ROSTFRITT STÅL OCH KORROSION. av Claus Qvist Jessen

ROSTFRITT STÅL OCH KORROSION av Claus Qvist Jessen

Rostfritt stål och korrosion av Claus Qvist Jessen 1. utgåvan, 1:a upplagan 2011 2011 Damstahl a/s Alla rättigheter förbehålles. Redaktion Claus Qvist Jessen och Damstahl Layout och illustrationer Rune Bøttzauw Foto Claus Qvist Jessen Omslagsfoto Claus Qvist Jessen / Damstahl Omslag Lia Johnsson / KAN AB Tryck Förlaget Møller & Nielsen Sättning och ombrytning Förlaget Møller & Nielsen Översättare LanguageWire A/S Mångfaldigande eller reproduktion av innehållet är inte tillåtet utan skriftlig tillåtelse från Damstahl a/s www.damstahl.se ISBN 978-91-633-978-9 Tryckt i Danmark 2011

FÖRORD För de flesta människor är rostfritt stål ett bruksmaterial med mängder av fina egenskaper. Det är fint och blankt och lätt att rengöra, det utstrålar kvalitet och så är det - precis som namnet antyder - rostfritt. Eller är det verkligen det? Tyvärr är det inte alltid så. För även om rostfritt stål i de allra flesta fall håller sig både snyggt och rostfritt går det ibland snett och stålet börjar rosta. Hur kan detta komma sig? Gräver man lite i litteraturen för att hitta en förklaring, hamnar man lätt i en tung och kryptisk ingenjörsvärld fylld av trista ekvationer och formler. Däremot finns det inte mycket som kan läsas och förstås av gemene man. Den här boken är ett försök att täppa igen den luckan, för till skillnad mot nästan alla andra böcker om rostfritt stål, korrosion och metallurgi är den inte skriven för fullfjädrade ingenjörer. I stället vänder sig boken till yrkesutbildade hantverkare som vill vidga sina vyer på området rostfritt stål. Oavsett målgrupp skrivs ingen bok i ett vakuum och jag vill rikta ett särskilt stort tack till Damstahls verkställande direktör Mikael Sthaalros, som lider av samma smittsamma åkomma som jag själv: Vi tycker nämligen att teknisk kunskap är både spännande och intressant och spännande kunskap ska man dela med sig av och då helst på ett lite lekfullt sätt så att läsaren inte somnar. Kunskap är inte mycket värd om den inte sprids på rätt ställen. På det ämnesmässiga planet vill jag rikta ett stort tack till i synnerhet Erik-Ole Jensen, Arla Foods amba och professor Per Møller från MEK, DTU samt Torben Henriksen, Migatronic A/S, Jesper Nielsen, Preben Z. Jensen A/S och Jon Kold, Stålcentrum som alla lämnat värdefulla bidrag till denna bok. Vidare vill jag tacka mina före detta kolleger på FORCE Technology och Cleanodan A/S / Steel-Tech ApS, båda i Brøndby, för ett givande och konstruktivt utbyte av tankar och erfarenheter. Det är svårt att vara expert på allt och jag blir i vart fall aldrig för gammal för att lära mig mer. Jag vill också rikta ett stort tack till alla mina fina kolleger på Damstahl och Damstahls många kunder och de studenter som under de senaste fyra åren bombarderat mig med så många konstruktiva frågor att det nu blivit en hel bok av alla svaren. Det skadar inte att bygga broar mellan vetgiriga kunder och Damstahls rostfria hjärnceller. Sist, men inte minst, förtjänar min hustru Annette ett stort tack för sitt oändliga tålamod med de senaste årens excessiva skrivande. Inte nog med att arbetet med boken gått ut över hemtrevnaden och att det förekommit en hel del nattmanglingar. Hon har även fått sitt köksbord belamrat av allehanda tingestar av rostfritt stål som utsatts för dekorativa korrosionsangrepp. Ingenting går upp mot ett snyggt punktfrätningsangrepp eller ett exempel på spänningskorrosion mitt upp i köttfärs, sallad och lök... Skanderborg, mars 2011 Claus Qvist Jessen cqj@damstahl.com www.damstahl.dk III

Rostfritt stål och korrosion MIKAEL STHAALROS IV

VAR SÅ GOD! En del av er sitter kanske med boken i handen och tänker: "Varför ger Damstahl ut en bok i stället för att koncentrera sig på att sälja stål?" Svaret är enkelt: Därför att vi vill vara bäst i världen på att ha kunder! Och för detta krävs: Att vi bidrar maximalt till våra kunders konkurrenskraft och lönsamhet. Att vi i egenskap av samarbetsparter vill mycket mer än att bara köpa och sälja. Att vi ställer vår stora kompetensmassa till våra kunders förfogande - på Damstahl finns fullt av spännande kunnande och erfarna medarbetare. Jag är glad att Claus tog på sig uppgiften att "tömma sitt ljushuvud" och dela med sig av sina stora och omfattande kunskaper med oss alla. Generöst! Dessutom är jag tacksam för att Claus har skrivit boken på ett så levande och inspirerande sätt att även jag kan förstå innehållet. Jag överlämnar stolt boken till alla med intresse för rostfritt stål. I vind och väder Mikael Sthaalros Koncerndirektör, CEO Damstahl a/s V

Rostfritt stål och korrosion PER MØLLER VI

Håll i boken! "Rostfritt stål och korrosion" är en bok som är värd att ha i sin ägo oavsett om man är hantverkare, studerande, arkitekt, ingenjör eller kanske till och med materialforskare. Boken börjar med en presentation av huvudgrupper och användningsområden för rostfritt stål. Därefter går man vidare till metallurgin, bl.a. med en genomgång av Schäffler-diagrammet. Efter en beskrivning av de mekaniska egenskaperna för de olika ståltyperna analyseras de enskilda legeringsämnenas betydelse. Naturligtvis med särskilt fokus på legeringsämnet nickel vars höga pris på senare år fått priserna på rostfritt stål att skjuta i höjden. När sådant inträffar är det många som frågar sig om man verkligen behöver nickel i rostfritt stål. Detta är en fråga som boken besvarar på ett tämligen utförligt och nyanserat sätt. Så kommer vi till korrosion. Korrosion kostar oerhörda pengar och utgör i storleksordningen 5 % av ett lands bruttonationalprodukt. Det går inte helt att undkomma korrosionsskador men undersökningar visar att kostnaderna för korrosion kan reduceras betydligt, med ända upp till 30 %, om man bara har rätt kunskaper. Författaren har därför gjort rätt i att viga en tredjedel av boken åt detta problem. Här finns bokstavligt talat pengar att hämta om man går rätt till väga. Kapitel 8 lotsar med säker hand alla genom djungeln av Werkstoff-nummer och EN-beteckningar. Kapitlet följs av en genomgång av leveransformerna för rostfritt stål med fokus på allt från ytor på plåt och coils till rör och rördelar. Bearbetning är nästa naturliga fokusområde. Boken illustrerar nämligen klart och tydligt att man även efter att ha köpt ett optimalt material snabbt kan ställas inför nya problem. Detta gäller inte minst om materialet ska svetsas, men även enkla ingrepp som klippning, sågning och skärning kan bjuda på utmaningar. Efter bearbetningen går man vidare till ytbehandling som antingen utförs mekaniskt, kemiskt eller elektrokemiskt. Boken tar upp allt från slipning, betning och passivering till elektropolering. Helt symboliskt har kapitel 13 fått rubriken "När olyckan varit framme". Ett kapitel som följs av tips och goda råd för kontroll som syftar till att förebygga eller åtgärda korrosionsskador. I slutet av boken finns en ordlista och termförklaringar samt nyttiga hänvisningarna vilket bidrar till en fullständig överblick. Boken är författad på ett lätt och ledigt språk. Det är nästan som att höra författaren själv tala. Han försöker hålla läsarens intresse vid liv och släpper inte taget om läsaren förrän budskapet är förmedlat. Det är svårt att lägga boken ifrån sig eftersom den är späckad med nyttig information - information som alla bör få tillgång till. Här kommer en varning till alla nya bokägare: Håll hårt i den! Den hör till de böcker som man inte ska låna ut. Man får nämligen aldrig tillbaka dem! Per Møller Professor i korrosion och ytbehandlingsteknik Institutet för Mekanisk teknik (MEK) Danmarks tekniska universitet, Lyngby VII

