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Warum Korrosionsbeständigkeit das entscheidende Kriterium für marine Edelstahlschrauben ist

Die elektrochemische Herausforderung durch Seewasserbelastung

Der Salzgehalt im Meerwasser lässt es wie ein starker Leiter wirken, wodurch der Abbau von Metallen durch elektrochemische Reaktionen beschleunigt wird. Edelstahlbolzen stehen ständig vor der Herausforderung, ihre eigene Schutzschicht aufrechtzuerhalten, die im Grunde aus einer dünnen Schicht Chromoxid besteht und normalerweise verhindert, dass sich Rost gleichmäßig über die Oberflächen ausbreitet. Probleme entstehen, wenn winzige Risse es Chloridionen ermöglichen, einzudringen, wodurch kleine elektrische Zellen auf der Bolzenoberfläche entstehen, die im Prinzip Teile davon in positive Pole gegenüber den umgebenden Bereichen verwandeln. Branchendaten zeigen, dass Korrosion in Meeresumgebungen etwa drei- bis fünfmal schneller erfolgt als unter normalen Süßwasserbedingungen. Das bedeutet, dass an empfindlichen Stellen wie Gewindeabschnitten der Bolzen und dort, wo die Köpfe auf die Schaftteile treffen, erheblicher Metallverlust auftritt, wodurch die Tragfähigkeit in küstennahen, den Gezeiten ausgesetzten Regionen jährlich um etwa 15 Prozent sinkt. Für Ingenieure, die mit marinen Konstruktionen arbeiten, ist die Aufrechterhaltung dieser Schutzschichten nicht nur eine Frage der Wahl besserer Materialien – sie beeinflusst direkt, ob ganze Systeme unter Belastung zusammenbleiben werden.

Wie Chloride Loch- und Spaltkorrosion in Edelstahlschrauben auslösen

Chloridionen initiieren eine lokal begrenzte Korrosion durch einen selbstverstärkenden Prozess: Sie reichern sich an Oberflächenfehlstellen an, lösen Chromoxide auf und erzeugen saure Mikroumgebungen, die die passive Schicht weiter angreifen.

Risse entstehen an Stellen wie unter Waschmaschinen oder zwischen Muttern und Schrauben, wo die Umgebung sauer wird und mit Chloriden angereichert ist, wodurch sich selbstverstärkende Korrosionsreaktionen ausbilden. Standard-316-Edelstahlschrauben in warmem Seewasser können Mulden entwickeln, die bis zu einem Millimeter pro Jahr wachsen. Branchenberichten zufolge beginnen fast die Hälfte aller Versagen von Marineschrauben durch diese verborgene Korrosion an Verbindungsstellen. Die Zugabe von Molybdän zur Legierung hilft gegen dieses Problem, da sie schützende Molybdat-Verbindungen bildet, die verhindern, dass Chloride eindringen, und die schützende Beschichtung des Metalls über längere Zeiträume intakt halten.

304 vs. 316 Edelstahlschrauben: Leistung, Grenzen und praktische marine Validierung

Die entscheidende Rolle von Molybdän bei der Stabilisierung der Passivschicht von 316-Edelstahlschrauben

Was 304 von 316 Edelstahlschrauben wirklich unterscheidet, ist das Vorhandensein von Molybdän. Beide Sorten enthalten etwa 18 % Chrom und zwischen 8 und 10 % Nickel, doch allein der 316er Stahl weist 2 bis 3 % Molybdän auf, was den entscheidenden Unterschied ausmacht. In salzhaltigen Umgebungen verbindet sich dieses Molybdän mit Sauerstoffmolekülen und bildet unlösliche Verbindungen, sogenannte Molybdate. Diese kleinen chemischen Formationen verschließen winzige Risse und Unregelmäßigkeiten in der schützenden Chromoxid-Schicht auf der Metalloberfläche. Aufgrund dieses zusätzlichen Schutzes können 316-Schrauben etwa dreimal so viel Korrosionsschaden durch Chloride verkraften wie herkömmliche 304-Schrauben, wenn sie in Küstennähe eingesetzt werden. Für alle, die mit Ausrüstung arbeiten, die ständig mit Meerwasser in Berührung kommt, ist die Verwendung von Schrauben der Güteklasse 316 nicht nur besser – sie ist praktisch unverzichtbar, wenn unsere Bauteile mehrere Jahreszeiten lang ohne Rostprobleme halten sollen.

