pH-Wert und Erosion von Kohlenstoffstahl: Korrosionsraten verstehen

Kohlenstoffstahl

Der Erosionsprozess von Kohlenstoffstahl erfolgt durch eine chemische Reaktion. Je nach Bedingungen tritt Erosion in Luft, Boden und Wasser auf. Der pH-Wert hat den größten Einfluss auf die Erosion von Kohlenstoffstahl. Da Kohlenstoffstahl ein alkalisches Metall ist und ähnliche Bedingungen bevorzugt, erhöht die Einwirkung niedriger pH-Werte die Erosionsrate.

Weltweit besteht etwa 85 Prozent der jährlichen Stahlproduktion aus Kohlenstoffstahl. Als Werkstoff wird er umfassend in Bauprojekten eingesetzt, von Rohrleitungen und fossilen sowie nuklearen Kraftwerken über Bergbauausrüstung bis hin zu Transportwesen. Trotz der starken industriellen Abhängigkeit von Kohlenstoffstahl ist er recht anfällig für Erosion, auch Korrosion genannt. Die wirtschaftlichen Folgen einer weit verbreiteten Erosion von Kohlenstoffstahl rechtfertigen Investitionen in deren Reduzierung.

pH-Wert

Der pH-Meter reicht von 1 bis 14, wobei 1 am sauersten, 14 am alkalischsten und 7 neutral ist. In Lösungen sind saure Umgebungen positiver geladen, da sie positiv geladene Wasserstoffionen enthalten. Alkalische Lösungen hingegen sind negativer geladen. In der Chemie werden Lösungen dieser Art als Elektrolyte bezeichnet.

Beispiel für Erosion

In Lösungen, in denen mehrere Wasserstoffionen vorhanden sind, verliert Kohlenstoffstahl Elektronen und wird oxidiert. Der nun positiv geladene Kohlenstoffstahl reagiert mit Wassermolekülen zu instabilem Eisen(II)-hydroxid auf seiner Oberfläche, das dann kontinuierlich mit anderen Wassermolekülen reagiert und schließlich Eisen(III)-oxid bildet, allgemein bekannt als Rost.

Erosionsrate

Bei einem pH-Wert von 6,5 bis neutral liegen die Erosionsraten für Kohlenstoffstahl bei deutlich nahe 10 Mil pro Jahr (1 Mil = 1 Tausendstel Zoll). Die Rate nimmt allmählich ab, wenn die pH-Werte steigen, und sinkt von 8 Mil pro Jahr auf nahezu null zwischen pH 8,5 und 9,5. Dies liegt daran, dass Kohlenstoffstahl ebenfalls alkalisch ist und alkalische Bedingungen bevorzugt.