Blog Ko Buijs: Is chroomstaal een inferieur materiaal?
Als men roestvast staal moet toepassen in een bepaald proces dan is het veelal gebruikelijk om de bekende kwaliteiten austenitisch roestvast staal AISI304 (EN 1.4301) en 316 (EN 1.4401) in te zetten. Soms lijkt het wel of er geen andere typen bestaan en mede daarom is deze blog geschreven.
Dat neemt niet weg dat de genoemde roestvast staaltypen prima legeringen zijn maar in bepaalde gevallen is er ook niets op tegen om ferritisch chroomstaal te overwegen en toe te passen. Vaak komt er dan een reactie dat dit qua corrosieprestaties niet kan wedijveren met de genoemde austenitische typen maar dat is zeker niet altijd het geval. Ook denkt men dat ferritische soorten minderwaardig zijn omdat deze magnetiseerbaar zijn en ook dat is zeer betrekkelijk want duplex trekt immers ook aan een magneet vanwege de 50% ferriet die daarin aanwezig is. M.a.w. chroomstaal is helemaal geen inferieur materiaal en het is in bepaalde gebieden juist prima inzetbaar.
Ferritische typen bezitten juist bepaalde voordelen in vergelijking met austenitische typen zoals:
1. De uitzettingscoëfficiënt is ongeveer 1,5x lager dan die van austenitisch roestvast staal en ongeveer net zo groot als die van koolstofstaal en dat is een behoorlijk voordeel tijdens het lassen maar ook om thermische vermoeiing tegen te gaan;
2. Ook een belangrijke factor is het warmtegeleidingsvermogen dat aanzienlijk beter is dan die van de bekende austenitische kwaliteiten. Deze waarde is voor ferritisch roestvast staal 23W(m.K) terwijl deze voor austenitisch roestvast staal AISI 316 slechts 12W(m.K) is. Dat betekent een interessant voordeel indien men met warmteoverdracht te maken heeft;
3. Dankzij de twee hierboven genoemde voordelen heeft men ook beduidend minder hechtlassen nodig voordat men gaat aflassen;
4. Ferritisch chroomstaal is beduidend harder en slijtvaster dan austenitisch roestvast staal en bovendien zijn de mechanische waarden beter waardoor men in principe lichter kan construeren;
5. Ferritisch roestvast staal is ongevoelig voor spanningscorrosie in tegenstelling tot de austenitische soorten;
6. In zwavelhoudende gasmilieus zijn ferritische chroomstaalsoorten te prefereren boven de austenitisch kwaliteiten.
7. Het is minder gevoelig voor koudversteviging zoals bij de austenieten;
8. Chroomstaal is aanzienlijk goedkoper in aanschaf dan de austenitische kwaliteiten omdat het dure nikkel ontbreekt.
Als nadeel kan men stellen dat de breukrek beduidend lager is dan die van austenitisch roestvast staal en de vervormbaarheid is minder goed. Ook verbrost het bij lage vriestemperaturen terwijl austeniet tot aan cryogene temperaturen taai blijft.
Deze blog is derhalve geen pleitbezorger voor ferritische chroomstaalsoorten maar is bedoeld om mogelijke misverstanden te voorkomen.
Over het algemeen is bekend dat chroomstaal over een mindere corrosiebestendigheid beschikt dan AISI 304 en 316 maar dat gaat toch niet altijd op. Daarom wordt vooral aandacht gevraagd voor chroomstaaltype AISI 444 (EN 1.4521) omdat deze legering naast 18% chroom ook 2% molybdeen bevat en bovendien gestabiliseerd is met een half procent titaan en niobium. Het molybdeen zorgt ervoor dat de algemene corrosieprestaties zelfs dicht in de buurt komen van die van type AISI316 (1.4401), Bovendien is het net als andere chroomstalen niet gevoelig voor spanningscorrosie zoals eerder is gesteld.
De rekgrens 0,2% van AISI 444 ligt ook beduidend hoger dan die van de austenitische soorten en dat levert ook voordelen op omdat men in principe lichter kan construeren. De rekgrens is immers de mechanische spanning waarbij een materiaal blijvend vervormt. De breukrek is ongeveer de helft van die van AISI 304 maar het betreft toch nog van een respectabele hoogte zoals dat te zien is in onderstaande tabel.
EN AISI Rekgrens 0,2% MPa Treksterkte MPa Rek %
1.4521 444 275 – 300 N/mm2 420 - 640 N/mm2 20%
1.4301 304L 180 – 190 N/mm2 460 - 680 N/mm2 40%
Mechanische waarden van chroomstaal AISI 444 en austenitisch roestvast staal AISI 304.
Zowel in Europa en China worden dit soort chroomstalen gemaakt en desgewenst geleverd op coil. Het zal duidelijk zijn dat dit type beduidend goedkoper is dan AISI316L omdat het relatief dure nikkel ontbreekt.
De PREn waarde staat voor Pittting Resistance Equivalent en het vormt een indicatie in hoeverre een roestvast type gevoelig is voor putcorrosie. Empirisch is bepaald dat boven een waarde van 40 deze gevoeligheid voor putcorrosie praktisch te verwaarlozen is. Dat is bijvoorbeeld het geval met superduplex en hoogwaardige typen zoals 904L en 254SMO.
De formule luidt: PREn = %Cr + 3,3%Mo + 16%N. Het is vermeldenswaardig dat het element nikkel niet opgenomen is in deze PREn formule omdat de invloed om putcorrosie te voorkomen blijkbaar geen rol speelt.
Na het berekenen blijkt dat de PREn-waarden voor AISI 304, 316 en 444 respectievelijk 18, 24 en 25 zijn. M.a.w. chroomstaal AISI 444 (1.4521) heeft zelfs een marginale betere weerstand tegen putcorrosie dan AISI316. Dit heeft ertoe geleid dat dit materiaal volop wordt ingezet in warmtewisselaars, heetwater toepassingen zoals boilers en verwarmingselementen. Ook treft men het steeds meer aan als buizen in waterleidingsystemen. Daarom is het chroomstaaltype 1.4521 zelfs goedgekeurd als materiaal voor drinkwatertoepassingen door de Duitse DVGW en Zwitserse SVGW.
www.innometconsultancy.nl
