Ladda ner utvalda sidor - Damstahl

Rostfritt stål och korrosionMIKAEL STHAALROSIV

Rostfritt stål och korrosionPER MØLLERVI

Håll i boken!"Rostfritt stål och korrosion" är en bok som är värd att ha i sin ägo oavsett om man ärhantverkare, studerande, arkitekt, ingenjör eller kanske till och med materialforskare. Bokenbörjar 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 deenskilda legeringsämnenas betydelse. Naturligtvis med särskilt fokus på legeringsämnetnickel vars höga pris på senare år fått priserna på rostfritt stål att skjuta i höjden. När sådantinträffar är det många som frågar sig om man verkligen behöver nickel i rostfritt stål. – Dettaär 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 landsbruttonationalprodukt. Det går inte helt att undkomma korrosionsskador men undersökningarvisar att kostnaderna för korrosion kan reduceras betydligt, med ända upp till 30 %, om manbara har rätt kunskaper. Författaren har därför gjort rätt i att viga en tredjedel av boken åtdetta 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 ochEN-beteckningar. Kapitlet följs av en genomgång av leveransformerna för rostfritt stål medfokus på allt från ytor på plåt och coils till rör och rördelar.Bearbetning är nästa naturliga fokusområde. Boken illustrerar nämligen klart och tydligtatt 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 tillelektropolering.Helt symboliskt har kapitel 13 fått rubriken "När olyckan varit framme". Ett kapitel som följsav 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 vilketbidrar till en fullständig överblick.Boken är författad på ett lätt och ledigt språk. Det är nästan som att höra författaren självtala. Han försöker hålla läsarens intresse vid liv och släpper inte taget om läsaren förränbudskapet är förmedlat. Det är svårt att lägga boken ifrån sig eftersom den är späckad mednyttig 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 somman inte ska låna ut. Man får nämligen aldrig tillbaka dem!Per MøllerProfessor i korrosion och ytbehandlingsteknikInstitutet för Mekanisk teknik (MEK)Danmarks tekniska universitet, LyngbyVII

INDHOLDSFORTEGNELSEINLEDNING __________________________________________________ 12. ROSTFRITT STÅLS HISTORIA ________________________________ 71.1 Harry Brearlys gevärspipor 71.2 Tyska austeniter och storpolitiskt manganstål 81.3 Nordsjöolja och superstål 91.4 Dagens nickelfria ferriter 103. TYPER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN FÖR ROSTFRITT STÅL __132.1 Austenitiskt, rostfritt stål 132.2 Martensitiskt, rostfritt stål 152.3 Ferritiskt, rostfritt stål 172.4 Duplex, rostfritt stål 202.5 Utskiljningshärdat, rostfritt stål(precipitation hardening, PH) 224. ROSTFRITT STÅLS METALLURGI ___________________________ 253.1 Rostfria strukturer 253.1.1 Schäffler-diagrammet 263.2 Härdningsmekanismer 283.2.1 Martensithärdning 283.2.2 Andra härdningsmekanismer 293.3 Styrka och hårdhet 303.3.1 Styrkeförhållanden för olika legeringar 333.3.2 Styrka kontra temperatur 353.3.3 Seghet och sprödhet 363.4 Termiska förhållanden 385. ROSTFRIA STÅLS LEGERINGSTILLSATSER ___________________ 414.1 Legeringstillsatser 414.2 Legeringstillsatser, sammanfattning 49

5. ALLMÄNT OM KORROSION ___________________________________ 515.1 Vad är korrosion? 515.2 Överföring av elektroner 535.3 Spänningsområde 545.3.1 Ädla och oädla metaller 565.4 Korrosionspotentialen / blandningspotentialen 575.4.1 Mediets betydelse för spänningsserien 585.4.2 Mediets elektriska ledningsförmåga 605.5 Galvanisk koppling 625.5.1 Ytförhållande och katodiskt skydd 645.5.2 Elektrolyten – galvanisk koppling över och under vattenytan 665.6 Passivitet 665.6.1 Korrosion av passiverbara legeringar 685.6.2 När passiviteten slår fel 695.6.3 Fisklinesyndromet 706. ROSTFRITT STÅLS KORROSIONSEGENSKAPER __________________736.1 Allmän korrosion 746.1.1 Isokorrosionsdiagram 756.1.2 Miljöfaktorer i syror 776.1.3 Legeringstillsatsernas effekt på allmän korrosion 796.1.4 Allmän korrosion i starkt alkaliska medier 816.1.5 Transpassivitet och vandrande strömmar 826.2 Punktfrätning 836.2.1 Miljöfaktorer vid punktfrätning 856.2.2 Kritisk punktfrätningstemperatur (CPT) 856.2.3 Korrosionspotentialen och pH 886.2.4 Orenheter, salter och andra okända faktorer 906.2.5 Legeringstillsatsernas effekt mot punktfrätning 926.2.6 Pitting Resistance Equivalent, PREN 936.2.7 Rost 976.2.8 Ferritiska, rostfria stål och nickellegeringar 986.3 Spaltkorrosion 1006.3.1 Mikrobiellt inducerad korrosion (MIC) 1036.3.2 Bekämpning av spaltkorrosion 1056.4 Spänningskorrosion 1076.4.1 Mekanisk dragspänning 1096.4.2 Miljöfaktorer vid spänningskorrosion 1116.4.3 Legeringstillsatsernas inverkan på spänningskorrosion 113

