Door N.W. Buijs Metaalkundige Innomet b.v.
www.innomet.nl
Een kenmerk van metalen is hun kleine elektronennegativiteit waardoor de elektronen niet sterk aan de atoomkern verbonden zijn Ze vormen daardoor gemakkelijk positief geladen ionen en kunnen met stoffen reageren die negatief geladen ionen vormen waarbij een corrosieproduct ontstaat Des te edeler een metaal is des te moeilijker een metaal reageert Metalen die niet reageren met zuurstof en water worden edel c.q. passief genoemd Onedele metalen vertonen wel corrosie
Volt
2 1,5
Actieve metalen
Passieve metalen
1 0,5 0 -0,5 -1 -1,5 -2 Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Ni
De edelheidsreeks
Sn
Pb H Sb 1
Cu
Ag
2
3
1 = 13% chroomstaal 2 = AISI 304 3 = AISI 316
Au
Pt
Beiden reageren met zuurstof omdat zij onedel zijn (edele metalen doen dat niet) Reactieve metalen reageren met zuurstof zonder de aanwezigheid van een elektrolyt Voorbeelden zijn aluminium, titaan, chroom, zirkoon e.d. want zij vormen een metaaloxidehuid die het onderliggende metaal afsluit IJzer daarentegen vormt met zuurstof en water ijzerhydroxide: 2Fe + 2H2O + O2 Æ 2Fe(OH)2 Bij zeer hoge temperaturen verbrandt het wel spontaan tot ijzeroxide FeO
Zorgt ervoor dat het elektrolyt niet bij het actieve metaal kan komen Op deze wijze kan men corrosie voorkomen Indien de huid beschadigd raakt, zal deze zichzelf repareren dankzij zuurstof uit de lucht mits er niet teveel halogenen aanwezig zijn Het voorkomt ook dat er metaalionen uittreden waardoor vele metalen en legeringen met zo’n huid in bijvoorbeeld voedingsstromen kunnen worden toegepast
Chroom heeft een dichte chroomoxidehuid Door chroom te legeren in ijzer krijgt men bij voldoende chroom een dichte taaie oxidehuid die perfect past op de grondmatrix van het staal; dit in tegenstelling met ijzerhydroxide dat veel meer ruimte nodig heeft
Cr
Fe
Op zich een economisch interessant metaal met een relatief korte levensduur Speciale anodes helpen de levensduur te verlengen maar het bereik is vaak niet ver genoeg om in de pijpen of tussen de pijpen bescherming te geven Daarom wordt het beperkt en meestal beschermd toegepast Het gebruik van coatings of inhibitoren geeft een substantiële verbetering
Is een ijzerlegering met minaal 10,5% chroom en veelal ook nikkel en molybdeen dat een zekere vastheid geniet tegen corrosie mits men aan de voorwaarden voldoet Is bepaald niet onderhoudsvrij want het is geen edel metaal zoals goud of platina; het gedraagt zich edel dankzij een afgesloten oxidehuid Er gaan nog steeds veel roestvast staal verloren door foutieve legeringkeuzes, verkeerde verwerkingsmethodes en vooral door onkunde
AISI 316 (17%Cr/11%Ni/2%Mo) is ontwikkeld als zeewaterbestendige kwaliteit maar dat valt in de praktijk bijzonder tegen Zelfs superduplex en roestvast staal met 6% molybdeen (Mo) geven nog regelmatig problemen (vooral spleetcorrosie) Ook microbieel geïnduceerde corrosie (MIC) speelt vaak een grote rol Daarom vooral problemen bij stilstand (vooral) in dode hoeken en op ruwe doorlassingen
Zeer goed bestand tegen stilstaand zeewater, brakwater, rivierwater e.d. Gevoelig voor erosie-corrosie; dus voor turbulentie Daarom minder geschikt voor platenwarmtewisselaars Ook regelmatig problemen bij inlaat/uitlaat van pijpenwarmtewisselaars Voorbeelden zijn cupronikkel en cunifer
Het ultieme metaal in zeewater Fabrikanten geven minstens 40 jaar garantie in zeewater zonder enige bescherming Titaan grade 1 3.7025 R50250 Titaan grade 2 3.7035 R50400 Titaan grade 3 3.7055 R50550 Titaan grade 4 3.7065 R50700 Titaan grade 7 3.7235 R53400 Titaan grade 11 3.7225 R52250
Harde en moeilijk te verwijderen oxidehuid Gladde oxidehuid geeft weinig hechting Relatief hoge mechanische waarden Uitmuntende corrosiebestendigheid Goede weerstand tegen erosie waardoor dunne wanddiktes mogelijk zijn Oppervlak bevordert een druppelvormige condensatie en dat leidt tot een hoger rendement (hogere vloeistofsnelheden) Relatief duur Gevoelig voor trillingen
SP SG UC EW EM NP WGC
Ti 1600 4,51 8,4 48,2 105 -1,63 16,2
Al 660 2,70 24 2,68 70 -1,66 210
Cu Fe 1084 1536 8,94 7,86 17 12 1,72 10 120 200 +0,4 -0,44 385 50
RVS316 ± 1400oC ± 7,9 ± 17.10-6/K 74µΩcm 197 GPa ± +0,4Volt ± 15.10-6/K
SP = smeltpunt
SG = dichtheid
UC = uitzettingscoëfficiënt
EW = elektrische weerstand
EM = elasticiteitsmodules
NP = normaal potentiaal
WGC = warmtegeleidingcoëfficiënt