Feldbefund: 316L Edelstahlbolzen nach 8 Jahren in Gezeitenbereichen (Hafen von Rotterdam)

Forscher untersuchten, was mit Edelstahlbolzen geschah, die acht Jahre lang in den Gezeitenbereichen des Hafens von Rotterdam installiert waren. Die 316L-Schrauben, die einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt aufweisen, um Probleme während der Herstellung zu vermeiden, zeigten trotz ständigen Wechsels zwischen Unterwasser- und Luftexposition nur sehr geringe Lochkorrosionsschäden (weniger als 0,1 mm tief). In der Zwischenzeit erlitten benachbarte 304-Bolzen starke Spaltkorrosion genau an den Stellen, wo sie auf Unterlegscheiben trafen, und verloren an belasteten Stellen über 0,8 mm Material. Bei genauerer Betrachtung fanden wir Anzeichen für interkristalline Korrosion in diesen 304-Proben, jedoch keinerlei Hinweise darauf bei den 316L-Proben. Dies zeigt deutlich: Die bessere Passivschutzschicht von 316L bietet langfristig klare Vorteile, insbesondere wenn wechselnde Sauerstoffkonzentrationen die Korrosion verstärken.

Wenn Standard 316 nicht ausreicht: Hochleistungs-Edelstahlbolzen für extreme maritime Anwendungen

Super-austenitische (254 SMO, AL-6XN) und Duplex-Edelstahlbolzen (2205, 2507) in Entsalzungsanlagen und unterwasserliegenden Infrastrukturen

Bei extrem aggressiven Umgebungen wie Entsalzungsanlagen, unter Wasser liegenden Ölplattformen oder heißen tropischen Meerwasserbedingungen übersteigen die Chloridgehalte und Temperaturen oft das, was herkömmlicher rostfreier Stahl vom Typ 316 verkraften kann. In solchen Fällen werden Probleme wie Lochkorrosion und Spannungsrisskorrosion zu ernsthaften Risiken, es sei denn, man wechselt zu hochwertigeren Legierungen. Nehmen wir beispielsweise superaustenitische Sorten: Werkstoffe wie 254 SMO und AL-6XN enthalten zwischen 6 und 7,5 Prozent Molybdän sowie Stickstoff, wodurch sie einen Wert für die Lochkorrosionsbeständigkeit (PREN) von über 40 erreichen. Was bedeutet das konkret? Diese Materialien arbeiten zuverlässig, selbst bei Chloridkonzentrationen von bis zu 100.000 Teilen pro Million und Temperaturen über 60 Grad Celsius – das Dreifache dessen, was Standard-Stahl 316 aushält. Duplex-Legierungen wie 2205 und 2507 funktionieren anders, indem sie sowohl austenitische als auch ferritische Strukturen kombinieren. Diese Kombination verleiht ihnen höhere Festigkeit und bessere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion in Tiefwasseranwendungen. Ein gutes Beispiel aus der Praxis stammt aus der Nordsee, wo Schrauben aus 2507 fünfzehn volle Jahre lang im Spritzwasserbereich intakt blieben. Hingegen zeigten Standardbefestigungselemente aus 316 im selben Umfeld bereits nach nur fünf Jahren Verschleißerscheinungen aufgrund fortschreitender Spaltkorrosion.

Die richtigen Edelstahlschrauben auswählen: Ein praktischer Entscheidungsrahmen für Schiffsmaschineningenieure

Für Marine-Ingenieure, die an realen Projekten arbeiten, reichen allgemeine Materialien heutzutage nicht mehr aus. Sie müssen einen fundierten Entscheidungsprozess basierend auf tatsächlichen Bedingungen und nicht auf Vermutungen befolgen. Beginnen wir damit, die Schwere der Umgebung einzuschätzen. Schrauben aus Edelstahl 316 eignen sich gut für Bereiche, die nur Luft ausgesetzt sind, doch sobald es nasser oder tidal wird, sollten Ingenieure Duplex-Werkstoffe wie 2205 oder 2507 in Betracht ziehen, da diese Chloride wesentlich besser verkraften. Als Nächstes muss geprüft werden, ob das Material Belastungen standhält. Duplex-Legierungen weisen tatsächlich etwa die doppelte Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Schrauben aus 316 auf, was laut einer Studie von ASM International aus dem vergangenen Jahr entscheidend ist, wenn ständige Bewegungen und Vibrationen auftreten. Und schließlich möchte niemand Geld ausgeben, ohne zu wissen, was später eingespart wird. Hochlegierte austenitische Schrauben wie 254 SMO können zwar anfangs teurer sein, halten aber in rauen Umgebungen – wie sie beispielsweise in Umkehrosmoseanlagen vorkommen – so viel länger, dass die meisten Installationen langfristig rund 60 % an Ersatzkosten sparen. Die Anwendung dieser dreistufigen Methode sorgt dafür, dass alles jahrelang zuverlässig funktioniert, die Wartungskosten niedrig bleiben und kostspielige Ausfälle vermieden werden, mit denen niemand gerne zu tun hat.