Vis PDF - Damstahl

Kemisk overfladebehandling af rustfrit stålDe forskellige processer, virkemåde, fordele og ulemperAl bearbejdning af rustfrit stål medfører en risiko for svækkelseaf stålets naturlige korrosionsbestandighed. Er denne svækkelsestørre, end materialevalget har taget højde for, skal bestandighedenretableres, hvilket sikrest (og ofte billigst!) sker ved at anvende enkemisk overfladebehandling.Bejdsning ("Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.1)En af de alvorligste ”skavanker”, man kan tilføre det rustfri stål eranløbninger ("Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 10.1.5), og den slagsfjernes gerne ad kemisk vej – som regel ved en bejdsning. SelveBlålige, anløbne svejsninger fra enbejdsebadet består typisk af 10-20 % salpetersyre (HNO3) og 1-8 % tank lavet af 4301. Tabet af korrosionsbestandighedi sådanne anløb-flussyre (HF). Højtlegeret stål kræver et aggressivt bejdsebad medninger er alvorligt, og for at stålethøjt indhold af flussyre, mens ”normalt”, rustfrit stål af 4301- ogskal retablere sin gode korrosionsbestandighed,skal disse anløbninger4401-klassen bedst bejdses med et relativt lavt indhold af HF. I stedetfor flussyre kan man teoretisk set anvende saltsyre (HCl), hvilket fjernes. Dette gøres bedst og billigstdog medfører dels en mere aggressiv bejdse (kongevand!), dels en ved en bejdsning.stor risiko for følgeskader i form af grubetæring. Saltsyreholdigebejdser kan i det hele taget ikke anbefales (se "Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.1.2).Ved stuetemperatur er bejdsetiden normalt mellem 30 min. og flere timer afhængig af graden afanløbninger, der skal fjernes (jo mørkere, jo længere tid), og koncentrationen af metalforureninger i badet.Efter bejdsningen har man igen det rene stål uden nogen korrosionsmæssige svækkelser. Anløbningerneer blevet opløst effektivt, og det samme er det afkromede lag nedenunder, så efter en repassivering(sker i almindelig, fugtig luft), har stålet igen fået sin perfekte, korrosionsbestandige overflade.Den dominerende ulempe ved en bejdsning er, at der er tale om generel korrosion, altså en ætsning.Dette betyder, at overfladeruheden vil stige, især for meget glatte emner, hvilket kan være yderst generendei medicinal- og fødevarebranchen, hvor ruheden skal holdes nede aht. mikroorganismer. Ofteopererer man med en maksimal ruhed (som Ra) på 0,6-0,8 µm.I tillæg til selve forøgelsen af ruheden kan variationer i overfladeruhedenfå emnet til at se mindre homogent ud, hvilket dog mest har kosmetiskbetydning. Overfladeruhedens variation med ståltypen og bejdseprocessenfindes i "Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.1.5.Bejdset svejsesøm i etemne af 4404. Bemærk,at stålet får et ”glasblæst”udseende. Dette skyldes,at en bejdsning indebæreren ætsning af stålet,hvilket forøger overfladeruheden.www.damstahl.com2

