Het nut van corrosietesten voor bijvoorbeeld dubbelwandige verwarmingssystemen en leidingen

In de voedingsmiddelenindustrie vinden (deels) dubbelwandige roestvast stalen opslagvaten regelmatig toepassing. Een manier om dergelijke dubbelwandige vaten te maken, is om op de dikke eigenlijke constructieve vatwand een dunnere plaat te lassen. Dit kan middels bijvoorbeeld het TIG-lasproces of het rolnaadlasproces voor wat betreft de omtrekken van de dunne plaat. Vervolgens wordt de dunne plaat volgens een bepaald patroon aan de dikke plaat gepuntlast. Hierna wordt de ruimte tussen beide platen met behulp van een medium, veelal water, onder een hoge druk gebracht.



Ir. Lammert Brantsma, EWE em drs. Wino Haarman




De druk wordt zo hoog opgevoerd dat de dunne plaat, in vergelijking met de dikke plaat zwakker, plastisch vervormt en er zogenaamde kussentjes worden gevormd. Tussen de dunne en de dikke plaat ontstaat zodoende een ruimte, waardoor een koelend of verwarmend medium gevoerd kan worden. Maar ook verwarmen van een door de ruimte stromend medium behoort tot de mogelijke toepassingen. Onderstaand wordt een en ander beschreven over de toepassing en het testen van de dubbelwandige constructies bij toepassingen voor leidingwater. Overigens zijn meerdere van de opmerkingen ook van toepassing op
onder andere koudgebogen bochten in warmwaterleidingsystemen.

Voorwaarden voor corrosie

Onder leidingwater wordt veelal ‘gewoon’ water verstaan. Het leidingwater in een klein land als Nederland verschilt echter al zeer sterk van regio tot regio. En daarmee verschilt ook de geschiktheid van een en hetzelfde materiaal voor toepassing in dezelfde constructie, bij plaatsing in verschillende regio’s.
Door de combinatie productiewijze, medium en toegepaste materialen bestaat bij toepassing van roestvast staal het gevaar voor het optreden van spanningscorrosie, puten/ of spleetcorrosie. Voor het optreden van deze corrosievormen moet afhankelijk van de corrosievorm gelijktijdig aan twee of meer van de volgende voorwaarden worden voldaan:

 

1. Aanwezigheid van trekspanningen (residuele materiaalspanningen en/of bedrijfsspanningen;
2. Gechikt medium (chloridegehalte is vaak bepalend);
3. Voldoende hoge temperatuur;
4. Voor het corrosiefenomeen gevoelig materiaal (diverse austenitische roestvast-staalsoorten;
5. Spleten, waarin zich een reducerend, d.w.z. oxidehuidafbrekend, milieu kan vormen.

Ad 1. Trek- en/of bedrijfsspanningen
De dunne, kussenvormig vervormde plaat van de constructies is plastisch (koud)vervormd, hetgeen betekent dat de spanningen zijn opgevoerd tot boven de rekgrens van het betreffende materiaal. Indien de druk na het vervormen wordt weggenomen, blijven er restspanningen in het materiaal achter. Afhankelijk van de hoogte hiervan en de aanwezigheid van andere voor spanningscorrosie noodzakelijke factoren bestaat er dan een kans op het optreden van spanningscorrosie.


Ad 2. Medium
Zowel spannings-, put- als spleetcorrosie kunnen in geval van water als corrosief medium in roestvast staal optreden. De gevoeligheid hiervoor neemt toe naarmate het chloridegehalte in het water hoger is. Putcorrosie kan bovendien optreden ter plaatse van beschadigingen in het materiaaloppervlak. Dat ook het materiaal zelf aanleiding kan geven tot putinitiatie blijkt uit het volgende voorbeeld. Zo is bijvoorbeeld (vervormd) roestvast staal van het type 316Ti soms gevoeliger voor putcorrosie dan roestvast staal van het type 316. De oorzaak hiervoor kan liggen in het feit dat tijdens het vervormen, maar mogelijk ook tijdens het walsen van het plaatmateriaal, het materiaal naast de aanwezige harde titaan(nitro)carbiden is opengetrokken, zodat daardoor initiële putten zijn gevormd, waarop putcorrosie zo kan beginnen. Een en ander wordt geïllustreerd op afbeelding 1.

Afbeelding 1 Doorsnede van koudvervormd roestvast staal type 316 Ti. Naast de titaan(nitro)carbide is een holte ontstaan (zie pijl). Etsmiddel: oxaalzuur. Vergroting: 750 x.


Een hoger chloridegehalte en een lagere pH in het toegepaste drinkwater verhogen de kans op het optreden van putcorrosie. Vanwege de variaties in het drinkwater in verschillende gebieden in Nederland kan het bij de keuze van de te gebruiken materialen verstandig zijn de waterkwaliteit en het materiaalgedrag in dat water mede in overweging te nemen.


Ad 3. Temperatuur
Als ondergrens voor de temperatuur waarbij spanningscorrosie in een chloridehoudend water zou kunnen optreden wordt veelal aangehouden circa 70 °C. De ervaring van Schielab b.v. is echter dat ook bij temperaturen vanaf circa 30 °C al spanningscorrosie kan optreden. Een en ander is namelijk een functie van de aanwezige (trek)spanningen, het milieu, de temperatuur en het materiaal.


Ad 4. Materiaal
De veel toegepaste austenitische roestvast-staalsoorten, bijvoorbeeld AISI 304, zijn gevoelig voor zowel spanningscorrosie als put-/spleetcorrosie. Spanningscorrosie wordt nogal eens geïnitieerd in putjes, waarbij spanningsconcentraties kunnen optreden. Als gevolg van de grotere gevoeligheid van AISI 304 voor putcorrosie is dit materiaaltype daarom ook wat gevoeliger voor het optreden van spanningscorrosie.


Ad 5. Spleten
Spleten zijn aanwezig onder andere waar de dunne en dikke plaatmaterialen aan elkaar zijn gelast en overgaan in ‘kussentjes’. Gelet op de complexiteit van het voorspellen van de corrosiegevoeligheid van materialen in specifieke toepassingen wordt, zeker daar waar het serieproducten betreft, aangeraden alvorens tot grootserie- of massaproductie over te gaan, een of enkele producten aan enig corrosieonderzoek te onderwerpen. Dat daarbij zo exact mogelijke gegevens over de werkelijke media onontbeerlijk zijn, moge duidelijk zijn.
Voorbeelden van onderzoeken die daartoe relatief snel (bij Schielab b.v. binnen een termijn van enkele dagen) uitgevoerd kunnen worden, en afhankelijk van het soort onderzoek een redelijk tot groot voorspellend karakter en een matig tot groot onderscheidend vermogen hebben zijn de volgende:

 

a) ASTM G48 Method A: Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys bij Use of Ferric

Chloride Solution.

b) ASTM G48 Method B: Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution.

c) ASTM G36: Standard Practice for Evaluating Stress-Corrosion-Cracking Resistance of Metals and Alloys in

a Boiling Magnesium Chloride Solution.

d) Potentiodynamische testen, waarmee onder andere het putcorrosiegedrag van het toe te passen materiaal onder praktijkomstandigheden (in contact met het daadwerkelijk te gebruiken medium) is vast te stellen.
 

Afbeelding 2 Monster roestvast-staaltype AISI 316L na uitvoering van een test volgens ASTM G48 Method A, gedurende 24 uur op 22,5 °C.


Afbeelding 3 Monster roestvast-staaltype AISI 316L, na uitvoering van een test volgens ASTM G36 gedurende 19 uur.