INDHOLDSFORTEGNELSE INLEDNING 1 2. ROSTFRITT STÅLS HISTORIA 7 1.1 Harry Brearlys gevärspipor 7 1.2 Tyska austeniter och storpolitiskt manganstål 8 1.3 Nordsjöolja och superstål 9 1.4 Dagens nickelfria ferriter 10 3. TYPER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN FÖR ROSTFRITT STÅL 13 2.1 Austenitiskt, rostfritt stål 13 2.2 Martensitiskt, rostfritt stål 15 2.3 Ferritiskt, rostfritt stål 17 2.4 Duplex, rostfritt stål 20 2.5 Utskiljningshärdat, rostfritt stål (precipitation hardening, PH) 22 4. ROSTFRITT STÅLS METALLURGI 25 3.1 Rostfria strukturer 25 3.1.1 Schäffler-diagrammet 26 3.2 Härdningsmekanismer 28 3.2.1 Martensithärdning 28 3.2.2 Andra härdningsmekanismer 29 3.3 Styrka och hårdhet 30 3.3.1 Styrkeförhållanden för olika legeringar 33 3.3.2 Styrka kontra temperatur 35 3.3.3 Seghet och sprödhet 36 3.4 Termiska förhållanden 38 5. ROSTFRIA STÅLS LEGERINGSTILLSATSER 41 4.1 Legeringstillsatser 41 4.2 Legeringstillsatser, sammanfattning 49

5. ALLMÄNT OM KORROSION 51 5.1 Vad är korrosion? 51 5.2 Överföring av elektroner 53 5.3 Spänningsområde 54 5.3.1 Ädla och oädla metaller 56 5.4 Korrosionspotentialen / blandningspotentialen 57 5.4.1 Mediets betydelse för spänningsserien 58 5.4.2 Mediets elektriska ledningsförmåga 60 5.5 Galvanisk koppling 62 5.5.1 Ytförhållande och katodiskt skydd 64 5.5.2 Elektrolyten galvanisk koppling över och under vattenytan 66 5.6 Passivitet 66 5.6.1 Korrosion av passiverbara legeringar 68 5.6.2 När passiviteten slår fel 69 5.6.3 Fisklinesyndromet 70 6. ROSTFRITT STÅLS KORROSIONSEGENSKAPER 73 6.1 Allmän korrosion 74 6.1.1 Isokorrosionsdiagram 75 6.1.2 Miljöfaktorer i syror 77 6.1.3 Legeringstillsatsernas effekt på allmän korrosion 79 6.1.4 Allmän korrosion i starkt alkaliska medier 81 6.1.5 Transpassivitet och vandrande strömmar 82 6.2 Punktfrätning 83 6.2.1 Miljöfaktorer vid punktfrätning 85 6.2.2 Kritisk punktfrätningstemperatur (CPT) 85 6.2.3 Korrosionspotentialen och ph 88 6.2.4 Orenheter, salter och andra okända faktorer 90 6.2.5 Legeringstillsatsernas effekt mot punktfrätning 92 6.2.6 Pitting Resistance Equivalent, PREN 93 6.2.7 Rost 97 6.2.8 Ferritiska, rostfria stål och nickellegeringar 98 6.3 Spaltkorrosion 100 6.3.1 Mikrobiellt inducerad korrosion (MIC) 103 6.3.2 Bekämpning av spaltkorrosion 105 6.4 Spänningskorrosion 107 6.4.1 Mekanisk dragspänning 109 6.4.2 Miljöfaktorer vid spänningskorrosion 111 6.4.3 Legeringstillsatsernas inverkan på spänningskorrosion 113

6.5 Interkristallin korrosion 115 6.5.1 TTS-diagram och stålets kolhalt 116 6.5.2 Titanstabiliserat, rostfritt stål 118 6.5.3 Interkristallin korrosion vilka medier? 119 6.6 Tid 120 6.7 Kan man stoppa korrosionsangrepp i rostfritt stål? 121 6.8 Rostfritt stål i kontakt med andra metaller 124 6.8.1 Rostfritt stål och andra metaller ovanför vattenytan 126 6.9 Rostfritt stål för livsmedelstillämpningar 128 6.9.1 Ståltyper för livsmedelstillämpningar 128 6.9.2 Registrering och godkännande 130 6.9.3 Hygienisk utformning och drift 130 7. KORROSION OVANFÖR VATTENYTAN 133 7.1 Miljön ovanför vattenytan 133 7.2 Punktfrätning ovanför vattenytan 134 7.2.1 Kontakttiden 136 7.2.2 Konstruktions- och vädermässiga förhållanden 138 7.2.3 Avdunstning och kritisk luftfuktighet 139 7.3 Inomhusförhållanden 140 7.4 Spänningskorrosion ovanför vattenytan 141 8. ROSTFRIA STANDARDER 145 8.1 EN/W.Nr.-systemet 146 8.1.1 Kurznahmen 149 8.1.2 Legeringstabell, EN-systemet 149 8.1.3 W.Nr. till EN 154 8.2 AISI-systemet 154 8.3 UNS-systemet 158 8.4 Det svenska SS-systemet 159 8.5 Jämförelse av standarder 161 8.5.1 Jämförelse av syrafasta stål 163 8.6 Gjutlegeringar 165 8.7 Standarder för skruvar och muttrar 167 9. LEVERANSFORMER OCH -STANDARDER 169 9.1 Plåt och coils 169 9.1.1 Ytskick, plåt 170 9.1.2 Mönstervalsade och färgade rostfria plåtar 174

