Blog Ko Buijs - Spanningscorrosie van austenitisch roestvast staal.

Spanningscorrosie c.q. ‘stress corrosion cracking’ van austenitisch roestvast staal is een uiterst gevaarlijke vorm van corrosie omdat deze corrosie zich normaal gesproken niet aankondigt. Daarom kan van het ene op het andere moment het ogenschijnlijk gezonde materiaal door midden scheuren met helaas ook wel desastreuze gevolgen. Zo zijn ernstige ongelukken in overdekte zwembaden bekend waar helaas ook slachtoffers gevallen zijn. De scheurvorming ziet er veelal uit als een bliksemschicht zoals men op de afbeelding kan zien. Hieronder volgt hier een korte uiteenzetting over deze gevreesde corrosie en enige tips om dit zoveel mogelijk te bestrijden.

Door Ko Buijs - Innomet Consultancy 

Spanningscorrosie in een Roestvast Stalen buis


Spanningscorrosie van roestvast staal ontstaat t.g.v. mechanische spanningsconcentraties in warme chloriden houdende milieus. Meestal treedt dit fenomeen op bij een temperatuur van meer dan 40°C want onder die temperatuur komt het nauwelijks voor. Om deze corrosievorm te bestrijden dient men vooral spanningsconcentraties in het metaal zoveel mogelijk te vermijden. De scheurvorming loopt meestal dwars door de kristallen heen (transkristallijn) in tegenstelling tot interkristallijne corrosie waar de scheuren juist langs de kristallen lopen. De reden dat de corrosie zich zo hevig focusseert op een spanningsgebied kan verklaard worden door het feit dat t.g.v. de mechanische spanningen zeer geringe scheurtjes in de oppervlaktehuid komen waardoor er een potentiaalverschil komt tussen de veelal geoxideerde huid en het blanke metaal in de minieme scheurtjes.


Op deze wijze staat een relatief klein actief breukoppervlak tegenover een groot passief glad oppervlak. Bovendien krijgt men door de kerfwerking in de scheurtjes plaatselijk zeer hoge spanningen in het metaal waardoor de scheurvorming zich snel kan voortzetten wat uiteindelijk breuk tot gevolg heeft. Tijdens de galvanische werking ontstaan er waterstofionen die gedeeltelijk het materiaal binnendringen (diffunderen) en dat zal in de regel weer extra verbrossing van het roestvast staal opleveren waardoor de scheurvorming nog sneller verloopt. Daarom volgen hier wat aanbevelingen om spanningscorrosie zoveel mogelijk te voorkomen.

Enkele belangrijke regels voor de constructeur om spanningscorrosie van roestvast staal zoveel mogelijk te voorkomen zijn:

 

• Zo weinig mogelijk lasnaden toestaan omdat door het lassen altijd spanningen in het materiaal worden gebracht wat in kritische gevallen spanningscorrosie tot gevolg kan hebben;
• Kruisingen of het samenkomen van lasnaden moet zoveel mogelijk worden vermeden omdat ter plaatse van de kruisingen de spanningen sterk verhoogd kunnen zijn;
• Grote veranderingen in doorsnedes of wanddikten kunnen aanleiding zijn tot spanningsverhoging en kunnen bovendien gemakkelijk lasfouten veroorzaken;
• De constructeur dient bekend te zijn met de specifieke eigenschappen van het austenitische materiaal zoals slechte warmtegeleiding, hoge uitzettingscoëfficiënt, hoge elektrische weerstand, lage vloeigrens, deformatiegevoeligheid en de chemische samenstelling; 
• Bij de fabricage van het werkstuk moet zo min mogelijk worden gehamerd. Hameren geeft plaatselijke spanningsconcentraties en ook veelal deformatiemartensiet met alle nadelen van dien.
• Spanningsarm gloeien bij 1050°C gevolgd door afschrikken in water is een goede methode om spanningscorrosie te bestrijden. Deze hoge temperatuur is echter praktisch meestal niet uitvoerbaar en daarom wordt er ook wel langdurig gegloeid bij 300°C tot 450°C. Hierbij blijven echter nog vrij veel restspanningen over die toch weer aanleiding tot spanningscorrosie kunnen geven.
• Het toepassen van zachtgegloeid materiaal wat in de handel verkrijgbaar is. Bijvoorbeeld ongegloeide roestvast stalen buizen hebben reeds behoorlijk hoge inwendige spanningen die een opmaat kunnen betekenen voor uiteindelijke spanningscorrosie.
• Voorts kan men de volgende zaken in acht nemen om spanningscorrosie te bestrijden:
• Mircopeenen is een methode die een remmend effect heeft op deze corrosie omdat dankzij dit proces drukspanningen worden opgebouwd in het oppervlak waardoor men a.h.w. een buffer heeft om een deel van de trekspanningen te compenseren;
• Ook is het verstandig om na te gaan of de procestemperatuur wat naar beneden kan want onder de 40ᵒC neemt de kans op deze corrosievorm sterk af;
• Vermijdt zoveel mogelijk snijden en knippen;
• Het roestvast staal dient men zo min mogelijk koud te vervormen; 
• Voorts moet men zorgen voor een goede oxidefilm door afdoende beitsen en passiveren hoewel dit geen absolute garantie geeft dat deze corrosie toch zal ontstaan; 
• Ook van belang is de oppervlaktegesteldheid want hoe gladder hoe beter. Elektrolytisch polijsten is hier een voorbeeld van omdat niet alleen het oppervlak gladder wordt maar ook neemt het chroom- en nikkelgehalte toe omdat ijzer gemakkelijker in oplossing gaat;
• Men kan ook kiezen voor kwaliteiten die een hoger nikkel en/of molybdeengehalte hebben hoewel dat ook geen absolute zekerheid geeft. Er zijn zelfs gevallen bekend waar het hoogwaardige 904L (EN 1.4539) ook gescheurd is vanwege deze corrosievorm.
• Overigens is ferritisch roestvast staal nagenoeg ongevoelig voor dit type corrosie waardoor dit een prima alternatief is voor austenitische typen. Wel dient men op te passen dat weer geen andere corrosiemechanismen de kop op zullen steken. Ook biedt duplex roestvast staal een goede weerstand tegen spanningscorrosie omdat de ferrietzone niet gevoelig hiervoor is. Ook dient men de beseffen dat de helft van deze structuur nog steeds uit austeniet bestaat.
  
   

Voor het gebruik in zwembaden moet men eigenlijk nooit austenitisch roestvast staal toepassen indien dit gebruikt moet worden in bijvoorbeeld ophangsystemen of hoog belaste bevestigingsmaterialen. Uiteraard mag dit wel indien er geen hogere temperaturen in het spel zijn en weinig mechanische spanningen zoals bij speeltoestellen, glijbanen, fonteinen e.d. De grootse risico’s treft men aan ter hoogte van het plafond omdat daar de temperaturen beduidend hoger zijn en veelal ook de mechanische spanningen.