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Warum rostet ein Edelstahl-Kugelhahn? Lochkorrosion, Spalten und Eisen auf der Oberfläche

Was schützt Edelstahl, und was nimmt den Schutz weg?

Den Schutz bildet ein Passivfilm: Oxihydroxide von Eisen und Chrom, 2 bis 3 nm dick, transparent, haftend und selbstheilend. Ein Anstrichsystem ist 20 bis 200 µm dick, kann abplatzen und heilt sich nicht selbst. Der Vergleich stammt aus dem Schulungsmodul des International Stainless Steel Forum (ISSF) zur Korrosionsbeständigkeit, und er erklärt, warum ein Kratzer auf Edelstahl ausheilt und einer auf einer Beschichtung nicht.

Die Selbstheilung braucht Sauerstoff an der Oberfläche. Das ist wichtig zu behalten, denn genau daran scheitert es im Spalt.

Geht der Film über die gesamte Oberfläche verloren, korrodiert das Metall gleichmäßig. Laut ISSF braucht es dafür bei Edelstahl typischerweise das Eintauchen in Säuren. Der Angriff, auf den es an einer Armatur ankommt, ist lokal, und am Kugelhahn sind drei Arten im Spiel.

Wie beginnt chloridbedingte Lochkorrosion, und was sagt die PREN aus?

Lochkorrosion beginnt an sehr kleinen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche oder an nichtmetallischen Einschlüssen. Die Löcher wachsen weiter, wenn die Reaktionen im Loch verhindern, dass sich der Film neu bildet. Zwei Bedingungen treiben das voran: höhere Temperatur, die nach Angaben des ISSF die Beständigkeit drastisch senkt, und höhere Chloridkonzentration, bei der die Beständigkeit mit dem Logarithmus des Chloridgehalts abnimmt.

Die Seite der Legierung fasst die Wirksumme (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN) zusammen: PREN = Cr + 3,3 Mo + 16 N, jedes Element in Massenprozent. Molybdän zählt je Prozent 3,3-fach, Stickstoff 16-fach.

Es sind Bereiche, weil jede Sorte ein Analysenband ist. Benachbarte Sorten berühren sich: 304LN reicht bis 23,0, wo 316 bei 23,1 beginnt. Die CF8M-Zeile ist hier aus den Chrom- und Molybdängrenzen der ASTM A351 berechnet, wie im CF8M-Artikel dargelegt, und lässt Stickstoff weg, weil A351 ihn für diese Sorte nicht festlegt. Auf derselben Grundlage, ebenfalls ohne Stickstoff, ergibt die Rechnung für den Knetwerkstoff 316 einen Bereich von 22,6 bis 27,9.

Der ISSF gibt eine Warnung mit, die für jede Zeile gilt: Die PREN allein erlaubt keine Vorhersage, ob eine bestimmte Sorte für eine bestimmte Anwendung taugt. Sie ordnet Sorten in eine Rangfolge. Einen sicheren Chloridgehalt oder eine sichere Temperatur liefert sie nicht, und keine Tabelle auf dieser Seite tut das.

Bedeutet mehr Nickel eine bessere Korrosionsbeständigkeit?

Bei Lochkorrosion nein. Nickel steht nicht in der PREN-Formel, und laut ISSF hängt die Lochkorrosionsbeständigkeit nicht vom Nickelgehalt ab. Die Beständigkeit gegen Chlorid kommt von Chrom, Molybdän und Stickstoff. Nickel hält das Gefüge austenitisch.

Die Gusssorte macht es anschaulich. CF8M darf weniger Nickel enthalten als der Knetwerkstoff 316, 9,0 bis 12,0 % gegenüber 10,0 bis 14,0 %, und doch liegt das berechnete PREN-Band über dem von 316. Wer eine Armatur am Nickelwert statt an Chrom und Molybdän misst, beurteilt sie am falschen Element.