Kemiskoverfladebehandlingaf rustfrit stålKemisk overfladebehandling af rustfrit stålDe forskellige processer, virkemåde, fordele og ulemperPåføringen af bejdsen sker lettest ved at dyppe emnet i bejdsebadet, men er dette ikke muligt, kanman anvende en fortykket bejdsepasta, som kan ”males på” ved hjælp af en pensel. Dette er yderstnyttigt ved f.eks. montagesvejsninger, hvor man ikke ønsker at bejdse hele fabrikken, men blot svejsningerne.Det at kunne bejdse lokalt er i det hele taget den største fordel ved pastabejdsning, men uheldigvismedfører det indtil flere ulemper:• Temperaturen. Bejdsen vil altid have emnets temperatur, og det kan medføre meget lange bejdsetider– især ved udendørs bejdsning om vinteren.• Mængden af syre er begrænset til det tynde lag bejdse.• Ingen omrøring = ingen transport af korrosionsprodukter.Alt i alt er en pastabejdse derfor mildere og langsommere end en tilsvarende badbejdse med sammekoncentration af HNO3 og HF. For at kompensere er det normalt, at bejdsepastaer har højere syrestyrkeend en tilsvarende badbejdse. Alligevel kan det blive nødvendigt at bejdse to eller flere gange, hvisanløbningerne er meget mørke.Venstre: Pastabejdsning af en svejsesøm på indersiden af et 4436-rør. Aktuelt er der tale om anden bejdsning, da én ikke var tilstrækkeligt til at fjerne de mørke anløbninger.Højre: Steel-Tech “Bejdsegel 122”, et salpetersyre-flussyrebaseret produkt, der anvendes til “almindeligerustfri” og syrefaste stål.Bemærk, at de lavest legerede ferritiske ståltyper (f.eks. 4003 og 4512) ikke er egnede til bejdsning, ogej heller de svovllegerede automatstål (4305) eller de martensitiske knivstål (f.eks. 4021 og 4057) kanbejdses. De højere legerede ferritter som 4509 og 4521 kan bejdses, men man bør bruge en mildere ogmindre aggressive bejdse end for de tilsvarende austenitter.Bemærk endvidere, at brugen af flussyre i Danmark fordrer en giftattest (fås i skrivende stund hosArbejdstilsynet).3www.damstahl.com

Kemisk overfladebehandling af rustfrit stålDe forskellige processer, virkemåde, fordele og ulemperPassivering ("Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.2)En passivering har til formål at styrke stålets naturlige, beskyttende oxidfilm, og i tilgift opløses blotlagteindeslutninger og andre korrosionsmæssige svækkelser. Begge dele gavner korrosionsbestandigheden.Badet er oftest en ren, 18-25 % salpetersyre (HNO3), og procestiden er normalt en time. Svovllegeretautomatstål (4305) og lavtlegeret, ferritisk stål kan kun passiveres i dikromat-inhiberet salpetersyre. Se"Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.2.1.En stor fordel ved en passivering er, at overfladeruheden ikke påvirkes, og en passivering er derforfremragende til behandling af f.eks. slebne eller glasblæste overflader. En stor ulempe er til gengæld,at anløbningerne omkring svejsningerne ikke fjernes. Har man anløbninger, slipper man altså ikke forenten en bejdsning eller en fin slibning efterfulgt af en bejdsning eller en passivering.Dekontaminering ("Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.3)”Dekontaminering” betyder afgiftning, og det er lige præcis, hvad der sker. Alle urenheder fjernes,mens selve det rustfri stål slet ikke påvirkes – hverken anløbninger, det afkromede lag eller de frie flader.En dekontaminering er en slags avanceret opvask og påvirker hverken stålets overfladeruhed ellerde almindeligste gummi- og plasticmaterialer, hvilket, hvilket gør processen særligt egnet til rensningaf medicinsk udstyr eller andet, hvor en bejdsning eller passivering ikke kan anvendes, enten af hensyntil stålet selv eller sårbare pakninger. De fleste kunststoffer har det skidt med salpetersyre og andresure oxidanter.En dekontaminering foretages typisk med en 2-10 % opløsning af en ”halvsvag syre” (fosforsyre, salpetersyre,citronsyre, myresyre, oxalsyre o. lign.). Temperaturen kan være 20-90 ºC og procestiden op tilmange timer, hvis det er noget mere genstridigt, der skal fjernes.At fjerne jernoxider er ofte bade lettere og mindre risikabelt ved brug af endekontaminering I stedet for den traditionelle bejdsning. Især en mix af citronsyreog fosforsyre har vist sig nyttig, og selvom man ofte kører ved meget højtemperatur, påvirkes overfladeruheden af stålet ikke. Billedet viser “rouge” ien autoklave.www.damstahl.com4