6.5 Interkristallin korrosion 1156.5.1 TTS-diagram och stålets kolhalt 1166.5.2 Titanstabiliserat, rostfritt stål 1186.5.3 Interkristallin korrosion – vilka medier? 1196.6 Tid 1206.7 Kan man stoppa korrosionsangrepp i rostfritt stål? 1216.8 Rostfritt stål i kontakt med andra metaller 1246.8.1 Rostfritt stål och andra metaller ovanför vattenytan 1266.9 Rostfritt stål för livsmedelstillämpningar 1286.9.1 Ståltyper för livsmedelstillämpningar 1286.9.2 Registrering och godkännande 1306.9.3 Hygienisk utformning och drift 1307. KORROSION OVANFÖR VATTENYTAN ______________________ 1337.1 Miljön ovanför vattenytan 1337.2 Punktfrätning ovanför vattenytan 1347.2.1 Kontakttiden 1367.2.2 Konstruktions- och vädermässiga förhållanden 1387.2.3 Avdunstning och kritisk luftfuktighet 1397.3 Inomhusförhållanden 1407.4 Spänningskorrosion ovanför vattenytan 1418. ROSTFRIA STANDARDER __________________________________ 1458.1 EN/W.Nr.-systemet 1468.1.1 Kurznahmen 1498.1.2 Legeringstabell, EN-systemet 1498.1.3 W.Nr. till EN 1548.2 AISI-systemet 1548.3 UNS-systemet 1588.4 Det svenska SS-systemet 1598.5 Jämförelse av standarder 1618.5.1 Jämförelse av syrafasta stål 1638.6 Gjutlegeringar 1658.7 Standarder för skruvar och muttrar 1679. LEVERANSFORMER OCH -STANDARDER ___________________ 1699.1 Plåt och coils 1699.1.1 Ytskick, plåt 1709.1.2 Mönstervalsade och färgade rostfria plåtar 174

9.2 Rör 1759.2.1 HF-svetsade och Super Dairy-rör 1779.2.2 Sömlösa rör 1799.2.3 Profilrör och ämnesrör 1809.3 Långa produkter 1819.4 Fittings 1829.4.1 Pressfittings 1839.5 Normöversikt 1849.6 Certifikat 18710. BEARBETNING AV ROSTFRITT STÅL __________________________ 191- Konsekvenser för korrosionsbeständigheten10.1 Svetsning, korrosionsmässiga konsekvenser 19210.1.1 Svetsmetallen / val av tillsatstråd 19310.1.2 Svetsning av materialkombinationer 19510.1.3 Geometriska problem vid svetsning 19710.1.4 Uppvärmning, karbidbildning och intermetalliska faser 19910.1.5 Anlöpningar 20210.1.6 Referensatlas 20510.1.7 Skyddsgas: Argon och formier 20710.1.8 Förbehandling av rör 20910.1.9 Anlöpningar kontra betning 21210.1.10 Fysiska förhållanden för svetsaren 21310.1.11 Svetsning och bockning av ferritiskt, rostfritt stål 21310.2 Klippning, sågning och andra skärmetoder 21510.2.1 Vinkelslipar och svetssprut 21610.3 Hantering, transport och risk för järnsmitta 21810.4 Designmässiga förhållanden och korrosionsbeständighet 21910.4.1 Dränerbarhet 22010.4.2 Att undgå spalter 22110.4.3 Värmeöverföring 22110.4.4 Köldbroar och kondens 22311. MEKANISK YTBEHANDLING _________________________________22511.1 Slipning, borstning och polering 22711.1.1 Sliptips och knep 22911.1.2 Nackdelar vid slipning 23011.1.3 Ytskrovlighet och ytprofiler 23111.2 Blästring och slungrensning 236

12. KEMISK OCH ELEKTROKEMISK YTBEHANDLING __________ 24112.1 Betning 24212.1.1 Sammansättning av betbadet 24412.1.2 Flussyra kontra saltsyra 24612.1.3 Dopp- och badbetning 24812.1.4 Spray- och pastabetning 25012.1.5 Betning i praktiken; fördelar, nackdelar och stalltips 25212.1.6 Elektrolytisk betning 25712.2 Passivering 25912.2.1 Passiveringsbadet 25912.3 Dekontaminering 26012.3.1 Bad för dekontaminering 26112.3.2 Järnsmitta och "rouge" 26112.4 Elektropolering 26412.4.1 Bad och verkan 26512.4.2 Vilka ståltyper och ämnen går att elektropolera? 26912.4.3 Fördelar och nackdelar vid elektropolering 27012.4.4 Tillämpning av elektropolering 27112.5 Kemisk ytbehandling, sammanfattning 27212.6 Elektrolytisk applicering av metaller 27313. NÄR OLYCKAN VARIT FRAMME ___________________________ 277- fastställande och reparation av korrosionsskador i rostfri utrustning13.1 Fastställande av orsaken till korrosionsangreppet 27713.2 När ska man reparera korrosionsskador? 27813.3 Korrosionsskador, allmän korrosion 27913.3.1 Reparation av korrosionsskador, allmän korrosion 28013.4 Korrosionsskador, punktfrätning 28113.4.1 Reparation av korrosionsskador, punktfrätning 28413.5 Korrosionsskador, spaltkorrosion 28613.5.1 Reparation av korrosionsskador, spaltkorrosion 28713.6 Korrosionsskador, spänningskorrosion 28813.6.1 Reparation av korrosionsskador, spänningskorrosion 29013.7 Korrosionsskador, interkristallin korrosion 29113.7.1 Reparation av korrosionsskador, interkristallin korrosion 292

14. KONTROLL _________________________________________________29514.1 Materialkontroll 29514.1.1 PMI 29514.1.2 Molybdentest 29914.2 Kontroll av förarbete; optiska metoder 30014.2.1 Visuell inspektion och endoskopi 30014.2.2 Kapillär- och penetrantprov 30214.3 Kontroll av förarbete; elektriska och radiografiska metoder 304ORDLISTA _____________________________________________________307SVENSK-ENGELSK ORDBOK ____________________________________ 317ENGELSK-SVENSK ORDBOK ____________________________________ 319REFERENSER __________________________________________________323FIGURLISTA ___________________________________________________327TABELLISTA ___________________________________________________333INDEX ________________________________________________________335FÖRFATTAREN ________________________________________________357

