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DGO-AK Wasserstoffversprödung tagte bei Surtec in Bensheim

Nach einer pandemiebedingten Pause im Jahr 2020 war es am 4. November 2021 wieder möglich, durch Unterstützung der SurTec International GmbH in Bensheim mit etwa 20 Teilnehmern die 27. AK-Sitzung abzuhalten.

Neben einer breiten Diskussion zu Themen aus dem Teilnehmerkreis wurden Vorträge zu neuen Kenngrößen und Messmethoden, zur guten Betriebspraxis, dem Normungsgeschehen, zu aktuellen Schadensfällen sowie erweitert zu Materialfragen in der Wasserstofftechnologie geboten.

Die Systemeigenschaft Wasserstoffversprödung ist gekennzeichnet durch das Zusammenspiel eines kritischen Werkstoffes (meistens hochfeste Stähle) mit mechanischen Zugspannungen und einem Wassersstoffangebot, das im Allgemeinen fertigungs- bzw. betriebsbedingt ist. In der Praxis wird durch Variation dieser Parameter, besonders aber in der Steuerung des meist galvanotechnischen Beschichtungsprozesses versucht, das Schadensrisiko mit Sicherheit auszuschalten. Wünschenswert und angestrebt ist die Entwicklung einer Kenngröße, die das gesamte System abbildet und sich zur online-Prozesssteuerung eignet.

Fortschritte auf dem Weg zu einem „Versprödungsindex“

Auf dem Weg dahin gibt es inzwischen erfreuliche Fortschritte. Das bisherige prozessbegleitende Monitoring durch Verspannung von C-Ringen in Korrelation mit Wasserstoff-Permeations und -Desorptionsmessungen ist zu zeitaufwendig und bei den bisher verwendeten C-Ringen aus materialtechnischen Gründen nicht ausreichend reproduzierbar. Durch definierte Herstellung der C-Ringe (Laserschneiden, Abschrecken und Anlassen im Salzbad), Untersuchung des Gefüges und der Eigenspannungen sowie der Oberflächenmorphologie ist es möglich, durch Aufnahme von Kraft-Weg-Diagrammen die Verformungsarbeit präzise zu ermitteln. Es ist bekannt, dass die Duktilität ein wichtiges Kriterium für eine Versprödungsanfälligkeit darstellt. Durch die validierte Herstellung und am Markt (iChemAnalytics GmbH) erhältlicher C-Ring-Prüfkörper ist eine vergleichende Bewertung von Prozessdaten möglich. Diese ermittelten Materialkennwerte können die Basis für einen “Versprödungsindex” bilden. Das Ziel weiterer Untersuchungen ist es, Daten für unterschiedliche Werkstoffe zu ermitteln und in einer allen zugänglichen Datenbank zur Verfügung zu stellen, durch die in der Fertigung ein kritischer Werkstoffzustand gegenüber einer möglichen Wasserstoffbelastung vermieden werden kann. Parallel hierzu müssen diese Zusammenhänge auch Eingang in das genormte Regelwerk finden.

Ein Praxisbericht zur galvanischen Beschichtung von Schrauben zeigte deutlich, wie die Wirkung von Beizinhibitoren durch die Aufnahme von Spannungs-Dehnungs-Diagrammen von C-Ringen überprüft werden kann. Das Kriterium besteht in der Fragestellung, ob der Ausgangszustand definiert durch diese mechanische Prüfung nach dem Beizvorgang wiederhergestellt werden kann. In der Fertigung ist es durch eine geeignet zusammengesetzte Beizlösung und deren Überwachung möglich, eine negative Beeinträchtigung der Bauteile absolut zu vermeiden.

Normung: Tempern oder nicht?

In einem Beitrag zur Normung wurde noch einmal klargestellt, dass eine Zeitvorgabe für die Dauer nach einer galvanischen Beschichtung und einer anschließenden Temperaturbehandlung zur Reduktion von Wasserstoff im Bauteil sachlich nicht begründet ist – auch wenn in einigen internationalen Vorschriften entsprechende Angaben noch zu finden sind. Es gibt Bestrebungen aus Deutschland, die Norm 50 969 (zur Qualitätsanhebung) in den ISO-Bereich zu überführen. Zur Fragestellung, ob ab einer Härte von 390 HV (10.9) gemäß ISO 4042 getempert werden muss oder nicht, erlaubt die Norm grundsätzlich die Wahl zwischen der Prozessabsicherung oder einem Temperprozess. Da jedoch die Stahllieferungen global organisiert sind, sind die meisten Anwender am Temperprozess orientiert. In diesem Zusammenhang muss auch festgestellt werden, dass mindere Stahlqualitäten auch nach einer prozessbedingt einwandfreien Behandlung im betriebsbedingten Korrosionsfall ein erhöhtes Risiko darstellen.

Bei der Diskussion verschiedener Schadensfälle wurde immer wieder die Thematik einer juristischen Bewertung aufgeworfen. Bei der Vetragsgestaltung für einen entsprechenden Auftrag tritt häufig die Situation ein, dass der galvanotechnische Betrieb nicht die zur ordnungsgemäßen Durchführung notwendigen Daten wie etwa Materialkennwerte erhält. Hier empfiehlt es sich, die Freigabe der beschichteten Bauteile vertraglich auf den Auftraggeber zu übertragen. Hiervon unabhängig sind die Prozesse in der Galvanik selbstverständlich umfangreich zu dokumentieren.

Materialkennwerte für Wasserstofftechnologie

In einem abschließenden Beitrag wurde erörtert, welche Materialkennwerte für die sich dynamisch entwickelnde Wasserstofftechnologie von Bedeutung sind. Im Gegensatz zur Thematik des AK, bei der atomarer Wasserstoff im Vordergrund steht, ist der Wasserstoff hier molekular, zudem hoch rein und dringt daher nicht in entsprechende Werkstoffe ein. Es ist jedoch zu beachten, dass extreme Drucke bis zu 1000 bar und bei etwa Be- und Entladevorgängen in Speichern extreme Werkstoffbelastungen auftreten, die zu Veränderungen der Wöhlerkurven (Schwingungs- und Langzeitfestigkeit) führen. Zu beachten sind ferner Umgebungsmedien sowie eventuelle Beschichtungen. Auch besteht für extreme Belastungsszenarien die Möglichkeit, dass Energiezustände an Phasengrenzen auftreten und somit eine Dissoziation von molekularem Wasserstoff mit den entsprechenden Folgen grundsätzlich möglich wird.