Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus R 3 Overfladebehandling Rustfrit stål, nikkel og titan Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse i et samarbejde melle m Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter Ris ø 1993
Overfladebehandlin g Rustfrit stål, nikkel og tita n 1. udgave, 1. oplag 1994 Undervisningsministeriet Lov 27 1 Grafisk design : Grethe Jensen og Inger Vedel, DTI/Grafi k Sats : Repro-Sats Nord, Skage n Tryk : Omslag: Reproset, København Indhold : DTI/Tryk, Taastru p Dansk Teknologisk Institu t Forlaget ISBN 87-7756-329-8 Kopiering i uddrag er tilladt med kildeangivelse
Overfladebehandlin g Rustfrit stål, nikkel og titan Forord 7 Forord til R3 9 1 2 Hvorfor overfladebehandling 1 1 Måling af overfladeegenskaber, standardisering 1 5 2.1 Hårdheden 1 5 2.1.1 Måling af hårdheder 1 5 2.1.2 Brinell-Hårdhed 16 2.1.3 Vickers-hårdhed 1 7 2.1.4 Rockwell C-hårdhed 1 8 2.1.5 Hårdheder for rustfrit stål, nikkellegeringer og titan 1 9 2.2 Ruhed 20 2.2.1 Måling af ruheder 2 1 2.3 Topografien 22 2.4 Slidstyrken 2 3 2.5 Farven 24 3 Overflade og korrosionsbestandighed 2 5 3.1 Korrosionsbestandighed i forbindelse med mekaniske defekter 2 6 3.2 Korrosionsbestandighed i forbindelse med svejsning 2 7 3.3 Korrosionsbestandighed og overfladetilstand 2 9 4 Mekanisk overfladebehandling 3 1 4.1 Indledning 3 1 4.2 Børstning 3 2 4.3 Slibning 3 3 4.4 Polering 3 9 4.5 Sandblæsning 40
4.6 Glasblæsning 4 1 4.7 Shot-peening 42 5 Kemiske metoder 4 7 5.1 Dekontaminering 47 5.2 Passivering 47 5.3 Bejdsning 50 5.3.1 Bejdseforholdenes indflydelse på bejdseresultatet 5 1 5.3.2 Bejdsningens indflydelse på overfladebeskaffenheden 52 5.3.3 Påføringsmetoder 56 5.4 Bejdsning af nikkellegeringer 5 8 5.4.1 Rent nikkel og varianter 59 5.4.2 Nikkel/kobberlegeringer 59 5.4.3 Nikkel/chrom og nikkel/chrom/jern-legeringer 59 5.5 5.6 6 Bejdsning af titan 60 Kemisk polering 6 1 Elektrokemisk overfladebehandling 63 6.1 Elektropolering af rustfrit stål 63 6.1.1 El-poleringsprocessen 64 6.1.2 Den el-polerede rustfri ståloverflade 66 6.1.3 El-polerings effekt på korrosionsbestandigheden 68 6.1.4 Eksempler på el-polering i praksis 69 6.2 Anodisering af titan : 7 1 7 Uorganiske belægninger 75 7.1 Galvanisk pålagte belægninger 75 7.2 Forbedring af hårdhed og slidbestandighed 77 7.3 Hårdkrom 77 7.3.1 Hårdkromprocessen 78 7.3.2 Hårdkrombelægninger 78 7.3.3 Hårdkroms korrosionsforhold 80 7.3.4 Anvendelser af hårdkrom 80 7.4 Kemisk nikkel 81 7.4.1 Kemisk nikkel, badtyper og belægninger 82
7.4.2 Kemisk nikkel som korrosionsbeskyttelse 8 3 7.4.3 Kemisk nikkel som slidbelægning 84 7.4.4 Økonomien i kemisk nikkel 85 7.5 Specielle forhold ved galvanisk belægning af rustfrit stål, nikkellegeringer og titan 8 6 7.5.1 Forbehandling af rustfrit stål og nikkellegeringer 86 7.5.2 Forbehandling af titan og titanlegeringer 88 8 Maling af rustfrit stål 9 1 8.1 Indledning 9 1 8.2 Forbehandling før maling 92 8.2.1 Forrensning 92 8.2.2 Sandblæsning 93 8.3 Maling 93 8.3.1 Grundmaling 94 8.3.2 Mellemmaling 95 8.3.3 Slutmaling 95 8.3.4 Systemopbygning, malingtykkelser 95 8.3.5 Kontrol 96 9 Konvertering af overflader 99 9.1 Gas-faseprocesser - nitridering 100 9.2 Saltbadsprocesser - nitridering 10 1 9.3 Indsætning i pulverpakning 10 1 9.4 lonimplantering 102 9.5 Chemical Vapour Deposition 104 9.6 Physical Vapour Deposition 105 9.7 Kontrol 1 06 Stikord 10 7
Forord Denne lærebog indgår i et omfattende, modulopbygget syste m af efteruddannelseskurser,»efteruddannelse i Materialeteknologi«, som har til formål at ruste dansk erhvervsliv til a t arbejde optimalt med såvel nye som kendte materialetyper. Systemet dækker således alle materialetyper fra støbejern, stål, rustfrit stål, aluminium og diverse metallegeringer ove r plast, fiberforstærket plast og sandwichmaterialer til keramiske og pulvermetallurgiske materialer. For hver materiale - type vil der være kurser i relevante emner som grundlæggende materialekendskab, materialevalg, forarbejdning o g konstruktion, nedbrydningsformer og tilstandskontrol. Tanken med det modulopbyggede efteruddannelsessyste m er, at virksomheder eller enkeltpersoner har mulighed for at sammensætte et kursusforløb, som er tilpasset det aktuelle behov, hvad enten det drejer sig om at gå i dybde n med et materialeområde, eller man ønsker at udvide sin e kvalifikationer til flere materialetyper fx inden for et emn e som forarbejdningsprocesser. Det er naturligvis vores håb, at denne lærebog enten i forbindelse med det pågældende kursus eller ved selvstudium vil være et godt bidrag til en sådan opgradering af kvalifikationerne hos den enkelte. For at bogen kan tjene både som kursusmateriale, opslagsbog og kilde til supplerende viden, er den forsynet me d mange figurer, der underbygger teksten, samt margentekste r og index, der letter opslag. Visse afsnit i teksten vil være skrevet med andre typer, samt forsynet med en grå streg lang s margen som indikation af, at det pågældende afsnit speciel t henvender sig til læsere med ingeniørmæssig baggrun d el.lign.. I forbindelse med kurser vil bogen blive ledsaget a f en arbejdsmappe indeholdende supplerende materialer, øvelsesvejledninger, opgaver m.v. Kurserne er udviklet i et konsortium bestående af Danmark s Ingeniørakademi (maskinafdelingen), Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter RISØ samt en række danske virksomheder. En række medarbejdere i virksomhederne har bidraget til udviklingsarbejdet i form a f klarlægning af behov og løbende vurdering af materialet ved 7
deltagelse i følgegrupper. Udviklingsarbejdet er foretaget med støtte fra Undervisningsministeriet (Lov 271 Lov om Efteruddannelse), og herunder har Indsatsgruppen for Materialeteknologi samt de tilknyttede referees ligeledes ydet e n god indsats med henblik på afstemning mellem erhvervslivets behov og materialets indhold. Taastrup, oktober 1993 På konsortiets vegne Lorens P. Sibbesen (projektadministrator) 8