INLEDNINGRostfritt stålär ett idealisktmaterialför kritiskatillämpningarRostfritt stål är en stor grupp av passiverbara legeringar, som samtliga har detgemensamt 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 mindreädelt 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 effektivpassiverbar legering med avsevärt bättre korrosionsegenskaper.Det är just passiviteten som gör rostfritt stål till ett så härligt material!Kombinationen av god korrosionsbeständighet, rimligt pris, attraktivtutseende och stora bearbetningsmöjligheter har sedan länge gjort rostfrittstål till den mest använda materialgruppen inom alla möjliga "kritiska"tillämpningsområden. Rostfritt stål är en global fullträff och det är inte någontillfällighet att just rostfritt stål är extremt populärt på mejerier, slakterier,inom läkemedelsindustrin, kemisektorn, hushåll, raffinaderier, byggnaderoch formgivning. Kort sagt, överallt där man är ute efter ett attraktivt, blanktutseende kombinerat med god korrosionsbeständighet och enkel rengöring.Rostfritt stål torde vara det närmaste man kan komma ett korrosionsbeständigtuniversalmaterial för allt från brevlådor till gigantiska byggnader.Figur 0.1:Atomium är Bryssels landmärke och detta visar järnatomens kubisktrumscentrerade struktur (BCC). Konstverket är 105 meter högt och gjordesursprungligen i aluminium för Världsutställningen 1958. 2005 ändradesbeklädnaden till syrafast 4404 (1,2 mm plåt) från Aperam. Foto: ThomasPauly, Euro-Inox [11].1

Rostfritt stål och korrosionGlobalproduktion avrostfritt stålDen fantastiska potentialen hos rostfritt stål framgår av såväl produktionsom förbrukning. Världsproduktionen (mätt i smält stål) låg under 2001på 19,2 miljoner ton, och under 2006 var den uppe i hela 28,4 miljonerton. Den globala nedgången under 2008-2009 bromsade förvisso uppbåde förbrukning och produktion, och siffrorna för 2007, 2008 och2009 låg på 27,6, 25,9 respektive 24,6 miljoner ton [6]. Under 2010 stegemellertid produktionen igen. Bara under de första tre kvartalen 2010låg produktionen på drygt 23 miljoner ton totalt, så det råder inget tvivelom att rostfritt stål är och förblir framtidens material.Medan världsproduktionen alltså stigit långsamt under de senaste10 åren har det rörts om i grytan vad gäller länderna som producerarrostfritt stål. 2001 stod Västeuropa för 8,21 miljoner ton, medanamerikanska kontinenten (dvs. världen väster om Atlanten!) och Asienproducerade 2,29 och 8,40 miljoner ton. Under 2009 låg motsvarandetal på 6,44, 1,96 och Asien ( ex-Kina) 7,13 miljoner ton, medan Kinaensamt producerade 8,81 miljoner ton. Asiens produktion uppgick tilltotalt 15,94 miljoner ton. Även den rostfria världen pekar mot öst ochdet finns inte många tecken på att denna utveckling kommer att upphörainom det närmaste.Figur 0.2:Produktionen av rördelar har på senare år i det närmaste exploderat iKina. Både 45° mejeriböjen (vänster) och T-röret (höger) är tillverkadei just Kina. Foto: Kenneth Stig Mortensen, Damstahl a/s.Rostfritt stål ärbara "rosttrögt"Dessvärre är inte ens rostfritt stål 100 % säkert. Trots att namnetförpliktar är stålet nämligen långt ifrån rostfritt i alla lägen. Rostfrittstål är bara "rosttrögt" och ska behandlas med omsorg för att man skafå ut det bästa av det. Rostfritt stål påminner därigenom mycket omen bra bil, för även om en sprillans ny Rolls Royce har massor av finaegenskaper, är den fortfarande inte immun mot skador. Det påverkarlivslängden avsevärt om man behandlar den på korrekt sätt och så ärfallet med de flesta metaller och legeringar. De ska behandlas korrekt.2

InledningRostfritt stål ärett antingeneller-material.Detta gäller även rostfritt stål. Man ska välja rätt stål till rätt ändamål. Manska tillämpa rätt metod för sammanfogning och använda rätt mekanisk ochkemisk efterbehandling. Och även om allt detta är uppfyllt ska användarenav utrustningen försäkra sig om att stålet inte utsätts för något det inte tål.Annars kan stålet lätt påverkas och bli betydligt mindre rostfritt än vadsom var tänkt.För dem som är vana vid att arbeta med låglegerat, svart stål kan övergångentill rostfritt bli lite av en kulturchock. Användningen av svart och galvaniseratstål innebär oftast en "kalkylerad risk" i det att utrustningen sakta men säkertbryts ned av korrosion och man kan beräkna livslängden om man kännertill korrosionshastigheten. Rostfritt stål är däremot i mycket högre grad ett"antingen-eller-material". Går allt som det ska har utrustningen en i principoändlig livslängd. Eller så går det snett och livslängden blir mycket, mycket kort.Detta antingen-eller-beteende gör också att konsekvenserna av felaktighantering blir mycket större för rostfritt stål än för svart eller galvaniseratstål. Gör man fel med en galvaniserad konstruktion kan detta innebäraen minskning av livslängden från 20 till 15 år medan ett fel i en rostfrikonstruktion kan reducera livslängden från oändlig till några få månader.Rostfritt stål är ett mer nyckfullt material än galvaniserat eller svart ståloch 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 fördelatt 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 kringsvetsarna?• Varför är rotfel och bindningsfel allvarliga, korrosionsmässigasvagheter?• Varför är det inte lyckat med påväxt?• Varför är vanligt havssalt så otroligt frätande?• Varför uppkommer sprickor vid sidan av svetsarna i stället för mitti 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 eftersvetsprocessen?3