Warum steckt ein Kugelhahn voller Spalten?

Der ISSF definiert Spaltkorrosion als Angriff in engen Räumen, zu denen das umgebende Medium nur begrenzten Zutritt hat. Seine Beispiele sind Spalte und Berührungsflächen zwischen Bauteilen, Räume unter Dichtungen, Risse und Nähte sowie Räume, die mit Ablagerungen oder Schlamm gefüllt sind.

Der Mechanismus folgt dem Sauerstoffpunkt von weiter oben. Im Spalt wird der Sauerstoff aufgebraucht. Die Reaktionen dort erhöhen die Chloridkonzentration und senken den pH-Wert, bis sich der Film nicht mehr neu bilden kann, und das Metall im Spalt korrodiert. Das Labormaß dafür ist die kritische Spaltkorrosionstemperatur, das Gegenstück zur kritischen Lochkorrosionstemperatur.

Der ISSF nennt drei Wege, Spaltkorrosion zu vermeiden: das Bauteil so konstruieren, dass keine Spalte entstehen und es sich vollständig entleert, Ablagerungen entfernen und eine Sorte wählen, die ihr widersteht. Der erste Weg ist beim Kauf einer Armatur schon entschieden, denn Spindelabdichtung, Sitze und abgedichtete Fugen machen sie erst zum Kugelhahn. Beim Käufer und beim Betreiber bleiben die Sorte und die Frage, was in den Spalten stehen darf. Eine geschlossene, mit stehender Flüssigkeit gefüllte Armatur, in deren Hohlraum sich Ablagerungen absetzen, ist genau der Zustand, den der Mechanismus beschreibt.

Hygienearmaturen behandeln den Hohlraum als eigenes Konstruktionsproblem; der Tri-Clamp-Artikel behandelt diese Seite, und der Artikel zur Oberflächengüte zeigt, wie die Oberflächengüte hineinspielt.

Warum rostet ein neuer Kugelhahn, obwohl die Sorte stimmt?

Weil der Rost nicht von der Legierung stammen muss. Die Australian Stainless Steel Development Association (ASSDA) nennt eingebettetes und loses Eisen das am häufigsten angetroffene Fertigungsproblem und sagt, die Partikel rosteten rasch und lösten Korrosion aus. Als Quellen führt sie auf: Schleifmittel, die zuvor an Kohlenstoffstahl benutzt wurden, Drahtbürsten aus Kohlenstoffstahl, Schleifstaub und Schweißspritzer aus Arbeiten an Kohlenstoffstahl.

Eine Edelstahlarmatur wird vor dem Versand gegossen, geschliffen, bearbeitet und gehandhabt, und jeder dieser Schritte kann sie mit den Quellen aus dieser Liste in Berührung bringen. Ein Analysenzeugnis gibt an, woraus das Metall besteht. Über das, was danach auf die Oberfläche gelangt ist, sagt es nichts.

Die Abhilfen unterscheiden sich darin, was sie abtragen:

Passivierung ist verdünnte Salpetersäure, als Bad oder als Paste. Sie nimmt freies Eisen ab und lässt das Aussehen unverändert. Handelt es sich bei der Verunreinigung um Eisenoxid, oder trägt das Teil Anlauffarben oder eingebettetes Eisen, ist die Passivierung das falsche Mittel, und die ASSDA verweist stattdessen auf Beizen oder Elektropolieren.

Das Wort „passiviert“ auf einer Zeichnung sagt einem Lieferanten wenig. ASTM A967 deckt das Eintauchen in Salpetersäure, das Eintauchen in Zitronensäure und die elektrochemische Behandlung ab. Die Norm führt auch die Verfahren zur Prüfung des Ergebnisses auf: Eintauchen in Wasser, hohe Luftfeuchtigkeit, Salzsprühnebel, Kupfersulfat, Kaliumferricyanid-Salpetersäure, feuchtes Tuch und Eintauchen in kochendes Wasser, dazu eine Prüfung auf freies Eisen. Eine Bestellzeile, die Verfahren und Prüfung benennt, lässt sich gegenüber dem Lieferanten geltend machen.