Forord til R3 Nærværende lærebog er grundlaget for undervisningsmodulet R3 : Overfladebehandling - Rustfrit stål, nikkel og titan. Sammen med supplerende materiale udgør bogen det kursusmateriale der anvendes i modulet R3. R3 gennemgår behovet for overfladebehandling samt over - fladebehandlingsmetoder til anvendelse på rustfrit stål. En række af de omtalte metoder anvendes også på almindelig t stål, men ved rustfrit stål kan såvel argumentationen for anvendelsen som vilkårene for udførelse være anderledes en d ved almindeligt stål. En af de væsentligste grunde til at overfladebehandle rustfrit stål er at optimere korrosionsbestandigheden på det færdig e produkt. Derfor har indflydelsen af de forskellige metode r på korrosionsbestandigheden en frgmtrædende plads i behandlingen af stoffet. Lærebogen er udarbejdet af Jan Elkjær Frantsen, J. Vagn Han - sen, Torben Jensen, Claus Qvist Jessen, Jørgen Møller, Torben Steen Nielsen og Ebbe Rislund, FORCE Institutterne. Brøndby, oktober 1993 P.B. Ludwigsen Civilingeniør Ebbe Rislund Akademiingeniør 9
Hvorfor overfladebehandling? 1 Overfladen er et materiales samspil med omgivelserne. Det er her, det møder det omgivende miljø, eller kommer i kontakt med andre materialer. Afhængig af komponentens funktion vil der på samme materiale kunne stilles ganske forskel - lige krav til overfladens funktion. Derfor er det nødvendig t at kunne karakterisere en overflades egenskaber for derigennem at kunne sætte krav til de ønskede egenskaber, der e r nødvendige for at opnå den ønskede funktion. De størrelser, der karakteriserer en overflade, kan være udseende (farve), rengøringsvenlighed, evne til at holde på smøremidler, bæreevne, slidbestandighed og korrosionsbestandighed. Disse størrelser kan dog ikke beskrives entydigt so m overfladeparametre, men må udtrykkes ved andre og mer e håndgribelige målbare størrelser. Således hænger rengørings - venlighed og evne til at holde på smøremidler tæt sammen med overfladens ruhed og topografi, medens slidbestandighed og bæreevne er knyttet til overfladens hårdhed. For de rustfrie stål betyder overfladeruhed og topografi også noge t for korrosionsbestandigheden og har afgørende indflydelse på udseendet. Det er altså med disse størrelser overfladen s brugsegenskaber skal kunne udtrykkes. Kapitel 2 giver en kort introduktion til måling af disse egenskaber. Der er derfor mange grunde til at foretage overfladebehandling også af rustfrit stål. Formålet med en overfladebehand - ling kan være meget forskelligartet, men indledningsvis ka n det opdeles i to grupper : 1. Tilføre hensigtsmæssige egenskaber. 2. Fjerne uhensigtsmæssige egenskaber. Det er naturligvis ikke alle egenskaber, man umiddelbart ka n få leveret sammen med materialerne fra værk, dels fordi de t ikke er hensigtsmæssigt i sammenhæng med produktionen a f f.eks plader og rør, dels fordi nogle af egenskaberne vil blive ødelagt under forarbejdningen til det færdige produkt. Derfo r må nogle af de hensigtsmæssige egenskaber tilføres ved produktionen af de færdige produkter, også fordi de eventuel t kun skal anvendes på en del af det færdige produkt. 11
Omvendt vil det under forarbejdningen ikke kunne undgås, at de overfladeegenskaber, der er leveret fra værk, forringes i forbindelse med forarbejdningen af materialerne. Disse må da retableres ved overfladebehandling inden produktet e r færdigt. Da formålet således er meget forskelligartet bliver også be - handlingsmetoderne forskellige. De rækker fra de mekaniske børstning, blæsning og slibning til de kemiske dekontaminering, passivering og bejdsning. Hertil kommer elektrokemi - ske som elektropolering og metaludfældning. For at give e t indtryk af det spektrum af problemer og metoder, der er aktuelt i forbindelse med overfladebehandling af rustfrit stål, gives her nogle eksempler på problemer og med hvilke metoder, de er blevet løst. Rengøringsvenlighed og hygiejne er aktuelt i levnedsmiddelindustrien, medicinalindustrien og den bioteknologiske industri. Her er der derfor særlige krav til overfladeruhed og -topografi. Denne kan tilpasses ved slibning, polering elle r elektropolering. Disse processer har også en gunstig indvirkning på den valgte ståltypes korrosionsegenskaber. Forbedring af rustfrie materialers korrosionsegenskaber ka n dog også opnås ved passivering, selv om denne metode ogs å har karakter af at fjerne nogle uhensigtsmæssige egenskaber opstået under forarbejdning. Forøget slidbestandighed kræver ofte forøget hårdhed. Overflader med stor hårdhed opnås normalt ved anvendelse a f martensitiske rustfrie stål, men inden for visse grænser kan hårdhedsforøgende overfladebehandling som tenifering og lignende komme på tale. Alle overfladebehandlingsmetoder har indflydelse på udseendet af rustfrit stål. På denne måde kan man ved at anvend e forskellige metoder opnå et ønskeligt udseende, men skal dog være opmærksom på eventuelle forskelle i metoderne s indflydelse på andre egenskaber, der måske ikke bliver optimale. Maling af rustfrit stål foretages normalt for at ændre udseendet udvendigt på beholdere og lignende, herunder påsætning af logo. (Alle fly er jo heller ikke aluminiumfarvet). Selvom man jo normalt betragter rustfrit stål som et korro - 12
sionsbestandigt materiale, kan maling også forekomme i beskyttelsesøjemed. I kemisk procesapparatur kan rustfrit stå l eksempelvis være godt nok til påvirkningen fra det indven - dige miljø. Er det varme komponenter, kan der i forbindels e med forurening være risiko for spændingskorrosion fra ydersiden. Denne risiko kan imødegås ved at anvende en spændingskorrosionssikker legering. Men hvis dette er urimeligt dyrt, kan maling være et attraktivt alternativ for at sikr e ydersiden. Med hensyn til at fjerne uhensigtsmæssige egenskaber elle r retablere egenskaber, der er blevet forringet under forarbejdningen, er det hyppigst forekomne problem anløbning a f overfladen i forbindelse med svejsning og anden varmepåvirkning. Disse anløbninger forringer såvel udseende so m korrosionsbestandighed og må derfor fjernes inden produktet sættes i drift. Hertil er slibning og bejdsning effektive, men også blæsning kan komme på tale hvis korrosionspåvirkningerne er milde. Slibning er jo som ovenfor nævnt en metode til at tilpasse overfladetopografien. Dette gælder også til retablering af områder, der er blevet mekanisk beskadiget i forbindels e med forarbejdningen, men slibning har en bivirkning. Slibning forøger egenspændingsniveauet i overfladen. Hvis stålet udsættes for et spændingskorrosionsfremkaldende miljø, er spændingsniveauet højere på en slebet overflade end på en bejdset. Dermed er også risikoen for spændingskorrosion større. Således kan en efterfølgende bejdsning forbedre korrosionsegenskaberne af en slebet overflade. Der er imidlertid en anden mulighed for at påvirke spændingsforholdene på en overflade, nemlig shot-peening. Ve d shot peening tilføres trykspændinger til overfladen, hvilket både eliminerer risikoen for spændingskorrosion og kan forbedre udmattelsesegenskaberne. Andre problemer, der kan have negativ indflydelse på både udseende og korrosionsbestandighed er jernafsmitning på overfladen fra værktøjer eller i forbindelse med transport. Denne situation kan retableres ved dekontaminering elle r passivering. At vælge overfladebehandlingsmetode er således ikke helt let, hvis alle ønskelige overfladeegenskaber skal tilgodeses, 13
