De sushi, massatransport en corrosie trilogie

Strak georganiseerd en netjes in het pak, dat is het minste wat je kan zeggen van de vele heerlijke sushihapjes die uit de Japanse maatschappij zijn overgewaaid. De strakke organisatie uit zich in een welbepaalde volgorde die bij de opbouw van de sushi moet worden gerespecteerd. Het nette pak wordt vertegenwoordigd door de versheid van de ingrediënten en het majestueuze uitzicht uitgaande van een veelal mondpassend gerecht.

© Frans Vos, General Manager Materials Consult bvba

iStock, vitalssss.


Strak georganiseerd en netjes in het pak zijn ook de vele Japanners die dagelijks in ochtend- en avondspits het welgeorganiseerde verkeer in Tokio, Kobe en andere Japanse grootsteden trotseren. Als je het nog niet live hebt meegemaakt, werden er via je netvliezen al zeker mediabeelden van de overbevolkte, maar toch steeds stipt rijdende Japanse metrostellen naar je hersenen gebracht. Van efficiënt massatransport gesproken.

Als je dan naar bepaalde Japanse restaurants gaat, heb je de combinatie van beiden. Sushi’s die via een lopende band netjes opgelijnd en ‘al dan niet en masse’ de hongerige magen bereiken. U besefte het misschien nog niet, maar de snelheid en frequentie waarmee uw favoriete kleurrijke hapje uw  hongerige zelve bereikt, is afhankelijk van het uur waarop u ter tafel schrijdt. Arriveer je bij aanvang van een ‘service’ – zoals je dat tegenwoordig moet noemen – of al bijna aan het eind, een andere culinaire ervaring zal uw aandeel zijn.

Scenario 1: Je komt aan bij aanvang van de service. De koks – uiteraard ook strak in het witte pak -  plaatsen de 20 verschillende soorten sushi netjes één voor één op de band. Het is net een kralenketting waar bolletjes met diverse kleuren elkaar steeds in eenzelfde kleurenvolgorde opvolgen. Neemt er iemand net voor jouw neus jouw favoriete sushi van de band, geen nood, want snel erna volgt dat specifieke sushi’s evenbeeld om alsnog toe te kunnen happen. Arriveer je dus bij het begin van de service, dan hoef je allesbehalve lang op het door jouw gegeerde kleinood te wachten. Sushi’s passeren en masse je neus en er komt geen enkel moment waarop het massatranssport jouw eetlust zal doen wachten, ook niet als je voor jouw favoriete schoteltje gaat.

Scenario 2: Je arriveert tegen het einde van de service. De koks – nog steeds in strak pak, nu wit met misschien al wat culinaire vlekken – zien met lede ogen de aantallen bezoekers aan hun tafels al wat afnemen. De band staat dus niet meer helemaal vol, want de koks maken al wat minder van die begeerde Japanse hapjes om te vermijden dat er al teveel bij het afval belanden. Bijkomende situatie: 5 van de 20 sushi’s zijn die dag duidelijk wat minder in trek, dus daarvan gaan de koks er verhoudingsgewijs ook al heel wat minder maken. En dan ben jij natuurlijk net die restaurantbezoeker met net die smaakpapillen die je net bij 1 van die 5 sushi’s naar het opperste culinaire genot brengen. En als klap op de vuurpijl is er dan nog die ene persoon die aan een tafeltje zit dat door de immer draaiende transportband vóór jouw wordt gevoed. Net die ene die blijkbaar hetzelfde smaakgevoel heeft als jou en dus met jouw lievelingshapje gaat lopen.

De late aankomst maakt dat je berehonger hebt, maar net op dat ogenblik wordt je eetlust geremd door een ander massatransportregime dan dat dat je had mogen genieten als je een uurtje eerder je benen onder tafel had geschoven.

Naast het culinaire genot en het genieten van het fijne gezelschap leidt heerlijk tafelen ook tot allerhande zich in ons lichaam afspelende chemische processen. Een deel van die processen brengen je hersenen binnen afzienbare tijd naar het zaligmakende gevoel van verzadigdheid. Kom je vroeg in de service dan kan je dat gevoel snel en op basis van je favoriete hapjes bereiken. Kom je laat, dan zal het wat langer duren alvorens de verzadigdheid je komt verblijden, helemaal zeker als je dan ook nog telkens gaat wachten op dat ene van die vijf uit de twintig hapjes.