9.2 Rör 175 9.2.1 HF-svetsade och Super Dairy-rör 177 9.2.2 Sömlösa rör 179 9.2.3 Profilrör och ämnesrör 180 9.3 Långa produkter 181 9.4 Fittings 182 9.4.1 Pressfittings 183 9.5 Normöversikt 184 9.6 Certifikat 187 10. BEARBETNING AV ROSTFRITT STÅL 191 - Konsekvenser för korrosionsbeständigheten 10.1 Svetsning, korrosionsmässiga konsekvenser 192 10.1.1 Svetsmetallen / val av tillsatstråd 193 10.1.2 Svetsning av materialkombinationer 195 10.1.3 Geometriska problem vid svetsning 197 10.1.4 Uppvärmning, karbidbildning och intermetalliska faser 199 10.1.5 Anlöpningar 202 10.1.6 Referensatlas 205 10.1.7 Skyddsgas: Argon och formier 207 10.1.8 Förbehandling av rör 209 10.1.9 Anlöpningar kontra betning 212 10.1.10 Fysiska förhållanden för svetsaren 213 10.1.11 Svetsning och bockning av ferritiskt, rostfritt stål 213 10.2 Klippning, sågning och andra skärmetoder 215 10.2.1 Vinkelslipar och svetssprut 216 10.3 Hantering, transport och risk för järnsmitta 218 10.4 Designmässiga förhållanden och korrosionsbeständighet 219 10.4.1 Dränerbarhet 220 10.4.2 Att undgå spalter 221 10.4.3 Värmeöverföring 221 10.4.4 Köldbroar och kondens 223 11. MEKANISK YTBEHANDLING 225 11.1 Slipning, borstning och polering 227 11.1.1 Sliptips och knep 229 11.1.2 Nackdelar vid slipning 230 11.1.3 Ytskrovlighet och ytprofiler 231 11.2 Blästring och slungrensning 236

12. KEMISK OCH ELEKTROKEMISK YTBEHANDLING 241 12.1 Betning 242 12.1.1 Sammansättning av betbadet 244 12.1.2 Flussyra kontra saltsyra 246 12.1.3 Dopp- och badbetning 248 12.1.4 Spray- och pastabetning 250 12.1.5 Betning i praktiken; fördelar, nackdelar och stalltips 252 12.1.6 Elektrolytisk betning 257 12.2 Passivering 259 12.2.1 Passiveringsbadet 259 12.3 Dekontaminering 260 12.3.1 Bad för dekontaminering 261 12.3.2 Järnsmitta och "rouge" 261 12.4 Elektropolering 264 12.4.1 Bad och verkan 265 12.4.2 Vilka ståltyper och ämnen går att elektropolera? 269 12.4.3 Fördelar och nackdelar vid elektropolering 270 12.4.4 Tillämpning av elektropolering 271 12.5 Kemisk ytbehandling, sammanfattning 272 12.6 Elektrolytisk applicering av metaller 273 13. NÄR OLYCKAN VARIT FRAMME 277 - fastställande och reparation av korrosionsskador i rostfri utrustning 13.1 Fastställande av orsaken till korrosionsangreppet 277 13.2 När ska man reparera korrosionsskador? 278 13.3 Korrosionsskador, allmän korrosion 279 13.3.1 Reparation av korrosionsskador, allmän korrosion 280 13.4 Korrosionsskador, punktfrätning 281 13.4.1 Reparation av korrosionsskador, punktfrätning 284 13.5 Korrosionsskador, spaltkorrosion 286 13.5.1 Reparation av korrosionsskador, spaltkorrosion 287 13.6 Korrosionsskador, spänningskorrosion 288 13.6.1 Reparation av korrosionsskador, spänningskorrosion 290 13.7 Korrosionsskador, interkristallin korrosion 291 13.7.1 Reparation av korrosionsskador, interkristallin korrosion 292

14. KONTROLL 295 14.1 Materialkontroll 295 14.1.1 PMI 295 14.1.2 Molybdentest 299 14.2 Kontroll av förarbete; optiska metoder 300 14.2.1 Visuell inspektion och endoskopi 300 14.2.2 Kapillär- och penetrantprov 302 14.3 Kontroll av förarbete; elektriska och radiografiska metoder 304 ORDLISTA 307 SVENSK-ENGELSK ORDBOK 317 ENGELSK-SVENSK ORDBOK 319 REFERENSER 323 FIGURLISTA 327 TABELLISTA 333 INDEX 335 FÖRFATTAREN 357

INLEDNING Rostfritt stål är ett idealiskt material för kritiska tillämpningar Rostfritt stål är en stor grupp av passiverbara legeringar, som samtliga har det gemensamt att huvudämnet är järn (Fe), och att de innehåller min. 10,5 % krom (Cr) och max. 1,2 % kol. Även om krom (Cr) i själva verket är mindre ädelt än järn, gör de min. 10,5 % Cr. att stålet går från att vara en normal, aktiv legering som passar in i spänningsintervallet, till att vara en effektiv passiverbar legering med avsevärt bättre korrosionsegenskaper. Det är just passiviteten som gör rostfritt stål till ett så härligt material! Kombinationen av god korrosionsbeständighet, rimligt pris, attraktivt utseende och stora bearbetningsmöjligheter har sedan länge gjort rostfritt stål till den mest använda materialgruppen inom alla möjliga "kritiska" tillämpningsområden. Rostfritt stål är en global fullträff och det är inte någon tillfällighet att just rostfritt stål är extremt populärt på mejerier, slakterier, inom läkemedelsindustrin, kemisektorn, hushåll, raffinaderier, byggnader och formgivning. Kort sagt, överallt där man är ute efter ett attraktivt, blankt utseende kombinerat med god korrosionsbeständighet och enkel rengöring. Rostfritt stål torde vara det närmaste man kan komma ett korrosionsbeständigt universalmaterial för allt från brevlådor till gigantiska byggnader. Figur 0.1: Atomium är Bryssels landmärke och detta visar järnatomens kubiskt rumscentrerade struktur (BCC). Konstverket är 105 meter högt och gjordes ursprungligen i aluminium för Världsutställningen 1958. 2005 ändrades beklädnaden till syrafast 4404 (1,2 mm plåt) från Aperam. Foto: Thomas Pauly, Euro-Inox [11]. 1

Rostfritt stål och korrosion Global produktion av rostfritt stål Den fantastiska potentialen hos rostfritt stål framgår av såväl produktion som förbrukning. Världsproduktionen (mätt i smält stål) låg under 2001 på 19,2 miljoner ton, och under 2006 var den uppe i hela 28,4 miljoner ton. Den globala nedgången under 2008-2009 bromsade förvisso upp både förbrukning och produktion, och siffrorna för 2007, 2008 och 2009 låg på 27,6, 25,9 respektive 24,6 miljoner ton [6]. Under 2010 steg emellertid produktionen igen. Bara under de första tre kvartalen 2010 låg produktionen på drygt 23 miljoner ton totalt, så det råder inget tvivel om att rostfritt stål är och förblir framtidens material. Medan världsproduktionen alltså stigit långsamt under de senaste 10 åren har det rörts om i grytan vad gäller länderna som producerar rostfritt stål. 2001 stod Västeuropa för 8,21 miljoner ton, medan amerikanska kontinenten (dvs. världen väster om Atlanten!) och Asien producerade 2,29 och 8,40 miljoner ton. Under 2009 låg motsvarande tal på 6,44, 1,96 och Asien ( ex-kina) 7,13 miljoner ton, medan Kina ensamt producerade 8,81 miljoner ton. Asiens produktion uppgick till totalt 15,94 miljoner ton. Även den rostfria världen pekar mot öst och det finns inte många tecken på att denna utveckling kommer att upphöra inom det närmaste. Figur 0.2: Produktionen av rördelar har på senare år i det närmaste exploderat i Kina. Både 45 mejeriböjen (vänster) och T-röret (höger) är tillverkade i just Kina. Foto: Kenneth Stig Mortensen, Damstahl a/s. Rostfritt stål är bara "rosttrögt" Dessvärre är inte ens rostfritt stål 100 % säkert. Trots att namnet förpliktar är stålet nämligen långt ifrån rostfritt i alla lägen. Rostfritt stål är bara "rosttrögt" och ska behandlas med omsorg för att man ska få ut det bästa av det. Rostfritt stål påminner därigenom mycket om en bra bil, för även om en sprillans ny Rolls Royce har massor av fina egenskaper, är den fortfarande inte immun mot skador. Det påverkar livslängden avsevärt om man behandlar den på korrekt sätt och så är fallet med de flesta metaller och legeringar. De ska behandlas korrekt. 2