Rostfritt stål och korrosionFigur 0.3:Med sina 828 meter fördelade på 162 våningar är Burj Khalifa iDubai världens högsta byggnad och samtidigt en av planetens mestimponerande konstruktioner. På grund av risken för saltvattenangreppär stora delar av byggnaden gjord av syrafast, rostfritt stål av typen 4404.Konstruktivlättja: Gör sakeroch ting rättförsta gångenRostfritt 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 attundvika allvarliga misstag och desto lättare är det att få nöjda kunder.Konstruktiv lättja är att göra saker rätt första gången och de följandekapitlen kan mycket väl vara ett stort steg i den riktningen.Nästan alla böcker som skrivits om ämnena rostfritt stål och/eller korrosionriktar sig till färdiga ingenjörer eller ingenjörsstudenter. Däremot kan detvara 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 mereller mindre dekorativa korrosionsskador. Dessa korrosionsexempel är ettutmärkt sätt att lära sig av andras tidigare misstag.4

InledningRostfritt ochrostfastInnan vi går vidare med rostfritt stål ska vi bara säga några ord ombenämningar. Huruvida man ska kalla vårt huvudämne, rostfritt stål, förrostfritt eller rostfast tycks mest vara en geografisk frågeställning. Öster omStora Bält kallas stålet rostfritt, och detsamma gäller merparten av Fyn ochstora delar av Jylland. Men så snart vi rör oss norröver, börjar stålet kallasrostfast. Om det ska heta rostfritt eller rostfast överlåter redaktionen till deteoretiskt bevandrade att avgöra. Men för att vi inte ska jonglera med alltför många termer har vi valt att hålla oss till benämningen rostfri. Vi ber omursäkt till Nordjylland och andra "rostfasta" regioner i Danmark.För de flesta smeder och ingenjörer är det så att rostfritt stål är mer ellermindre synonymt med ”typ 304” eller ”syrafast typ 316”. Båda namnen ärhämtade från det gamla men osedvanligt seglivade AISI-systemet som intekan anses vara i fas med verkligheten. Det är lite som att fortfarande beskrivaen moped som en "cykel med hjälpmotor" för AISI har inte klassificeratnågra nya ståltyper sedan 1960-talet. Att så många i branschen fortfarandeanvänder sig av AISI-beteckningarna är i bästa fall lite gammaldags och isämsta fall rent missvisande.I stället för AISI-numren använder redaktionen därför som regel deeuropeiska EN-numren som på sin tid byggde på de gamla, tyska WerkstoffNumre, 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 fallutelämnat ”EN 1” och nöjt oss med att kalla stålet ”4301”. För de läsare somsaknar någon form av "översättning" mellan EN och de klassiska AISInumrenfinns hjälp att tillgå i Tabell 8.3 sida 153.5

KAPITEL 6ROSTFRITT STÅLSKORROSIONSEGENSKAPERRepassiveringav kromoxiderRostfritt stål är i princip det perfekta materialet för s k kritiskaanvändningsområden, men i likhet med andra perfekta material har detsina begränsningar. Det går inte att utsätta stålet för vad som helst utanatt det får konsekvenser och i de allra flesta fall ligger begränsningen ikorrosionsbeständigheten. Rostfritt stål är dessvärre inte alltid så rostfrittsom namnet lovar.Det rostfria stålets normalt goda korrosionsbeständighet åstadkoms med enultratunn oxidfilm av framför allt krom och järn. Denna film är bara några fånanometer tjock men är ändå såpass tät och stark att stålet effektivt "isoleras"från den omgivande miljön, lite som ett ultratunt färgskikt. Skulle det, motalla odds, hända att det går hål på den skyddande oxidfilmen återskapasden snabbt av sig själv och stålet återfår sitt skydd. Denna mekanism kallasrepassivering.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 ochanvändningen av rostfritt stål kan ge upphov till en "antingen-eller-situation"där skillnaderna mellan de båda ytterligheterna kan vara aldrig så små. Omman kan hindra korrosionen från att överhuvudtaget starta har man ettmaterial som i princip håller i evigheter. Om inte, blir korrosionsförloppetmycket snabbt och utrustningens livslängd kan bli ohyggligt kort. Rostfrittstål är bara villkorligt rostfritt., alltså rostfritt under vissa villkor. Beroende påståltyp och miljö kan rostfritt stål bli angripet av en uppsjö av mer ellermindre ödesdigra korrosionsformer.Allmän korrosionInterkrystallinkorrosionSpaltkorrosionPunktfrätning (pitting)SpänningskorrosionFigur 6.1:Rostfritt stål är bara "villkorligt rostfritt""så beroende på stålkvalitet ochmiljö kan en rad korrosionsolyckor lura bakom hörnet. Punktfrätningoch spaltkorrosion är båda relativt vanliga och går ofta under dengemensamma benämningen ”lokalkorrosion”.73

Rostfritt stål och korrosionAllmänkorrosion gerenhetlig korrosionsförlustöver hela ytan6.1 Allmän korrosionAllmän korrosion kallas även syrakorrosion, då det är en korrosionstypsom oftast finns i mycket sura, men även i mycket alkaliska medier. Tillskillnad från de fyra övriga rostfria korrosionsformerna kännetecknasallmän korrosion av att det inträffar anod- respektive katodreaktioneröver hela ytan. Detta innebär att hela ytan är aktiverad och därmed blirkorrosionsangreppet ganska jämnt.Figur 6.2:Rostfri bult (4301) efter en längre tid i stark betningssyra (salpetersyraflussyra).Observera att korrosionsangreppet är enhetligt och attmaterialförlusten är ganska stor.Allmänkorrosion istarka syroreller baserAllmän korrosion är den enda av de fem korrosionsformerna där ståletinte uppför sig som en fiskelina. Detta beror på att det skyddandeoxidskiktet bryts ned ganska jämnt vilket ger en enhetlig materialförlust.Medan korrosionshastigheten uttryckt i gram per kvadratmeter kan bliganska 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 denvanligaste typen av korrosion, men för passiverbara legeringar är denganska sällsynt. Detta beror på att en total aktivering av ytan barasker i extrema medier. Allmän korrosion är därför en mycket ovanligkorrosionsform för rostfritt stål och det är bara ytterst sällan som det ärden här typen av korrosion som avgör livslängden för materialet.Allmän korrosion uppstår som tidigare nämnts i mycket sura eller (mersällan) i starkt alkaliska medier. Typiska medier är svavelsyra, fosforsyra ochliknande medan man på den alkaliska sidan kan riskera allmän korrosioni mycket stark och oftast varm natriumhydroxid, kaliumhydroxid ochliknande.74

