HVAD ER KORROSION? AF DOUG JONES, BOSSARDS EKSPERTTEAM

Transkript

1 HVAD ER KORROSION? AF DOUG JONES, BOSSARDS EKSPERTTEAM I visse tilfælde kan korrosion ses som tiltrækkende, som f.eks. en let patina på en kobbervandkande, der bruges til dekoration, men for det meste vil vi gerne forhindre korrosion af vores designs, indtil produktets forventede levetid er passeret. Korrosion kan medføre utilfredse kunder, der finder rustpletter på deres skinnende nye havetraktor, og korrosion kan sågar medføre personskade og dødsfald som resultat af sammenfald af et loft over en swimmingpool, hvis loftet er designet forkert. Forståelse af typerne af korrosion og brugen af gode designmetoder til forhindring af korrosion bør være vigtig for enhver ingeniør.. KORROSIONSPRINCIPPER Den primære årsag til korrosion i befæstelseselementer er fugt og elektrokemiske reaktioner, der kan forekomme mellem dem og deres kontaktkomponenter. VANDDRÅBEMODEL rich in oxygen: rig på oxygen rust: luft cathodic area: katodeområde air: Luft lack of oxygen: mangel på oxygen anodic area; anodeområde Figuren herover viser en vanddråbe, der hviler på en almindelig jernoverflade. Vanddråbens overflade er udsat for luft, hvilket gør den rig på oxygen. Inde i dråben er der mangel på oxygen, hvilket medfører en forskel i elektrokemisk potentiale, så elektrisk strøm kan flyde. Elektrisk strøm flyder gennem vandet, som fungerer som en elektrolyt, fra jernets anodeoverflade til vandets katodeoverflade, hvilket medfører, at jernets ioner opløses. Samtidig dannes hydroxidioner i vandet, som vil reagere med jernionerne og medføre fældning af jernhydroxid Fe (OH2). Den opløste oxygen oxiderer hurtigt denne blanding, så der dannes jernoxidhydrat (FeO(OH)nH2, som almindeligvis kaldes rust. Page 1/8 Vers. 1.0

2 Der skal ikke meget fugt til, før der dannes rust. Korrosion starter ved 60 % relativ fugtighed. Hvis luften indeholder svovldioxid, hydrogensulfid, nitrogenoxider, salt, aske, sod og andre forurenende stoffer, stiger chancerne for korrosion. TYPER AF KORROSION ENSARTET KORROSION Ensartet korrosion af jern er den mest almindelige type korrosion, og kan genkendes på sin rødlige farve, der er jævnt fordelt gennem den udsatte del af befæstelsen. Hvis der ikke gøres noget ved det, kan delene blive tyndere og svagere, og til sidst kan samlingen gå fra hinanden eller ikke kunne skilles ad. Beskyt dele mod fugt Brug designs, der tillader at vandet løber af Sørg for god udluftning for at muliggøre tørring Hold overflader rene og undgå kontaminering Undgå konstant kondensation Beskyt befæstelser med galvanisering eller belægninger REVNEKORROSION Små spalter og indhak har tendens til at trække fugt og tørrer ikke nemt. Fugt i en revne mister hurtigt oxygen og udløser anodisk korrosion, som beskrevet i vanddråbemodellen. I tilfældet med befæstelser stiger risikoen for revnekorrosion med antallet af samleflader. Austenitiske rustfrie stålbefæstelser er også i fare for revnekorrosion, især hvis de bruges i omgivelser, hvor der er klorioner i vandet. Minimer brugen af skiver - bruge flangemateriel Gør samlefladerne så jævne som muligt Page 2/8 Vers. 1.0

3 GALVANISK KORROSION Når to forskellige metaller samles og der er fugt til stede, dannes et elektrokemisk potentiale, som medfører korrosion. Strøm flyder fra det mindre ædle anodiske metal til det mere ædle katodiske metal i denne galvaniske reaktion, så det mindre ædle materiale opløses. Electrochemical potentials of metal: Elektrokemiske potentialer for metal Water: vand Sea water: havvand more noble: ædlere (katode) Silver: sølv Silver: sølv Cathode: Kathode Copper: kobber Nickel: nikkel Stainless A2: rustfrit A2 Aluminum: aluminium Tinn: tin Lead: bly Nickel: Nickel Copper: kobber Stainless A2: rustfrit A2 Lead: bly Cadmium: cadmium Aluminum: aluminium Steel: stål Cadmium: cadmium Zinc: zink Less noble: mindre ædel Zinc: zink Tin: zinn Anode: anode Forzinket møtrik på bronzeflange Korrosionsstrømmens densitet er direkte relativ til hastigheden af metalopløsningen. I nedenstående tilfælde bruges en mindre ædel forzinket skrue til at fastgøre en kobberplade. Den lille zinkoverflade sammenlignet med det meget større kobberområde danner en høj strømdensitet. Når der tilføjes fugt, opløses zinket hurtigt. Page 3/8 Vers. 1.0