Inledning Rostfritt stål är ett antingeneller-material. Detta gäller även rostfritt stål. Man ska välja rätt stål till rätt ändamål. Man ska tillämpa rätt metod för sammanfogning och använda rätt mekanisk och kemisk efterbehandling. Och även om allt detta är uppfyllt ska användaren av utrustningen försäkra sig om att stålet inte utsätts för något det inte tål. Annars kan stålet lätt påverkas och bli betydligt mindre rostfritt än vad som var tänkt. För dem som är vana vid att arbeta med låglegerat, svart stål kan övergången till rostfritt bli lite av en kulturchock. Användningen av svart och galvaniserat stål innebär oftast en "kalkylerad risk" i det att utrustningen sakta men säkert bryts ned av korrosion och man kan beräkna livslängden om man känner till korrosionshastigheten. Rostfritt stål är däremot i mycket högre grad ett "antingen-eller-material". Går allt som det ska har utrustningen en i princip oändlig livslängd. Eller så går det snett och livslängden blir mycket, mycket kort. Detta antingen-eller-beteende gör också att konsekvenserna av felaktig hantering blir mycket större för rostfritt stål än för svart eller galvaniserat stål. Gör man fel med en galvaniserad konstruktion kan detta innebära en minskning av livslängden från 20 till 15 år medan ett fel i en rostfri konstruktion kan reducera livslängden från oändlig till några få månader. Rostfritt stål är ett mer nyckfullt material än galvaniserat eller svart stål och kraven på de olika leden i kedjan blir motsvarande större. För att få ut så mycket som möjligt av rostfritt stål är det därför en stor fördel att veta något om det material man ska arbeta med. Ex. Varför är syrafast stål bättre än vanligt rostfritt stål? Finns det stål som är mer korrosionsbeständiga än de syrafasta? Varför får det inte finnas några blåaktiga anlöpningar kring svetsarna? Varför är rotfel och bindningsfel allvarliga, korrosionsmässiga svagheter? Varför är det inte lyckat med påväxt? Varför är vanligt havssalt så otroligt frätande? Varför uppkommer sprickor vid sidan av svetsarna i stället för mitt i dem? Varför är det fördelaktigt att använda stål med lågt kolinnehåll? Varför är järnsmitta inte bara kosmetiskt olämpligt? Varför är grovslipning värre än finslipning? Vad innebär en betning och varför bör man beta efter svetsprocessen? 3

Rostfritt stål och korrosion Figur 0.3: Med sina 828 meter fördelade på 162 våningar är Burj Khalifa i Dubai världens högsta byggnad och samtidigt en av planetens mest imponerande konstruktioner. På grund av risken för saltvattenangrepp är stora delar av byggnaden gjord av syrafast, rostfritt stål av typen 4404. Konstruktiv lättja: Gör saker och ting rätt första gången Rostfritt stål är en hel vetenskap som ger upphov till en massa frågor. Ju mer man vet om materialet man arbetar med, desto lättare är det att undvika allvarliga misstag och desto lättare är det att få nöjda kunder. Konstruktiv lättja är att göra saker rätt första gången och de följande kapitlen kan mycket väl vara ett stort steg i den riktningen. Nästan alla böcker som skrivits om ämnena rostfritt stål och/eller korrosion riktar sig till färdiga ingenjörer eller ingenjörsstudenter. Däremot kan det vara svårt att hitta något läsbart för mer praktiskt inriktade hantverkare. För att råda bot på detta har författaren försökt att undvika för många, långa formler och i stället kryddat texten rikligt med en syndaflod av mer eller mindre dekorativa korrosionsskador. Dessa korrosionsexempel är ett utmärkt sätt att lära sig av andras tidigare misstag. 4

Inledning Rostfritt och rostfast Innan vi går vidare med rostfritt stål ska vi bara säga några ord om benämningar. Huruvida man ska kalla vårt huvudämne, rostfritt stål, för rostfritt eller rostfast tycks mest vara en geografisk frågeställning. Öster om Stora Bält kallas stålet rostfritt, och detsamma gäller merparten av Fyn och stora delar av Jylland. Men så snart vi rör oss norröver, börjar stålet kallas rostfast. Om det ska heta rostfritt eller rostfast överlåter redaktionen till de teoretiskt bevandrade att avgöra. Men för att vi inte ska jonglera med allt för många termer har vi valt att hålla oss till benämningen rostfri. Vi ber om ursäkt till Nordjylland och andra "rostfasta" regioner i Danmark. För de flesta smeder och ingenjörer är det så att rostfritt stål är mer eller mindre synonymt med typ 304 eller syrafast typ 316. Båda namnen är hämtade från det gamla men osedvanligt seglivade AISI-systemet som inte kan anses vara i fas med verkligheten. Det är lite som att fortfarande beskriva en moped som en "cykel med hjälpmotor" för AISI har inte klassificerat några nya ståltyper sedan 1960-talet. Att så många i branschen fortfarande använder sig av AISI-beteckningarna är i bästa fall lite gammaldags och i sämsta fall rent missvisande. I stället för AISI-numren använder redaktionen därför som regel de europeiska EN-numren som på sin tid byggde på de gamla, tyska Werkstoff Numre, W.-Nr. Ett rostfritt stål klassificerat enligt EN-systemet hade t.ex. benämningen EN 1.4301, men för enkelhetens skull har vi i de flesta fall utelämnat EN 1 och nöjt oss med att kalla stålet 4301. För de läsare som saknar någon form av "översättning" mellan EN och de klassiska AISInumren finns hjälp att tillgå i Tabell 8.3 sida 153. 5