men gennem kendskabet til hvorledes de enkelte metoder påvirker de forskellige egenskaber, er det muligt at prioritere, hvilke egenskaber, der er behov for og derved vælge metoder, der, under hensyntagen til økonomien, tilgodeser flest muligt af egenskaberne. 14
Måling af overfladeegenskaber, standardiserin g 2 Rustfrit stål, titan og hovedparten af nikkellegeringerne er passiverbare legeringer, hvilket vil sige, at de i ideel tilstan d er dækket af et oxidlag, som beskytter metallet mod omverdenen, hvadenten der er tale om korrosion eller slid. Det e r derfor ved passiverbare legeringer særligt vigtigt at vide, hvordan overfladens tilstand er. De faktorer, der normalt bruges til at karakterisere en ren metaloverflades tilstand e r Karakteristik af overflade r hårdheden, ruheden, topografien, slidstyrken og farven. For den rene, rustfri stål-, nikkel- eller titanoverflade har far - ven af metallet sjældent den store funktionelle betydning, men har nærmere en kosmetisk effekt. De øvrige fire faktorer derimod har overordentlig stor betydning for metallets funktion og dermed anvendeligheden af en legering. Hårdheden En vigtig faktor i karakteristikken af en metallisk overflad e er dens hårdhed. Hårdheden af et materiale siger noget om, hvor let materialet "giver efter" for påvirkninger udefra, og afhænger af faktorer som trækstyrke, elasticitetsmodul, dimensioner, overfladefinish, homogeniteten af materialet og geometri, kraft og hastighed for indtrykningslegemet. 2. 1 Måling af hårdheder Hårdheden af et metal har i praksis stor betydning for anvendeligheden af det, og det er derfor også af stor vigtighed, at man kan udføre reproducerbare målinger af hårdheden. Dertil er der udviklet en række af metoder, som alle bygger på det grundlæggende princip, at man trykker "noget" ned i overfladen og måler konsekvenserne af påvirkningen i form af en dybde eller diameter af indtrykket. Variationerne mel - lem de forskellige metoder ligger hovedsageligt i, hvad det er, 2.1. 1 Hårdhedsmålinge r 15
der trykkes ned i emnet, med hvilken kraft, det sker, og hvordan den efterfølgende opmåling sker. Principper og fremgangsmåder samt krav til udstyr er beskrevet i standarder. 2.1.2 Brinell-hårdehedsmålinger Brinell-hårdhed En af de almindeligste metoder til bestemmelse af hårdheden for et metal er Brinell-metoden, hvor det legeme, der trykkes med er en kugle med en diameter (D) på mellem 1,0 og 10 mm. Kuglen er fremstillet af enten hærdet stål eller hårdmetal. Stålkuglen kan benyttes op til en Brinell hårdhed på 450 HB, mens hårdmetal kan anvendes op til 650 HB. Hvor stor en kugle, der skal anvendes, afhænger dels af hårdheden af de t emne, der skal testes, og dels af homogeniteten af emnet. En stor diameter bør anvendes, hvis testemnet er relativt blødt eller inhomogent. For homogene emner findes der anbefaled e kombinationer af kraft og kuglediameter for forskellige metaller. Disse er angivet i standarderne for Brinellmåling. Selve det emne, der skal testes, skal være jævnt og rent, fri for oxidslagger og fremmedpartikler og især fri for smøremidler af enhver art. Figur 2.1 nedenfor viser princippet i Brinell-hårdhedsmålingen : Figur 2. 1 Skitse af princippet i hårdhedsmåling efter Brinell-metoden. øverst : Kuglen med diametere n (D) påtrykkes en kraft (F) og trykkes ned i testemnet (T). Nederst : Middeldiameteren af indtrykket (d) bestemmes. h er dybden af indtrykket (imm), men denn e måles ikke, men kan beregnes udfra D og d d 16
Hårdheden i Brinell kan derpå beregnes ud fra F, D og d. I praksis gør man dog oftere det, at man omsætter diameter - målingen til hårdhedstal via standardiserede tabeller. En yderligere beskrivelse af Brinell-hårdheden, måleprocedure n og formler og tabeller er beskrevet i ISO-standarden 6506-1981 (E) [1] samt i NDE-Ståbi'en [2]. Vickers-hårdhed En anden meget anvendt metode til bestemmelse af hårdheden er Vickers-metoden. Vickers minder i sin udførelse en del om Brinell, men mens indtrykket i Brinell sker med en kugle, bruges der i Vickers en kvadratisk diamantpyramide med e n spidsvinkel på 136. Princippet er vist nedenfor i figur 2.2 : 2.1.3 Målinger med Vickers-pyramid e Figur 2. 2 Princippet i opmåling af Vickers - hårdhedsindtryk. Opmåling af indtrykket sker ved af måle beg - ge diagonaler i indtrykket, d, o g d 2, hvorefter middeldiametere n (d) findes som (d, + d 2)/2 Middeldiameteren afhænger af belastningen (normalt mel - lem 1 og 100 kg) og ligger typisk omkring 0,1-0,3mm. Forud for testen skal emnet ligesom ved Brinell-målinge n være metallisk rent uden smøremidler. Herefter bestemme s Vickers hårdheden udfra belastningen (kraften, F) og arealet af indtrykket, som beregnes ud fra d. Omsætningen af størrelsen af indtrykket til Vickers-hårdhed sker i lighed me d Brinell ud fra en formel eller en tabel og er udførligt beskrevet i ISO 6507/1 [3], 6507/2 [4] og NDE-Ståbi [2]. Af hensyn til præcisionen bør hårdheden i Vickers angives som et tal efterfulgt af belastningen i kp (hvilket ved lodret Angivelse af Vickers-målinge r 17
