Der Slow-Strain-Rate-Test (SSRT), auf Deutsch Versuch mit langsamer Dehngeschwindigkeit, ist ein anerkanntes Laborverfahren zum Nachweis von Spannungsrisskorrosion an metallischen Werkstoffen. Bei dieser Methode wird eine Probe unter definierter, geringer Dehnrate bis zum Bruch gedehnt, während sie gleichzeitig einem korrosiven Medium ausgesetzt ist. Verglichen mit konventionellen statischen Prüfungen verkürzt der SSRT die Versuchsdauer und liefert reproduzierbare Kennwerte zur Versprödung, Rissbildung und Restdehnung. Die folgenden Abschnitte erläutern das Grundprinzip und die Durchführung, die Probenvorbereitung, die Prüfmethodik mit ihren Versuchsparametern, die Auswertung anhand von Rissbildung und Dehnungsraten sowie Nachweisgrenzen und Reproduzierbarkeit. Abschließend werden typische Anwendungsgebiete und einschlägige Prüfnormen wie ASTM und ISO zusammengefasst. Damit richtet sich der Beitrag an Werkstoffprüfer, Schadensanalytiker und Qualitätsverantwortliche, die Spannungsrisskorrosion systematisch bewerten müssen.
Grundprinzip
und praktische Durchführung des SSRT
Das Verfahren beruht auf der Wechselwirkung zwischen mechanischer Dehnung und elektrochemischer Korrosion. Eine Zugprobe wird in einer Universalprüfmaschine mit konstanter, sehr niedriger Dehngeschwindigkeit belastet, während der Prüfabschnitt vollständig in das Prümedium eintaucht. Die Dehnrate liegt typischerweise im Bereich von etwa zehn hoch minus sechs bis zehn hoch minus sieben je Sekunde. Diese langsame Belastung lässt ausreichend Zeit für elektrochemische Reaktionen an der Probenoberfläche, sodass korrosionsgestützte Rissbildung stattfinden kann, bevor rein mechanisches Versagen eintritt. Zur Durchführung gehört die Montage der Probe in einer geschlossenen Korrosionszelle mit temperierbarem Medium, der Anschluss elektrochemischer Sensorik zur optionellen Potenzialkontrolle sowie die kontinuierliche Aufzeichnung von Kraft und Weg. Nach dem Bruch wird die Probe entnommen, gereinigt und fraktografisch untersucht. Das Ergebnis erlaubt eine Aussage darüber, ob der untersuchte Werkstoff im gegebenen Medium anfällig für Spannungsrisskorrosion ist.
Probenvorbereitung
und untersuchbare Probenarten
Vor dem Versuch werden zylindrische Zugproben mit reduziertem Messquerschnitt aus dem zu bewertenden Werkstoff gefertigt, häufig mit Abmessungen analog zu Kleinzugproben. Die Oberfläche des Messabschnitts wird geschliffen und poliert, um Bearbeitungsriefen und Verunreinigungen zu entfernen, da oberflächliche Defekte die Rissinitiation künstlich begünstigen können. Fett- und Oxidrückstände werden mit geeigneten Lösungsmitteln entfernt, anschließend wird die Probe gewogen und vermessen. Die Probenarten reichen von Massivproben aus Walz-, Schmiede- oder Gussmaterial über geschweißte Proben mit geschweißtem Messabschnitt bis zu Proben aus Drähten, Rohrabschnitten und dünnen Blechen, sofern die Geometrie eine definierte Krafteinleitung zulässt. Wärmebehandlungszustand und Fertigungsrichtung sind zu dokumentieren, da beide die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion beeinflussen. Für jede Prüfbedingung wird zusätzlich eine Referenzprobe in inertem Medium, etwa Öl oder Luft, geprüft, um das mechanische Vergleichsverhalten ohne korrosiven Einfluss zu erfassen.
Prüfmethodik
und einzustellende Versuchsparameter
Zentrale Stellgröße ist die Dehngeschwindigkeit, da sie über die Wechselwirkung zwischen Dehnakkumulation und Repassivierung der Oberfläche entscheidet. Zu hohe Raten führen zu rein duktilem Bruch, zu niedrige Raten verlängern den Versuch ohne zusätzlichen Erkenntnisgewinn, weshalb die Rate vorab an Werkstoff und Medium abgestimmt wird. Das Prümedium wird in einer Korrosionszelle mit konstanter Temperatur gehalten; Zusammensetzung, pH-Wert und gelöste Gase sind zu definieren und während des Versuchs zu überwachen. Optional wird das elektrochemische Potenzial der Probe über eine Referenzelektrode eingestellt oder überwacht, da Spannungsrisskorrosion oft nur in engen Potenzialfenstern auftritt. Die Prüfmaschine arbeitet unter weg- oder dehnrategeregelter Steuerung, wobei Kraft, Dehnung und Zeit kontinuierlich aufgezeichnet werden. Nach Versuchsende werden Bruchzeit, maximale Zugkraft, Dehnung bis zum Bruch und Reduktion der Querschnittsfläche ausgewertet und mit der Inertreferenz verglichen.
