Drieluik over corrosie bij of door lasverbindingen Deel 2
Vormen van corrosieve aantasting
Klik hier voor Deel 1
Klik hier voor Deel 3
Bij het ontwerpen van veel installaties speelt de corrosievastheid van het toe te passen materiaal een belangrijke rol. Te denken valt bijvoorbeeld aan installaties voor de behandeling van vervuild oppervlaktewater, proceswater, bluswaterleidingen, maar ook aan offshore installaties, chemische en petrochemische installaties. In deel 1 werd dieper ingegaan op de keuzes en de uitvoering van het lasproces en de invloed, die dat heeft op de corrosieweerstand van lasverbindingen. In dit deel worden de vormen van corrosieve aantasting besproken.
Schade door corrosie vormt één van de grootste kostenposten in de industrie. Vaak begint corrosie al tijdens de bouw- of testfase, terwijl de resulterende schade vaak pas na ingebruikname opgemerkt zal worden.
Het is ondoenlijk om alle vormen van corrosie in het kort te beschrijven. Globaal kan er onderscheid gemaakt worden tussen:
• Algemene of aspecifieke corrosie;
• specifieke en preferente (sterk gelokaliseerde) vormen van aantasting; en
• vormen van microbiologisch geïnduceerde corrosie (MIC).
Aspecifieke corrosie
Bij algemene (aspecifieke) corrosie worden de korrels en korrelgrenzen van een materiaal in gelijke mate aangetast, waardoor een min of meer gelijkmatige en daarmee redelijk voorspelbare wanddikteafname optreedt. Een dergelijke aantasting leidt tot een ruw oppervlak en is vaak goed visueel waarneembaar. Een bekend voorbeeld is het ‘roesten’ van constructiestaal in contact met vocht, water of zeewater.
De snelheid van algemene corrosie wordt uitgedrukt in een wanddikteafname (mm/jaar). De ontwerper kan rekening houden met algemene corrosie middels een corrosietoeslag, die wordt gebaseerd op de gewenste levensduur.
Specifieke en preferente vormen van aantasting
Bij roestvast staal spelen echter overwegend specifieke en preferente vormen van corrosie een rol, leidende tot gelokaliseerde aantasting. Deze vormen van corrosie hebben allen gemeen dat de corrosiesnelheid veel minder goed voorspelbaar is en bovendien vaak sterk afhankelijk is van geringe wijzigingen in materiaalkwaliteit en gebruikscondities. Dit maakt de levensduurinschatting door de ontwerper (die vooraf geen kennis heeft over specifieke procescondities of toekomstige wijzigingen hierin) zeer lastig.
De microstructuur van het materiaal is van grote invloed op het mogelijke optreden van specifieke corrosie. In de praktijk blijkt dan ook dat specifieke vormen van corrosie juist vaak bij lasverbindingen in het roestvast staal optreden.
Bekende vormen van specifieke corrosie zijn putcorrosie, spleetcorrosie, interkristallijne aantasting, selectieve aantasting (versponsing) en spanningscorrosie (zowel inter- als transkristallijn). Bij spanningscorrosie spelen, behalve het medium en de temperatuur, ook de gecombineerde materiaalspanningen (bedrijfsspanningen en lokaal verhoogde inwendige spanningen als gevolg van het lassen) een rol.
Putcorrosie
Schade door specifieke corrosie is vaak zeer lokaal, visueel lastig of niet waarneembaar, verloopt relatief snel en wordt daardoor in veel gevallen pas ontdekt na falen.
Ook putcorrosie in basismateriaal en lassen is als een vorm van specifieke corrosie te beschouwen. Putcorrosie treedt juist op aan delen van het oppervlak die minder passief zijn vergeleken met het omringende oppervlak. Hierbij kunnen ook insluitsels en uitscheidingen die aan het materiaaloppervlak liggen, een rol spelen (zie figuur 1).