belastning svarer til belastningsmassen i kg). 320HV 30 betyder da en Vickers hårdhed på 320 HV målt ved en 30 kps be - lastning (= 30 kg). Desværre er der i prakis en udpræget tendens til, at belastningsangivelsen udelades, men en almindelig belastning til måling på rustfri materialer er 10 kp (10 kg ) svarende til 98 N. Variationen i HV med belastningen er i øv - rigt størst ved inhomogene materialer, hvorimod variatione n ved måling på homogene, etfasede materialer (f.eks. austenitiske rustfri stål) er mindre. Homogene og inhomogene materialer Mikrovickers Forskellen mellem Vickers og Brinell ligger dels i formen af indtrykket og dels i størrelsen af indtrykket. For Brinell er indtrykket gerne flere mm, mens Vickers er nede i tiendedelene. For 100% homogene materialer som austenitiske stål betyder dette som nævnt ikke meget, men inhomogene materialer som støbejern måles bedst med et stort indtryk, de r kompenserer for lokale variationer i materialesammensætning og dermed hårdhed. Til gengæld er Vickers p.g.a. den mindre belastning bedre til f.eks. tynde materialer eller belægninger. I sidstnævnte tilfælde udføres målingerne so m Mikrovickers-målinger, hvor der anvendes meget små belastninger (ned til 5gr). Da indtrykket i emnet bliver tilsvarende mindre, skal opmålingen ske i mikroskop. Mikrovickers an - vendes f.eks. til hårdhedsmålinger af galvanisk pålagte, metalliske belægninger, der ikke er mere end få mikrometer tyk - ke. Da det kan være nyttigt at sammenligne hårdheder målt ve d forskellige metoder, er der bl.a. i NDE-Ståbien [2] angivet tabeller til omregning fra den ene til den anden type måling. 2.1.4 To-trins hårdhedsmåling Rockwell C-hårdhed En tredje metode til bestemmelse af hårdheden er RockwellC. Denne metode benytter sig af en afrundet diamantkegle med en vinkel på 120. Til forskel fra Brinell og Vickers udføre s Rockwell i to trin: Først med en forbelastning og derpå med en totalbelastning, hvorefter Rockwell-hårdheden beregnes udfra forskellen i indtryk. Derved undgås det, at oxider p å metaloverfladen får indflydelse på målingerne. Alligevel er RockwellC (HRC) ikke synderligt egnet til rustfrit stål. Metoden er bedst til ganske hårde materialer, hvilket giver sig udslag i, at HRC-skalaen først starter 21HRC (svarende ti1243hv 10), og det er langt fra alle rustfri stål der 18
overhovedet er så hårde (tabel 2.1). I f.eks. USA anvendes der dog andre Rockwell-metoder, som er mere velegnede til bløde materialer. Yderligere information om RockwellC er bl.a. angivet i NDE-ståbi'en [2]. Hårdheder for Rustfrit Stål, Nikkellegeringer og Titan Rustfrit stål hører til de "mellemhårde legeringer" og er generelt lidt hårdere end rent, ulegeret jern. Målt i Vickers med en belastning på 10 kg (svarende til en kraft på 10 kp) ligger et spændingsudglødet, austenitisk SS 2333-stål med en hård - hed på 155 HV 10. Mekanisk bearbejdning og kolddeformering får stålets hårdhed til at stige til 180-190HV 10. Højere legerede, austenitiske stål er normalt lidt hårdere end SS 233 3 og de to-fasede ferritisk-austenitiske duplexstål endnu hårdere. Vickers-hårdheden for visse almindelige rustfri stål, nikkellegeringer og titan er angivet nedenfor i tabel 2.1 : 2.1. 5 Hårdheder for rustfrit stå l Tabel 2.1 Vickers hårdheder for forskellige rustfri stål, nikkellegeringer og titan. Værdierne for hårdhederne for rustfrit stål og nikkellege - ringerne er hentet fra stålværkernes datablade, mens oplysningern e om titanlegeringerne stammer fra Metals Handbook [5 ] Stål / legering Mat.gruppe HV 1 0 SS 2333 / AISI 304 RS, aust., FCC 15 5 SS 2343 / AISI316 RS, aust., FCC 15 5 904L / SS 2562 RS, aust., FCC 16 0 254 SMO / SS 2378 RS, aust., FCC 22 0 2304 / W.Nr.1.4362 RS, duplex 23 0 2205 / SS 2377 RS, duplex 26 0 2507 / SS 2328 RS, duplex 29 0 Hastelloy B-2 Ni-leg. FCC 22 0 Hastelloy C-22 Ni-leg. FCC 22 0 Hastelloy C-276 Ni-leg. FCC 190 Titan grade 1 a-ti 113 Titan grade 5 a-13-ti 320 Ti-13V-llCr-3A1 (3-Ti 308 Det bemærkes, at mens der er relativt lille variation i hårdhederne for de rustfri stål med samme struktur, er variatione n større ved overgang til to-fasestål. Især det meget højtlegere - Hårdheder for duplexe stå l 1 9
de 2507 er hårdt. Det samme, men endnu tydeligere ses ve d titanlegeringerne, hvilket ikke er overraskende taget i betragtning, at titan grade 5 (6A1, 4V) netop er udviklet med henblik på høj styrke og dermed hårdhed. 2.2 Kvantificering af ruhe d Ruhed En anden vigtig faktor i karakteriseringen af en overflade e r dens ruhed. Ruheden er groft set et udtryk for, hvor "bakket " metallets mikrooverflade er, og jo mere bakket overfladen er, jo større er ruheden. Ruheden har stor funktionel betydning, både når der er tale om slid, men også, hvad angår metallet s korrosionsresistens. Desuden har ruheden, eller om man vil : blankheden, stor betydning for emnets rent visuelle udseende. En ru overflade udmærker sig jo ved ikke i samme gra d som en blank at kaste lys tilbage. Det er således ønskeligt at kunne karakterisere overfladeruheden og helst sætte et tal på, hvor ru en overflade er - kvantificere ruheden. Tabel 2.2 Eksempler på de mest anvendte overfladetyper ved leverin g fra værk, ASTM A480 [8] og DIN 17440 [9]. Ifølge ASTM A480 kan de n matte overflade ved "2D" også være et resultat af en bejdsning. I DI N 17440 betegnes denne tilstand "h" ) Behandling Varmvalset, glødet og bejdse t Koldvalset og slebet korn 80-100 korn 12 0 korn 15 0 korn 18 0 korn 28 0 Poleret Børstet Koldvalset uden slibning Glødet og bejdset Glatvalset Blankglødet Elektropoleret Betegnelse Betegnelse Omtrentlig ASTM A480 DIN 17440 overfladeruhed Ra (µm) 1 c2 / IIa 2-8 3 o/iv 1-2 4 o/iv 1-2 4 0 / IV 0, 8 4 0 / IV 0, 5 4 o/iv 0,35 4 p / V 0,30 6 q 0,2-0, 4 2D h / IIIb 0,2-1,0 2B n / IIIc 0,1-0,5 BA m / IIId 0,03-1,0 (7) p / V 0,1-0,4 20
Det amerikanske ASTM-system og de tyske DIN-system har begge betegnelser for overfladens kvalitet ved levering fra værk. Disse betegnelser dækker både slebne og ikke-slebne plader og et udvalg er angivet i tabel 2.2 side 20. standardisering af ruhede r Det er værd at bemærke, at kravene i ASTM A480 og DIN 17440 siger noget om, hvordan emnet er forarbejdet, men ikke meget om overfladens udseende efter forarbejdningen, udover at den skal være "blank", "mat" eller sleben til en bestem t finhed. Kun de færreste koldvalsede, rustfri plader leveres i sleben tilstand. Langt de fleste leveres efter "ASTM A480, 2B", hvo r B'et står for "bright". Lidt sjældnere leveres pladerne efte r "2D", "dull". Forskellen melem de to er, at eftervalsningen i 2B er sket på blanke valser, mens den eftervalsning, 2D-pladerne er udsat for, er sket på matte valser. Måling af ruheder 2.2. 1 Ruheder kan måles ved at benytte sig af en fin pick-up, der registrerer ujævnhederne i overfladen over en defineret længde. Derved kan man bestemme overflades Rp og Rm. Rp er profiltop-maximumhøjden, Rm er profiltop-maximumdybden, og Ry er summen af de to. Dette er illustreret nedenfor i figur 2.3 : Figur 2. 3 Overfladeprofil med angivelse af R P, Rm og R, som er profilen s maximum højde) Et enkelt bjergs max.højde siger imidlertid ikke meget om resten af landet, så en mere almindelig og mere brugbar teknik er at bestemme "profilens aritmetiske middelafvigelse", Ra, der findes som en vægtet middelværdi mellem alle de topp e og dale, som ruhedsmåleren passerer under målingen. Ra er derfor altid er mindre en R. Ra måles i mikrometer, gm, og en normal, koldvalset, værksbejdset, rustfri ståloverflade (2B) kan have en Ra på omkring 0,3 gm. Profiler af bjerglandskabern e 21