Kom je vroeg, dan zal het bereiken van de verzadigdheid niet worden gecontroleerd door de hoeveelheid en de frequentie van de verschillende sushi’s die aan jouw tafeltje passeren. Kom je laat, wordt het wachten en word je gevoel van verzadigdheid wel gecontroleerd door de hoeveelheid en frequentie van die ene sushisoort die je watertandend doet verlangen naar 'nog eentje van hetzelfde'.

Kom je vroeg, dan zijn de chemische processen die tot verzadiging leiden niet gecontroleerd door het sushi-massatransport. Kom je laat, dan kom je enkel via sushi-massatransport-gecontroleerde processen tot een mijn-maag-is-vol-gevoel.

Het is net zo met vele chemische reacties. Zo zal het risico op intergranulaire corrosie in austenitische roestvast stalen in ruime mate mee worden bepaald door het al dan niet gecontroleerd verloop van het massatransport van chroomatomen doorheen het roestvast staal. Bij lassen van roestvast stalen kan een massatransport gecontroleerd verloop van de chroomdiffusie leiden tot zogenaamde ‘sensitisatie in de hitte-beïnvloede zone (HBZ) van de las’. Als die HBZ inderdaad ‘gesensitiseerd’ is, stijgt het risico op intergranulaire corrosie in de HBZ van zodra het roestvast staal in contact komt met water. Zonder al te veel in detail te willen gaan, kunnen de grote lijnen van dit mechanisme als volgt worden beschreven:

De corrosiebestendigheid van roestvast staal wordt in ruime mate bepaald door de aanwezigheid van chroom dat aan de oppervlakte reageert met zuurstof ter vorming van chroomoxide. Hierdoor ontstaat aan het oppervlak van roestvast staal een zogenaamde passivatielaag, die op zich een mengeling is van chroomoxide en ijzer(hydr)oxides. Hoe meer chroomoxide, hoe beter de bescherming, waarbij voor moderne roestvast stalen een gehalte van 10.5 gewichtsprocent chroom als minimumvereiste wordt gehanteerd om tot een afdoende corrosiebescherming te komen.

Net zoals de persoon die zonet in het Japans restaurant met jouw favoriete sushi aan de haal ging, zijn er ook in roestvast staal kapers op de kust; kapers die, net zoals zuurstof, graag in verbinding gaan met chroom. De kapitein van de kapers draagt de naam ‘koolstof’. Het chroom in roestvast staal zal voor een gedeelte niet met zuurstof verbinden, maar ook gedeeltelijk met koolstof ter vorming van chroomcarbiden. Dit proces is onvermijdelijk, maar moet zo goed mogelijk worden afgeremd. Immers, elk chroomatoom dat met koolstof verbindt, is niet meer beschikbaar voor de vorming van het tegen corrosie beschermende chroomoxide.

Bij de groei van chroomcarbiden speelt diffusie een belangrijke rol. Koolstof- en chroomatomen moeten immers doorheen het ijzerrooster naar elkaar toe bewegen om samen chroomcarbiden te vormen en te doen aangroeien. Koolstof is t.o.v. de gaten in het ijzerrooster dermate klein dat de bedoelde diffusie redelijk gemakkelijk verloopt, zeker bij hogere temperaturen zoals in de hitte-beïnvloede zone tijdens het lassen. Het chroomatoom is echter van ongeveer dezelfde omvang als het ijzeratoom, waardoor de diffusie van chroomatomen doorheen een ijzerrooster veel moeilijker verloopt dan bij koolstofatomen. Dat betekent ook dat de chroomdiffusie in bepaalde omstandigheden trager dan verwacht kan verlopen. Vrije chroomatomen die reeds vlak bij een groeiend chroomcarbide zijn, kunnen in die omstandigheden nog bij het carbide aansluiten, maar daarna is het even wachten tot er nieuwe chroomatomen in de nabijheid van het carbide zijn, of met andere woorden: Het is wachten op je favoriete sushi in de late service. Het gevolg is dat er rondom de chroomcarbiden tijdelijk een zone met verlaagd chroomgehalte ontstaat (de lege plaatsen op de sushi-transportband). Indien in die toestand het staal een dermate lage temperatuur bereikt dat de diffusie van chroom quasi stilvalt, bv. bij versneld afkoelen, zullen de chroom-verarmde zones rond de chroomcarbiden ook bij kamertemperatuur aanwezig blijven (de sushi-transportband valt stil). Indien in de chroom-verarmde zones het vrije chroomgehalte dan lager is dan 10.5 gewichtsprocent ontstaat er een verhoogd corrosierisico. Aangezien de meeste chroomcarbiden worden gevormd op de korrelgrenzen van een roestvast staal, betekent dit derhalve een verhoogd risico op intergranulaire corrosie.