KAPITEL 6 ROSTFRITT STÅLS KORROSIONSEGENSKAPER Repassivering av kromoxider Rostfritt stål är i princip det perfekta materialet för s k kritiska användningsområden, men i likhet med andra perfekta material har det sina begränsningar. Det går inte att utsätta stålet för vad som helst utan att det får konsekvenser och i de allra flesta fall ligger begränsningen i korrosionsbeständigheten. Rostfritt stål är dessvärre inte alltid så rostfritt som namnet lovar. Det rostfria stålets normalt goda korrosionsbeständighet åstadkoms med en ultratunn oxidfilm av framför allt krom och järn. Denna film är bara några få nanometer tjock men är ändå såpass tät och stark att stålet effektivt "isoleras" från den omgivande miljön, lite som ett ultratunt färgskikt. Skulle det, mot alla odds, hända att det går hål på den skyddande oxidfilmen återskapas den snabbt av sig själv och stålet återfår sitt skydd. Denna mekanism kallas repassivering. Tyvärr är detta inte alltid fallet. I olyckliga fall kan oxidfilmen brytas ned, utan att den återbildas och med allvarliga korrosionsangrepp som följd. När korrosionen väl satt in kan genomfrätningen ske mycket snabbt och användningen av rostfritt stål kan ge upphov till en "antingen-eller-situation" där skillnaderna mellan de båda ytterligheterna kan vara aldrig så små. Om man kan hindra korrosionen från att överhuvudtaget starta har man ett material som i princip håller i evigheter. Om inte, blir korrosionsförloppet mycket snabbt och utrustningens livslängd kan bli ohyggligt kort. Rostfritt stål är bara villkorligt rostfritt., alltså rostfritt under vissa villkor. Beroende på ståltyp och miljö kan rostfritt stål bli angripet av en uppsjö av mer eller mindre ödesdigra korrosionsformer. Allmän korrosion Interkrystallin korrosion Spaltkorrosion Punktfrätning (pitting) Spänningskorrosion Figur 6.1: Rostfritt stål är bara "villkorligt rostfritt""så beroende på stålkvalitet och miljö kan en rad korrosionsolyckor lura bakom hörnet. Punktfrätning och spaltkorrosion är båda relativt vanliga och går ofta under den gemensamma benämningen lokalkorrosion. 73

Rostfritt stål och korrosion Allmän korrosion ger enhetlig korrosionsförlust över hela ytan 6.1 Allmän korrosion Allmän korrosion kallas även syrakorrosion, då det är en korrosionstyp som oftast finns i mycket sura, men även i mycket alkaliska medier. Till skillnad från de fyra övriga rostfria korrosionsformerna kännetecknas allmän korrosion av att det inträffar anod- respektive katodreaktioner över hela ytan. Detta innebär att hela ytan är aktiverad och därmed blir korrosionsangreppet ganska jämnt. Figur 6.2: Rostfri bult (4301) efter en längre tid i stark betningssyra (salpetersyraflussyra). Observera att korrosionsangreppet är enhetligt och att materialförlusten är ganska stor. Allmän korrosion i starka syror eller baser Allmän korrosion är den enda av de fem korrosionsformerna där stålet inte uppför sig som en fiskelina. Detta beror på att det skyddande oxidskiktet bryts ned ganska jämnt vilket ger en enhetlig materialförlust. Medan korrosionshastigheten uttryckt i gram per kvadratmeter kan bli ganska stor är korrosionshastigheten mätt i mm per år ofta ganska låg. Tiden till genomfrätning är därför ofta också lång.. För icke-passiverande metaller och legeringar är allmän korrosion den vanligaste typen av korrosion, men för passiverbara legeringar är den ganska sällsynt. Detta beror på att en total aktivering av ytan bara sker i extrema medier. Allmän korrosion är därför en mycket ovanlig korrosionsform för rostfritt stål och det är bara ytterst sällan som det är den här typen av korrosion som avgör livslängden för materialet. Allmän korrosion uppstår som tidigare nämnts i mycket sura eller (mer sällan) i starkt alkaliska medier. Typiska medier är svavelsyra, fosforsyra och liknande medan man på den alkaliska sidan kan riskera allmän korrosion i mycket stark och oftast varm natriumhydroxid, kaliumhydroxid och liknande. 74

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper Allmän korrosion i saltsmältor Risk för allmän korrosion föreligger också om rostfritt stål utsätts för smälta salter. Precis som i starka syror kan flytande klorid- och fluorhaltiga salter (t ex flussmedel för lödning, temperaturer på normalt > 400 C) medföra en total nedbrytning av det rostfria stålets naturliga, skyddande oxidskikt och resultatet är snabb allmän korrosion. Allmän korrosion i alkaliska medier eller saltsmältor är dock sällsynta och därför kommer vi att koncentrera oss på starka, vattenlösliga syror. Ett typiskt exempel på allmän korrosion i rostfritt stål i en saltsmälta återfinns i Figur 6.6. Även i starka syror kan rostfritt stål uppnå en viss grad av passivitet. Det är i praktiken stor skillnad på en syra som bara tunnar ut det passiva skiktet utan att upplösa det helt, och en syra som gnager bort hela passiva skiktet för att snabbt gå vidare till det underliggande stålet. Relativt svaga och rena syror (som t ex citronsyra, ättiksyra eller myrsyra) förtunnar bara det naturliga oxidskiktet något. Oxidskiktet återbildas med samma hastighet och korrosionsförlusten är minimal, i vart fall om syrorna är rena. Om det finns aggressiva joner i syran (särskilt klorid) kan situationen förvärras avsevärt, speciellt vid högre temperaturer. Isokorrosionsdiagrammen visar kombinationer av metaller och miljöer med samma korrosionshastighet 6.1.1 Isokorrosionsdiagram Hur korrosiv en viss syra är för olika rostfria ståltyper går att avläsa i ett s k isokorrosionsdiagram. Ett isokorrosionsdiagram består av en uppsättning kurvor med syrans koncentration på x-axeln och temperaturen på y-axeln. Varje kurva visar de betingelser som ska till för en materialförlust på exakt 0,1 mm stål per år. Över kurvorna är betingelserna mer korrosiva än 0,1 mm per år, medan man under kurvorna har mildare betingelser. Ett exempel på isokorrosionsdiagram för olika rostfria stålkvaliteter i svavelsyra återfinns i Figur 6.3. Korrosionshastigheten för en given kombination av rostfritt stål, syra och temperatur bestäms för övrigt genom enkla viktförlustprov. Man tar en plåt med bestämd yta och bestämd vikt. Efter en bestämd tid i syran väger man materialet igen för att kunna beräkna hur mycket metall som frätts bort. Den här metoden kan bara användas vid korrosionsprov där materialförlusten är helt, eller nästan, homogen såsom vid allmän korrosion. För alla andra korrosionsformer är viktförlust ett olämpligt sätt att mäta korrosion på. 75

Rostfritt stål och korrosion Temperatur [ C] 120 100 80 4307: 0,2-0,5% CrO 3 60 40 20 Figur 6.3: 0 4436 4307 4547 4539 4307 4436 20 40 60 80 100 H 2 SO 4 [vikt %] Isokorrosionsdiagram för olika typer av rostfritt stål i luftad svavelsyra. Kurvorna för de enskilda stålen visar vilka betingelser som ska till för att avlägsna 0,1 mm stål per år. Över kurvorna är korrosionsförlusten större än 0,1 mm/år, under är den mindre. Den svarta streckade linjen anger syrans kokpunkt medan den blå streckade linjen visar stål 4307 i svavelsyra som tillsatts 0,2-0,5 % CrO 3 som inhibitor. Både högre och lägre innehåll av CrO 3 ökar korrosionshastigheten. Redigerat enligt [5]. Korrosionskurvor gör det möjligt att beräkna korrosionshastigheter. En bra, men långt ifrån allmängiltig tumregel, säger att vid 10 Cs ökning av temperaturen uppnås en fördubbling av korrosionshastigheten. På samma sätt medför en temperaturminskning på 10 C en halvering av korrosionshastigheten. Observera att oavsett hur låg temperaturen blir når korrosionshastigheten aldrig ner till 0 mm/år. Till skillnad från alla andra korrosionsformer blir allmän korrosion aldrig helt obefintlig. Det kommer alltid att finnas en mikroskopisk korrosionsförlust även vid temperaturer omkring fryspunkten. Det faktum att man kan beräkna den förväntade korrosionsförlusten gör också att man kan uppskatta livslängden för ett rörsystem. Med en korrosionsförlust på t ex 0,1 mm/år kan man med ett korrosionstillägg på 2 mm räkna med en livslängd på 20 år. Isokorrosionsdiagram för olika rostfria ståltyper i en mängd vanliga och ovanliga syror och kemikalieblandningar återfinns i Sandviks Korrosionsatlas [5]. 76

