Die gerissenen „Edelstahl“-Ventilschrauben: 9 % Chrom, 16 % Mangan und ein Spezifikationsfeld mit dem Eintrag Not available

Sieben Schrauben

Die Schrauben hielten den Deckel eines 6-Zoll-Absperrschiebers mit steigender Spindel (OS&Y) in der Sprühflut-Brandschutzanlage des Werks. Das Ventilgehäuse bestand aus Grauguss nach ASTM A126 Class B, mit vier Deckelschrauben. Die Umgebung war eine feuchte, salzhaltige Meeresatmosphäre, und der Chloridgehalt des Kühlwassers lag nahe an seiner Grenze von 300 ppm.

Die Untersucher erhielten sieben Stück: zwei am Übergang vom Kopf zum Schaft gebrochen, zwei an derselben Stelle angerissen, drei augenscheinlich intakt. Köpfe, Scheiben und Muttern waren rot lackiert; die Schäfte trugen eine Schicht dunkelbraunen Rost.

Vier Zahlen in der Zusammensetzung

Nickel ist nicht aufgeführt. Die Muttern enthielten 14 % Mn und 11 % Cr, die Scheiben 14 % Mn und 13 % Cr. Die Veröffentlichung ordnet den Werkstoff als TWIP-Stahl ein, einen hochmanganhaltigen austenitischen Stahl, der durch Verformungszwillinge verfestigt.

ISO 3506-1:2020, Abschnitt 3.5, definiert Edelstahl als Stahl mit mindestens 10,5 % Chrom und höchstens 1,2 % Kohlenstoff. 9,10 % liegen darunter. Mutter und Scheibe erreichen die Grenze, die Schraube nicht. Die Empfehlungen derselben Veröffentlichung nennen solche Teile dennoch „hochfeste Edelstahlbauteile“ (sinngemäß übersetzt).

Das Spezifikationsfeld: Not available

Tabelle 1 der Veröffentlichung listet die Betriebsbedingungen. Ihre erste Zeile, der Werkstoff von Schrauben, Muttern und Scheiben, lautet Not available, ebenso die Zeile für die Spannungen. Die Untersucher hatten Teile, aber keine Spezifikation; die einzige Grundlage für die Bestimmung des Werkstoffs war ihre eigene Analyse. Dass neue Schrauben dieselbe Zusammensetzung zeigen, heißt: So wurden die Schrauben eingekauft, es ist nicht erst im Betrieb entstanden.

Für den Einkauf ist das der verwertbare Teil. Eine Bestellung, die weder Norm noch Sorte nennt, kann über die gelieferte Ware nicht irren, weil es nichts gibt, womit man sie vergleichen könnte. Auf einer anderen Seite hat diese Website nachgezeichnet, wie die Werkstattbezeichnung für Edelstahl bereits auf mehr als einen Werkstoff zeigt (ein Name, drei Werkstoffe); diese Veröffentlichung beschreibt eine Schraube, die danach aussieht und außerhalb der Definition liegt.

Wo die Risse begannen

Alle Risse lagen an derselben Stelle, am Übergangsradius zwischen Kopf und Schaft und am Hals, und gingen von Korrosionsgrübchen aus. Die Grübchen entstanden im Spalt zwischen dem Kopf und der darunterliegenden Scheibe und Mutter, wo sich Salz aus der Luft sammelte; die Veröffentlichung nennt außerdem Kontaktkorrosion am unedleren Graugussgehäuse. Die Risse wuchsen senkrecht zur Zugspannung aus dem Anziehen.

Der Übergangsradius ist zugleich die härteste Stelle. Kalt umgeformt und nicht wärmebehandelt, lag die Kopfoberfläche bei etwa 435 HV, der Übergangsradius bei etwa 470 HV, der Schaftkern bei etwa 225 HV. Die Bruchflächen zeigten Waben, Quasi-Spaltbruch und interkristalline Risse, und die Veröffentlichung schließt auf wasserstoffunterstützte chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion. Der Zugversuch ergab 514 MPa Streckgrenze und 690 MPa Zugfestigkeit.