Of rond de chroomcarbiden dergelijke ‘gesensitiseerde’ zones met een te laag vrij chroomgehalte kunnen ontstaan, is afhankelijk van diverse factoren, maar onder andere de samenstelling van het staal en de afkoelsnelheid na warme vormgeving en/of lassen zijn daarbij belangrijke parameters. Het belang van de samenstelling wordt bijvoorbeeld geïllustreerd door het verschil tussen een AISI 304 en een AISI 304L roestvast staal. De ‘L’ wijst daarbij op een verlaagd koolstofgehalte in het staal (< 0.03 gew.%), waardoor er automatisch een verlaagd risico op de vorming van chroomcarbiden en dus ook op sensitisatie ontstaat. De afkoelsnelheid dient dan weer voldoende hoog te worden genomen om het voor sensitisatie kritische temperatuurgebied van 500 à 800°C voldoende snel te doorlopen opdat er rond de chroomcarbiden voldoende vrij chroom aanwezig zou blijven om de corrosiebestendigheid te vrijwaren. De vorming van chroomcarbiden verloopt immers het vlotst in de zone tussen 500 à 800°C

Het moge duidelijk zijn: intergranulaire corrosie van roestvast stalen vermijden is geen eenvoudige klus. Ik begrijp dan ook volledig dat omwille van onvolledigheid en te-kort-door-de-bocht-verhalen menig corrosiekenner mij nu zal willen kielhalen, maar toch ga ik u hier de verdere details besparen. Het volledige verhaal is inderdaad heel wat complexer dan dat ik op enkele bladzijden kan weergeven, maar ik hoop toch dat ik in grote lijnen en zonder te vervelen u het ontstaan van intergranulaire corrosie bij roestvast stalen heb kunnen verklaren.   
Met dank aan de inspirator van het verhaal: een transportband die, toegegeven, omwille van mijn late aankomst mij in massatransport gecontroleerd regime op mijn geliefde eerbiedwaardige sushi deed wachten. 

En tot slot ...

We staan er zelden bij stil, maar massatransport-gecontroleerde reacties zijn er in alle sectoren en vele van hun processen. Ze doen zich voor in de maakindustrie, de energieproductie, farmacie, biologie, in de voeding (leve sushi en ook meer en meer tapas op een transportband) en niet te vergeten, het vervoer. Dat laatste gaat niet alleen over metro’s in Japan, maar ook over ...

Rijdt het vlotjes op de baan of met de trein? Dan is er geen massatransport-gecontroleerde verplaatsing van de voertuigen.
Is het aanschuiven geblazen? Dan hebt u te lijden onder een massatransport-gecontroleerd vervoersproces.

En tot slot nog een tip voor zij die dromen van efficiënte transportsystemen (al dan niet voor sushi), creatieve 3D-printsystemen (een sushi samenbouwen met 3D-technieken?) en andere innovaties in de maakindustrie: bij uw bezoek aan de ESEF/Technishow neemt u aan de ingang best die toegangslijn waar zich geen, en anders een zo weinig mogelijk massatransport-gecontroleerd aanschuifproces voordoet; tenzij aanschuiven één van uw hobby’s is.

Veel maak- en smaakplezier !

PS: Die tip werkt uiteraard ook voor uw pretparkbezoek in de komende Paasvakantie. Aan de ingang is het misschien wel aanschuiven geblazen, maar eenmaal in het park kan een kleine herinnering aan dit artikel u lange wachtrijen en bijhorend ‘zijn we er nog niet?’ gevraag aan de attracties besparen.

Geniet ervan!