4 Hvis vi omvender elementerne og fastgør et stort stykke forzinket stål med en kobberbefæstelse, er strømdensiteten meget lav, og korrosionsprocessen er meget mere jævn mellem de to. Befæstelsesmaterialer eller beskyttelsesfinish skal enten være lige så ædel eller ædlere end samlestykkerne Isolerende plastikskiver kan bruges til samlinger, hvor klemmebelastningen ikke er vigtig Rustfrie stål- eller kobberdele bør aldrig fastgøres med forzinkede befæstelser GRUBETÆRING På en metaloverfade, der er belagt med en meget ædel finish, såsom nikkel eller krom, kan der forekomme grubetæring. I eksemplet herunder har det nikkelbelagte stål usynlige porer, der tillod vand at trænge gennem til grundmetallet. Revnekorrosion begyndte under overfladen, og viste sig gennem porerne som små prikker eller gruber. White corrosion of zinc: hvidrust på zink Zinc, cadmium: Zi zink, cadmium Red rust spots from steel: røde rustpletter fra stål Nickel, chromium: nikkel, krom Anodic protection: Anodebeskyttelse Steel: stål Cathodic protection: Katodebeskyttelse Steel: stål Page 4/8 Vers. 1.0

5 Trådløse stål- og aluminiumlegeringer er også modtagelige over for grubetæring. Disse metaller har et passivt kromoxidlag på overfladen, som forhindrer dem i at ruste i et normalt miljø. Hvis dette passive lag beskadiges lokalt, enten mekanisk eller ved opløsninger, der indeholder kloridioner, kan der forekomme grubetæring. Det udsatte område bliver mindre ædelt end det meget større passive omkring det, og danner en strømdensitet, der tillader galvanisk korrosion i det afgrænsede område eller gruber. Hvis der kommer oxygen til det aktive område, kan det genpassiveres, men snavs, saltaflejringer og klorinrester kan spærre adgangen for oxygen og derved gøre det sværere for det passive lag at omdannes. Tal med din nikkelpladesmed om efterfølgende behandlinger, såsom Castrol afvandingsvæske (DW924), som udfylder porer Hold overfladen ren og jævn Undgå faste eller flydende rester, særligt klorider vask eller skyl dele, der har været udsat Brug A4 eller 316 rustfrit stål, der indeholder molybdenum i miljøer med klorider INTERKRYSTALLINSK KORROSION Austenitisk rustfrit stål (Cr Ni) kan udvikle interkrystallinsk korrosion, når det opvarmes til en høj temperatur til varmformning eller svejsning. Efter opvarmning ( C) og langsom afkøling kan kul kombineret med krom danne kromkarbidpartikler. Dannelse af karbid nedbryder kromindholdet, der er nødvendigt til at gøre stålet korrosionsbestandigt. Hvis kromniveauet falder under 12 %, kan der forekomme korrosion, især i korngrænserne. Højere kulindhold i rustfrit stål og en lavere afkølingshastighed vil danne flere karbider. Grafen herunder viser afkølingstiden i minutter fra bestemte temperaturniveauer. Så længe ståltemperaturen og varigheden af varmeeksponering forbliver i venstre side af kurven, vil der ikke forekomme interkrystallinsk korrosion. Page 5/8 Vers. 1.0

6 Brug rustfrit stål med et kulindhold under 0,05 %, hvis du skal varmforme eller svejse. Afkøl dele i vand lige efter opvarmning Rustfrit stål, der indeholder mere end 0,05 % kul, som udsættes for høj varme, kan stabiliseres ved at tilføje titanium, niobium eller tantalum (stål A3 og A5) SPÆNDINGSKORROSIONS-REVNEDANNELSE Spændingskorrosionsrevnedannelse kan ske, når der forekommer korrosion på befæstelser, der udsættes for trækbelastninger. Oftest starter denne type brud med grubetæring. I tilfælde af austenitisk rustfrit stål, der har været udsat for grubetæring ved tilstedeværelsen af saltvand, fremskyndes korrosionen vinkelret til belastningsretningen, og der dannes en revne. Gennem reaktioner, der finder sted, dannes konstant rødt støv og saltsyre i bunden af revnen. Angrebet af syre forhindrer genpassivering, og korrosionsprocessen fortsætter, så revnen bliver dybere og dybere, indtil metallet går i stykker. Spændingskorrosionsrevnedannelse kan forekomme i ikke-legeret og lav-legeret stål. Den dannede revne vil være interkrystallinsk af natur, mens revner i rustfrit austenitisk stål vil være transkrystallinsk. Page 6/8 Vers. 1.0

