Blog Ko Buijs: Slijtbestendiger maken van roestvast staal vaten
Het is geen nieuws dat roestvast staal een prominente rol vervult in de voedingssector en farmacie. Daarom worden de kwaliteiten AISI 304 en 316 veelvuldig aangetroffen in deze marktsegmenten. De toepassingen zijn legio want in de gehele productieketen heeft men van doen met deze materialen.
Door Ko Buijs - www.innometconsultancy.nl
Dat is uiteraard te danken aan de unieke eigenschappen van roestvast staal met als hoogtepunt de goede corrosiebestendigheid. Zijn er dan ook nadelen te bedenken? Daar kan volmondig ja op gezegd worden. Afgezien dat er ook beperkingen zijn t.a.v. de corrosiebestendigheid kan het zijn dat de slijtvastheid te wensen overlaat. Daar moet men dus mee oppassen want het is belangrijk dat geen metalen slijtdeeltjes door abrasieve werking in het voedsel of medicijnen terechtkomen.
Daarom worden schrapermessen, die voedselsubstanties van filterdoeken verwijderen, veelal van een beduidend meer slijtvast materiaal gemaakt. In sommige gevallen zelfs van het zeer slijtvaste stelliet 6K. Zou men daarvoor de genoemde roestvast staal typen gebruiken dan zullen deze relatief snel slijten met alle nadelige gevolgen voor het uiteindelijke product dat men dient te maken.
Een groot misverstand kan zijn dat gedacht wordt dat austenitisch roestvast staal voldoende slijtvast is omdat men tijdens het bewerken het als een hard metaal ervaart. Daarmee wordt de bewerker in kwestie toch op het verkeerde been gezet. Austenitisch roestvast staal is namelijk juist relatief zacht maar zodra er een grote druk wordt uitgeoefend dan wordt het oppervlak op die plaats harder vanwege koudversteviging, Dit wordt ook wel de vorming van deformatiemartensiet genoemd. Dat komt vooral tot uiting indien men dit materiaal boort of draait. Door de druk van de boor of beitel krijgt men deze koudversteviging in het materiaal net onder het snijgereedschap. Daardoor wordt veelal gedacht dat het materiaal hard is maar dat betreft alleen het laagje onder het snijgereedschap.
Deze koudversteviging wordt veroorzaakt door het metastabiele karakter van austeniet en dat heeft weer te maken met de verhouding tussen het aanwezige chroom en nikkel. Dat wordt ook wel de chroom/nikkelbalans genoemd. Binnen de bandbreedte van de norm kunnen beide elementen qua aanwezigheid kwantitatief fluctueren. Als het nikkel zo hoog mogelijk is en het chroom zo laag mogelijk binnen de bandbreedte van de norm dan verkrijgt men een stabiele austenitische structuur. Dat betekent dat er geen deformatiemartensiet kan ontstaan tijdens de bewerking.
Is die verhouding andersom dan krijgt men naast austeniet ook enig ferriet en dat wenst men immers niet. Omdat nikkel veel duurder is dan chroom kan ervan uitgegaan worden dat er in principe altijd wat ferriet ontstaat tijdens het afkoelen. Om dit kwijt te raken gaat men oplossend gloeien op 1065oC gevolgd door afschrikken. Dan wordt nagenoeg een 100% austenietstructuur verkregen maar het is metastabiel want de onderdrukte ferriet zou zich graag willen uitscheiden. Dat doet het ferriet dan ook bij hoge druk of een mechanische impact.
Zo kan het gebeuren dat er roestvast stalen vaten worden gebruikt waarbij een RVS-mixer langs de wand schraapt. Men kan dan ervaren dat er kleine deeltjes metaal los komen vanuit de wand wat feitelijk niet wenselijk is. Door de sterke deformatie worden deze deeltjes licht magnetisch waardoor ze op zich weer relatief gemakkelijk te verwijderen zijn m.b.v. een magnetisch instrument. Indien er met speciale filters wordt gewerkt, kunnen er hele kleine metaaldeeltjes toch soms door de mazen glippen.
Dat is bijvoorbeeld voor voedselstromen niet verantwoord. Daarom luidt het advies om de wand van de roestvast staal vaten meer slijtvast te maken. In dat geval kan men gebruik maken van de metastabiele situatie van het roestvast staal. Indien er op het oppervlak gehamerd zou worden dan kan er deformatiemartensiet gecreëerd worden waardoor het oppervlak meer slijtvast wordt. In de praktijk gaat dat echter niet zo eenvoudig maar het oppervlak kan wel onderworpen worden aan het zogenaamde shotpeenen. Tijdens dit proces wordt het roestvast staal oppervlak haaks gebombardeerd met ronde kogeltjes waardoor het oppervlak verdicht. Zo wordt een trekspanning in het oppervlak omgezet door een drukspanning. Ook zal door de vorming van deformatiemartensiet het oppervlak harder worden waardoor het slijtvaster wordt.
Inmiddels is in de praktijk gebleken dat deze verharding voldoende is om het wegslijten van metaaldeeltjes naar behoren te voorkomen. Daarmee verleng je niet alleen de levensduur van een tank maar de volksgezondheid wordt hiermee vooral gediend zodra zo’n vat gebruikt wordt voor de voedingssector of farmacie.
Ten overvloede wordt vermeld dat er ook andere technieken zijn om roestvast staal meer slijtvast te maken en een voorbeeld daarvan is het zogenaamde inchromeren. Hierbij wordt door chroomdiffusie een slijtvast laagje aan het oppervlak gecreëerd tot een dikte van circa 20 µm. De oppervlaktehardheid kan daarmee oplopen tot ± 2000 Micro Vickers en het levert ook nog een hogere corrosiebestendigheid op en een lagere wrijvingscoëfficiënt. Zulke activiteiten worden verricht door gespecialiseerde bedrijven m.b.v. speciale apparatuur. Wel zijn er beperkingen t.a.v. de grootte waardoor productietanks veelal te groot hiervoor zijn. Deze blog is dan ook vooral bedoeld indien men apparaten van enige omvang ter plaatse zo’n behandeling wil geven.