Specifieke vormen van corrosie, met name spanningscorrosie en putcorrosie, tonen vaak (effectief gezien) een autokatalytisch gedrag, wat wil zeggen: een éénmaal ontstane aantasting groeit in een steeds sneller tempo verder. Het is dan ook zinloos om de snelheid van specifieke corrosie uit te drukken in een wanddikteafname per jaar.
Putcorrosie (en spanningscorrosie) van roestvast staal treden met name op indien het roestvast staal in contact is met water of waterig medium met een verhoogd gehalte aan chloriden (“zout”). 
Figuur 1. Links: kleine, visueel nauwelijks zichtbare defecten aan het lasoppervlak hebben geleid tot putcorrosie van een las in een 316L roestvast stalen vat. De corrosieproducten hebben zich verspreid, de wand zelf is nog niet aangetast.
Galvanische corrosie
Bij vormen van preferente aantasting spelen de oppervlakte/contactcondities van het metaal (lokale verschillen in passiviteit) een belangrijke rol. Bekende vormen zijn galvanische corrosie van of juist naast lassen, spleetcorrosie bij afdichtingen, onvolkomen doorlassingen en bindingsfouten aan de doorlassing.
Galvanische corrosie is in feite een gelokaliseerde (preferente) vorm van algemene corrosie, waarbij het onedeler materiaal door het elektrisch geleidende contact met een edeler materiaal anodisch geactiveerd wordt (sneller corrodeert dan normaal), terwijl de edelere legering (kathodisch) wordt beschermd. Dit effect kan nog versterkt worden als het oppervlak van het onedele materiaal klein is ten opzichte van het oppervlak van het edele materiaal. Dit betekent dat, om versnelde aantasting van de lassen te voorkomen, het lastoevoegmateriaal edeler dient te zijn dan het basismateriaal. Vooral bij reparaties, wanneer de toegepaste materialen door onvoldoende documentatie vaak niet bekend zijn, kan het fout gaan. Een combinatie die gevoelig is voor dit type corrosie is een type SS304-las in een type SS316-leiding. Dergelijke fouten kunnen worden voorkomen door voorafgaande aan de reparatie materiaalanalyse uit te voeren. Dit kan, ook op locatie, middels Optische Emissie Spectrometrie (OES) of Röntgenfluorescentie-analyse.
Vormen van microbiologisch geïnduceerde corrosie (MIC)
Een afwijkende eend in de bijt is microbiologisch geïnduceerde corrosie (MIC) in materialen in contact met waterige media. MIC ontstaat door slijmvormige afzettingen van bacteriën op het metaal, waarbij de (vaak zure) uitscheidings- en afbraakproducten tot lokale aantasting (veelal putvorming) kunnen leiden.
Gevormde corrosieputten kunnen sterk ondergraven zijn, zodat aan het buitenoppervlak slechts een put ter grootte van een speldenknop zichtbaar is, terwijl het onderliggende metaal diep is aangevreten. MIC treedt preferent op bij (rond)lassen. Hierbij speelt de oppervlakteruwheid (slijmlaagvorming) en het afzetten van sediment of onvoldoende drainage (aan de doorlassing) een rol. Uiteraard spelen de watersamenstelling en temperatuur een belangrijke rol.
In het volgende zullen enkele praktijkvoorbeelden van corrosie van lasverbindingen worden besproken.
Preferente aantasting van een langslas in een roestvaststalen leiding
Na circa twee jaar in gebruik te zijn geweest bleek er sterke wanddikteafname te zijn opgetreden in een roestvaststalen leiding, type 316L, Ø25 mm t=1 mm. De aantasting was met name aan de langslas opgetreden. Door de pijp stroomde een zuivelproduct, terwijl periodiek werd gereinigd met een oplossing van 5% zoutzuur bij een temperatuur van 20°C, gevolgd door naspoelen met schoon leidingwater.
Uit het onderzoek bleek dat vooral de las, maar ook het basismateriaal van de leiding was aangetast (zie figuur 2).
