Lokale corrosievormen: putcorrosie: Deel 4: Invloed van de legeringssamenstelling
Deel 4:
De weerstand van roestvast staal tegen putcorrosie is in eerste instantie afhankelijk van de legeringssamenstelling. Om de weerstand tegen putcorrosie van verschillende roestvast - staaltypen met elkaar te kunnen vergelijken is het bepalen van de putpotentiaal een zeer geschikte en vooral snelle methode.
Om te kunnen vergelijken wordt steeds gemeten in hetzelfde milieu. De samenstelling van het testmilieu (pH, Cl--gehalte, temperatuur) wordt zo gekozen dat de verschillen goed tot uiting komen. De legeringselementen chroom, nikkel en molybdenium spelen de belangrijkste rol. Verhoging van het chroom-, nikkel- en molybdeniumgehalte veroorzaakt een positievere ligging van de putpotentiaal en dus een betere weerstand tegen putcorrosie (afbeelding 7, 8 en 9). De mate waarin chroom, nikkel en molybdenium van invloed zijn verschilt nogal. Zo heeft ferritisch roestvast staal met 18% Cr en 2% Mo en AISI 304 met 18% Cr en 8% Ni een vrijwel gelijke weerstand tegen putcorrosie. Het effect van nikkel op de putcorrosieweerstand is weliswaar gunstig maar niet erg groot. Dit blijkt ook uit vergelijkingen tussen legering 800 met 21% Cr en 32% Ni en AISI 304 en 316. Hierbij komt de weerstand tegen putcorrosie van de aanzienlijk duurdere legering 800 tussen die van AISI 304 en 316 in te liggen. Koper blijkt een wisselende invloed te hebben op de putcorrosiebestendigheid. In niet-molybdeniumhoudende typen is het niet van invloed, terwijl het in molybdeniumhoudende typen een geringe vermindering van de weerstand veroorzaakt.
Afbeelding 7 H et effect van het chroomgehalte op de putpotentiaal van ijzer-chroomlegeringen in een ontluchte 0,1 N NaCl-oplossing bij 25°C.
Afbeelding 8 H et effect van het nikkelgehalte op de putpotentiaal van ijzer-15% chroomlegeringen in een ontluchte 0,1 N NaCl-oplossing bij 25°C.
Afbeelding 9 H et effect van het molybdeniumgehalte op de putpotentiaal van ijzer-15% chroom-13% nikkel legeringen in een ontluchte 0,1 N NaCl-oplossing bij 25°C.
Daarnaast zijn er elementen die, mits goed verdeeld over de metaalmatrix, geen probleem vormen maar die in uitgescheiden toestand een duidelijke vermindering van de putcorrosieweerstand veroorzaken. Voorbeelden hiervan zijn koolstof en stikstof maar ook borium. Afbeelding 10 geeft van een reeks legeringselementen, bijmengsels en verontreiningen in roestvast staal het effect op de weerstand tegen putcorrosie in chloridehoudende oplossingen. Een andere methode om de weerstand tegen putcorrosie van verschillende roestvaststaaltypen met elkaar te vergelijken is het bepalen van de kritische puttemperatuur (CPT= Crtitical Pitting Temperature). Hierbij wordt in een ijzer(III)chlorideoplossing een aantal proefstukken geplaatst waarna stapsgewijs de temperatuur wordt verhoogd. Door voor de verschillende roestvaststaaltypen de temperatuur te noteren waarbij voor het eerst putcorrosie optreedt kunnen legeringen worden gerangschikt op putcorrosieweerstand. Een lage kritische puttemperatuur komt overeen met een lage weerstand tegen putcorrosie in chloridehoudende milieus. Vergelijkend onderzoek heeft geleid tot de formulering van een ‘Pitting Resistance Equivalent number’ afgekort tot PREn (Duits: Wirksumme). Bij de berekening van het PREn wordt de invloed van het chroom-, molybdenium- en stikstofgehalte op de putcorrosieweerstand als volgt in rekening gebracht. PREn = %Cr + 3,3%Mo + 16%N Hoe hoger het PREn, des te hoger de weerstand van de betreffende legering tegen putcorrosie in chloridehoudende milieus. Praktische ervaring heeft uitgewezen dat een roestvaststaaltype met een PREn van 30 of meer bestand is tegen putcorrosie en als zijn PREn 35 of hoger is ook tegen spleetcorrosie. De invloed van stikstof als legeringselement op de putcorrosieweerstand is uitermate gunstig. Hiervan wordt bijvoorbeeld bij AISI 316LN en met name bij de duplex roestvaststaaltypen dankbaar gebruik gemaakt. Het PREn is een eenvoudige manier om verschillende legeringen met elkaar te vergelijken aangaande hun putcorrosieweerstand. Hierbij mag echter niet uit het oog worden verloren dat niet alleen de legeringssamenstelling maar ook de manier waarop de verschillende elementen in het staal aanwezig zijn een sterke invloed uitoefenen.
Afbeelding 10 Het effect van legeringselementen op de putcorrosieweerstand van roestvast staal in chloridehoudende oplossingen.