Elektrochemische corrosie: Deel 8, uniforme aantasting: Duplex roestvast staal
Dit artikel is gratis beschikbaar in de digitale (Super) Duplex Special (klik hier)
In de voorgaande verhandeling over de weerstand van diverse roestvaststaaltypen tegen uniforme corrosie in zuren en natriumhydroxide is duplex roestvast staal niet genoemd. De reden hiervoor is dat het corrosiegedrag van roestvast staal in diverse specifieke milieus al in een vroeg stadium zeer grondig is onderzocht. Veel corrosiegegevens waarvan nu gebruik wordt gemaakt zijn relatief lang geleden verzameld. Op dat tijdstip was duplex roestvast staal nog geen commercieel alternatief voor de austenitische en ferritische roestvaststaaltypen. Het betrouwbaar produceren van duplex roestvast staal als kneedlegering werd pas mogelijk in de jaren zeventig door de introductie van het AOD-raffinageproces. Bij het verzamelen van corrosiegegevens aan de hand van vergelijkend onderzoek bleef duplex roestvast staal om deze reden vaak buiten beschouwing. Corrosiegegevens van, en ervaringen met duplexkneedlegeringen die in de afgelopen 20 jaar zijn verzameld, zijn vaak gekoppeld aan toepassingen waar duplex roestvast staal kan concurreren met austenitisch roestvast staal.
8.1 Uniforme corrosie van duplex roestvast staal
De duplex roestvaststaaltypen kunnen op grond van hun legeringssamenstelling worden opgesplitst in legeringen die wel en geen molybdenium bevatten. Bij de molybdeniumhoudende typen kan weer onderscheid worden gemaakt in legeringen met een laag en een hoog chroom- en molybdeniumgehalte. Als voorbeeld van deze indeling kunnen de volgende drie commercieel verkrijgbare duplexlegeringen worden genoemd.
- type 2304 met 23 Cr; 4 Ni en 0,1 N (geen Mo)
- type 2205 met 22 Cr; 5,5 Ni; 3 Mo en 0,14 N (laag Cr- en Mo-gehalte)
- type 2507 met 25 Cr; 7 Ni; 4 Mo en 0,3 N (hoog Cr- en Mo-gehalte).
Wat opvalt is dat het choomgehalte van de duplex roestvaststaaltypen steeds hoog is vergeleken met AISI 304 en AISI 316. Ook de molydeniumgehalten in de molybdeniumhoudende typen zijn fors. In media waar passief gedrag van roestvast staal verantwoordelijk is voor een lage uniforme corrosiesnelheid zal duplex roestvast staal door het hoge chroomgehalte vaak in een groter temperatuuren concentratiebereik toepasbaar zijn. Als de milieuzijdige omstandigheden dermate corrosief zijn dat actief corrosiegedrag optreedt kan de corrosiesnelheid van duplex roestvast staal hoger zijn dan die van AISI 316. Een voorbeeld hiervan is corrosie in zuiver zwavelzuur met een concentratie van 90 %. Duplex roestvast staal corrodeert onder deze omstandigheden aanzienlijk sneller dan AISI 316 bij 20˚C. Op het moment dat chloride als verontreiniging in een zuur aanwezig is, presteert duplex roestvast staal aanzienlijk beter dan AISI 316. Het hogere chroom- en molybdeniumgehalte zijn hier de oorzaak van. De passiviteit blijft tot op een hogere mate van verontreiniging behouden waardoor het gebied waarin duplex roestvast staal nog praktisch bruikbaar is weer wat wordt vergroot. Duplex roestvast staal vindt toepassing in constructies waar gebruik kan worden gemaakt van al zijn gunstige eigenschappen. Een goed voorbeeld is de toepassing van duplex roestvast staal in chemicaliëntankers. Deze tankers transporteren doorgaans sterk geconcentreerde chemicaliën waaronder zuren. Het gebruik van duplex roestvast staal heeft in deze toepassing drie voordelen:
1. Duplex roestvast staal heeft een gelijke of een wat hogere weerstand tegen uniforme corrosie in de te transporteren media. Een lage aantastingssnelheid blijft bij verhoging van de mate van verontreiniging langer behouden. Ook de beperkingen die aan de temperatuur van de lading moeten worden gesteld kunnen ruimer worden genomen.
2. De weerstand tegen de lokale corrosievormen: put-, spleet- en spanningscorrosie is voor de duplex roestvaststaaltypen duidelijk hoger. Het spoelen van de opslagruimen met zeewater resulteert hierdoor minder vaak in schade door lokale corrosie.
3. De mechanische sterkte van duplex roestvast staal is beduidend hoger dan die van AISI 316N of AISI 316LN. Deze voordelen wegen ruimschoots op tegen aanpassingen in de productiegang en de extra moeite die de verwerking van duplex roestvast staal met zich mee kan brengen. Vooral het lassen en warm en koud vervormen vragen een wat gewijzigde aanpak en een goede kennis van de eigenschappen van duplex roestvast staal.
Erosieve invloeden en stromingssnelheid
Als de pH-waarde van een oplossing beneden 4,5 daalt, neemt de corrosie van koolstofstaal ernstige vormen aan. Onder invloed van erosieve stoffen (vaste deeltjes in een oplossing) en stromingseffecten wordt de anders beschermende laag, bestaande uit corrosieproducten, weggeschuurd, hetgeen aanleiding geeft tot versnelde aantasting. Een duidelijk betere weerstand tegen stromingseffecten leveren AISI 316, legering 904 en legering 20 voor buizen, assen en roerders. Gietlegering CN-7M doet hetzelfde voor pompen en afsluiters. Waar nodig wordt er ook gebruikgemaakt van hoger nikkelhoudende legeringen zoals legering 28. De ontwikkeling van duplex roestvast staal heeft een verschuiving te zien gegeven van de gangbare roestvaststaaltypen naar duplexlegeringen. Duplex roestvaststaaltypen beschikken over hardheden van meer dan 200 Brinell en presteren goed, zowel vanuit corrosiestandpunt als wat betreft de weerstand tegen erosie. Legeringen met hardheden van minder dan 140 Brinell, waaronder AISI 304 en AISI 316 (zonder koude deformatie), zijn in het algemeen gevoelig voor hoge slijtage in het geval dat een medium een schurende werking uitoefent.