Was ist Korrosion?
Korrosion ist die chemische oder elektrochemische Reaktion zwischen einem Metall und seiner Umgebung, die die Eigenschaften des Metalls verschlechtert. Die Umgebung liefert das Oxidationsmittel – am häufigsten Sauerstoff, gelöst in Wasser, oder Wasser selbst in Kombination mit atmosphärischem Sauerstoff. Die grundlegende Korrosionsreaktion beinhaltet die Oxidation des Metalls (Verlust von Elektronen) an einer anodischen Stelle, während das Oxidationsmittel an einer kathodischen Stelle reduziert wird. In Anwesenheit eines Elektrolyten – im Wesentlichen jeder Feuchtigkeit, die gelöste Ionen enthält – verläuft diese Reaktion kontinuierlich.
Korrosion betrifft praktisch alle in industriellen Anwendungen verwendeten Strukturmetalle: Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Titan und Zink. Jedes korrodiert durch Mechanismen, die spezifisch für seine Chemie und die Umgebung sind, der es ausgesetzt ist.
Was ist Rost?
Rost ist der gebräuchliche Name für die rotbraunen Eisenoxidverbindungen, die entstehen, wenn Eisen oder Stahl in Anwesenheit von Wasser mit Sauerstoff reagiert. Die primären Rostverbindungen sind Eisen(III)-oxid (Fe₂O₃) und Eisen(III)-oxidhydroxid (FeOOH). Rost ist chemisch vom Ausgangsmetall verschieden – er ist porös, spröde und nicht haftend. Im Gegensatz zu den dichten, haftenden passiven Oxidschichten, die Edelstahl und Aluminium vor weiterer Oxidation schützen, stoppt Rost die Korrosion nicht. Wenn sich Rost bildet und abplatzt, setzt er die frische Stahloberfläche weiterem Angriff aus.
Wichtige Merkmale von Rost:
- Nur Eisen und Stahl rosten – kein anderes gängiges Strukturmetall erzeugt das gleiche rotbraune Eisenoxidprodukt
- Rost ist volumetrisch größer als der Stahl, den er ersetzt – Rost nimmt etwa das 2- bis 6-fache Volumen des ursprünglichen Eisens ein, abhängig von den gebildeten Eisenoxidverbindungen, weshalb rostender Stahl Risse und Abplatzungen des umgebenden Betons in Stahlbetonkonstruktionen verursacht
- Rost ist hygroskopisch – er absorbiert Feuchtigkeit, was die weitere Korrosion beschleunigt
- Rost in Oberflächenvertiefungen und Spalten bindet Chlorid- und Sulfatverunreinigungen, ein signifikanter Faktor für das Versagen von Beschichtungen, wenn verrosteter Stahl vor dem Neubeschichten unvollständig vorbereitet wird
Korrosionsarten, die Stahlkonstruktionen betreffen
Während Rost die sichtbarste Form der Korrosion an Stahl ist, betreffen mehrere unterschiedliche Korrosionsmechanismen industrielle Stahlkonstruktionen. Das Verständnis, welche Typen vorhanden sind, bestimmt die Schutzstrategie:
| Korrosionstyp | Mechanismus | Typische Orte | Auswirkungen auf die Oberflächenvorbereitung |
|---|---|---|---|
| Gleichmäßige (allgemeine) Korrosion | Gleichmäßiger elektrochemischer Angriff über die Oberfläche; klassische Rostbildung bei ungeschütztem Stahl | Unbeschichteter oder entlackter atmosphärischer Stahl | Standard-Strahlenreinigung bis zum Zielgrad entfernt Oberflächenrost; Lösesalztest erforderlich |
| Lochkorrosion | Lokaler Angriff, ausgelöst durch Chloride; erzeugt tiefe Hohlräume, während die allgemeine Oberfläche relativ intakt ist | Marine- und Offshore-Strukturen; chloridreiche Umgebungen | Strahlen allein reinigt Gruben nicht vollständig; zweistufige Vorbereitung (Tercoo® + Bristle Blaster®) empfohlen; strikte Salzkontrolle |
| Galvanische Korrosion | Beschleunigte Korrosion an der Verbindungsstelle zweier ungleicher Metalle bei Elektrolytkontakt | Stahl-Aluminium-Verbindungen; Stahl-Kupfer-Erdung | Ungleiche Metalle isolieren; Schutzbeschichtung auf das anodische Metall auftragen; Oberflächenvorbereitung gemäß Beschichtungs-TDS |
| Spaltkorrosion | Beschleunigter Angriff in abgeschlossenen Räumen (Überlappungsfugen, unter Dichtungen, an Befestigungselementen) | Konstruktive Verbindungen, Flanschverbindungen, überlappende Platten | Alle spaltbildenden Fugen streichbeschichten; Designänderung zur Eliminierung von Spalten in Betracht ziehen; gründliche Spaltreinigung vor dem Beschichten |
| Erosionskorrosion | Kombinierter mechanischer und elektrochemischer Angriff in strömenden Medien; Oberflächenfilm wird kontinuierlich entfernt, was die Korrosion beschleunigt | Rohrkrümmer, Pumpenlaufräder, Wärmetauscherrohre, Offshore-Spritzwasserzone | Härtere, abriebfestere Beschichtungssysteme; höheres Ankerprofil für mechanische Verankerung erforderlich; mindestens SP-10 |
| Spannungsrisskorrosion (SCC) | Rissbildung unter kombinierter Zugspannung und korrosiver Umgebung (H₂S, Chloride) | Hochfester Stahl im Sauergasbetrieb; Edelstahl in chloridhaltigen Umgebungen | Beschichtung zur Vermeidung korrosiver Umgebung; Oberflächenvorbereitung nach SP-10; spezielle Grundierungen für H₂S-Umgebungen |
| Mikrobiologisch beeinflusste Korrosion (MIC) | Bakterien (sulfatreduzierend, säureproduzierend) erzeugen lokal korrosive Mikroumgebungen | Rohrleitungsinnenräume, Offshore-Unterwasserzonen, Wasserinfrastruktur | Biozidbehandlung; gründliche Entfernung von Biofilm vor der Vorbereitung; strikte Salz- und Kontaminationskontrolle |
Rostgrade und Oberflächenvorbereitungsstandards
ISO 8501-1 definiert vier Rostgrade (A, B, C und D), die den Ausgangszustand von unbeschichtetem Stahl vor der Oberflächenvorbereitung beschreiben:
- Grad A — Stahl mit intakter Walzhaut; kein Rost sichtbar. Die Walzhaut ist eine relativ inerte Stahloxidschicht, die beim Warmwalzen entsteht – sie ist aber kathodisch zum darunter liegenden Stahl und fördert, wenn sie nicht vollständig entfernt wird, die galvanische Korrosion an jeder Bruchstelle.
