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Titel: Rissbildung durch Flüssigmetallversprödung beim Feuerverzinken von Stahlkonstruktionen, Stahlbau-Kalender 2008
 

Autor(en):
 
M. Feldmann, T. Pinger, D. Tschickardt, P. Langenberg, P. Karduck und A. von Richthofen
 
Journal: Stahlbau-Kalender 2008, Ernst u. Sohn Berlin
Jahr: 2008
Seite(n): 939-1017


Zusammenfassung:
Auszug aus der Publikation<br>Die Mitteilungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) [4] und der obersten Bauaufsichtsorgane der Länder (z.B. [1]) zur „Rissbildung an feuerverzinkten Stahlkonstruktionen“ an die Prüfingenieure für Baustatik und Sachverständige für Standsicherheit weisen auf ernste Rissschäden an großen, ab Mitte 2000 feuerverzinkten Stahlkonstruktionen hin, die in den letzten Jahren aufgetreten sind, und fordern von den betreffenden Bauherren, Eigentümern oder Verfügungsberechtigten eine nähere Untersuchung von Bauvorhaben mit feuerverzinkten tragenden Konstruktionsteilen, um eine mögliche Gefährdung der Standsicherheit auszuschließen.<br> Die Serie von Schadensfällen, bei denen in den errichteten oder bereits in Betrieb genommenen feuerverzinkten Konstruktionen zahlreiche, lange und tiefe und zum Teil durchgehende Risse entdeckt worden sind, führten neben der Initiierung verschiedener Forschungsprojekte dazu, im DIBt einen Arbeitskreis einzuberufen mit dem Ziel, das in Zusammenhang mit veränderten Zinkschmelzen [2,3], größeren Konstruktion, höherfesten Stahlsorten etc. verdächtig stehende Schadensphänomen weiter aufzuklären; herauszufinden, ob eine Gefährdung, insbesondere Standsicherheitsgefährdung des gebauten Bestands vorliegt [4], und welche Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen. So ist es das Gebot der Gefahrenabwehr, die Zusammenhänge genauer zu beleuchten, aufzuschlüsseln, ggf. Wissenslücken zu schließen und die notwendigen Konsequenzen zu ziehen. (…)<br> Schäden werden oft erst nach dem Einbau entdeckt, da häufig die während des Verzinkungsprozesses entstandenen Risse an der Oberfläche überbeschichtet werden, es sei denn, äußere Belastungen öffnen sie anschließend wieder. So bereitet die Überbeschichtung mit Zinkauflage auch gewisse Schwierigkeiten bei der Rissauffindung. Zur Rissdetektion von mit Zink überdeckten und gefüllten Rissen bietet sich das Magnetpulververfahren (Magnetical Testing, MT) an, obwohl hiermit das Auffinden der Risse mit erhöhten Aufwänden (Magnetisierungszeiten, Flussdichten) verbunden ist, da gegenüber der üblichen Anwendung gemäß DIN EN 1290 [5] die Prüfempfindlichkeit bei Schichtdicken ≥ 50 µm reduziert ist. Näheres dazu ist in Abschnitt 7 zu finden.<br> Die Rissbildung ist insbesondere dann zu beobachten [2, 3], wenn mit veränderten Zinklegierungszusammensetzungen gearbeitet wurde. Denn ab ca. Mitte 2000 bis Anfang 2006 wurden Zinkbäder zur Erzielung dünnerer (oder besser kontrollierbarer) Zinküberzugsdicken sowie einer besseren Optik mit höheren Anteilen an Zusatzelementen, z.B. Zinn (Sn) und Wismuth (Bi), teilweise mit Bleisättigung, verwendet.<br> So beziehen sich die im Weiteren vorgestellten Analysen und Untersuchungen auf jene häufigsten Rissschäden, die im Zusammenhang mit der sogenannten Flüssigmetallversprödung (Liquid Metal Embrittlement. LME) bzw. „flüssigmetallinduzierten Spannungsrisskorrosion“ verursacht wurden und mit Spannungs-Dehnungseinwirkung die bezeichneten Schadensbilder erzeugen.<br> Das Phänomen „Flüssigmetallversprödung beim Feuerverzinken“ tritt auf, wenn Zinkschmelze die Stahloberfläche zunächst benetzt und dann, mikroskopisch gesehen, Elemente der Zinklegierung die Korngrenzen des Stahls angreifen und durch Diffusion entlang der Korngrenzen und anschließender Kapillarwirkung nach Korngrenzentrennung zwischen sie gelangen. Je nach Aggressivität der Zinkschmelzenlegierung, der Inkubationszeit und der Widerstandsfähigkeit des Baustahls bedarf es dabei gleichzeitig mehr oder weniger starker mechanischer Belastungen in Form von Spannungen und Dehnungen, um einen Riss initiieren zu lassen. Näheres hierzu wird in den weiteren Abschnitten noch eingehend vorgestellt.<br> Nicht behandelt wird hier die bisweilen vermutete Ursache einer wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion, sie scheidet zumeist aufgrund fehlender Voraussetzungen (Härten, Festigkeiten etc.) für eine derartige Rissbildung aus. Jedoch ist zumindest fallweise denkbar, dass eine Kombination von wasserstoffinduzierter Spannungsrissbildung mit anschließender Flüssigmetallversprödung auftreten kann.