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperAllmänkorrosion isaltsmältorRisk för allmän korrosion föreligger också om rostfritt stål utsätts för smältasalter. Precis som i starka syror kan flytande klorid- och fluorhaltiga salter(t ex flussmedel för lödning, temperaturer på normalt > 400 °C) medföra entotal nedbrytning av det rostfria stålets naturliga, skyddande oxidskikt ochresultatet är snabb allmän korrosion. Allmän korrosion i alkaliska mediereller saltsmältor är dock sällsynta och därför kommer vi att koncentreraoss på starka, vattenlösliga syror. Ett typiskt exempel på allmän korrosioni rostfritt stål i en saltsmälta återfinns i Figur 6.6.Även i starka syror kan rostfritt stål uppnå en viss grad av passivitet. Det äri praktiken stor skillnad på en syra som bara tunnar ut det passiva skiktetutan att upplösa det helt, och en syra som gnager bort hela passiva skiktetför att snabbt gå vidare till det underliggande stålet. Relativt svaga ochrena syror (som t ex citronsyra, ättiksyra eller myrsyra) förtunnar bara detnaturliga oxidskiktet något. Oxidskiktet återbildas med samma hastighetoch korrosionsförlusten är minimal, i vart fall om syrorna är rena. Om detfinns aggressiva joner i syran (särskilt klorid) kan situationen förvärrasavsevärt, speciellt vid högre temperaturer.Isokorrosionsdiagrammenvisarkombinationerav metaller ochmiljöer medsamma korrosionshastighet6.1.1 IsokorrosionsdiagramHur korrosiv en viss syra är för olika rostfria ståltyper går att avläsa i ett sk isokorrosionsdiagram. Ett isokorrosionsdiagram består av en uppsättningkurvor med syrans koncentration på x-axeln och temperaturen på y-axeln.Varje kurva visar de betingelser som ska till för en materialförlust på exakt0,1 mm stål per år. Över kurvorna är betingelserna mer korrosiva än 0,1 mmper år, medan man under kurvorna har mildare betingelser. Ett exempel påisokorrosionsdiagram för olika rostfria stålkvaliteter i svavelsyra återfinnsi Figur 6.3.Korrosionshastigheten för en given kombination av rostfritt stål, syra ochtemperatur bestäms för övrigt genom enkla viktförlustprov. Man tar en plåtmed bestämd yta och bestämd vikt. Efter en bestämd tid i syran väger manmaterialet igen för att kunna beräkna hur mycket metall som frätts bort. Denhär metoden kan bara användas vid korrosionsprov där materialförlustenär helt, eller nästan, homogen såsom vid allmän korrosion. För alla andrakorrosionsformer är viktförlust ett olämpligt sätt att mäta korrosion på.75

Rostfritt stål och korrosionTemperatur [°C]12010080604020Figur 6.3:04307: 0,2-0,5% CrO 34436453944364307 4547430720 40 60 80 100H 2 SO 4 [vikt %]Isokorrosionsdiagram för olika typer av rostfritt stål i luftadsvavelsyra. Kurvorna för de enskilda stålen visar vilka betingelsersom ska till för att avlägsna 0,1 mm stål per år. Över kurvornaär korrosionsförlusten större än 0,1 mm/år, under är den mindre.Den svarta streckade linjen anger syrans kokpunkt medan den blåstreckade linjen visar stål 4307 i svavelsyra som tillsatts 0,2-0,5 %CrO 3 som inhibitor. Både högre och lägre innehåll av CrO 3 ökarkorrosionshastigheten. Redigerat enligt [5].Korrosionskurvorgördet möjligtatt beräknakorrosionshastigheter.En bra, men långt ifrån allmängiltig tumregel, säger att vid 10 °Cs ökningav temperaturen uppnås en fördubbling av korrosionshastigheten. Påsamma sätt medför en temperaturminskning på 10 °C en halvering avkorrosionshastigheten. Observera att oavsett hur låg temperaturen blirnår korrosionshastigheten aldrig ner till 0 mm/år. Till skillnad från allaandra korrosionsformer blir allmän korrosion aldrig helt obefintlig. Detkommer alltid att finnas en mikroskopisk korrosionsförlust även vidtemperaturer omkring fryspunkten.Det faktum att man kan beräkna den förväntade korrosionsförlustengör också att man kan uppskatta livslängden för ett rörsystem. Med enkorrosionsförlust på t ex 0,1 mm/år kan man med ett korrosionstilläggpå 2 mm räkna med en livslängd på 20 år. Isokorrosionsdiagram förolika rostfria ståltyper i en mängd vanliga och ovanliga syror ochkemikalieblandningar återfinns i Sandviks Korrosionsatlas [5].76

