Een merkwaardig aantastingsbeeld van Roestvast Stalen pijpen

Soms kan een aangetast voorwerp een wel heel afwijkend schadebeeld te zien geven, dat op geen enkele manier aansluit bij wat er zoals ter tafel komt. Voor degene die met het aangetaste object zit opgescheept betekent het toch al de nodige pijn in het hoofd, maar voor degene die de schadeanalyse uitvoert zijn dit soort gevallen de krenten in de pap.


A.J. Schornagel - (artikel gepubliceerd in Roestvast Staal nummer 3, 1991- artikel 125)


Een groot aantal pijpen, afkomstig uit een warmtewisselaar, bestaande uit rechte pijpenbundels met ter weerszijden pijpenplaten, vertoonden een aantastingsbeeld zoals op de afbeeldingen 1 en 2 is te zien. De aantasting beperkte zich tot de buitenkant, waar naar opgave van de gebruiker een milieu heerste dat weliswaar als corrosief mocht worden bestempeld maar geen stoffen bevatte die aanleiding zouden kunnen geven tot putvormige corrosie of spanningscorrosie. Het door de pijpen stromende medium was niet corrosief, bij lichtmicroscopisch onderzoek werden dan ook geen aanwijzingen aangetroffen die duidden op corrosie. De pijpen waren van AISI 316 L en gezien de toch alleszins behoorlijke bestendigheid van dit staaltype mocht er dan ook geen corrosie worden verwacht.


Afbeelding 1. Algeheel aantastingsbeeld.


Afbeelding 2. Detail van een aangetaste plek.
 

Onderzoek

Op het eerste gezicht leek het erop dat de aantasting interkristallijn van aard was. De groefjes in de aangetaste delen van het pijpoppervlak deden de gedachten daar sterk naar uitgaan. Nog afgezien van het lichtmicroscopisch onderzoek dat deze veronderstelling ontzenuwde, zie afbeelding 3, zou in dat geval het gehele pijpoppervlak dit aantastingsbeeld moeten vertonen. Dit was niet het geval: de aantasting verliep als een spiraalgewonden band over de gehele lengte van de pijpen. Kennelijk was er iets anders aan de hand.


Afbeelding 3. Dwarsdoorsnede door een aangetaste plek (niet geëtst).

Analyse

De pijpen waren van het naadloze soort en één van de nabewerkingen die dergelijke pijpen en buizen ondergaan is een strekbehandeling om ze in lengterichting de nodige rechtheid te geven. Bij het dwarsrol strekproces wordt de buis onderworpen aan gelijktijdig buigen en pletten, met als uiteindelijk resultaat dat de buis ovaal wordt in doorsnede. Deze behandeling geeft een opmerkelijke verbetering van de rechtheid. De deformatie die een buis tijdens het strekken ondergaat is nogal gecompliceerd: de buis ondergaat zowel axiale als omtrekdeformatie. Het gevolg is onder andere deformatieharding en het optreden van het Bauschinger-effect. Het Bauschinger-effect is het lager worden van de rekgrens als deformatie in de ene richting wordt gevolgd door deformatie in de tegenovergestelde richting. De mate waarin de deformatieharding en het Bauschinger-effect optreden is afhankelijk van de reeds opgetreden rek. Afbeelding 4 toont schematisch de opstelling van de rollen en de buiging van de buis tijdens het strekproces. Een dwarsdoorsnede van een buis kan naar believen worden verdeeld in een aantal concentrische ringen, doorsneden door radiale lijnen, zodat er een aan· tal vakjes ontstaat, zie afbeelding 5. Deze afbee lding toont de weg die één zo ' n klein vakje volgt als de buis al roterend door de strekmachine schuift. Het vakje beschrijft een spiraallijn, zoals is te zien in afbeeld ing 6. De in dat vakje optredende axia le rek E1 en omtrekrek E8 kunnen als functie van de weg die het vakje volgt worden weergegeven, waarbij een beeld ontstaat zoals in afbeelding 7 is te zien.


Afbeelding 4. Model van de vervorming die een buis ondergaat tijdens het buigen.



Afbeelding 5. Model van de vervorming die een buis ondergaat tijdens het pletten.


Afbeelding 6. Pad, dat een elementje van de buisdoorsnede aflegt met in achtname van zowel rotatie en doorloopsnelheid van de buis tijdens strekken.


Afbeelding 7. De diverse stadia van rek, spanningen en elastische-plastische toestanden die een elementje van de buisdoorsnede doormaakt.


De na het strekken in de bu iswand aanwez ige restspanningen zowel in axiale richting (T1) en de omtrekrichting (T8) zijn weergegeven in afbeelding 8. De in deze afbeelding weergegeven spanningsverdeling verloopt ook spiraalgewijs over de gehele lengte van de gestrekte bu is. Het komt er uiteindelijk op neer dat er zich een band van onder trekspanning staand materiaal spiraalgewijs om het buisoppervlak slingert.


Afbeelding 8. Verdeling van de restspanningen in de dwarsdoorsnede van een buis na strekken.

Aantasting

 
Delen van één en hetzelfde oppervlak, die echter in totaal verschillende (mechanische) spanningstoestanden verkeren, zullen zich elektrochemisch gezien ook verschillend gedragen. Die delen van het oppervlak waarin deze mechanische spanningen heersen zullen een sterkere neiging hebben om in een geschikte elektrolytoplossing te corroderen dan de delen van het oppervlak waar veel lagere of geen mechanische restspanningen aanwezig zijn . De opgeslagen restspanningen vormen een drijvende kracht voor het metaal om in oplossing te gaan als er een geschikte elektrolyt voorhanden is, omdat het metaal op die manier deze spanningen kan afbouwen. Het komt er op neer dat de delen van de pijp waarin restspanningen aanwezig zijn zich als even zovele anodes gedragen en de delen die lagere restspanningen bevatten of spanningsvrij zijn zich als kathodes gedragen. Het uiteindelijke resultaat is galvanische corrosie, met als bijzonderheid dat er zich eenzelfde effect voordoet op de aangetaste plekken. Want ook daar kan onderscheid worden gemaakt tussen metaalvezels die meer en minder mechanische spanningen bevatten, hetgeen leidt tot de groefjesvorming.

Conclusie

 
De naadloze pijpen vertonen galvanische corrosie tussen delen, die zich vanwege (relatief gezien) hoge mechanische restspanningen als anode gedragen en delen, die zich vanwege een lager of ontbrekend restspanningsniveau als kathode gedragen. Een gloeibehandeling na het strekken kan ervoor zorgen dat aanwezige restspanningen kunnen worden afgebouwd.



Literatuur

M . Furugeu, C. Hayashi; Theory of tube deformation on cross roll straightening, Third International Conf. on Steel Rolling , Sept. 85, Tokyo.