Ruhedsmålingen varierer oftest en del med forarbejdningen af stålet. Kører man en pick-up hen over en grammofonplade, er der trods alt forskel på at trække pick-up'en med rillerne eller på tværs af rillerne. Målingerne skal derfor altid foretages i den retning, der giver størst ruhed. Referencelængde Målingen skal udføres over en nærmere bestemt reference - længde, som afhænger af Ra. For Råer mellem 0,1 og 2,0 gm er referencelængden i DS/ISO 4288 fastlagt til 0,8mm. For at maximere målesikkerheden specificerer samme standard endvidere, at der skal foretages fem målinger efter hinanden med samme referencelængde, hvorefter Ra findes som et gennemsnit af de fem. Yderligere beskrivelse af definitioner o g forhold omkring overfladeruhed er angivet i bl.a. DS/ISO 4287/1 (nov.1986, [6]) og DS/ISO 4288 (nov.1986, [7]). 2.3 Topografie n Selve målingerne af Ra, Rp, Rm og Ry siger noget om højdeforskellene mellem top og bund på overfladen, men til gengæl d ikke meget om, hvordan overfladen ser ud. Overflader me d samme Ra-værdi kan se overordentligt forskellige ud, og fo r at få et mere præcist billede af overfladens tilstand er det derfor almindeligt at få optegnet en profil over overfladen s bjerglandskab, topografien, under ruhedsmålingerne. Figur 2.3 ovenfor viser faktisk en sådan profil, og yderligere fire eksempler på profiler fra rustfri ståloverflader ses i figur 6. 5 fra kapitel 6. Profilen giver et langt bedre billede af, hvordan Ra-værdien er opstået, end selve det nøgne tal for R a, og det bemærkes fra figur 6.5, at profilen af det slebne emne er langt mere ujævn end profilen af en 2B-overflade. Betydning af ruheden Ruhedsprofilen har stor betydning både funktionelt o g kosmetisk. En overflade med jævnt afrundede bakker vil al - tid være at foretrække fremfor en overflade med skarpe kanter. Ikke nok med at de afrundede bakker ser lidt blanker e ud. De har også mindre tendens til at opsamle skidt fra miljøet, hvilket gavner korrosionsbestandigheden. Topografien har også stor betydning ved slidpåvirkninger. Her er det afgørende, hvor stor "bærefladen" er, når toppene er slidt væk, og en blød profil giver normalt større bæreflade, når de spidseste toppe er slidt væk, end tilfældet er for den 22
skarpe profil med samme R a. Ønskes et lavt slid, er en blø d profil derfor at foretrække. M.h.t. profilens betydning for kosmetikken er det værd at bemærke, at rustfrit stål p.g.a. kromoxiderne er ekstremt optis k aktivt, og selv små forskelle i overfladeprofilen kan få overfladen til at tage sig helt anderledes ud. Dette ses ved bejdsning af anløbne overflader, hvor de steder på overfladen, hvor der har siddet oxider, ofte ser matte og lysegrå ud efter bejdsning. Dette skyldes sjældent en stor forøgelse af R a, men snarere en ændret topografi. Kosmetisk ruhed Råværdien alene giver således ikke nogen fyldestgørend e karakteristik af overfladens udseende, så er det muligt, bø r en profil af overfladen vedlægges. Der findes ingen standarder til at adskille stål efter deres profiler, men generelt skal materialets ruhedsprofil være så afrundet som muligt. Slidstyrken 2.4 Endnu en faktor til karakterisering af en overflade er den s slidstyrke. Slidstyrken af et materiale er i høj grad knyttet ti l materialets hårdhed, og normalt er det sådan, at jo hårdere et metal er, jo bedre er dets slidstyrke. Slid er dog ikke kun et spørgsmål om selve metallet, men også om den modpart, metallet slides mod, mediet og temperaturen. Ved rustfrit stål skal man specielt være opmærksom på stålets modpart, især hvis der er tale om endnu et rustfri t stålemne. To rustfri stål med samme struktur (f.eks. austenitaustenit) vil give anledning til alvorlige rivninger, hvilke t skyldes, at oxidlaget fra det ene rustfri stål under trykpåvirkningen binder (koldsvejses) til oxidlaget på modparten, o g når de to parter forskydes fra hinanden, rives oxidlagene i stykker. Dette kan give alvorligt slid. Der kan derfor ofte være behov for at måle slidstyrken for en materialekombination i et bestemt medie. Der findes flere forskellige standardiserede metoder til slidundersøgelse r (pin-on-ring, block-on-ring, pin-on-disc etc.), og fælles for dem alle er, at testen foregår ved at presse den ene, roterende part mod den anden, der som oftest er fixeret. Rotationsha - stighed og fladetryk skal være konstante og naturligvi s kendte, og slidbestandigheden kan efter et kendt tidsrum evalueres i form af materialetabet for hver part hver for sig. Målinger af slidstyrke 23
2.5 Farven Endelig er der farven af metallet. Alle ovennævnte faktorer er i høj grad knyttet til metallets funktion, mens farven, so m er det, man umiddelbart først lægger mærke til, næsten altid har en ren kosmetisk betydning. For rustfrit stål og nikkellegeringer er der sjældent de store valgmuligheder m.h.t. farve, men det er der til gengæld ved titan, som v.hj.a. anodisering kan få stort set hvilken som helst farve, man måtte ønske. Dette er yderligere beskrevet i kapitel 6. Imidlertid har farven af oxidlaget ikke den store betydning for titanens funktion, hverken når det drejer sig o m korrosionsbestandighed eller styrke, og anodisering bruges derfor primært som kosmetisk overfladebehandling. Referencer : [1] ISO-Standard 6506-1981 (E). [2] NDE-Ståbi. [3] ISO-Standard 6507/1. [4] ISO-Standard 6507/2. [5] Metals Handbook, Vol. 3, 9th ed. (1980) [6] DS/ISO 4287/1 (nov.1986 ) [7]DS/ISO 4288 (nov.1986) [8]ASTM A 480/A 480 M (1990) [9] DIN 17440 (1985 ) 24