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper 6.1.2 Miljöfaktorer i syror Risken för allmän korrosion av rostfritt stål i syror beror normalt på: Syrans typ och koncentration (surhetsgrad, ph) Syrans oxidationsförmåga Temperatur Typ och koncentration av orenheter Som regel: Ju högre syrakoncentration, desto värre Oxiderande och icke oxiderande syror Vad gäller syrans koncentration är det inte fullt så glasklart som man kan tänka sig. För de flesta syror är det så att högre koncentration gör syran mer korrosiv men vid mycket koncentrerade syror, t ex > 90 % svavelsyra (H 2 SO 4 ) finns det helt enkelt inte tillräckligt med vatten för att syran ska fungera fullt ut som syra och vattnet blir därmed den begränsande faktorn. Detta gäller dock bara för svavelsyra; för nästan alla andra syror gäller den gyllene regeln: Ju högre koncentration, desto värre. För alla icke-passiverande legeringar är det normalt så att ju aktivare katodreaktionen är (se Kapitel 5) desto sämre går det, men så är inte alltid fallet för passiverbara legeringar. För att passiverande kromoxider ska bildas krävs en viss oxiderande påverkan och upp till en viss gräns är det därför så att rostfritt stål klarar sig bättre i oxiderande syror än i icke-oxiderande. Denna effekt illustreras i Figur 5.8 sida 64 där de starka, icke-oxiderande syrorna (svavelsyra, fosforsyra, och liknande) som regel får stålet att hamna i det gula aktiva området med hög korrosionshastighet som följd. Däremot får en oxiderande syra som t ex ren salpetersyra eller perättiksyra stålet att hoppa upp i det gröna passiva området där korrosionshastigheten är mycket lägre trots den högre potentialen (därmed också teoretiskt sett större drivkraft). Korrosionshastigheten styrs inte bara av energin utan minst lika mycket av kinetiken. Den här effekten är tydlig för rostfritt stål i svavelsyra (se Figur 6.3) där även små mängder av starkt oxiderande kromsyra, CrO 3, verkar kraftigt inhiberande på korrosionen av 4307-stål. Detta framgår av kurvans höga placering i förhållande till ren svavelsyra. Ökas koncentrationen av CrO 3 utöver de angivna 0,2-0,5 % faller kurvan igen som tecken på "överdosering". Andra oxidanter som väteperoxid (hydrogenperoxid, H 2 O 2 ) har samma gynnsamma effekt och kan därför användas som korrosionsinhibitorer i just svavelsyra. Just peroxidinhiberad svavelsyra används ofta som ersättning för salpetersyra i tillämpningar där rester av nitrater (NO 3 ) av olika anledningar inte är önskvärda, till exempel vid rengöring av mjölktankar. 77

Rostfritt stål och korrosion Anodiskt skydd p. g. a. koppar Temperaturen är farlig Även stålets sammansättning kan påverka mediets oxidationsförmåga. 1-2 % koppar i stålet katalyserar effektivt den katodiska vätereaktionen och förflyttar därmed korrosionspotentialen från det låga, aktiva till det högre passiva området. Korrosionspotentialen blir högre men p. g. a. passiveffekten blir korrosionsströmmen (och därmed korrosionshastigheten) betydligt lägre. Denna effekt gör att kopparlegerat, rostfritt stål är klart bättre i reducerande syror än motsvarigheter utan koppar. Metoden kallas anodiskt skydd och känns igen från exempelvis austenitiska 904L (EN 1.4539) och Sanicro 28 (UNS N08028) samt superduplext Ferralium 255 (UNS S32250) som alla är särskilt effektiva i reducerande syror som fosforsyra och svavelsyra. Temperaturen är en mycket viktig faktor som dock ofta underskattas. Temperaturen inverkar endast negativt och helt generellt är det så att ju högre temperatur, desto högre korrosionshastighet, oavsett typ av syra, typ av stål eller lufttryck över Azorerna. Samtliga korrosionsformer påverkas av temperaturen och ju högre temperaturen är desto sämre går det. Den sista faktorn, orenheter, kan kanske överraska men rostfritt stål tillhör ju gruppen av passiverbara legeringar och därmed är korrosionsbeständigheten helt avhängig det passiva skiktets tillstånd. Varje ämne som påverkar det passiva skiktet påverkar därför också korrosionsbeständigheten. Speciellt joner som klorid (Cl ), fluorid (F ) och andra halogenider bryter ned stålets skyddande oxidskikt och ökar därmed korrosionshastigheten markant. Temperatur [ C] 120 100 80 4563 60 4410 Figur 6.4: 40 4547 4436 4539 20 0 2 4 6 HCl [vikt %] Isokorrosionskurvor (0,1 mm/år) för olika typer av rostfritt stål i saltsyra HCI). Redigerat enligt [5]. Av dessa är klorid den klart största boven, vilket framgår tydligt av Figur 6.4 saltsyra (väteklorid, HCl). Jämför man med Figur 6.3 ser man att så lite som 2 % saltsyra vid 40 C är långt mer korrosivt mot alla rostfria ståltyper än en 20 %-ig svavelsyra vid samma temperatur. Detta beror på 78

