Spannungsrißkorrosion des Chromstahles X 210 Cr 12 in chloridund sulfathaltigen Lösungen Teil 1: SpRK-Belastungsverhalten

Abstract

Es wird das SpRK-Verhalten des Kaltarbeitsstahles X 210 Cr 12 mit martensitischem und perlitischem Gefüge in reinem Wasser sowie in wäßrigen Chlorid- und Sulfatlösungen bruchmechanisch bei Raumtemperatur untersucht. Der Stahl ist in beiden Gefügevarianten in den untersuchten Medien SpRK-anfällig und weist in seinem SpRK-Belastungsverhalten dehnungsinduzierte SpRK (ε-iK) auf. Der Korrosionsprozeß im Riß führt im Zusammenwirken mit der Dehnung zur Wasserstoffversprödung an der Rißspitze. Bei zu geringer Dehnrate kann es zu anormalen Verläufen der Rißausbreitungskurven kommen. Die stark ausgeprägte Gefügeinhomogenität des Werkstoffs begünstigt ebenfalls dieses Verhalten. Um die erforderliche Dehnrate bei der ε-iK zu erreichen, sind bei der Erfassung der 3 Bereiche der Rißausbreitungskurve unterschiedliche Belastungsregimes anzuwenden: Zur Bestimmung des Schwellwertes KISCC und des Bereiches I der Rißausbreitungskurve ist die Belastung im CR-Modus (Constant Displacement Rate) mit hinreichend großer Dehnrate erforderlich. Dagegen kann es bei CL-Modus (Constant Load) im Bereich I wegen zu geringer Dehnrate zu anormaler Rißausbreitung mit temporärem Rißstillstand („Einschlafeffekt”︁) kommen. Zur Bestimmung des Plateaubereiches (Bereich II) sowie des Überganges zum Bereich III des instabilen Bruchs ist der CL-Modus bei zunehmendem K-Wert erforderlich. Der CR-Modus im Plateau führt infolge zu geringer Dehnrate zur Erniedrigung der Plateaurißgeschwindigkeit mit diskontinuierlichem Rißwachstums. Der CD-Modus (Constant Displacement) ist wegen Dehnrate nahezu Null weder zur Bestimmung des Plateaus noch für den Schwellwert KISCC geeignet. Stress corrosion cracking of the chromium steel X 210 Cr 12 in chloride and sulphate containing solutions Part 1: Influence of loading conditions on SCC – behaviour The stress corrosion cracking behaviour of the cold work steel X 210 Cr 12 with both martensitic and pearlitic structure has been investigated in distilled water as well as in aqueous chloride and sulphate solutions at room temperature by means of a fracture mechanics method. This steel is found to be sensitive to stress corrosion cracking and this behaviour points to strain induced SCC. The crack propagation is caused by hydrogen embrittlement by interaction of the corrosive produced hydrogen at the crack tip with material straining. Abnormal crack propagation can be caused by both large inhomogeneities of the structure and strain rates below threshold values. For realisation of a demanded strain rate it is necessary to use different loading conditions as follows: The CR-mode (Constant Displacement Rate) with a sufficiently high strain rate is necessary for the determination of KISCC-value as well as the region I of the crack propagation curve. On the other hand, the CL-mode (Constant Load) can lead in the region I to abnormal crack propagation with temporary crack stop (“resting effect”) because of too low strain rate. However, the CL-mode with increasing K-value is required to determine the plateau of crack propagation rate in region II as well as to the transition into the region III of instable cracking. The use of the CR-mode in region II would lead to a lower plateau of crack rate combined with discontinuous crack growth. The CD-mode (Constant Displacement) with strain rate of about zero is not applicable to determine the plateau value as well as the threshold value KISCC.