Overflade og korrosionsbestandighed 3 De fleste er bekendt med, at korrosionbsbestandigheden a f rustfrie stål skyldes dannelsen af et ganske tyndt oxidlag på overfladen det såkaldte passivlag -, og at opretholdelse n samt egenskaberne af dette passivlag er forudsætningen for at de rustfrie stål får en tilstrækkelig levetid under indflydelse af de omgivelser, de er udsat for. Passivlaget dannes fra det stål, der findes på overfladen a f den rustfrie genstand eller konstruktion, og det er sålede s sammensætningen og tilstanden af dette stål, der bestemme r om et tilstrækkeligt stabilt lag kan dannes, samt hvilken sammensætning og form det får. Samtidigt vil overfladetopografien være medvirkende til dannelsen af det kemiske mikro - miljø, der er i umiddelbar kontakt med ståloverfladen, o g som dermed påvirker passivlagets stabilitet. Det kan derfor ikke overraske, at varierende overfladetilstand samt forskellige former for overfladebehandling a f rustfrit stål har indflydelse på stålets korrosionsbestandighed. Dette gælder ikke mindst hvor der anvendes stål, de r udfra sin sammensætning kun lige netop er korrosionsbestandigt i de aktuelle omgivelser, og det gælder især i chloridholdigt miljø, hvor det drejer sig om at undgå forskellig e former for lokaltæring. Ganske mange korrosionsskader indenfor rustfri beholder - og anlægsbyggeri viser, at skaderne ofte skyldes lokalt reduceret korrosionsbestandighed på grund af overfladefejl for - ureninger og oxidbelægninger, ofte i nærheden af svejsninger, samt mekaniske defekter i overfladen. Disse skader kan undgås ved at retablere overfladeforholdene til det optimale ved en passende overfladebehandling inden anlægsdelene sættes i drift. En given rustfri ståltype har sin optimale korrosionsbestandighed med en metallisk ren, glat overflade på et stålmateriale med en ensartet kemisk sammensætning og en velkontrolleret og ensartet struktur. 25
3.1 Overfladefejl kan danne spalter Korrosionsbestandighed i forbindelse med mekaniske defekte r Afhængigt af hvordan overfladen er blevet påvirket i forbindelse med håndtering og forarbejdning, kan der på overfladen forekomme forskellige former for mekaniske defekter i overfladen. Dybe furer kan forekomme ved uhensigtsmæssi g slibning, og spalter og overlap kan for eksempel forekomm e på dårligt udførte svejsesømme, hvor der har været problemer med flydningen af svejsemetallet. Alle disse defekter vi l kunne fungere som spalter, hvor spaltekorrosion kan opstå. Disse bliver således de svageste steder i konstruktionen, hvis den i øvrigt er spaltefri. Andre muligheder for overfladefejl kan være i forbindels e med påsvejsning af midlertidige støtte- eller forstærknings - elementer f. eks. kryds. Når en beholder i løbet af opbygningen har fået tilstrækkelig stivhed, fjernes krydsene igen. Her er det vigtigt, at de uregelmæssigheder, der er opstået ve d befæstigelsen af krydsene, udbedres, da de ellers kan føre ti l korrosionsfølsomme områder. Fig. 3.1 viser begyndende korrosion ved et sådant område, der ikke er blevet udbedret. Figur 3. 1 Begyndende korrosion ved over - fladedefekt, hvor støttekryds ha r været påsvejst Overfladefejl kan sågar være leveret fra værk i form af overvalsninger i plademateriale. Sådanne fejl bør dog ikke forekomme og er grundlag for reklamation. Dette fordrer imidlertid, at fejlene erkendes inden materialet anvendes. Det er især almindeligt 18/8 stål, der er følsomt for denne type defekter, hvor molybdænholdige stål med deres større 26
bestandighed mod spaltekorrosion er mindre følsommme. Der er dog set skader som følge af denne type defekter på f.eks. AISI 316, hvor overfladedefekterne er blevet afgørende, fordi materialet er anvendt i et miljø, hvor marginen i korrosionsbestandighed har været lille. Korrosionsbestandighed i forbindelse med svejsning 3.2 Svejsning medfører, at materialet i svejsefugen opvarmes til Anløbninger reducerer korro - langt over 1000 C, og som følge heraf vil materialet i umid- sionsbestandighede n delbar nærhed af svejsningen udsættes for en temperaturprofil fra omgivelsestemperaturen op til smeltepunktet. Selve svejsningen vil ved de forhøjede temperaturer være beskytte t mod påvirkning fra luftens ilt af enten beskyttelsesgas eller slagge fra elektrodebeklædning, men overfladen ved siden af svejsningen og på rodsiden udsættes for luftens ilt, og vi l som følge heraf reagere med ilten (oxidere, anløbe). Dett e kan ses ved at overfladen misfarves, hvilket skyldes dannels e af tykkere oxider end de tynde lag, der betinger korrosionsbestandigheden af de rustfrie stål. Anløbningens art og om - fang er afhængig af såvel temperaturniveauet som tiden. Ved høj temperatur (1000 C) dannes tykke sorte belægninger, medens der ved lavere temperatur dannes tyndere belægninger, der farver overfladen gul og blå ved interferens. På figur 3.2 er vist indholdet af jern, chrom, nikkel og silicium i oxidla g dannet under forskellige omstændigheder. Til sammenligning er vist et oxid, svarende til oxidation af stålets komponenter (støkiometrisk oxid). Det ses tydeligt, at oxidlaget ha r 100-80 - 60-0 jern n chro m nikke l silicium Figur 3. 2 Oxidtyper på rustfrit stå l (AISI 304 ) stokiometr. ox.900 C Oxidtype ox.200 C luftpassiv bejdset passiveret 27
forskellig sammensætning, afhængigt af under hvilke omstændigheder det er dannet. Således har de oxidlag, der er dannet ved forhøjet tempera - tur, et stærkt forhøjet chromindhold og næsten intet silicium - indhold, medens oxider dannet efter bejdsning og passivering ligner hinanden meget. Strukturen er også forskellig, og tilsammen betyder det, at de belægninger der er dannet ve d oxidation ikke er egentligt beskyttende. De må således fjernes for at gøre plads for dannelse af egentlige passivlag. Gøres dette ikke, vil især områderne ved den varmepåvirkede zone (oxider dannet ved 250 300 C) være meget følsomme for grubetæring i chloridholdigt miljø. Man bør være opmærksom på, at behovet for fjernelse af disse oxider, mo d forventning, er størst i mildt korrosive miljøer, f.eks. vandtyper, medens stærkt sure miljøer kan have en selvbejdsende effekt, således at oxiderne kan fjernes under drift. Man kan dog ikke altid regne med denne gunstige effekt. Synlige oxider skal fjernes Tykke, sorte belægninger dannet ved høj temperatur (900 1000 C) er ikke i sig selv beskyttende, idet de kan skalle af, efterladende en ståloverflade med nedsat chromindhold i overfladen. Oxiderne og det underliggende metallag bør derfor fjernes ved bejdsning. De er imidlertid kemisk ganske resistente, og kræver ikke alene kemisk meget aktive kemikalier (bejdsemidler) for at blive opløst eller løsnet, men kan også kræve ganske lange bejdsetider for at blive fjernet. Det kan derfor ved tilstedeværelse af sådanne kraftige oxidla g undertiden betale sig, at fjerne disse mekanisk (sandblæsning, glasblæsning) før man foretager bejdsning til retable - ring af korrosionsbestandigheden, eller man kan effektivisere bejdseeffekten ved børstning eller lignende. Tyndere oxidlag, strågule til brunlige, er ikke tætte og derfo r ikke beskyttende. Korrosionsforsøg i chloridholdigt vand vi - ser, at korrosionsbestandigheden er betydeligt reduceret ved dannelse af disse forholdsvis tynde lag. Figur 3.3 viser resultater af korrosionsprøvning af rustfrit stål SS 2333 svejst me d stigende indhold af ilt i beskyttelsesgassen. Prøvningen er udført som bestemmelse af CPT værdien (den kritiske pitting temperatur), som er den temperatur, der skal overskrides før grubetæring (pitting) indtræder under de pågældende prøvningsbetingelser. Prøvningen er udført i vand med varierende chloridindhold. Det ses, at ved lave iltindhold er der en beskeden reduktion af CPT-værdien, men at der ved iltind - 28
