Oppervlaktebehandelingen Roestvast Staal: Deel 2 Het verwijderen van hoge-temperatuuroxiden

2.1 Enkele fundamentele aspecten van hoge temperatuurcorrosie
 

Nadat het roestvast staal zelf is vervaardigd ondergaat het een aantal kenmerkende omzettingen die afhangen van het uiteindelijke gebruik.


De voornaamste omzettingen zijn:
 

• warm- of koudwalsen
• trekken

Tijdens bewerkingen bij hoge temperatuur reageert het staaloppervlak met het omringende milieu onder vorming van verschillende oxidatielagen, die meer of minder dik kunnen zijn: de hoge-temperatuuroxiden. De vorming van zulke lagen wordt hoofdzakelijk beheerst door de volgende parameters:

 

• de samenstelling van het staal
• de bewerkingstemperatuur
• de partiële zuurstofdruk tijdens de bewerking
• de duur van de bewerking.
   

Uitgaande van deze vier parameters kunnen voor een deel de eigenschappen worden gedefinieerd van de hoge-temperatuuroxiden die op een doorslaggevende manier van invloed zijn op de afwerkingsbehandelingen. Van deze eigenschappen zijn de toestand en de samenstelling van de oxiden van belang vanwege hun invloed op de verwijderbaarheid en de oplosbaarheid van de oxiden. Verder zijn van belang de laagdikte, de hardheid, de plastische vervormbaarheid, breuksterkte, dichtheid, uitzettingscoëfficiënt en de geleidbaarheid van warmte en elektriciteit. De groei van de hoge-temperatuuroxidelaag hangt af van de legeringselementen in het roestvast staal. Elementen zoals mangaan, koper en nikkel hebben maar weinig invloed op het groeimechanisme. Elementen zoals chroom, silicium en aluminium daarentegen remmen de diffusie en staan bekend om hun oxidatiewerende werking. In het merendeel van de gevallen ondergaat het roestvast staal tussen het walsen en het verwijderen van de hoge-temperatuuroxidelaag een gloeiing ten behoeve van rekristallisatie en het weer in oplossing doen gaan van carbiden en bepaalde nitriden. Warmgewalst ferritisch roestvast staal bijvoorbeeld wordt gegloeid in koepelovens onder een neutrale atmosfeer, bestaande uit 10% H2 + 9% CO + 7% CO2 + rest N2 terwijl austenitisch roestvast staal wordt gegloeid in met aardgas gestookte doorloop ovens met een atmosfeer die 2 tot 8% zuurstof bevat en bij een temperatuur van 1100 ˚C. Het zal duidelijk zijn dat de bij beide gloeiingen ontstane hoge-temperatuuroxiden zullen verschillen in eigenschappen. Overeenkomstige verschijnselen doen zich voor na het koudwalsen van roestvast staal. Aangezien de omzettingen bij hoge temperatuur de oxidatieverschijnselen tot gevolg hebben, moeten ze worden gevolgd door nabewerkingen die de verwijdering van deze hoge-temperatuuroxidelagen tot doel hebben. Dit is de rol van stralen of andersoortige ‘droge’ behandelingen en van elektrochemisch en chemisch beitsen.

2.2 Stralen
Stralen wordt in het algemeen toegepast als voorbereidende bewerking voor het beitsen. Het bestaat uit het werpen van staalkorreltjes met een gegeven diameter naar het te behandelen metaal. Het stralen is gericht op het verwijderen van oxiden, met name die welke zijn ontstaan tijdens het warmwalsen. Het stralen geeft ook nog een oppervlakteversteviging van het staal. De belangrijke factoren bij het stralen zijn:

 

• aard en vorm van het straalmiddel; er worden bolvormige korrels gebruikt, gemaakt van hoogkoolstofhoudend staal of van gietstaal. De gangbaarste diameters liggen tussen 0,15 en 0,6 mm;
• snelheid en duur van het stralen, de snelheid is normaal 40 à 90 m/s. De hoeveelheid oxide die tijdens deze bewerking wordt verwijderd is afhankelijk van beide voornoemde factoren. De dikte van de verstevigde oppervlaktelaag neemt toe met toenemende snelheid van het straalmiddel en kan een dikte bereiken van 200 μm.

2.3 Andere verwijderingsprocessen
Mechanisch verwijderen van de oxidelaag kan ook plaatsvinden door:

1. Slijpen, dat plaatsvindt met haakse slijpschijven bij een toerental van 200 tot 3000 omw./min.
2. Polijsten

De voornaamste parameters bij beide bewerkingen zijn:


- aard van het slijpmiddel
- aanrakingsduur
- de relatieve snelheid waarmee het schuurmiddel over het werkstuk gaat
- al of niet aanwezig zijn van een smeermiddel
- verhitting van het werkstuk
 

      3..Zandstralen

Het zand wordt voortgejaagd door hetzij lucht hetzij water (nat stralen). Een van de bijzondere gevallen is het Ishicleanproces dat is ontwikkeld door IHI (Ishikawajima Harima Heavy Industries) en NSC (Nippon Steel Corporation). Het te behandelen product bevindt zich tussen twee rijen spuitmonden. Er wordt onder hoge druk (ongeveer 200 bar) een mengsel van water en ijzerhoudend zand tegen het werkstuk gespoten. De oxidelaag wordt aldus verbroken en meegesleurd met de straal. Het proces omvat drie stappen:

 

• Het oxide wordt verbroken;
• De laag wordt verwijderd: verbrijzeling van het oxide en meegesleurd worden door de waterstraal;
• Einde van het verwijderen van de oxidelaag + erosie van het basismetaal.

       4.Walsen

Het op mechanische wijze verwijderen van een oxidelaag kan zijn beslag krijgen door middel van:

• skin-pass (koudwalsing waarbij slechts lichte deformatie plaatsvindt, zo in de orde van 3% verlenging);
• verbreken van oxiden;
• buiging op de walsrol.