Blog Ko Buijs - Koper in roestvast staal

Vanwege het metastabiele karakter van austenitisch roestvast staal kan men tijdens het verwerken en dieptrekken behoorlijk last hebben van hinderlijke koudversteviging. De oorzaak hiervan laat zich verklaren doordat onderdrukte ferriet zich uitscheidt als deltaferriet tijdens een sterke deformatie. Ferriet heeft aanvankelijk geen kans gekregen zich uit te scheiden in de matrix. De reden hiervan is dat het materiaal oplossend is gegloeid bij 1065°C gevolgd door afschrikken in water. Hierdoor wordt a.h.w. de austenitische structuur bevroren. Indien het roestvast staal langzaam zou afkoelen dan zal er wel enige procenten ferriet ontstaan. Daarom wordt een afgeschrikte structuur metastabiel genoemd. Dit levert dan een austenitisch type op in een zacht gegloeide conditie dat niet te magnetiseren is.
 

Door: Ko Buijs - www.innometconsultancy.nl

Ferriet is echter wel te magnetiseren en daarom blijven bijvoorbeeld metaalspanen van austenitisch materiaal aan een magneet hangen vanwege de grote deformatie. Ook kokerprofielen, die vanuit ronde buis gedeformeerd zijn, hebben vaak op de scherpe hoeken ook dusdanig veel uitscheiding van ferriet dat dit voelbaar is met een magneet. U kunt mijn blog over dit onderwerp hier lezen.

In bepaalde gevallen is het effect van koudversteviging ongewenst; voorbeelden zijn behuizingen van kompassen en meetinstrumenten. In dat geval kan men uitwijken naar austenitische typen waaraan enig koper is toegevoegd. Bekende voorbeelden hiervan zijn o.m. AISI304Cu (EN 1.4567) en AISI 316Cu. De kopertoevoeging varieert tussen de 3 en 3,5%. Koper bevordert de vorming van de austenitische structuur en dat is ook de reden dat er minder deltaferriet ontstaat tijdens het koud vervormen. Dat houdt dan ook gelijk in dat het materiaal zachter en ductieler blijft en daardoor beter te vervormen is. Dit is op zich zeer gewenst bij het dieptrekken. Ook is er minder mogelijkheid dat het materiaal zich laat magnetiseren. Bovendien neemt de corrosiebestendigheid enigszins toe. Het legeren met koper is overigens echter geen garantie dat er helemaal geen deltaferriet zal ontstaan. Wil men de kans op mogelijke ferriet zo klein mogelijk maken dan zal het gerede product opnieuw oplossend gegloeid moeten worden gevolgd door afschrikken.

Koper heeft een biocidale uitwerking op micro-organismen en dat betekent dat bacteriën hierdoor gedood worden of op zijn minst in hun groei worden belemmerd. Nu blijkt uit de literatuur dat ook dit lage percentage koper een gunstige invloed heeft op het doden of afremmen van micro-organismen. Het zal zeer de moeite waard zijn om na te gaan of ook de risico’s op microbieel geïnduceerde corrosie (MIC) hiermee worden ingedamd.

Koper in roestvast staal is ook nodig om met andere elementen zogenaamde precipitaten te vormen die de mechanische waarden sterk verhogen. Een bekend voorbeeld is de martensitische legering 17-4-PH waar m.b.v. een speciale warmtebehandeling een koperrijke fase precipiteert in de matrix. Eigenlijk verkrijgt men zo in de structuur a.h.w. verankeringen die het materiaal een aanzienlijk hogere rekgrens en treksterkte geven. Ook zijn superduplex legeringen ontwikkeld waaraan koper en wolfraam zijn toegevoegd met hetzelfde doel. Dankzij een precipitatieharding verkrijgt men buitengewoon hoge mechanische eigenschappen. Dit in het besef dat duplex sowieso al hogere mechanische waarden heeft.

Ook austenitische soorten waar het nikkel geheel of gedeeltelijk is vervangen door mangaan kent men een variant die met 2-4% koper is gelegeerd. Dit betreft het type AISI204Cu (EN1.4597) dat vooral in China bijzonder populair is. De reden is de goedkopere aanschafprijs want mangaan in beduidend goedkoper dan nikkel. Mangaanhoudend roestvast staal is echter nog veel gevoeliger voor koudversteviging dan de nikkelhoudende soorten. Daarom kan men eigenlijk niet zonder toevoeging van koper, dit soort typen op een goede manier verwerken en vervormen.

Het hoogwaardige roestvast staal EN1.4539, dat ook wel bekend staat als 904L, bevat ook enig koper. In de praktijk blijkt dat dit type roestvast staal beduidend beter resistent is tegen verdund zwavelzuur. De reden hiervan is de vorming van kopersulfaat aan het roestvast staaloppervlak dat functioneert als een corrosieremmer. Dat wordt ook wel een inhibitor genoemd. Het is daarom de verwachting dat ook andere typen koperhoudend roestvast staal beter presteren in zwavelzuur dan de typen die geen koper bevatten.

Koper en roestvast staal hebben een dusdanig gering potentiaalverschil dat er in de praktijk nauwelijks problemen ontstaan met het oog op contactcorrosie c.q. galvanische corrosie. M.a.w. deze totaal verschillende metalen zijn gezamenlijk prima toe te passen in natte milieus.

Koperhoudend roestvast staal schroot wordt uiteindelijk ook omgesmolten tot nieuwe badges. Echter met raffineren kan het koper niet of zeer moeilijk uit de smelt verwijderd worden. Dat betekent dat kopervrij roestvast staal daardoor steeds meer ongewenst koper gaat bevatten. Dat is dus niet de bedoeling met het oog op de normen voor chemische samenstellingen. Maar de praktijk wijst uit dat dit blijkbaar niet anders kan. Maar de voordelen van het aanwezige koper zal wel de reden zijn dat er nauwelijks of niet over geklaagd wordt.