HIC-beständige Stähle kommen zum Einsatz, wenn Kohlenstoffstahl in der sauren und feuchten H₂S-Umgebung elektrochemischer Korrosionsreaktionen Schwefelwasserstoff (H₂S) ausgesetzt ist.

HIC (Hydrogen Induced Cracking, wasserstoffinduzierte Rissbildung) tritt häufig in feuchten H₂S-Umgebungen auf, die auch als „sauerer Betrieb“ bezeichnet werden.

Das Verständnis der Mechanismen der wasserstoffinduzierten Rissbildung ist für ein wirksames Korrosionsmanagement, die Werkstoffauswahl und die langfristige Integrität der Anlagen von entscheidender Bedeutung.

Hydrogen-Induced Cracking (HIC) ist eine Art Beschädigung, die auftritt, wenn atomarer Wasserstoff in den Stahl diffundiert, insbesondere in „sour“ Umgebungen (bei Vorhandensein von H₂S). Im Laufe der Zeit verbindet sich der atomare Wasserstoff zu molekularen Wasserstoffblasen, die einen hohen Druck verursachen und dann zu treppenartigen Rissen im Material führen. Dies kann zu katastrophalen Ausfällen führen.

Die durch wasserstoffinduzierte Rissbildung verursachten Schäden nehmen mit steigendem Schwefelwasserstoffgehalt H₂S zu.

Wie können Druckgerätehersteller bei „sauren Umgebungen“ geeignete Werkstoffe auswählen?

Hierzu stehen dem Druckgerätehersteller wahlweise (falls nicht durch Bestellspezifikationen anders spezifiziert) die nachstehenden Beschaffungswege zur Verfügung:

• A. Geeignete HIC-beständige Stähle nach der Spezifikationen NACE MR0175 / ISO 15156-2 durch qualifizierten Werkstoffhersteller
• B. Die HIC-Beständigkeit durch Prüfungen an Werkstoffen gemäß NACE TM0284 nachweisen.

A. HIC-beständige Stähle gemäß NACE MR0175 / ISO 15156-2 durch besondere Herstellungsverfahren

Auf dem Markt werden unlegierte und niedriglegierte Kohlenstoffstähle als HIC-beständige Stähle angeboten, die vor allem in der Öl- und Gasindustrie für den Einsatz in Druckbehältern aus Stahl verwendet werden, um diese vor wasserstoffinduzierten Rissen zu schützen und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Um die erforderliche HIC-Beständigkeit zu gewährleisten, durchlaufen die Werkstoffe für den Einsatz in sauren Medien einen besonders strengen Produktionsprozess und mit folgende Produktionsschritte:

• Entschwefelung von Roheisen zur Erzielung sehr niedriger Schwefelgehalte
• Warmwalzen
• Vakuumentgasung
• Spannungsarmglühen nach der obligatorischen Normalisierungswärmebehandlung (N+T)
  Hinweis:
  Die zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Normalisieren kann auch vom Kunden nach dem Schweißen durchgeführt werden (PWHT).

Die Spezifikationen NACE MR0175 / ISO 15156-2 enthalten Anforderungen an HIC-beständige Kohlenstoffstähle:

Ni ≤ 1 %, S ≤ 0,010 % (nahtlose Erzeugnisse), S ≤ 0,003 % (flachgewalzte Erzeugnisse), P ≤ 0,010 % und eine Härte von HRC_max. = 22 (237 HB).
Die Streckgrenze des Werkstoffs liegt unter 355 MPa und die Zugfestigkeit unter 630 MPa.
Der begrenzte Nickel-, Phosphor- und Schwefelgehalt der HIC-beständigen Stähle gewährleistet eine gute Schweißbarkeit.

B. Prüfungen an Werkstoffen zum Nachweis der HIC-Beständigkeit (HIC-Test)

Wenn der Werkstoffhersteller die Spezifikationen NACE MR0175 / ISO 15156-2 nicht oder nicht vollständig einhalten kann, kann die HIC-Beständigkeit durch ein standardmäßigen HIC-Test in einem zertifizierten Labor gemäß NACE TM0284 „Bewertung der Beständigkeit von Rohren und Druckbehältern aus Stahl gegen wasserstoffinduzierte Rissbildung“ durchgeführt werden. Je nach Blechdicke besteht die Prüfprobe aus drei oder mehr Probekörpern, die 96 Stunden lang der Prüflösung A ausgesetzt werden.

Zu diesem Zweck stehen zwei verschiedene Testlösungen gemäß NACE TM0284 zur Verfügung:

Lösung A (5 % Natriumchlorid NaCl mit 0,5 % Essigsäure) mit einem pH-Wert = 3 und

Lösung B (künstliches Meerwasser) mit einem pH-Wert = 5.

Sofern nicht anders angegeben, wird pro Schmelze ein HIC-Test durchgeführt. Die Prüfung ist bei Raumtemperatur [25 °C ± 3 °C] durchzuführen.

Nach dem Eintauchen werden die Proben in drei Stücke geschnitten, um eine metallografische Rissbewertung durchzuführen. Die Rissabmessungen werden ins Verhältnis zu den Probenabmessungen gesetzt und durch die Werte CLR (Risslängenverhältnis), CTR (Rissdickenverhältnis) und CSR (Rissflächenverhältnis) ausgedrückt.

Die Annahmekriterien CLR, CTR und CSR können entweder für jeden einzelnen Querschnitt, als arithmetischer Mittelwert eines Probekörpers oder als arithmetischer Mittelwert pro Probe (alle Probekörper) bestimmt werden.

Der Auftraggeber legt die anzuwendenden Annahmekriterien fest.

Annahmekriterien (HIC test) gemäß NACE MR175/ISO 15156-2 Table B.3 (Zulässigkeitsklasse III)

Lösung	CLR [%] (Risslängenverhältnis)	CTR [%] (Rissdickenverhältnis)	CSR [%] (Rissflächenverhältnis)
A	≤ 15	≤ 5,0	≤ 2,0

Weiterführende Informationen

Unlegierte C-Stähle mit 275 < ReH ≤ 360 N/mm2 – ISO 15608 Gruppe 1.2