- Grad B — Stahl mit beginnender Rostbildung und einigen Pitting-Korrosionen; Walzhaut beginnt abzublättern. Die meisten Kohlenstoffstahl-Strukturprofile, die länger als ein paar Monate in atmosphärischen Umgebungen in Betrieb sind, fallen in diese Kategorie.
- Grad C — Stahl mit weit verbreitetem Rost; Walzhaut ist abgerostet oder kann abgekratzt werden. Typischerweise ist eine signifikante Pitting-Korrosion vorhanden.
- Grad D — Stahl mit ausgedehnter Pitting-Korrosion; Walzhaut ist vollständig abgerostet. Fortgeschrittene Korrosion, die die gründlichste Vorbereitung erfordert.
Oberflächenvorbereitungsstandards (Sa-Grade für Strahlenreinigung, St-Grade für Maschinenreinigung) werden anhand dieser Ausgangsbedingungen bewertet. Der erforderliche Vorbereitungsgrad hängt vom aufgetragenen Beschichtungssystem ab – die meisten hochleistungsfähigen industriellen Beschichtungssysteme erfordern Sa 2½ (SSPC-SP10), unabhängig vom ursprünglichen Rostgrad. Das Erreichen von Sa 2½ auf Stahl der Güteklasse D mit tiefen Pitting-Korrosionen erfordert deutlich mehr Vorbereitungsaufwand und Zeit als das Erreichen auf Stahl der Güteklasse B.
Was der Rostgrad über die Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung aussagt
Der Rostgrad einer Stahloberfläche liefert wichtige praktische Informationen, bevor sie für eine Neubeschichtung vorbereitet wird:
- Stahl der Güteklasse A – Walzhaut muss für die meisten Hochleistungsbeschichtungssysteme vollständig entfernt werden. Walzhaut ist haftend, aber kathodisch zum Stahl; jeder Bruch in der Walzhaut erzeugt eine galvanische Zelle. Strahlreinigung ist erforderlich; Hand- und Elektrowerkzeuge können intakte Walzhaut nicht zuverlässig entfernen.
- Stahl der Güteklasse B–C – Verrostet, aber ohne starke Pitting-Korrosion; kann durch Standard-Strahlenreinigung oder das mechanische Vorbereitungsverfahren Bristle Blaster® im Wartungsbereich auf Sa 2½ gebracht werden.
- Stahl der Güteklasse D – Tiefe Pitting-Korrosion vorhanden; zweistufige Vorbereitung (Tercoo® zur Beseitigung der Massenkorrosion, Bristle Blaster® für die Endvorbereitung) oder Strahlenreinigung erforderlich; Lösesalzkontrolle entscheidend.
Wichtige Erkenntnisse
- Rost ist eine spezifische Form der Korrosion – das Eisenoxidprodukt der Reaktion von Stahl mit Sauerstoff und Wasser. Korrosion ist die breitere Kategorie der elektrochemischen Metallzersetzung, die alle Strukturmetalle betrifft.
- Mehrere Korrosionstypen betreffen Stahlkonstruktionen: gleichmäßiger Rost, Lochfraß, galvanische Korrosion, Spaltkorrosion, Erosionskorrosion, Spannungsrisskorrosion und mikrobiologisch beeinflusste Korrosion. Jeder hat unterschiedliche Ursachen, Orte und Auswirkungen auf die Oberflächenvorbereitung.
- ISO 8501-1 Rostgrade A–D beschreiben den Ausgangszustand von Stahl vor der Vorbereitung, von intakter Walzhaut (A) bis stark lochfraßgeschädigt (D). Der Rostgrad bestimmt den Vorbereitungsaufwand, der erforderlich ist, um einen bestimmten Reinheitsgrad zu erreichen.
- Für alle hochleistungsfähigen industriellen Beschichtungssysteme ist Sa 2½ (SSPC-SP10) der effektive Mindeststandard für die Oberflächenvorbereitung – unabhängig vom ursprünglichen Rostgrad.
- Tiefer Lochfraß (Grad D) speichert Korrosionsprodukte und lösliche Salze, die durch Strahlen allein möglicherweise nicht vollständig entfernt werden können. Ein zweistufiger Vorbereitungsansatz und eine strenge Kontrolle der löslichen Salze sind für lochfraßgeschädigten Stahl in aggressiven Umgebungen erforderlich.