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper6.1.2 Miljöfaktorer i syrorRisken för allmän korrosion av rostfritt stål i syror beror normalt på:• Syrans typ och koncentration (surhetsgrad, pH)• Syrans oxidationsförmåga• Temperatur• Typ och koncentration av orenheterSom regel:Ju högre syrakoncentration,desto värreOxiderande ochicke oxiderandesyrorVad gäller syrans koncentration är det inte fullt så glasklart som man kantänka sig. För de flesta syror är det så att högre koncentration gör syran merkorrosiv men vid mycket koncentrerade syror, t ex > 90 % svavelsyra (H 2SO 4)finns det helt enkelt inte tillräckligt med vatten för att syran ska fungerafullt ut som syra och vattnet blir därmed den begränsande faktorn. Dettagäller dock bara för svavelsyra; för nästan alla andra syror gäller den gylleneregeln: Ju högre koncentration, desto värre.För alla icke-passiverande legeringar är det normalt så att ju aktivarekatodreaktionen är (se Kapitel 5) desto sämre går det, men så är inte alltidfallet för passiverbara legeringar. För att passiverande kromoxider ska bildaskrävs en viss oxiderande påverkan och upp till en viss gräns är det därförså 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-oxiderandesyrorna (svavelsyra, fosforsyra, och liknande) som regel får stålet att hamnai det gula ”aktiva området” med hög korrosionshastighet som följd. Däremotfår en oxiderande syra som t ex ren salpetersyra eller perättiksyra ståletatt hoppa upp i det gröna ”passiva området” där korrosionshastigheten ärmycket lägre trots den högre potentialen (därmed också teoretiskt sett störredrivkraft). Korrosionshastigheten styrs inte bara av energin utan minst likamycket av kinetiken.Den här effekten är tydlig för rostfritt stål i svavelsyra (se Figur 6.3) däräven små mängder av starkt oxiderande kromsyra, CrO 3 , verkar kraftigtinhiberande på korrosionen av 4307-stål. Detta framgår av kurvans högaplacering i förhållande till ren svavelsyra. Ökas koncentrationen av CrO 3utöver de angivna 0,2-0,5 % faller kurvan igen som tecken på "överdosering".Andra oxidanter som väteperoxid (hydrogenperoxid, H 2 O 2 ) har sammagynnsamma effekt och kan därför användas som korrosionsinhibitoreri just svavelsyra. Just peroxidinhiberad svavelsyra används ofta somersättning för salpetersyra i tillämpningar där rester av nitrater (NO – 3)av olika anledningar inte är önskvärda, till exempel vid rengöring avmjölktankar.77

Rostfritt stål och korrosionAnodiskt skyddp. g. a. kopparTemperaturenär farligÄven stålets sammansättning kan påverka mediets oxidationsförmåga.1-2 % koppar i stålet katalyserar effektivt den katodiska vätereaktionenoch förflyttar därmed korrosionspotentialen från det låga, aktivatill det högre passiva området. Korrosionspotentialen blir högremen p. g. a. passiveffekten blir korrosionsströmmen (och därmedkorrosionshastigheten) betydligt lägre. Denna effekt gör att kopparlegerat,rostfritt stål är klart bättre i reducerande syror än motsvarigheter utankoppar. Metoden kallas anodiskt skydd och känns igen från exempelvisaustenitiska 904L (EN 1.4539) och Sanicro 28 (UNS N08028) samtsuperduplext Ferralium 255 (UNS S32250) som alla är särskilt effektiva ireducerande 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 juhögre temperatur, desto högre korrosionshastighet, oavsett typ av syra, typav stål eller lufttryck över Azorerna. Samtliga korrosionsformer påverkas avtemperaturen och ju högre temperaturen är desto sämre går det.Den sista faktorn, orenheter, kan kanske överraska men rostfrittstål tillhör ju gruppen av passiverbara legeringar och därmed ärkorrosionsbeständigheten helt avhängig det passiva skiktets tillstånd.Varje ämne som påverkar det passiva skiktet påverkar därför ocksåkorrosionsbeständigheten. Speciellt joner som klorid (Cl – ), fluorid (F – )och andra halogenider bryter ned stålets skyddande oxidskikt och ökardärmed korrosionshastigheten markant.Temperatur [°C]120100804563604410Figur 6.4:40454744364539200 2 4 6HCl [vikt %]Isokorrosionskurvor (0,1 mm/år) för olika typer av rostfritt stål isaltsyra HCI). Redigerat enligt [5].Av dessa är klorid den klart största boven, vilket framgår tydligt avFigur 6.4 saltsyra (väteklorid, HCl). Jämför man med Figur 6.3 ser man attså lite som 2 % saltsyra vid 40 °C är långt mer korrosivt mot alla rostfriaståltyper än en 20 %-ig svavelsyra vid samma temperatur. Detta beror på78

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperOrenheter isyror är farligakloridets tråkiga tendens att avlägsna oxidskiktet från stålet och därefterangripa själva stålet. Genom att tillsätta klorid till en annars relativt oskadligsyra får man alltså utspädd saltsyra, som är betydligt mer korrosiv mot ståletän 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 analysrensyra. Klorid kan emellertid också komma från vatten varför man i praktikenockså ska vara mycket försiktig med vad man späder sin syra med. Dansktvattenledningsvatten kan innehålla uppemot 250 mg/l klorid och vatten frånenskilda brunnar mycket mer, särskilt i lågt liggande, kustnära områden somt ex Lolland och Falster. Även till synes små mängder klorid från vattnet kanannars få tämligen oskadliga syror att bli oerhört korrosiva och en syra somspätts ut med vattenledningsvatten är därför mer korrosiv än om motsvarandesyra spätts ut med demineraliserat vatten. Vad gäller rostfritt stål bör alla syrorspädas med demineraliserat vatten så långt detta är möjligt.6.1.3 Legeringstillsatsernas effekt på allmän korrosionNär man tittar på ordningsföljden för de olika kurvorna i Figur 6.3 ochFigur 6.4, kan man konstatera att 4301 konsekvent ligger lägst på grundav att det har minst beständighet. Därefter följer 4436 (≈ AISI 316 med2,5-3,0 % Mo, se Kapitel 8) och ännu högre ligger det duplexa 4462 ochaustenitiska 4539 och 4547. De olika rostfria ståltyperna är således intelika beständiga mot allmän korrosion vilket hänger ihop med skillnadernai stålens legeringssammansättning.De tillsatser som har störst positiv effekt på beständigheten mot allmänkorrosion är följande:• Krom (Cr)• Molybden, (Mo)• Nickel, (Ni)• Koppar (Cu) i icke-oxiderande syrorAllmän korrosion innebär ju en enhetlig aktivering av hela ytan och krometseffekt är därför som regel något mindre än när det gäller att underhålla detperfekta passiva skiktet. Detta gäller i synnerhet för icke-oxiderande syrormedan Cr är särskilt välgörande för beständigheten i den starkt oxiderandesalpetersyran. Detta har den lite udda effekten att ”vanligt rostfritt stål” i4301/07-klassen faktiskt håller något bättre än "syrafast" stål i ren, starksalpetersyra. Här hjälper Mo inte nämnvärt. Däremot inverkar det positivtatt 4307 innehåller 1 % mer Cr än 4404.79