Het basismateriaal (austeniet) toonde een lichte algemene (gelijkmatige) aantasting, terwijl de las sterk preferent bleek aangetast, de resterende wanddikte bedroeg bij de las nog slechts 40%.
Roestvaststaal type 316L is eigenlijk niet geschikt voor de toegepaste concentratie zoutzuur. 
Figuur 2. Preferente aantasting van een langslas in een roestvaststalen leiding. Boven: Langsdoorsnede van de aangetaste leiding met aangetaste langslas. Linksonder: Doorsnede over de aangetaste langslas.
Rechtsonder: Detail van het interdendritisch aangetaste lasmetaal.
Verwacht werd echter dat het periodiek kortstondig spoelen, gevolgd door naspoelen met schoon leidingwater, geen problemen zou opleveren.
Een andere factor bleek een rol te hebben gespeeld in de versnelde aantasting van de las: Het lasmetaal had een gebruikelijke dendritische structuur van austeniet met interdendritisch ferriet. Het is bekend dat, bij vergelijkbare samenstelling van ferriet en austeniet, ferriet selectief wordt aangetast. Het lasmetaal bleek inderdaad interdendritisch te zijn aangetast.
Corrosie van rondlassen in een brandblusleiding van roestvaststaal type 316L
Circa een half jaar na oplevering trad perforatie op van een brandblusleiding. De leiding was gevuld met (stilstaand) leidingwater. Na het uitnemen van secties werden perforaties aangetroffen in en naast de rondlassen. Het bleek dat vrijwel alle rondlassen (combinaties van) lasdefecten toonden.
Aangetroffen werden (zie figuur 3): Aanloopkleuren (alle lassen), onvoldoende doorlassing, uitlijnigheid, restanten van (niet omgesmolten) slijpbramen en verbrand lasmetaal (‘bloemkolen’).
Als gevolg van de aangetroffen lasfouten waren meerdere vormen van specifieke/preferente corrosie opgetreden (putcorrosie, spleetcorrosie). Uitgaande van de aangetaste lassen hadden zich corrosieproducten over het binnenoppervlak van de leiding verspreid en raakte bovendien het stilstaande water langzaam vervuild. Hierdoor kon uiteindelijk ook MIC optreden, wat vervolgens in relatief korte tijd tot perforaties heeft geleid.
Figuur 3. Corrosie van rondlassen in een brandblusleiding van roestvaststaal type 316L. Linksboven: Aanloopkleuren (onvoldoende backinggas) en verspreiding van de corrosieproducten vanaf de las. Rechtsboven: Slijpbramen (onvoldoende lasnaadvoorbewerking) en verbrand lasmetaal (onvoldoende backinggas). Linksonder: Ondergraven putvorming als gevolg van MIC.
Duidelijk bleek dat het laswerk van onvoldoende kwaliteit was. Voorafgaande aan het lassen was onvoldoende zorgvuldigheid besteed aan de lasnaadvoorbewerking, en het leidingwerk was voorafgaande aan het lassen onvoldoende doorgespoeld met backinggas (formeergas) en niet na het lassen gebeitst.
Het beeld en de verspreiding van de aantastingen in het leidingwerk was zodanig dat het gehele leidingwerk als verloren beschouwd kon worden.
Hiermee is een einde gekomen aan het tweede deel van de drieluik over corrosie bij of door lasverbindingen, waarin vormen van corrosieve aantasting werden besproken, waarna een aantal voorbeelden ter illustratie. In deel III wordt verder ingegaan op interkristallijne en interdendritische aantasting, knife line attack en spanningscorrosie.
Dit tweede deel van het drieluik kwam tot stand door medewerking van dr.ir. Peter van Houten, IWE, werkzaam bij Element Materials Technology Rotterdam b.v. uit Breda en ir. Jelle Brantsma, IWE, Project manager bij het Burgumse Damen Shipyard.