Chemie, petrochemie en elektriciteitscentrales Warmtewisselaars, vaten en pijpleidingen Afsluiters en regelkleppen Vliegtuigbouw en ruimtevaartuigen Utiliteitsbouw zoals dakbedekking en gevelplaten Implantaten zoals heup- en kniegewrichten Maritiem en offshore Sieraden mede dankzij kleurvorming Brilmonturen Geheugenmetaal Sportartikelen t.b.v. tennis en golven
‘General purpose’ legeringen zoals Monel® en Incoloy® ‘High Performance’ legeringen zoals Hastelloy® en Inconel® Monel, Incoloy, Nimonic en Inconel zijn geregistreerde handelsmerken van Inco Family of Companies Hastelloy is een geregistreerd handelsmerk van Haynes International Prima alternatieven zijn leverbaar in o.a. UNS en de EN normeringen (zogenaamde Alloys) Voorbeelden zijn Nicorros® en Nicrofer® van ThyssenKrupp
Toepassingen primair in de chemische industrie maar ook offshore en ovenbouw Nickel alloy 200 en 201® Nickel alloy 400 en K500® Nickel alloy 600 en 601® Nickel 800, 800H en 800HT® Nickel alloy 825®
Toepassingen primair in de chemische industrie (zeer zwaar chemisch belaste delen) Nickel alloy C4, C276, C22 en C2000 Nickel alloy B2 en B3 Nickel alloy 625 Nickel alloy 59 Haynes 230
Metal dusting bestendig
Een definitie voor corrosie is een ongewenste aantasting van een metaal t.g.v. chemische of elektrochemische reacties aan het metaaloppervlak door componenten die in de omgeving aanwezig zijn Men noemt een materiaal corrosievast of roestvast als in waterige milieus geen of slechts een zeer beperkte aantasting optreedt
Zonder zuurstof geen putcorrosie Critical Pitting Temperature (CPT) bepaalt de geschiktheid in steriel zeewater Bij kouder zeewater (Noordzee) minimaal duplex 2205 dat gechloreerd dient te worden Bij warmer zeewater (tropen) minimaal superduplex of roestvast staal met 6% Mo Bij natuurlijk zeewater is doorstroming belangrijk PREn = %Cr + 3,3%Mo + 16%N PREn staat voor Pitting Resistance Equivalent
Verhoogde gevoeligheid in zeewater vanwege lage specifieke weerstand Zuurstofverschil is motor achter spleetcorrosie Titanium grade 2 is gevoelig vanaf 80 ºC en daarom grade 7, 11 of 12 toepassen Me ÆMe+ + e O2 +2H2O + e Æ 4OHIn een spleet raakt de zuurstof op Me+ trekt chloorionen aan Me+Cl- +H2O Æ MeOH + HCl Zuurgraad wordt extreem laag met corrosie tot gevolg
Ontstaat als twee verschillende metalen die elektrisch met elkaar verbonden zijn in contact staan met een elektrolyt Een goed voorbeeld is de zinkanode op een stalen scheepshuid (een gewenste vorm van corrosie) Het bewerkstelligt een batterijeffect Bestrijding door het systeem elektrisch te isoleren Roestvast staal kan hieronder aangetast worden maar kan het ook veroorzaken Schepen: brons/staal, veerboten: staal/aluminium, caisons: roestvast staal/staal
Wordt veroorzaakt door chroomcarbiden Komt praktisch niet voor bij AISI 304L en 316L maar wel bij 304 en 316 Formule is Cr26C6 en dat betekent een versnelde lokale chroomverarming Men kan dan plaatselijk onder de 10,5% chroom komen waardoor op die plaatsen activatie ontstaat Het treedt op na een thermische belasting en in het sensitieve gebied Remedie is om dit gebied te mijden door af te schrikken in water of geforceerde lucht
Chroomverarming op korrelgrenzen
= Voldoende chroom
= Chroomcarbide
Corrosie
= Chroomarme zone Electroliet
A u s t e n ie t
k r is t a lle n
Ontstaat boven de 50 - 60ºC Loopt dwars door de kristallen heen Komt door trekspanningen, uitwendig of inwendig (deformatie en door het lassen) Vaak vanaf buitenzijde (ook onder isolatie) Duplex is aanzienlijk beter bestand tegen deze vorm van corrosie Voorkom zoveel mechanische spanningen Ook micropeenen is een remedie vanwege drukspanning in het oppervlak
Treedt bijvoorbeeld door het afsterven van zwavelreducerende bacteriën die dan uiteindelijk zwavelzuur kunnen generen Bestrijden met natriumhypochloriet Het is een sterk toenemend probleem
Kathodische bescherming bestrijdt corrosie omdat de stroom, die het corrosiemechanisme vraagt, niet wordt geleverd door het metaal maar door een anode of door een voeding Dit kan tegenwoordig met intelligente anodes die de geleidbaarheid meten van het elektrolyt waar het systeem aan blootgesteld is Daarom nooit geen onder- of overbescherming meer Geen verbrossing van de ferrietzone in duplex Geen coating deblistering
Zeewaterliftpompen Warmtewisselaars Kolommen Filters e.d.
www.innomet.nl
