Corrosiebeproeving van roestvast staal: Deel 4: Scheurvormende spanningscorrosie
Er wordt een groot aantal methoden toegepast voor het beproeven van de gevoeligheid voor scheurvormende spanningscorrosie. De meeste onderzoeksmethoden hebben als doel het vergaren van informatie over het spanningscorrosiemechanisme en het bepalen van eventuele grenswaarden die in bepaalde milieus gelden voor mechanische spanning of concentraties van bestanddelen uit het milieu.
Er wordt onderzoek uitgevoerd aan een groot aantal verschillende proefstukvormen en de manier waarop belasting van de proefstukken plaatsvindt kan eveneens verschillen. Zo zijn er beproevingen aan:
- statisch belaste proefstukken zonder kerf
- statisch belaste proefstukken met kerf
- dynamisch belaste proefstukken met kerf. Met dynamisch wordt niet een frequent wisselende belasting
bedoeld maar een belasting die zeer langzaam wordt verhoogd of een rek die wordt aangebracht met een zeer langzame constante reksnelheid. Het gaat dan immers niet om de gevoeligheid voor vermoeiingscorrosie maar om de spanningscorrosieweerstand. Bij de statisch belaste proefstukken kan onderscheid worden gemaakt tussen constante vervorming of een constante spanning. Afbeelding 4 toont voor C-ringen een viertal mogelijkheden om de statische spanningen aan te brengen. Bij proefstukken met een kerf zal er een spanningsconcentratie heersen aan de tip van de kerf, hetgeen het ontstaan van scheuren juist op deze plaats bespoedigt. Proefstukken met een constante vervorming zullen doorgaans minder snel breken dan die met een constante spanning. Als door scheurgroei een afbouw van spanningen optreedt, zal de scheurgroeisnelheid immers afnemen. Bij het aanbrengen van spanningen kan nog onderscheid worden gemaakt tussen spanningen als gevolg van elastische of plastische vervorming. De versteviging die met koude vervorming gepaard gaat heeft bij austenitisch roestvast staal zowel invloed op de weerstand tegen spanningscorrosie als op de hoogte van de trekspanning die in het proefstuk kan optreden.
Afbeelding 4 M ethoden om spanningen in C-ring proefstukken aan te brengen. a = constante rek; b = constante spanning; c = constante rek; d = gekerfde C-ring.
Afbeelding 5 M ethoden om een U-vorming proefstuk voor spanningscorrosiebeproeving te vervaardigen.
Bij spanningscorrosieproeven kan de spanning worden gevarieerd teneinde de drempelwaarde van de spanning te bepalen waaronder geen scheuring kan plaatsvinden. In gevallen waar de drempelspanning niet wordt gevraagd en het doel van de proef alleen het bepalen is of het materiaal in een bepaald milieu al of niet gevoelig is voor scheurvormende spanningscorrosie, is een hoefijzervormig type monster dat in vorm wordt gehouden met een bout en een moer en wordt gebogen over ten minste 180˚ de eenvoudigste testmethode (zieafbeelding 5). De meest voorkomende proef voor spanningscorrosie is de magnesiumchloridekookproef. De gespannen proefstukken worden in een kokende (155˚C) 45% MgCl2 oplossing gedompeld in een apparaat dat is ontworpen om deze concentratie gedurende een lange tijd te kunnen handhaven. De beproevingsomstandigheden en de apparatuur zijn beschreven in ASTM Recommended Practice G 63. De magnesiumchloridekookproef is zeer zwaar en is niet altijd representatief voor bedrijfsomstandigheden. Om deze reden worden er wel andere chloriden, zoals NaCl en LiCl, toegepast voor de beproeving in overigens dezelfde apparatuur zoals beschreven in ASTM Practice G 63. De zwaarte van de magnesiumchloridekookproef kan nog wat worden aangepast door de concentratie magnesiumchloride wat aan te passen of door de tijdsduur van beproeving op te voeren. De populariteit van de magnesiumchloridekookproef berust op de veronderstelling dat het uitblijven van scheuren in deze proef een garantie is voor het uitblijven van scheurvorming onder aanzienlijk mildere praktijkomstandigheden. Door in plaats van een proefstuk te vervaardigen en hierin een spanning aan te brengen kan ook een deel van bijvoorbeeld een buis worden getest die later daadwerkelijk dienst zal moeten doen in een omgeving die spanningscorrosie kan veroorzaken. Het al dan niet scheuren van de buis in de magnesiumchloridekookproef is nu een functie van de gezamenlijke bijdragen van de effecten van de microstructuur, chemische samenstelling, oppervlakteafwerking en het inwendige spanningsniveau in de buis.
Door lassen of vervormen van de buis tijdens het verdere fabricageproces kan het mechanisch spanningsniveau zich echter wijzigen waardoor de gevoeligheid voor spanningscorrosie een waarde aanneemt die afwijkt van de bij de magnesiumchloridekookproef gevonden gevoeligheid. Samenvattend is het testen van de spanningscorrosiegevoeligheid van een roestvaststaaltype voor toepassing onder bepaalde praktijktomstandigheden een lastige zaak en kunnen met versnelde laboratoriumproeven geen zekerheden worden verschaft over de juistheid van de materiaalkeuze. De tampontest, van origine ontwikkeld door Du Pont (A.W. Dana, ASTM Bulletin No. 226, 1957 blz. 196) is minder zwaar dan volledige onderdompeling in chlorideoplossingen en stemt soms meer overeen met bedrijfsomstandigheden. Bij deze proef wordt een U-vormig proefstuk van 170 x 50 mm verhit tot 100˚C door er elektrische stroom doorheen te sturen. Het proefstuk staat in contact met glaswol dat gedeeltelijk is ondergedompeld in een chlorideoplossing. De glaswol trekt chlorideoplossing naar het hete proefstuk alwaar deze verdampt. In eerste instantie was deze proef ontwikkeld om een hete roestvaststalen buis na te bootsen die was bedekt met isolatie en blootgesteld aan regenwater. Chloriden in de isolatie spoelen dan uit naar het metaaloppervlak waar ze indampen. De proef wordt momenteel voor tal van andere toepassingen gebruikt.
Beproeving bij hoge temperatuur onder druk
Temperatuur, druk en corrosief milieu zijn zo divers dat de beproevingsapparatuur gewoonlijk is ontworpen voor zeer specifieke omstandigheden. Voor dit soort proeven zijn autoclaven nodig. Dit zijn vaten die dikwijls zijn vervaardigd van zeer speciale, hoogvaste legeringen die berekend zijn op de drukken, temperaturen alsmede de corrosieve omstandigheden die voor de beproevingen nodig zijn.
Klik hier voor deel 5