Theevlekvormige aantasting van RVS-oppervlakken

Er wordt steeds vaker roestvast staal gebruikt voor bouwwerken, straatmeubilair, leuningwerk en omkastingen. Reden hiervoor is de duurzaamheid van dit materiaal bij blootstelling aan de open lucht en het fraaie uiterlijk. Onder bepaalde omstandigheden kan dit uiterlijk echter worden aangetast door de vorming van bruingele vlekken. Deze vlekken hebben geen nadelige invloed op het constructieve gedrag van het roestvast staal, maar ze kunnen de esthetiek ervan danig bederven. De vlekken waarvan hier sprake is, staan bekend als theevlekken.

Door Ing. A. J. Schornagel


Roestvast staal mag zich verheugen in een reputatie van een fraai uiterlijk en duurzame structurele samenhang. Maar net als alle andere materialen kan ook roestvast staal na verloop van tijd bedekt raken met vlekken of verkleuring, hetgeen afbreuk doet aan het uiterlijk (afbeelding 1). De bruine verkleuring waar het hier over gaat, werd opgemerkt in de kustgebieden van Australië en kreeg de aanduiding: theevlekken (Engels: tea staining), hetgeen verwijst naar de vlekken die het inwendige van een theepot vertoont na een tijdje in gebruik te zijn. Duiden dergelijke vlekken in een theepot op een voortgaande verbetering van de smaak van de erin gezette thee, bij roestvast staal is men minder tevreden met de ontwikkeling van een dergelijke aanslag.
Theevlekvorming op roestvast staal komt ook elders in de wereld voor, zowel in kustgebieden als op andere plaatsen met hoge chloridegehaltes.



Afbeelding 1 Voorbeeld van theevlekken op een RVS-oppervlak.

Wat is het?

Deze vlekken bestaan doorgaans uit ijzeroxide en soms uit ijzersulfide, in geval van hoog-zwavelhoudende typen zoals 303 of andere speciale, goed verspaanbare typen. Door middel van een nachtje weken in een 5 10% NaOH-oplossing kan worden vastgesteld of er sprake is van ijzeroxide of ijzersulfide. Als na het weken de vlek verdwenen is, gaat het om ijzersulfide of ijzersulfaat. Als de vlek er nog zit, is het ijzeroxide. De verkleuring kan worden omschreven als een aanslag van het oppervlak die echter noch van invloed is op de structurele samenhang noch op de levensduur van het staal. Doorgaans wordt de verkleuring binnen een afstand zo'n 5 kilometer van de branding aangetroffen en hij wordt steeds erger naarmate de branding dichter wordt genaderd. Maar zelfs op afstanden van wel 20 kilometer kan het fenomeen worden waargenomen, dit hangt grotendeels af van de heersende windrichting en windkracht, alsmede het verontreinigingsniveau en eventuele hogere temperaturen. Het zijn deze factoren die ook andere materialen dan roestvast staal voortijdig doen corroderen.

Hoe ontstaat het?

Het samengaan van theevlekvorming en de nabijheid van zout water betekent dat aantasting door chloriden de waarschijnlijkste oorzaak is van het verschijnsel. De corrosie, want zo mag het verschijnsel toch wel worden genoemd, wordt niet op gang gebracht door het eerste contact van het staal met zout water, maar is het gevolg van een geleidelijk stijgende concentratie van zout in groeven in het oppervlak als gevolg van afwisselend indampen en bevochtigen. Dergelijke groeven zijn onder andere het gevolg van het slijpen van het oppervlak. Op afbeelding 2 is schematisch het verloop weergegeven van het met de tijd geleidelijk hoger worden van de zoutconcencentratie in de groeven. Uit dit model kan worden geconcludeerd dat een afwisseling van nat en droog de vlekvorming zal versnellen, omdat er steeds gelegenheid is voor de zoutoplossing om in te dampen waardoor de zoutconcentratie stijgt. Een constant vochtige omgeving zal de vlekvorming juist vertragen, omdat verdamping van de zoutoplossing dan wordt afgeremd. Hoge temperaturen hebben een versnellend effect.



Afbeelding 2 Schematische voorstelling van de toename van de chlorideconcentratie met de tijd.


Een ruw oppervlak bevordert de vorming van theevlekken: hoe gladder het oppervlak, des te minder kans op deze vlekken. Gladdere oppervlakken blijven hoe dan ook schoner tussen reinigingsbeurten en bezitten geen diepe groeven waarin chloriden en andere verontreinigingen zich kunnen nestelen en aldaar moeilijkheden veroorzaken. Beitsen na lassen is dan ook een noodzaak voor goede gebruiksresultaten in de nabijheid van de kust. Deze chemische behandeling verwijdert het hoge-temperatuursoxide dat tijdens het lassen is ontstaan en herstelt de passieve beschermende oxidelaag die het roestvast staal zijn corrosieweerstand verschaft. Maar ook gladde oppervlakken kunnen theevlekken te zien geven in kustgebieden, als ze niet regelmatig worden gereinigd.

Ontwerp, verwerking en gebruik

Een slecht ontwerp en gebrekkige fabricage kunnen leiden tot theevlekvorming of nog ernstiger corrosie van roestvast staal. Zo zal in een goed ontwerp de aanwezigheid van spleten worden vermeden en ook plaatsen waar zich vocht kan ophopen. Vakbekwame verwerkers van roestvast staal zullen verontreiniging met koolstofstaal voorkomen. Bij de keuze van een ontwerper en een verwerker dient de voorkeur uit te gaan naar iemand met ervaring met roestvast staal.

