbauten in Bereichen von Beschichtungsbrüchen, wo die Chloridablagerung hoch ist
- Seeschiffe – Ballasttanks (insbesondere an tiefen Stellen, wo sich Salzwasser ansammelt), Laderaumstrukturen, Rumpfbeplattung bei Beschichtungsfehlern
- Pipelines – Außenfläche an Stellen mit abgelöster Beschichtung; Innenfläche im „sweet and sour service“, wo CO₂ und H₂S Lochfraß fördern
- Lagertanks – interne Bodenplatten und untere Mantelabschnitte in Kontakt mit Prozessflüssigkeiten oder Tankböden, die Wasser ansammeln
- Wärmetauscher und Druckbehälter – Mantelseitenflächen in Kontakt mit chloridhaltigen Prozessflüssigkeiten oder Kühlwasser
- Bergbaukonstruktionen – Prozessbehälter, Baustahl und Rohrleitungen in Kontakt mit sauren Prozessflüssigkeiten und chloridreichem Prozesswasser
Warum Lochfraß Herausforderungen bei der Oberflächenvorbereitung schafft
Standard-Abrasivstrahlen – selbst bei SSPC-SP10 / Sa 2½ (near-white metal) – beseitigt Oberflächenverunreinigungen und das Rauheitsprofil auf der allgemeinen Stahloberfläche, löst aber nicht vollständig die Herausforderungen, die tiefer Lochfraß mit sich bringt:
1. Pits behalten Korrosionsprodukte nach dem Strahlen zurück
Strahlmittel treffen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche, aber die Geometrie eines tiefen, engen Lochs begrenzt die Fähigkeit des Mittels, seine Innenflächen zu reinigen. Korrosionsprodukte – Eisenoxide, Eisenchloride und Eisensulfate – können nach dem Strahlen im unteren Teil von Löchern verbleiben, selbst wenn das Strahlen auf der umgebenden Stahloberfläche Sa 2½ erreicht. Diese Restprodukte korrodieren den Stahl unter einer anschließend aufgetragenen Beschichtung weiter und tragen durch ihren Gehalt an löslichen Salzen zu osmotischer Blasenbildung bei.
2. Pits behalten lösliche Salzverunreinigungen zurück
Chloridionen sind hygroskopisch – sie ziehen Feuchtigkeit an. Sobald sich chloridreiche Korrosionsprodukte in Löchern ansammeln, ziehen sie durch jede darüberliegende Beschichtung Wasser durch Osmose an. Dies ist der Mechanismus der osmotischen Blasenbildung: Die Chloridkonzentration im Loch erzeugt eine lokale Triebkraft, die Wasser durch den Beschichtungsfilm zieht und Druck aufbaut, bis sich die Beschichtung ablöst. Standard-Trockenstrahlen entfernt lösliche Salze nicht aus den Lochinnenräumen. UHP-Wasserstrahlen (SSPC-WJ-Güten) ist deutlich effektiver bei der Entfernung salzbeladener Korrosionsprodukte aus Lochfraß.
3. Tiefe Lochfraßstellen führen zu Mängeln in der Schichtdicke
Ein aufgetragener Beschichtungsfilm folgt der Kontur der Stahloberfläche. Eine 2–5 mm tiefe Vertiefung, die mit einer auf die umgebende ebene Fläche aufgetragenen Beschichtung bedeckt ist, weist an der Basis und den Wänden der Vertiefung eine deutlich geringere Deckschicht auf als auf dem umgebenden Stahl. Bei starkem Lochfraß kann die Beschichtung den Grubenmund möglicherweise nicht einmal überbrücken – wodurch ein Hohlraum unter einer scheinbar intakten Beschichtungsoberfläche entsteht. Diese Dünnschichtbereiche versagen zuerst im Betrieb.
4. Lochfraß reduziert die effektive Schnittdicke
Obwohl es sich nicht streng genommen um ein Problem der Oberflächenvorbereitung handelt, muss Lochfraß, der den Stahl unter die minimal zulässige Wanddicke reduziert hat, vor der Beschichtung identifiziert werden und erfordert möglicherweise eine Schweißreparatur vor dem Auftragen der Beschichtung. Die Ultraschall-Dickenmessung (UTM) an Lochfraßbereichen ist eine Standardpraxis zur Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit in den Bereichen Energie und Marine.
Wie man Lochfraß bei der Oberflächenvorbereitung behandelt
Schritt 1: Tiefe und Ausmaß des Lochfraßes beurteilen
Bevor Sie eine Vorbereitungsmethode wählen, charakterisieren Sie den Lochfraß: Tiefe, Durchmesser, Dichte (Lochfraß pro Flächeneinheit) und das Vorhandensein von Korrosionsproduktkrusten, die die Lochmündungen bedecken. Dies bestimmt, ob die Vorbereitungsanforderung allein durch Strahlen abgedeckt ist oder einen vorläufigen mechanischen Entfernungsschritt erfordert.