Und wenn die Korrosion an den Schrauben oder neben einer Schweißnaht sitzt?

Zwei andere Ursachen treten im Feld auf und haben mit Chlorid nichts zu tun.

Kontaktkorrosion entsteht, wenn zwei Metalle mit stark unterschiedlichem Potenzial bei Anwesenheit eines Elektrolyten Kontakt haben, und Luftfeuchtigkeit genügt dafür. Das unedlere Metall wird angegriffen. Das eigene Beispiel des ISSF ist eine Edelstahlplatte, die mit Schrauben aus Baustahl befestigt ist: Die Schrauben korrodieren, der Edelstahl bleibt unberührt. Die Grundregeln lauten, den Kontakt unterschiedlicher Metalle zu vermeiden und, wo sie sich berühren müssen, dem unedleren Metall die sehr viel größere Fläche zu geben.

Interkristalline Korrosion geht auf Chromkarbide zurück, die sich an den Korngrenzen bilden und dem umgebenden Metall Chrom entziehen. Der ISSF verortet sie in der Wärmeeinflusszone einer Schweißnaht, wenn der Kohlenstoffgehalt hoch ist und der Stahl nicht stabilisiert wurde. Die niedrigere Kohlenstoffobergrenze von CF3M gegenüber CF8M, 0,03 % gegenüber 0,08 %, setzt genau hier an.

Wie lassen sich die Ursachen voneinander unterscheiden?

Das Schadensbild liefert eine erste Einschätzung. Sie ist eine Hypothese, und um sie zu bestätigen, braucht es eine Laboruntersuchung.

Was gehört in die Bestellung?

Spezifikationszeilen, die die hier behandelten Lücken schließen, so geschrieben, wie sie auf einer Zeichnung stehen würden:

• Gehäuse: ASTM A351 Grade CF8M. Spindel und Drehteile aus Stangenmaterial: die Knetnorm gesondert benannt, wie im CF8M-Artikel dargelegt.
• Betrieb: der Chloridgehalt und der Temperaturbereich des Mediums, dem Lieferanten genannt. Ein PREN-Vergleich braucht beides.
• Oberfläche: Passivierung nach ASTM A967, mit benanntem Verfahren (Eintauchen in Salpeter- oder Zitronensäure) und benannter Abnahmeprüfung, nicht allein das Wort.
• Befestigungs- und Stopfbuchsenteile: aus Edelstahl, mit angegebenem Werkstoff.
• Fertigungsprozess: welche Schleifmittel, Bürsten und Werkzeuge Edelstahlteile berühren, mit der ASSDA-Liste der Verunreinigungsquellen als Fragenkatalog.

Was klärt diese Seite nicht?

Sie nennt für keine Sorte eine Chloridgrenze oder eine Temperaturgrenze, weil die hier verwendeten Quellen keine nennen und die PREN dafür nicht gebaut ist. Das ISSF-Modul ist ein Schulungsdokument, und sein Inhalt zu Spalten und PREN ist allgemein gehalten und nicht auf Armaturen zugeschnitten. Der Passivierungstext der ASSDA ist eine Zusammenfassung der Praxis. Anwendungsbereich und Prüfliste der ASTM A967 wurden dem veröffentlichten Anwendungsbereich entnommen; der vollständige Normtext ist kostenpflichtig und wurde nicht gelesen, die Verfahrensdetails darin werden deshalb nicht zitiert. Die fünf Spaltstellen sind die Anwendung einer allgemeinen Definition auf Armaturenteile.

Häufige Fragen

Herausgegeben von LINS Valve Industrial Co., Ltd., Taichung, Taiwan. Zuletzt aktualisiert: 2026-10-06