Rostfritt stål och korrosionAusteniter bästi starka syrorOrenheteri stålet ärkritiskaNitric AcidGrade ochautomatstålNär vi talar om punktfrätning (se Avsnitt 6.3) verkar Cr och Monågorlunda likartat (med en faktor 3,3 i skillnad) men detta är somsagt inte fallet vid allmän korrosion. I de icke-oxiderande (reducerande)syrorna är Mo dock avsevärt bättre än Cr på att passivera vilket innebäratt en högre Mo-halt i stålet ger bättre korrosionsbeständighet.Nickel (Ni) är också mycket bra mot allmän korrosion. Ni är helt enkelten ädlare metall än både Cr och Fe och tack vare det korroderar denlångsammare, så ju mer Ni i stålet, desto bättre. Betydelsen av både Nioch Mo framgår tydligt avFigur 6.3, där syrafast 4436 klarar sig betydligtbättre än vanligt 4301 i svavelsyra.Nickelns effekt mot allmän korrosion fördubblas genom att ståletsstruktur också har en viss betydelse. Normalt är det så att dennickelhaltiga, helaustenitiska fasen är mer beständig i starka syror ände nickelfattiga ferritiska och martensitiska faserna. Exempel på dettakan ses på svetsade rör, där både längdsvetsning och rundsvetsninginnehåller få procent ferrit för att hindra värmesprickor under svetsning.Nackdelen är att ferritfasen är svagare i starka syror, vilket bl a märkspå 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 ioxiderande än i icke-oxiderande (reducerande) syror. Koppar (Cu) verkarkraftigt accelererande på den katodiska väteutvecklingen (Ekv. 5.5) vilkethar den gynnsamma effekten att stålet nästan på egen hand gör syranmer oxiderande. Därmed flyttas korrosionspåverkan från ren, ickeoxiderandesvavelsyra i riktningen mot en mer oxiderande men mindrekorrosiv syra som t ex salpetersyra och stålet går från det kritiska aktivatillståndet till det passiva (se Figur 5.8 sida 64). Denna smarta effekt kannyttjas kommersiellt och höglegerade, rostfria austeniter som 904L (4539,UNS N08904) och Sanicro 28 (4563, UNS N08028), samt det superduplexaFerralium 255 (4501, UNS S32760), har alla tillförts små mängder kopparmed utgångspunkt från beständigheten för svavelsyra, fosforsyra ochliknande.Det bör också nämnas att orenheter och främmande faser i stålet har stornegativ inverkan. Varje främmande fas är en möjlig angreppspunkt ochdetta är anledningen till att man i Tyskland använder en särskild variantav 4307, en "Nitric Acid Grade" som är speciellt avsedd för salpetersyra.Den här typen innehåller en mycket låg nivå av orenheter och andraicke-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 skadligtför samtliga korrosionsformer - även allmän korrosion. Detta blir tydligtom man försöker att beta automatstål. Medan allmänt rostfritt stål etsasrelativt jämnt, upplever man vid automatstål en kraftigt ökad korrosioni de spånavskiljande mangansulfiderna. Ett exempel på detta är Figur 4.4sida 46.80

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperFigur 6.5:Allmän korrosion i rostfri schackel (4301) efter en längre tid i salpetersyraflussyrabaseratbetningsbad. Notera att hela ämnet är etsat men attändpartierna på stångstålet inklusive svetsarna är något hårdareangripna än resten.Starka baserär sällan ettproblem hosaustenitiska stål6.1.4 Allmän korrosion i starkt alkaliska medierAllmän korrosion är i de flesta fall något som uppträder i mycket sura medier sådet kan komma som en överraskning för många att det även kan ske i mycketalkaliska medier. I just de starkt alkaliska medierna kan många metallsalter(inkl. oxider) upplösas som komplexjoner och detta påverkar av naturliga skäldet passiva skiktet i negativ riktning. Detta ser man ofta prov på hos metallersom aluminium och zink som båda korroderar kraftigt i starka baser menäven rostfritt stål kan korrodera vid extremt högt pH-värde.Analogt med de sura förhållandena sker det i extrema baser en homogenförtunning av oxidskiktet med homogen korrosion av det rostfria stålet somresultat. Turligt nog är denna svaga, allmänna korrosion sällan något sompåverkar stålets livslängd nämnvärt. Även vid 30 % natriumhydroxid, NaOH,vid 100 °C ligger korrosionsförlusten för både 4301 och 4401 på omkring0,1 mm/år, medan förlusten vid mildare förhållanden och i synnerhet lägretemperaturer är något mindre. Ferritiska, rostfria stål är som regel merkänsliga för allmän korrosion i alkaliska medier än de austenitiska.81