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Titel: Rissbildung durch Flüssigmetallversprödung beim Feuerverzinken von Stahlkonstruktionen, Stahlbau-Kalender 2008
 

Autor(en):
 
M. Feldmann, T. Pinger, D. Tschickardt, P. Langenberg, P. Karduck und A. von Richthofen
 
Journal: Stahlbau-Kalender 2008, Ernst u. Sohn Berlin
Jahr: 2008
Seite(n): 939-1017


Zusammenfassung:
Auszug aus der Publikation<br>Die Mitteilungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) [4] und der obersten Bauaufsichtsorgane der Länder (z.B. [1]) zur „Rissbildung an feuerverzinkten Stahlkonstruktionen“ an die Prüfingenieure für Baustatik und Sachverständige für Standsicherheit weisen auf ernste Rissschäden an großen, ab Mitte 2000 feuerverzinkten Stahlkonstruktionen hin, die in den letzten Jahren aufgetreten sind, und fordern von den betreffenden Bauherren, Eigentümern oder Verfügungsberechtigten eine nähere Untersuchung von Bauvorhaben mit feuerverzinkten tragenden Konstruktionsteilen, um eine mögliche Gefährdung der Standsicherheit auszuschließen.<br> Die Serie von Schadensfällen, bei denen in den errichteten oder bereits in Betrieb genommenen feuerverzinkten Konstruktionen zahlreiche, lange und tiefe und zum Teil durchgehende Risse entdeckt worden sind, führten neben der Initiierung verschiedener Forschungsprojekte dazu, im DIBt einen Arbeitskreis einzuberufen mit dem Ziel, das in Zusammenhang mit veränderten Zinkschmelzen [2,3], größeren Konstruktion, höherfesten Stahlsorten etc. verdächtig stehende Schadensphänomen weiter aufzuklären; herauszufinden, ob eine Gefährdung, insbesondere Standsicherheitsgefährdung des gebauten Bestands vorliegt [4], und welche Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen. So ist es das Gebot der Gefahrenabwehr, die Zusammenhänge genauer zu beleuchten, aufzuschlüsseln, ggf. Wissenslücken zu schließen und die notwendigen Konsequenzen zu ziehen. (…)<br> Schäden werden oft erst nach dem Einbau entdeckt, da häufig die während des Verzinkungsprozesses entstandenen Risse an der Oberfläche überbeschichtet werden, es sei denn, äußere Belastungen öffnen sie anschließend wieder. So bereitet die Überbeschichtung mit Zinkauflage auch gewisse Schwierigkeiten bei der Rissauffindung. Zur Rissdetektion von mit Zink überdeckten und gefüllten Rissen bietet sich das Magnetpulververfahren (Magnetical Testing, MT) an, obwohl hiermit das Auffinden der Risse mit erhöhten Aufwänden (Magnetisierungszeiten, Flussdichten) verbunden ist, da gegenüber der üblichen Anwendung gemäß DIN EN 1290 [5] die Prüfempfindlichkeit bei Schichtdicken ≥ 50 µm reduziert ist. Näheres dazu ist in Abschnitt 7 zu finden.<br> Die Rissbildung ist insbesondere dann zu beobachten [2, 3], wenn mit veränderten Zinklegierungszusammensetzungen gearbeitet wurde. Denn ab ca. Mitte 2000 bis Anfang 2006 wurden Zinkbäder zur Erzielung dünnerer (oder besser kontrollierbarer) Zinküberzugsdicken sowie einer besseren Optik mit höheren Anteilen an Zusatzelementen, z.B. Zinn (Sn) und Wismuth (Bi), teilweise mit Bleisättigung, verwendet.<br> So beziehen sich die im Weiteren vorgestellten Analysen und Untersuchungen auf jene häufigsten Rissschäden, die im Zusammenhang mit der sogenannten Flüssigmetallversprödung (Liquid Metal Embrittlement. LME) bzw. „flüssigmetallinduzierten Spannungsrisskorrosion“ verursacht wurden und mit Spannungs-Dehnungseinwirkung die bezeichneten Schadensbilder erzeugen.<br> Das Phänomen „Flüssigmetallversprödung beim Feuerverzinken“ tritt auf, wenn Zinkschmelze die Stahloberfläche zunächst benetzt und dann, mikroskopisch gesehen, Elemente der Zinklegierung die Korngrenzen des Stahls angreifen und durch Diffusion entlang der Korngrenzen und anschließender Kapillarwirkung nach Korngrenzentrennung zwischen sie gelangen. Je nach Aggressivität der Zinkschmelzenlegierung, der Inkubationszeit und der Widerstandsfähigkeit des Baustahls bedarf es dabei gleichzeitig mehr oder weniger starker mechanischer Belastungen in Form von Spannungen und Dehnungen, um einen Riss initiieren zu lassen. Näheres hierzu wird in den weiteren Abschnitten noch eingehend vorgestellt.<br> Nicht behandelt wird hier die bisweilen vermutete Ursache einer wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion, sie scheidet zumeist aufgrund fehlender Voraussetzungen (Härten, Festigkeiten etc.) für eine derartige Rissbildung aus. Jedoch ist zumindest fallweise denkbar, dass eine Kombination von wasserstoffinduzierter Spannungsrissbildung mit anschließender Flüssigmetallversprödung auftreten kann.

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