Kies het juiste staaltype

Blootstelling van een bepaald type roestvast staal aan een agressiever milieu dan waartegen het is opgewassen zal bijdragen aan de vorming van theevlekken. Type 316 is de eerste keuze binnen 5 kilometer afstand van de branding. Voor kritische toepassingen, het toelaten van ruwe oppervlakken of de onmogelijkheid van regelmatig reinigen, dient te worden uitgeweken naar hoger gelegeerde roestvaststaaltypen zoals duplex roestvast staal of zogenaamde supertypen. De goedkopere typen zoals 304 en 430 zijn ongeschikt en zullen theevlekken vertonen en mogelijk ernstiger vormen van aantasting.

Installatie en inspectie

Nadat de installatie heeft plaatsgevonden moet de constructie worden geïnspecteerd op oppervlaktegebreken of verontreinigingen. Als die worden aangetroffen, moeten dergelijke fouten worden verwijderd en moet de chemische weerstand worden hersteld door middel van een beits- en/of passiveringsbehandeling of, indien mogelijk, door middel van een elektrolytische polijstbehandeling. Zoutzuur, dat wel wordt gebruikt voor het verwijderen van cement- of mortelresten, mag niet worden gebruikt bij roestvast staal. Het zal het staaloppervlak doen vlekken en het kan aanleiding geven tot ernstige corrosie.

Voorkomen van theevlekken

Een van de hoofdoorzaken van theevlekvorming is zout dat op het staaloppervlak wordt afgezet. Theevlekken ontstaan doorgaans binnen een afstand van 5 kilometer van kusten met branding en tot 1 kilometer in geval van rustige zeewateren. Er is geen ijzeren regel, omdat ook weer en wind een grote rol spelen en de hevigheid van de omstandigheden scherp toenemen naarmate de branding dichterbijkomt.
Hoe dichter bij de bron van het zout, des te kritischer worden de omstandigheden en des te stringenter worden de te nemen maatregelen. Om het risico van theevlekken tot een minimum te beperken geldt dat het staaloppervlak zo glad mogelijk dient te zijn. Een oppervlakteruwheid (Ra) van minder dan 0,5 micrometer wordt sterk aanbevolen. Een No. 4 afwerking betekent alleen schuren met grit 180 en zal dus niet voldoen. Er moet zeker tot en met een gritwaarde van 320 worden geschuurd, omdat hiermee Ra-waarden van minder dan 0,5 micrometer worden behaald. Roestvast staal dat vlak bij de kust wordt opgesteld kan resistenter worden gemaakt door te beitsen, waardoor oppervlakteverontreinigingen worden verwijderd. Elektrolytisch polijsten is nog effectiever. Maar er dient te worden bedacht dat beide oppervlaktebehandelingen het uiterlijk van het oppervlak kunnen veranderen. Beitsen leidt tot een dof gepolijst oppervlak, terwijl elektrolytisch polijsten juist een glanzend oppervlak oplevert. Gladdere fabrieksafwerkingen zoals 2B (voor vlakke producten), blankgloeien of spiegelend polijsten zijn voor bepaalde producten léverbaar en die bieden een hogere weerstand tegen het aankleven van zoutneerslagen en dus een hogere weerstand tegen theevlekken. Koudgewalste oppervlakken hebben zeer gladde oppervlakken en zijn dus zeer goed bestand tegen theevlekken. Voor toepassingen, waarbij het onzeker is of er van regelmatig reinigen sprake zal zijn, moet minimaal van type 316 gebruik worden gemaakt. Worden er verder hoge esthetische eisen gesteld dan is de volgende stap het specificeren van duplex roestvast staal van het type 2205 en daarna super duplex-typen. Austenitisch en ferritisch roestvast staal met hoge molybdeengehaltes kunnen dan ook bruikbaar zijn. Maar ook bij al deze hoger en hoog gelegeerde typen geldt dat het oppervlak glad moet zijn en er toch met enige regelmaat onderhoud wordt gepleegd.



Tabel1 Criteria voor de reinigingsfrequentie.

Pleeg regelmatig onderhoud

Spoelen verwijdert verontreinigingen, zoals zout, die corrosie kunnen veroorzaken en het is derhalve ook nodig om theevlekvorming tegen te gaan. Regen die het oppervlak afspoelt helpt bij het verminderen van vlekvorming, dus bij het ontwerp moet worden getracht te profiteren van regen, maar niet zonder dat goede afwatering verzekerd is. Zorg ervoor dat bij het reinigen van omringende oppervlakken ook het roestvast staal wordt meegenomen. Voor de beste resultaten moet gebruik worden gemaakt van zeep of een zachte detergent en warm water, gevolgd door spoelen met schoon, koud water. Het uiterlijk van het oppervlak kan verder worden verfraaid door het gewassen oppervlak droog te wrijven. Aan de hand van de in tabel 1 gegeven gegevens kan een aan te bevelen reinigingsfrequentie worden afgeleid.

Conclusie

Theevlekvorming op oppervlakken van roestvast staal kan als probleem ontstaan wanneer er aanzienlijke hoeveelheden chloriden in naburig water aanwezig zijn, die in aanraking komen met het metaaloppervlak. Dit is typisch het geval in kustgebieden. Hoewel het fenomeen er niet aangenaam uitziet gaat het om alleen een oppervlakteverschijnsel en hoeft het geen invloed te hebben op de duurzaamheid van het metaal. Een geschikte remedie tegen theevlekvorming omvat het voorschrijven van een voldoende glad oppervlak, het gebruik van een correct staaltype en afdoende onderhoud.