hold over 50 ppm i gassen optræder en betydelig reduktion i CPT-værdien. Over dette iltindhold bliver den varmepåvirkede zone tydeligt brunlig og senere blålig. Det ses også, at reduktionen af korrosionsbestandigheden bliver kraftigere j o højere chloridindholdet i vandet er. C Figur 3. 3 Oxidationsgradens indflydelse på CPT-værdien af SS 2333 i chloridholdigt vand (+300 mv SCE ) Ilt 1.00 10.0 100. 100 0 pp m Overfladeforhold som overfor beskrevet gælder ikke alene i forbindelse med tilsigtet svejsning, men er også tilstede i for - bindelse med tændsår og svejsesprøjt ved siden af svejsningen. Sådanne skal således undgås eller retableres som selv e svejsningen for at undgå reduceret korrosionsbestandighed. Korrosionsbestandighed og overfladetilstand Ovenfor er beskrevet, hvorledes specifikke påvirkninger a f overfladen, mekanisk som termisk, kan ændre korrosionsbestandigheden af bestemte områder af en rustfri konstruktio n i forhold til ståltypens nominelle korrosionsbestandighed. Den generelle overfladetilstand under drift har dog også indflydelse på, hvordan en given ståltype opfører sig. 3.3 Ud fra forestillingen om dannelsen af passivlaget på overfladen er det indlysende, at de ideelle driftomstændigheder fo r rustfrit stål er forhold, hvor overfladen kan holdes ren og hvor mediet til stadighed er i bevægelse. Så længe disse for - hold hersker, udsættes ståloverfladen for det miljø, som de t er tiltænkt, og som det er bestandigt overfor. 29
Hvis der forekommer aflejringer på overfladen, kan der under aflejringerne udvikle sig ændringer i det miljø, der er i direkte kontakt med overfladen. Ændringen sker i retning a f højere chloridindhold og lavere ph-værdi. Dette bliver såle - des mere og mere korrosivt og kan føre til lokalangreb (til - dækningskorrosion). Samme effekt gør sig gældende i forbindelse med afsmitnin g af sort jern på den rustfrie overflade. Når overfladen udsættes for et vandigt, neutralt miljø, begynder jernet at korrodere under dannelse af rust. Under atmosfæriske forhold er de t som regel kun et kosmetisk problem i form af rustpletter elle r streger som dog kan være generende -, men hvis stålet er neddykket i vand, forbliver de uopløselige korrosionsprodukter fra jernet på overfladen, og hvis vandet ydermere er chloridholdigt, kan der udvikles tildækningskorrosionsangreb på det rustfrie stål som ovenfor beskrevet. Rengøring gavner bestandigheden Det er derfor naturligt, at en given rustfri ståltype ofte vi l kunne modstå mere korrosive miljøer, f. eks. i form af højere chloridindhold eller højere temperatur, under forhold, hvo r overfladerne rengøres jævnligt som f. eksempel i levnedsmiddelindustrien. Ved rengøringen, der ofte foretages med basiske rengøringsmidler, fjernes aflejringer, ligesom udviklede lokalmiljøer fjernes eller neutraliseres, inden de når a t blive farlige. Dette er baggrunden for, at man i denne sektor kan se almindeligt 18/8 stål anvendt i forbindelse med forholdsvis høje chloridkoncentrationer. 30
Mekanisk overfladebehandling 4 Indledning Mekanisk overfladebehandling af rustfrit stål, d.v.s. en ændring af overfladens mekaniske-topografiske egenskaber, ud - føres altid med henblik på erhvervelse af funktionelle og/eller kosmetiske egenskaber. Disse egenskaber kan ikke skarpt adskilles, idet positive og negative følger af mekanisk bearbejdning må vurderes i for - hold til overfladekvalitet før bearbejdning. Eksempelvis kan en overfladebehandling, der resulterer i en ruhedsændring, have såvel positiv som negativ indflydelse på korrosionsbestandigheden af den oprindelige overflade. Det skal imidlertid understreges, at såfremt rustfrit stål i en given situation er valgt på grundlag af dets gode korrosionsegenskaber, vil en - hver mekanisk bearbejdning uden efterfølgende bejdsning på en værksleveret bejdset og koldvalset plade (2B efte r ASTM A480) kun kunne påvirke korrosionsbestandigheden i negativ retning. 4. 1 Mekanisk overfladebehandlin g kan kun påvirke korrosionsbestandigheden af en værkslevere t bejdset og koldvalset plade negativt Rustfrit stål overfladebehandles mekanisk af mange grunde. Indenfor levnedsmiddel- og medicinalindustrien skal over - fladerne have lav ruhed, så de kan rengøres let og med definerbart resultat. I bil- og flyindustrien er det primære formå l at opnå øget modstand mod udmattelsesbrud, mens det i byggeindustrien oftest er visuelle krav, der definerer overfladekravene. F.eks. logos og spejlblanke facader. Visuelle krav er svære at imødekomme, da rustfri overflader er meget optisk aktive, så selv små ændringer i overfladen kan ses som pletter, skjolder eller buler, når en større overflade betragtes i det rigtige lys. Hertil kommer, at forskellige ståltyper har forskellig lød. Ferritiske stål fremstår sålede s normalt med mørkere lød end austenitiske. Som følge af denne optiske effekt kan det visuelle udfald af større overflade r ikke bedømmes på grundlag af prøveplader på få kvadrat - centimeter. Der skal større testarealer til og helst producere t så realistisk som muligt med svejsninger, tilhørende kastninger og lignende. Rustfrit stål er meget optisk aktivt 31