Spalt, Übergangsradius und härteste Zone fallen zusammen. Beim VW-Rückruf wegen Lenkungsschrauben, am selben Tag geschrieben, lag der gemeldete Bruch ebenfalls am Kopf, ebenfalls nachdem Feuchtigkeit an die Schraube gelangt war.

Die drei Empfehlungen der Veröffentlichung

Erstens: In Meeresumgebung bei der Werkstoffwahl die Wirkung von NaCl auf hochfeste Edelstahlbauteile berücksichtigen. Zweitens: jede Schraube mit einer angemessenen Vorspannkraft versehen; ohne Kontrolle folgen Ermüdungsrisse, Reibkorrosion und Überdrehen. Drittens: Schrauben mit größerem Übergangsradius zwischen Kopf und Schaft in Betracht ziehen.

Ein Einkäufer kann eine vierte hinzufügen: Norm und Sorte in die Bestellung schreiben, zum Beispiel ISO 3506-1 A4-70, beim Wareneingang ein Werkstoffzeugnis verlangen (Wie man ein Werkszeugnis liest) und im Zweifel die Zusammensetzung prüfen. Diese steht nicht in der Veröffentlichung; sie folgt aus dem Feld Not available.

Was diese Seite nicht schließen kann

Die Veröffentlichung nennt weder Hersteller noch Herkunft der Schrauben, und diese Seite rät nicht. Die 690 MPa werden mit keiner Festigkeitsklasse für Edelstahl verglichen, weil die Veröffentlichung nicht sagt, nach welcher Sorte die Schrauben bestellt wurden. Es ist ein Einzelfall und sagt nichts über die Zusammensetzung von Edelstahl-Verbindungselementen im Allgemeinen. Zitiert wird nur Abschnitt 3.5 von ISO 3506-1; die Tabelle der Zusammensetzungen liegt außerhalb der öffentlichen Vorschau.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 6: Dokumentation. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Ist eine Schraube mit 9 % Chrom aus Edelstahl?

Nicht nach ISO 3506-1:2020, Abschnitt 3.5, der Edelstahl mit mindestens 10,5 % Chrom und höchstens 1,2 % Kohlenstoff definiert. Die Schadensanalyse ordnet den Werkstoff als hochmanganhaltigen TWIP-Stahl ein (15,8 % Mn, 1,70 % Cu, kein Nickel), auch wenn ihre Empfehlungen weiterhin von hochfesten Edelstahlbauteilen sprechen.

Warum rissen die Ventilschrauben?

Laut Veröffentlichung gingen die Risse von Korrosionsgrübchen im Spalt zwischen Schraubenkopf, Scheibe und Mutter aus, am Übergangsradius zwischen Kopf und Schaft und am Hals, wo sich Salz aus der Meeresluft sammelte, verstärkt durch Kontaktkorrosion am Graugussgehäuse. Der Übergangsradius war mit etwa 470 HV die härteste Zone. Die Schlussfolgerung lautete wasserstoffunterstützte chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion.

Quellen

• El-Zomor et al. (2025) — Failure analysis of bolts in deluge valve bonnet in cooling tower system in petrochemical plant, Scientific Reports 15:14133 (open access)
• ISO 3506-1:2020 — Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners, Part 1. Clause 3.5 (public preview)
• Eine Edelstahlschraube aus 304 versagt zuerst unter der Mutter — der Spalt für sich gemessen

Die Veröffentlichung wurde vollständig gelesen; die Werte aus den Tabellen 1 und 2, Härte, Zugversuch und Schlussfolgerungen sind wie veröffentlicht wiedergegeben. Gefunden wurde sie bei einem Lauf eines Literatursammlers am 2026-10-02 (Korrosion von Verbindungselementen, frei zugänglich). Aus ISO 3506-1 wird nur die Definition in Abschnitt 3.5 zitiert.