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper Orenheter i syror är farliga kloridets tråkiga tendens att avlägsna oxidskiktet från stålet och därefter angripa själva stålet. Genom att tillsätta klorid till en annars relativt oskadlig syra får man alltså utspädd saltsyra, som är betydligt mer korrosiv mot stålet än den rena, kloridfria syran. Med en syra som fosforsyra kommer orenheterna ofta med råvarorna (råfosfat) och orena tekniska kvaliteter är därför mer korrosiva än motsvarande analysren syra. Klorid kan emellertid också komma från vatten varför man i praktiken också ska vara mycket försiktig med vad man späder sin syra med. Danskt vattenledningsvatten kan innehålla uppemot 250 mg/l klorid och vatten från enskilda brunnar mycket mer, särskilt i lågt liggande, kustnära områden som t ex Lolland och Falster. Även till synes små mängder klorid från vattnet kan annars få tämligen oskadliga syror att bli oerhört korrosiva och en syra som spätts ut med vattenledningsvatten är därför mer korrosiv än om motsvarande syra spätts ut med demineraliserat vatten. Vad gäller rostfritt stål bör alla syror spädas med demineraliserat vatten så långt detta är möjligt. 6.1.3 Legeringstillsatsernas effekt på allmän korrosion När man tittar på ordningsföljden för de olika kurvorna i Figur 6.3 och Figur 6.4, kan man konstatera att 4301 konsekvent ligger lägst på grund av att det har minst beständighet. Därefter följer 4436 ( AISI 316 med 2,5-3,0 % Mo, se Kapitel 8) och ännu högre ligger det duplexa 4462 och austenitiska 4539 och 4547. De olika rostfria ståltyperna är således inte lika beständiga mot allmän korrosion vilket hänger ihop med skillnaderna i stålens legeringssammansättning. De tillsatser som har störst positiv effekt på beständigheten mot allmän korrosion är följande: Krom (Cr) Molybden, (Mo) Nickel, (Ni) Koppar (Cu) i icke-oxiderande syror Allmän korrosion innebär ju en enhetlig aktivering av hela ytan och kromets effekt är därför som regel något mindre än när det gäller att underhålla det perfekta passiva skiktet. Detta gäller i synnerhet för icke-oxiderande syror medan Cr är särskilt välgörande för beständigheten i den starkt oxiderande salpetersyran. Detta har den lite udda effekten att vanligt rostfritt stål i 4301/07-klassen faktiskt håller något bättre än "syrafast" stål i ren, stark salpetersyra. Här hjälper Mo inte nämnvärt. Däremot inverkar det positivt att 4307 innehåller 1 % mer Cr än 4404. 79

Rostfritt stål och korrosion Austeniter bäst i starka syror Orenheter i stålet är kritiska Nitric Acid Grade och automatstål När vi talar om punktfrätning (se Avsnitt 6.3) verkar Cr och Mo någorlunda likartat (med en faktor 3,3 i skillnad) men detta är som sagt inte fallet vid allmän korrosion. I de icke-oxiderande (reducerande) syrorna är Mo dock avsevärt bättre än Cr på att passivera vilket innebär att en högre Mo-halt i stålet ger bättre korrosionsbeständighet. Nickel (Ni) är också mycket bra mot allmän korrosion. Ni är helt enkelt en ädlare metall än både Cr och Fe och tack vare det korroderar den långsammare, så ju mer Ni i stålet, desto bättre. Betydelsen av både Ni och Mo framgår tydligt avfigur 6.3, där syrafast 4436 klarar sig betydligt bättre än vanligt 4301 i svavelsyra. Nickelns effekt mot allmän korrosion fördubblas genom att stålets struktur också har en viss betydelse. Normalt är det så att den nickelhaltiga, helaustenitiska fasen är mer beständig i starka syror än de nickelfattiga ferritiska och martensitiska faserna. Exempel på detta kan ses på svetsade rör, där både längdsvetsning och rundsvetsning innehåller få procent ferrit för att hindra värmesprickor under svetsning. Nackdelen är att ferritfasen är svagare i starka syror, vilket bl a märks på de mörkfärgade svetsarna i ämnena i Figur 4.4 sida 46 och Figur 6.5. Att koppar inverkar positivt beror på att rostfritt stål mår bättre i oxiderande än i icke-oxiderande (reducerande) syror. Koppar (Cu) verkar kraftigt accelererande på den katodiska väteutvecklingen (Ekv. 5.5) vilket har den gynnsamma effekten att stålet nästan på egen hand gör syran mer oxiderande. Därmed flyttas korrosionspåverkan från ren, ickeoxiderande svavelsyra i riktningen mot en mer oxiderande men mindre korrosiv syra som t ex salpetersyra och stålet går från det kritiska aktiva tillståndet till det passiva (se Figur 5.8 sida 64). Denna smarta effekt kan nyttjas kommersiellt och höglegerade, rostfria austeniter som 904L (4539, UNS N08904) och Sanicro 28 (4563, UNS N08028), samt det superduplexa Ferralium 255 (4501, UNS S32760), har alla tillförts små mängder koppar med utgångspunkt från beständigheten för svavelsyra, fosforsyra och liknande. Det bör också nämnas att orenheter och främmande faser i stålet har stor negativ inverkan. Varje främmande fas är en möjlig angreppspunkt och detta är anledningen till att man i Tyskland använder en särskild variant av 4307, en "Nitric Acid Grade" som är speciellt avsedd för salpetersyra. Den här typen innehåller en mycket låg nivå av orenheter och andra icke-metalliska faser, vilket gynnar korrosionsbeständigheten. En klassiker är tillsatsen av 0,15-0,35 % svavel (S) i rostfritt automatstål (EN 1.4305) för att göra stålet kortspånande. Detta är dock ytterst skadligt för samtliga korrosionsformer - även allmän korrosion. Detta blir tydligt om man försöker att beta automatstål. Medan allmänt rostfritt stål etsas relativt jämnt, upplever man vid automatstål en kraftigt ökad korrosion i de spånavskiljande mangansulfiderna. Ett exempel på detta är Figur 4.4 sida 46. 80

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper Figur 6.5: Allmän korrosion i rostfri schackel (4301) efter en längre tid i salpetersyraflussyrabaserat betningsbad. Notera att hela ämnet är etsat men att ändpartierna på stångstålet inklusive svetsarna är något hårdare angripna än resten. Starka baser är sällan ett problem hos austenitiska stål 6.1.4 Allmän korrosion i starkt alkaliska medier Allmän korrosion är i de flesta fall något som uppträder i mycket sura medier så det kan komma som en överraskning för många att det även kan ske i mycket alkaliska medier. I just de starkt alkaliska medierna kan många metallsalter (inkl. oxider) upplösas som komplexjoner och detta påverkar av naturliga skäl det passiva skiktet i negativ riktning. Detta ser man ofta prov på hos metaller som aluminium och zink som båda korroderar kraftigt i starka baser men även rostfritt stål kan korrodera vid extremt högt ph-värde. Analogt med de sura förhållandena sker det i extrema baser en homogen förtunning av oxidskiktet med homogen korrosion av det rostfria stålet som resultat. Turligt nog är denna svaga, allmänna korrosion sällan något som påverkar stålets livslängd nämnvärt. Även vid 30 % natriumhydroxid, NaOH, vid 100 C ligger korrosionsförlusten för både 4301 och 4401 på omkring 0,1 mm/år, medan förlusten vid mildare förhållanden och i synnerhet lägre temperaturer är något mindre. Ferritiska, rostfria stål är som regel mer känsliga för allmän korrosion i alkaliska medier än de austenitiska. 81