Mekanisk overfladebehandlin g udføres oftest i forbindelse me d efterbehandling efter svejsnin g Den hyppigste baggrund for mekanisk overfladebehandlin g er dog nok, at man i forbindelse med forarbejdning af materialerne, herunder svejsning, lokalt har fået forringet overfladerne leveret fra værk og ønsker at fjerne eller sløre disse defekter. Med mekaniske metoder er det på rustfrit stål, der ha r god polerbarhed, muligt at opnå en række forskellige over - flader som spejlglans, poleret, slebet, mønsterpoleret etc. I det følgende beskrives udførelse samt design- og korrosionsmæssige konsekvenser af en række forskellige metoder for mekanisk overfladebehandling. 4.2 Børstning foretages sædvanligvi s med roterende børster. Der ska l anvendes rustfri børster til børstning på rustfrit stål for at undg å jernafsmitning Ved børstning fås en blank skinnende overflade Korrosionsbestandigheden aftager med stigende ruhed Børstnin g Børstning af rustfrit stål foretages enten af kosmetiske årsager, d.v.s. for at frembringe en speciel overfladeeffekt, eller som led i efterbehandling efter svejsning. Børstning, der normalt udføres med roterende børster for a t opnå tilstrækkelig hurtigt arbejdsforløb, skal foretages med rustfri børster for at undgå jernafsmitning. Jernpartikler indlejret i rustfri overflade vil ruste ved eksponering i vand elle r fugtige omgivelser. Herved fås misfarvninger, som, hvis de ikke fjernes ved kemisk overfladebehandling, kan forårsage pitting. Ved børstning opnås en blank skinnende overflade, som ikke skyldes lav ruhed, men regelmæssige furer i overfladen de r reflekterer lyset i et bestemt mønster. Til sammenligning fremstår en bejdset overflade mat, fordi de ved bejdsningen blotlagte korngrænser reflekterer lyset tilfældigt. Da den resulterende ruhed efter børstning generelt er højere end ruheden af udgangsmaterialet, er korrosionsbestandigheden mindsket, fordi en ru overflade under atmosfæriske forhold har lettere ved at opsamle kondens, snavs og hygroskopiske salte. Under atmosfæriske forhold, hvor den korro - sive påvirkning normalt er beskeden, er dette ikke kritisk, men for at bibeholde en pæn overflade uden misfarvninge r vil det være nødvendigt med hyppigere rengøring. Under neddykkede forhold vil øget ruhed mindske bevægeligheden på overfladen. Herved øges risikoen for dannelse af mikro - skopiske lokalelementer, d.v.s. risikoen for pitting og spaltekorrosion. 32
Som tidligere nævnt anløbes overfladerne ved siden af svejsningerne og på rodsiderne, såfremt rustfrit stål svejses ude n eller med utilstrækkelig brug af beskyttelsesgas(dækgas) / baggas. Retablering af korrosionsbestandigheden forudsæt - ter, at såvel anløbningerne, primært chromoxider, som de t afchromede lag underneden fjernes, således at der gøre s plads for egentlige passivlag. Dette gøres ved bejdsning. Da det kan kræve lange bejdsetider at fjerne de kemisk gan - ske resistente oxider, kan det ved tilstedeværelse af kraftig e anløbninger betale sig at effektivisere bejdseeffekten ved forudgående mekanisk bearbejdning, f.eks. børstning. Det be - mærkes, at børstning alene ikke kan retablere korrosionsbestandigheden. Selv grundig stålbørstning har vanskeligt ve d at fjerne oxiderne, og det afchromede lag underneden fjernes slet ikke. Resultatet bliver, at disse områder fremstår mer e blanke, men stadig er følsomme for korrosion, og meget oft e vil man opleve, at sådanne svejsninger hurtigt bliver rustne, når de udsættes for iltholdigt brugsvand. Spændingsniveauet i overfladen stiger ved børstning so m følge af deformationshærdning. Herved induceres træk - spændinger i overfladen med risiko for spændingskorrosion, idet der ved "rivning" kan opstå mikrospalter. Risikoen, de r er størst for austenitiske stål, er dog ikke stor, fordi børstning er en mekanisk bearbejdning med lille energitilførsel. Efterfølgende bejdsning mindsker risikoen for spændingskorrosion, men dette er naturligvis ikke muligt, såfremt børstningen er valgt med henblik på erhvervelse af en blank overflade. Børstning kan ikke alene retable - re korrosionsbestandigheden efter svejsnin g Energitilførslen ved børstning e r normalt ikke stor nok til at inducere trækspænding i overflade n Slibning Slibning, der er den mest anvendte mekaniske overfladebehandling på rustfrit stål, foretages ligesom børstning enten for at ændre overfladens udseende eller som led i efterbehandling efter svejsning. I forbindelse med svejsning fjernes svejsevulster normalt med skive (vinkelsliber), hvorefter der slibes efter med bånd eller vifte. Som slibemiddel anvendes normalt aluminiumoxid eller siliciumcarbid i kornstørrelse afpasset efter opga - ven. 4.3 Slibning udføres med skive, bån d eller vift e 33
Slibning med skive giver sto r energitilførsel. Glødende slibepartikler kan give jernafsmitning Ved slibning med skive, hvor der fjernes meget materiale, er energitilførslen stor. Slibepartiklerne er derfor glødende, når de forlader slibeskiven, og kan brænde fast i overfladen, hvor de lander. Da chromet i slibepartiklerne brændes af, oxideres, under opvarmningen, mister de deres rustfri egen - skaber, hvorved den oprindelige korrosionsbestandighe d mindskes. Retablering af korrosionsbestandigheden kræver, som for "almindelig" jernafsmitning, kemisk overfladebehandling. Der gøres opmærksom på, at man ikke kan fjerne jernafsmitning effektivt udelukkende ved mekanisk rensning, f.eks. fin slibning, idet man risikerer, at jernpartiklerne blot "mases" ned i ståloverfladen. Deponering af slibepartikler ved slibning med skive bør derfor, i den udstrækning det er muligt, undgås ved tildækning af nærliggende overflader. Slibning med bånd eller vifte ved siden af og på svejsninger foretages dels for at etablere en overflade med topografi som det oprindelige plademateriale og dels for at retablere korrosionsbestandigheden. Slibning skal foretages til korn 220-320 for at opnå omtrent samme ruhed som en almindelig glatval - set overflade, d.v.s. Ra, aritmetisk middelafvigelse, ca. 0,3 gm. Retablering af korrosionsbestandigheden efter svejsning v.hj.a. slibning forudsætter slibning ti l meget fin kornstørrelse Succesfuld retablering af korrosionsbestandigheden efter svejsning forudsætter som tidligere nævnt, at ikke blot anløbningerne, men også det afchromede lag underneden fjernes. Korrosionsbestandigheden stiger derfor i takt med, a t der fjernes mere og mere materiale, svarende til at der slibe s til finere og finere kornstørrelse. Elektrokemiske bestemmelser af korrosionsbestandigheden efte r fjernelse af anløbninger v.hj.a. forskellige mekaniske overflade - behandlinger Svenske forskere har eftervist dette ved elektrokemiske bestemmelser af pittingpotentialet af rustfrit stål af typen AISI 316 i saltopløsning (Ref. 1). Med henblik på at opnå en overflade med an - løbninger som den varmepåvirkede zone ved svejsning, blev emnerne inden eksponeringen i saltopløsning udglødet ved 1050 C i 5 minutter, hvorefter det dannede oxidlag blev fjernet v.hj.a. forskellige mekaniske overfladebehandlinger med og uden efterfølgende bejdsning. Resultaterne af disse korrosionsundersøgelser e r gengivet i uddrag i tabel 4.1 og figur 4.1. 34