Kemiskoverfladebehandlingaf rustfrit stålKemisk overfladebehandling af rustfrit stålDe forskellige processer, virkemåde, fordele og ulemperJernafsmitninger er et specielt og meget genstridigt problem, som ofte kan klares med en dekontaminering.Rust (jernoxider og –hydroxider) er kun langsomt opløseligt i salpetersyre, men langt bedre ien varm blanding af citronsyre og fosforsyre. Metallisk jern derimod opløses bedre i salpetersyre. Forfjernelse af rouge i farmasystemer (f.eks. WFI) se "Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.3.2.Elektropolering ("Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.4)Elektropolering (el-polering) er den eneste overfladeproces, der kræver en ydre strømkilde. Badet ertypisk en stærk blanding af svovlsyre og fosforsyre, temperaturen er oftest over 50 ºC, og selve emnetkobles anodisk ved hjælp af en ensretter.Under selve processen opløses en del af stålet, og da opløsningen primært sker fra toppen af overfladensmikroruheder, vil processen give en langsom nivellering, og overfladeruheden falder, hvilket igenmedfører, at overfladen bliver blankere. Dette ses ved, at både Ra og Rz falder drastisk med poleringstiden(se "Rustfrit stål og korrosion"´, kapitel 12.4.1).El-polering kan teoretisk set også opløse anløbninger, men gør det langt fra altid. Er der anløbninger,der skal fjernes, er det sikrere at foretage en bejdsning før elektropoleringen.Udover at producere en smuk blank overflade vil en elektropolering øge korrosionsbestandigheden afstålet. Faktisk er elektropolering den eneste proces, der er i stand til at hæve korrosionsbestandighedenvæsentligt sammenholdt med en normal 2b-overflade, hvilket skyldes den lave overfladeruhed,der gør overfladen meget uegnet til at opsamle klorid og andre forureninger. Især over vandlinjen gørden fine ruhed, at salte og andre korrosive sager ikke så let kan blive siddende på stålet, og der kendeseksempler på, at elektropoleret 4301 klarer sig lige så godt som 4401, 2b.Ulempen ved el-polering er især prisen. Det er en kompliceret og dyr proces, dels pga. udstyret, delspga. besværet med at montere katoderne de rette steder. El-polering er derfor en proces, der næstenudelukkende anvendes til særligt kritisk udstyr i f.eks. medicinalbranchen, hvor man netop ønsker denlave ruhed aht. rengøringsvenlighed og en minimal risiko for mikrobielle vækster.5www.damstahl.com

Kemisk overfladebehandling af rustfrit stålDe forskellige processer, virkemåde, fordele og ulemperKemisk overfladebehandling af rustfrit stål, oversigt:Øverste tabel viser de omtrentlige data for brug af de forskellige overfladeprocesser, mens nederstetabel viser, hvilke grupper af rustfri stål, der er egnede til hvilke processer. Begge tabeller er yderstvejledende og uden garantier.Bad Temp. Tid Anløbninger Cr-oxider RuhedBejdsning 10-20 % HNO3+ 1-5 % HF10-30 °C 1–12 t. Fjernes Fjernes StigerPassivering 18-25 % HNO3 20-50 30–60 min. Nul effekt Styrkes Status quoDekont. 2-10 % svage syrer 20-90 1–48 t. Nul effekt Nul effekt Status quoEl-polering 60-70 %H2SO4 + H3PO450-70 2-20 min. Nogeneffekt(Fjernes) FalderAustenitisk(4301, 4401 m.fl.)4539,SMO,duplex,o. lign.Bejdsning OK Højt HFanbefalesAutomatstål(4305)Ferritisk(4509 ogbedre)Nej Lavt HFnødvendigLavtlegeretferrit(4003, 4512m.fl.)MartensitNej NejPassivering OK OK Kromatinhiberet(2%)OK Kromatinhiberet(2%)Kromatinhiberet(2%)Dekont. OK OK (OK) (OK) (OK) (OK)El-polering OK OK Nej Mindre godeend austenitNej NejAlle kapitelhenvisninger er til bogen ”Rustfrit Stål og Korrosion” (Claus Qvist Jessen, Damstahl a/s,april 2011). Bogen bestilles via www.damstahl.dk.www.damstahl.com6