7 Transgranular stress corrosion: = Transkrystallinsk spændingskorrosion The growing crack runs through the grains and can form branches = Den voksende revne løber gennem kornene og kan danne forgreninger Intergranular stress corrosion = Interkrystallinsk spændingskorrosion The crack develops along the surfaces of the metal grains, i.e. along the grain boundaries = Revnen udvikler sig langs metalkornenes overflade, dvs. langs korngrænserne This is the crack formation in stainless austenitic Cr Ni steels. = Dette er revnedannelsen i rustfrit Cr Ni stål. Intergranular progression of cracks is more likely in unalloyed and low alloyed steels. = Der er større sandsynlighed for interkrystallinsk udvikling af revner i ulegeret og lavlegeret stål. Vær opmærksom på forebyggelsesreglerne for grubetæring, især i befæstelser med høj belastning Inspicer regelmæssigt sikkerhedskritiske dele for ethvert tegn på korrosion Overvej varmforzinkning af sikkerhedskritiske dele, så korrosion tydeliggøres Sørg for at sikkerhedskritiske befæstelser er tilgængelige for inspektion og udskiftning BRINTSKØRHED Hydrogen kan trænge ind i stål under syrebad eller galvanisering. Under behandling forsvinder det meste hydrogen i form af gas, men noget af det spreder metallet i atomform. Hydrogenatomer kan være utroligt mobile i metallets kornstruktur, og har en tendens til at migrere til områder med koncentreret belastning. Når befæstelseselementer med høj styrke (hårdhed > 320 HV) belastes, kan små defekter såsom ridser eller inklusioner åbnes i form af en meget lille revne. Hvis der er hydrogen i stålet, tiltrækkes atomer af trækbelastningen omkring spidsen af revnen, og danner her en hydrogenatomsky. Hydrogenet svækker metallets mikrostruktur, og revnen kan fortsætte med at vokse, indtil delen går i stykker. Page 7/8 Vers. 1.0

8 Brintskørhedsbrud vil altid være et forsinket brud, som ikke forekommer på monteringstidspunktet, men timer til uger senere. Typisk forekommer brud inden for timer. De mest sårbare dele er gevindbefæstelser med metrisk egenskabsklasse 10,9 eller højere, imperialgrad 8 eller højere. Andre sårbare dele er hærdede gevinddele, såsom gevindskruer eller takkede skruer, og alt lavet af fjederstål, såsom låseskiver og låseringe. For dele med høj styrke, der er galvaniserede, kan der foretages en bagningsproces i mindst fire timer ved C inden for fire efter galvaniseringen med det formål at drive hydrogenet ud. Selvom denne metode er kraftigt anbefalet og omfattende anvendt, er det ingen garanti for, at risikoen er udeladt. Den bedste metode er slet ikke at introducere hydrogen i dele. Overvej til befæstelser med høj styrke andre belægninger, der ikke danner hydrogen. Tre nøgleoplysninger om brintskørhed: 1. Et sårbart materiale stål med en hårdhed på > 320 HV eller en spændingsstyrke på >1000N/mm² 2. En proces, der introducerer hydrogen i metallet 3. En vedvarende spændingsbelastning Hvis en af ovennævnte tre ting fjernes fra ligningen, vil brintskørhed ikke være et problem. Dette betyder, at egenskabsklasse 8,8 eller grad 5 bolte ikke er i risiko, og det samme gælder befæstelser belagt med en finish, der ikke introducerer hydrogen. Vær opmærksom på, at korrosionsprocessen producerer hydrogen, så befæstelser med høj styrke skal også beskyttes mod korrosion. Forsinkede brud, der forekommer mange uger eller måneder efter montering, er normalt resultatet af korrosionsinduceret hydrogen og ikke en hydrogenkilde, der er introduceret under behandling af delene. Undgå at galvanisere eller bruge syrebade til befæstelser med høj styrke med en hårdhed på > 320 HV eller en spændingsstyrke på >1000N/mm² Hvis galvanisering ikke kan undgås, sørg for at delene er så rene som muligt for at minimere den påkrævede tid til syrebad, og følg bagningsprocessen som beskrevet herover SAMMENFATNING Husk ved design af produkter, at befæstelser er en integreret del af hele samlingen, og kan ikke behandles som separate elementer. Befæstelser skal altid være lige så gode eller bedre end de dele, de holder sammen. Ved at forstå de forskellige typer korrosion og forebyggelsesmetoder samt følge reglerne herunder, får man gode, holdbare samling. Følg de tre regler herunder for at sikre et godt samlingsdesign: 1. Samlingselementer skal altid være lige så gode eller bedre end de samlede dele 2. Befæstede dele må aldrig blive svaghedspunkter 3. Sørg for at alle befæstede dele, især de kritiske, er tilgængelige for inspektion og udskiftning Page 8/8 Vers. 1.0