Schritt 2: Grobe Korrosion aus tiefen Löchern entfernen – Tercoo®
Für Stahl mit tiefer laminarem Korrosion, dicken Korrosionsproduktkrusten oder starkem Lochfraß mit intakten Korrosionsprodukten über den Lochmündungen ist die mechanische Entfernung des Großteils des Korrosionsvolumens vor dem Strahlen oder der mechanischen Vorbereitung der technisch korrekte Ansatz. Der Tercoo® ist für diese Anwendung konzipiert: Er entfernt effektiv starken Rost, Lamellenzunder und vorhandene Beschichtungen, legt die Stahloberfläche unter der Korrosionskruste frei und öffnet die Lochmündungen für die anschließende Reinigung.
Schritt 3: Erreichen der Zielsauberkeit und des Profils – Bristle Blaster® oder Abrasivstrahlen
Nach der Entfernung der groben Korrosion wird die Oberfläche auf den gewünschten Sauberkeitsgrad und das Rauheitsprofil gebracht:
- Abrasivstrahlen erzielt die höchste Produktionsrate und das konstanteste Ergebnis auf großen Flächen
- Der Bristle Blaster® erreicht eine Sauberkeit vergleichbar mit Sa 2½ (ISO 8501-1) / SSPC-SP 10 und ein Rauheitsprofil von 65–85 µm Rz auf Wartungsoberflächen ohne Strahlmittel – anwendbar in ATEX-Zonen, beengten Räumen und abgelegenen Orten, wo Strahlen nicht praktikabel ist
Schritt 4: Kontrolle der löslichen Salzverunreinigung
Bei Lochfraßstahl, der Chlorid ausgesetzt war, ist eine Prüfung auf lösliche Salze vor dem Auftragen der Beschichtung obligatorisch. Überschreiten die Chloridwerte in der vorbereiteten Oberfläche die Spezifikationsgrenzen (typischerweise 20–30 µg/cm² für Offshore- und Immersionsanwendungen), ist eine Wasserwäsche oder UHP-Strahlenbehandlung erforderlich, um die Salzwerte vor der Beschichtung zu reduzieren. Überprüfen Sie mit einem Bresle-Patch-Test nach dem Waschen, ob die Werte innerhalb der Spezifikation liegen, bevor Sie grundieren.
Schritt 5: Berücksichtigung der Lochfüllung bei starkem Lochfraß
Sehr tiefe Vertiefungen – tiefer als etwa 1–2 mm – müssen möglicherweise mit einem kompatiblen Oberflächenfüller oder einer Streifenbeschichtung der Grundierung gefüllt werden, bevor das vollständige Beschichtungssystem aufgetragen wird, um eine ausreichende Filmdicke an der Vertiefungsbasis und den Wänden zu gewährleisten. Dies muss mit dem vollständigen Beschichtungssystem kompatibel sein und in der Beschichtungsspezifikation des Projekts angegeben werden. Konsultieren Sie das TDS des Beschichtungsherstellers für Anleitungen.
Wichtige Erkenntnisse
- Lochfraß konzentriert den Angriff in lokalisierten tiefen Hohlräumen, die durch chloridinduzierten Abbau des Passivfilms verursacht werden. Er ist selbstverstärkend: Die Lochchemie beschleunigt ihr eigenes Wachstum.
- Standard-Abrasivstrahlen nach Sa 2½ / SSPC-SP10 löst die Herausforderung der Oberflächenvorbereitung bei tiefem Lochfraß nicht vollständig: Korrosionsprodukte und lösliche Salzverunreinigungen können nach dem Strahlen in den Lochinnenräumen verbleiben.
- Bei stark verrostetem Stahl ist die effektivste Methode eine zweistufige Vorbereitung: Tercoo® zur Entfernung von Grobkorrosion und Krusten, gefolgt von Bristle Blaster® oder Abrasivstrahlen, um die gewünschte Reinheit und das Rauheitsprofil zu erreichen.
- Die Kontrolle löslicher Salze ist bei Lochfraßstahl entscheidend – chloridreiche Korrosionsprodukte in den Löchern führen zu osmotischer Blasenbildung. Vor dem Beschichten testen und behandeln.
- Lochfraß, der den Stahl unter die minimale Wandstärke reduziert hat, erfordert eine strukturelle Bewertung und Schweißreparatur vor der Beschichtung – Beschichtung kann verlorene Struktur nicht wiederherstellen.