Rostfritt stål och korrosion Figur 6.6: Smälta salter vid höga temperaturer kan ha samma effekt på rostfritt stål som starka vattenlösliga syror. Denna 6 mm tjocka bottenplatta från en ugn tillverkad i 4571 (316Ti) har på bara två år blivit "tunnsliten" och genomfrätt p. g. a. kontakt med ett starkt fluorhaltigt flussmedel för lödning av aluminium. Flussmedlet har innehållit upp till 50 % fluorid och temperaturen har varit ca. 550 C. Lutsprödhet och spänningskorrosion Allmän korrosion i alkaliska medier är sällan ett problem men det finns exempel på att den svaga men oundvikliga utsöndringen av metall kan störa. I en starkt alkalisk miljö kommer metallerna oftast att bottenfälla i form av hydroxider, vilket tekniskt sett inte har någon betydelse, men om basen därefter ska användas i exempelvis medicinska tillämpningar är detta inte godtagbart. Den största risken vid starkt alkaliska medier är faktiskt inte allmän korrosion, utan lutsprödhet, en typ av spänningskorrosion, som ger upphov till interkristallin sprickbildning och som kan orsaka genomfrätning på ganska kort tid. Risken för detta hos austenitiska stål uppstår inte förrän vid temperaturer över 140 C. 6.1.5 Transpassivitet och vandrande strömmar De flesta allvarliga fall av allmän korrosion äger rum i det potentialområde som elektrokemisterna kallar "det aktiva området" (se Figur 5.8 sida 64). Detta sker normalt vid ganska låga potentialer medan allmän korrosion sällan är något problem i det passiva området. Emellertid kan potentialen tvingas upp så högt att stålet hamnar i det transpassiva området. Detta sker nästan aldrig på rent kemisk väg men kan inträffa om stålet utsätts för oavsiktlig, elektrisk påverkan till följd av nära kontakt med kablar och ledningar. Sker detta kan stålet tvingas upp på en extremt hög potential; stålets passiva skikt går in i anodisk upplösning och korrosionen tar fart igen. Ett bra exempel på transpassiv korrosion kan observeras på nedgrävda rör som ligger för nära nedgrävda, elkablar. Kablarnas ström genererar ett elektriskt fält som kan "polarisera" det rostfria stålet och därmed putta upp det i det transpassiva området. Resultatet är allvarliga korrosionsangrepp på ställen där det elektriska (ohmska) motståndet i jorden mellan kabel och rostfritt rör är som minst - vanligen där avståndet mellan rör och kabel är kortast. 82

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper Figur 6.7: Genomfrätning i nedgrävt, rostfritt rör av kvaliteten 4404 p. g. a. för kort avstånd till en nedgrävd strömförande kabel. Detta har förflyttat stålet från det ideella passiva tillståndet till det "transpassiva" och korrosionen har satt in. Observera avsaknaden av små korrosionsgropar. Den här effekten kallas ibland "vandrande strömmar" och den går att förebygga om man ser till att det elektriska motståndet mellan kablar och stålrör är tillräckligt stort. Antingen genom att undvika att lägga rör och kablar för tätt eller genom att se till att vattenhalten i jorden är tillräckligt låg samt att inga elektriskt ledande salter tillförs. Alternativt kan man införa ett "mellanskikt" av t ex vanligt svart stål som kan fungera som "elektrisk skärm" mellan den strömförande kabeln och det rostfria röret. "Fiskelinekorrosion 6.2 Punktfrätning Punktfrätning (engelska: pitting corrosion) är raka motsatsen till allmän korrosion. Medan allmän korrosion orsakar en jämn och homogen nedbrytning av det skyddande oxidskiktet med påföljande homogen korrosion, ger punktfrätning (=pitting) upphov till lokal nedbrytning av oxidskiktet. Denna lokala nedbrytning får stålet att skapa en "intern galvanisk koppling" (se Kapitel 5) där den lilla korroderande plätten fungerar som anod, medan resten förblir inert katod. Punktfrätning är det perfekta exemplet på en "antingen-eller"- korrosionsform. Där allmän korrosion ger upphov till stor materialförlust uttryckt i g/m 2, orsakar punktfrätning däremot mycket liten materialförlust, men med extremt snabb genomfrätning. Punktfrätning är ett levande exempel på fiskelinekorrosion (se Figur 5.12 sida 71), där det antingen går utmärkt i en evighet eller där genomfrätning sker på allt för kort tid. Om det blir allmän korrosion eller punktfrätning beror som regel på surhetsgraden hos lösningen. Vid mycket lågt eller mycket högt ph-värde 83

Rostfritt stål och korrosion Passivitet = risk för lokala korrosionsangrepp sker en allmän aktivering av stålets yta och resultatet är allmän korrosion som i det gula aktiva området i Figur 5.10 sida 69. I det stora, breda området mellan ytterligheterna, vanligen från ph 2 till ph 12, passiveras stålet i större eller mindre utsträckning (se Figur 5.10 sida 69, det gröna passiva området), och så har vi risken för lokala korrosionsangrepp som t ex punktfrätning. En illustration av skillnaden mellan den totala aktiveringen vid allmän korrosion och den mycket lokala aktiveringen vid punktfrätningen finns i Figur 6.8. Allmän korrosion Punktfrätning A B C Figur 6.8: Illustration av skillnaderna mellan mekanismerna för allmän korrosion och punktfrätning. Notera att allmän korrosion ger betydligt störst materialförlust medan punktfrätning ger snabbast genomfrätning. Spaltkorrosion påminner mycket om punktfrätning med skillnaden att spaltkorrosion äger rum på geometriskt svårtillgängliga ställen där allt vätskeutbyte sker genom diffusion snarare än konvektion (omrörning). Punktfrätning och spaltkorrosion går ofta under samlingsbegreppet lokalkorrosion, men p. g. a. skillnaderna har spaltkorrosion tillägnats ett eget avsnitt. Samtliga av följande punkter beträffande miljöfaktorer och legeringstillsatser gäller emellertid för både punktfrätning och spaltkorrosion. 84

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper Figur 6.9: Punktfrätning i 0,5 mm tjock, rostfri 4301-plåt efter några dagars nedsänkning i en blandning av salt (NaCl) och väteperoxid (hydrogenperoxid, H 2 O 2 ). Medan 99 % av stålets yta inte påverkades alls var fyra dagars korrosion tillräckligt för att orsaka genomfrätning. Bilden till höger är ett mikroskopfoto av samma ämne. 6.2.1 Miljöfaktorer vid punktfrätning Allmän korrosion är som vi tidigare nämnt en korrosionsform som alltid pågår. Beroende på syrans art, ph, temperatur, orenheter, ståltyp m m, blir korrosionsförloppet mer eller mindre snabbt eller långsamt, men aldrig helt obefintligt. Jämfört med allmän korrosion är punktfrätning mycket mer en s k antingen-eller-korrosionsform. Antingen går det otroligt bra eller så går det väldigt, väldigt snett. Det finns inget mellanting. De miljöfaktorer som ökar risken för punktfrätning för ett specifikt rostfritt stål är som regel följande: Kloridkoncentration Temperatur Korrosionspotentialen (typ och koncentration av oxidanter, katodreaktionen) ph (surhetsgraden) Rent generellt ökar risken för punktfrätning med stigande kloridkoncentration, stigande temperatur, stigande korrosionspotential (katodreaktionen) och sjunkande ph (surare lösning). 6.2.2 Kritisk punktfrätningstemperatur (CPT) Samspelet mellan främst kloridkoncentration och temperatur går att mäta med hjälp av kritisk punktfrätningstemperatur (CPT). CPT är för ett specifikt stål i ett specifikt medium (och vid fastlagd korrosionspotential) den temperatur där punktfrätning sker och denna CPT mäts i praktiken genom att man exponerar en stålelektrod för mediet i fråga. Temperaturen ökas långsamt och stegvis. Temperaturen vid vilken punktfrätning sker definieras som CPT. 85