Auswertung
von Rissbildung und Dehnungsraten
Die Bewertung stützt sich auf mehrere Kenngrößen. Zunächst werden die mechanischen Parameter Bruchzeit, Bruchdehnung und Querschnittsverminderung des Versuchs im Medium den Werten der Inertreferenz gegenübergestellt; ein deutlicher Abfall deutet auf korrosionsbedingte Versprödung hin. Daraus lassen sich Relative Dehnungsraten und Zeitverhältniswerte bilden, die als empfindliche Indikatoren für das Auftreten von Spannungsrisskorrosion gelten. Anschließend erfolgt die metallographische Untersuchung von Längs- und Querschliffen durch den Messabschnitt. Sekundärisse neben der Bruchstelle belegen risskorrosives Versagen, während ein ausschließlich duktiler Wabenbruch im Medium ohne Nebenrisse Unempfindlichkeit nahelegt. Die fraktografische Betrachtung mit Licht- und Elektronenmikroskopie ergänzt die Diagnose, da interkristalline oder transkristalline Risspfade unterschiedliche Schadensmechanismen kennzeichnen. Für die Berichterstattung werden alle Kennwerte, die Rissverteilung und die Bruchflächenaufnahmen dokumentiert und als Prüfergebnis zusammengefasst.
Nachweisgrenzen
und Reproduzierbarkeit des Verfahrens
Der SSRT ist ein beschleunigtes Screeningverfahren mit definierten Grenzen. Weil die Dehnraten im Versuch deutlich über denen realer Bauteilbelastungen liegen, erlaubt ein negatives Ergebnis keine uneingeschränkte Aussage über das Langzeitverhalten unter Betriebsbedingungen; positive Ergebnisse gelten dagegen als starker Hinweis auf Anfälligkeit. Die Reproduzierbarkeit hängt von der Einhaltung der Dehnrate, der Mediumszusammensetzung, der Temperatur und der Oberflächenpräparation ab. Kleine Abweichungen im elektrochemischen Potenzial können das Ergebnis verschieben, weshalb eine dokumentierte Potenzialkontrolle die Vergleichbarkeit zwischen Laboratorien verbessert. Streuungen entstehen ferner durch Werkstoffinhomogenitäten und durch die Orientierung der Probenentnahme. Deshalb sind Parallelversuche unter identischen Bedingungen üblich. Für endgültige Freigabeentscheidungen wird der SSRT häufig mit Langzeitversuchen unter konstanter Last kombiniert. Bei Beachtung dieser Randbedingungen liefert das Verfahren gut reproduzierbare Ergebnisse und eignet sich für vergleichende Werkstoff- und Medienbewertungen.
Anwendungsgebiete
und relevante Prüfnormen
Angewendet wird der SSRT überall dort, wo metallische Bauteile gleichzeitig mechanischer Zugbelastung und korrosiven Medien ausgesetzt sind. Typische Fragestellungen betreffen Rohrleitungs- und Behälterwerkstoffe in der Verfahrenstechnik, Anlagenkomponenten der Öl- und Gasindustrie, Werkstoffe für Sekundärkreisläufe der Energietechnik sowie Schweißverbindungen und Beschichtungssysteme. Auch Medienbewertungen, etwa der Vergleich unterschiedlicher Inhibitoren oder Wärmebehandlungszustände, gehören zum Einsatzspektrum. International führende Regelwerke sind ASTM G129 für die Durchführung von langsamen Dehnratenversuchen an metallischen Werkstoffen sowie die ISO 7539-Reihe, deren Teil 7 die Spannungsrisskorrosionsprüfung mit konstanter Dehngeschwindigkeit beschreibt. Ergänzend existieren werkstoffspezifische Prüfrichtlinien der ISO 7539-Reihe für einzelne Materialgruppen. Je nach Fragestellung wird die Prüfung in akkreditierten Laboratorien nach diesen Normen mit definierter Dokumentation von Parametern, Medien und Bewertungkriterien durchgeführt.
FAQ
Wie lange dauert ein Slow-Strain-Rate-Test bis zur Berichterstattung?
Die reine Versuchsdauer hängt von der eingestellten Dehnrate und der Bruchzeit der Probe ab und kann je nach Werkstoff-Medium-Kombination einige Tage umfassen. Hinzu kommen Probenvorbereitung, metallographische und fraktografische Auswertung sowie Berichtserstellung. Für eine verbindliche Angabe zur Durchlaufzeit ist eine Absprache mit dem Prüflabor erforderlich, da Parallelversuche und Referenzprüfungen im Medium den Umfang mitbestimmen.
Welche
Proben werden für den SSRT benötigt und wie sind sie einzureichen?
Üblich sind zylindrische Zugproben mit reduziertem Messquerschnitt, deren Geometrie vorab mit dem Labor abzustimmen ist. Der Messabschnitt ist geschliffen und frei von Fett sowie Oxidrückständen; Rohmaterial kann häufig auch durch das Labor fertig bearbeitet werden. Bei der Einreichung sind Werkstoffbezeichnung, Wärmebehandlungszustand, Fertigungsrichtung und das zu prüfende Medium anzugeben, da diese Angaben die Versuchsdurchführung und Auswertung festlegen.
Wann
ist der SSRT gegenüber anderen Spannungsrisskorrosionsprüfungen vorzuziehen?
Der SSRT eignet sich als beschleunigtes Screeningverfahren, wenn rasch eine Aussage über die Anfälligkeit eines Werkstoff-Medium-Paares benötigt wird. Gegenüber statischen Langzeitprüfungen unter konstanter Last verkürzt er die Versuchsdauer und liefert zusätzliche mechanische Kennwerte wie Dehnung und Querschnittsverminderung. Für endgültige Lebensdaueraussagen unter Betriebsbedingungen sollte er mit Langzeitversuchen kombiniert werden.