Rostfritt stål och korrosionFigur 6.6:Smälta salter vid höga temperaturer kan ha samma effekt pårostfritt stål som starka vattenlösliga syror. Denna 6 mm tjockabottenplatta från en ugn tillverkad i 4571 (316Ti) har på bara tvåår blivit "tunnsliten" och genomfrätt p. g. a. kontakt med ett starktfluorhaltigt flussmedel för lödning av aluminium. Flussmedlet harinnehållit upp till 50 % fluorid och temperaturen har varit ca. 550 °C.Lutsprödhetoch spänningskorrosionAllmän korrosion i alkaliska medier är sällan ett problem men det finnsexempel på att den svaga men oundvikliga utsöndringen av metall kanstöra. I en starkt alkalisk miljö kommer metallerna oftast att bottenfällai form av hydroxider, vilket tekniskt sett inte har någon betydelse, menom basen därefter ska användas i exempelvis medicinska tillämpningarär detta inte godtagbart.Den största risken vid starkt alkaliska medier är faktiskt inte allmänkorrosion, utan lutsprödhet, en typ av spänningskorrosion, som ger upphovtill interkristallin sprickbildning och som kan orsaka genomfrätning påganska kort tid. Risken för detta hos austenitiska stål uppstår inte förränvid temperaturer över 140 °C.6.1.5 Transpassivitet och vandrande strömmarDe flesta allvarliga fall av allmän korrosion äger rum i det potentialområdesom elektrokemisterna kallar "det aktiva området" (se Figur 5.8 sida 64).Detta sker normalt vid ganska låga potentialer medan allmän korrosionsällan är något problem i det passiva området.Emellertid kan potentialen tvingas upp så högt att stålet hamnar i dettranspassiva området. Detta sker nästan aldrig på rent kemisk väg menkan inträffa om stålet utsätts för oavsiktlig, elektrisk påverkan till följdav nära kontakt med kablar och ledningar. Sker detta kan stålet tvingasupp på en extremt hög potential; stålets passiva skikt går in i anodiskupplösning och korrosionen tar fart igen.Ett bra exempel på transpassiv korrosion kan observeras på nedgrävdarör som ligger för nära nedgrävda, elkablar. Kablarnas ström genererarett elektriskt fält som kan "polarisera" det rostfria stålet och därmedputta upp det i det transpassiva området. Resultatet är allvarligakorrosionsangrepp på ställen där det elektriska (ohmska) motståndeti jorden mellan kabel och rostfritt rör är som minst - vanligen däravståndet mellan rör och kabel är kortast.82

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperFigur 6.7:Genomfrätning i nedgrävt, rostfritt rör av kvaliteten 4404 p. g. a. för kortavstånd till en nedgrävd strömförande kabel. Detta har förflyttat ståletfrån det ideella passiva tillståndet till det "transpassiva" och korrosionenhar satt in. Observera avsaknaden av små korrosionsgropar.Den här effekten kallas ibland "vandrande strömmar" och den går attförebygga om man ser till att det elektriska motståndet mellan kablar ochstålrör är tillräckligt stort. Antingen genom att undvika att lägga rör ochkablar för tätt eller genom att se till att vattenhalten i jorden är tillräckligtlåg samt att inga elektriskt ledande salter tillförs. Alternativt kan man införaett "mellanskikt" av t ex vanligt svart stål som kan fungera som "elektriskskärm" mellan den strömförande kabeln och det rostfria röret."Fiskelinekorrosion”6.2 PunktfrätningPunktfrätning (engelska: pitting corrosion) är raka motsatsen till allmänkorrosion. Medan allmän korrosion orsakar en jämn och homogennedbrytning av det skyddande oxidskiktet med påföljande homogenkorrosion, ger punktfrätning (=pitting) upphov till lokal nedbrytning avoxidskiktet. Denna lokala nedbrytning får stålet att skapa en "interngalvanisk koppling" (se Kapitel 5) där den lilla korroderande plätten fungerarsom anod, medan resten förblir inert katod.Punktfrätning är det perfekta exemplet på en "antingen-eller"-korrosionsform. Där allmän korrosion ger upphov till stor materialförlustuttryckt i g/m 2 , orsakar punktfrätning däremot mycket liten materialförlust,men med extremt snabb genomfrätning. Punktfrätning är ett levandeexempel på ”fiskelinekorrosion” (se Figur 5.12 sida 71), där det antingen gårutmärkt i en evighet eller där genomfrätning sker på allt för kort tid.Om det blir allmän korrosion eller punktfrätning beror som regel påsurhetsgraden hos lösningen. Vid mycket lågt eller mycket högt pH-värde83

Rostfritt stål och korrosionPassivitet =risk för lokalakorrosionsangreppsker en allmän aktivering av stålets yta och resultatet är allmänkorrosion 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, detgröna passiva området), och så har vi risken för lokala korrosionsangreppsom t ex punktfrätning. En illustration av skillnaden mellan den totalaaktiveringen vid allmän korrosion och den mycket lokala aktiveringenvid punktfrätningen finns i Figur 6.8.Allmän korrosionPunktfrätningABCFigur 6.8:Illustration av skillnaderna mellan mekanismerna för allmänkorrosion och punktfrätning. Notera att allmän korrosion gerbetydligt störst materialförlust medan punktfrätning ger snabbastgenomfrätning.Spaltkorrosion påminner mycket om punktfrätning med skillnaden attspaltkorrosion äger rum på geometriskt svårtillgängliga ställen där alltvätskeutbyte sker genom diffusion snarare än konvektion (omrörning).Punktfrätning och spaltkorrosion går ofta under samlingsbegreppet”lokalkorrosion”, men p. g. a. skillnaderna har spaltkorrosion tillägnatsett eget avsnitt. Samtliga av följande punkter beträffande miljöfaktoreroch legeringstillsatser gäller emellertid för både punktfrätning ochspaltkorrosion.84

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperFigur 6.9:Punktfrätning i 0,5 mm tjock, rostfri 4301-plåt efter några dagarsnedsänkning i en blandning av salt (NaCl) och väteperoxid(hydrogenperoxid, H 2O 2). Medan 99 % av stålets yta inte påverkadesalls var fyra dagars korrosion tillräckligt för att orsaka genomfrätning.Bilden till höger är ett mikroskopfoto av samma ämne.6.2.1 Miljöfaktorer vid punktfrätningAllmän korrosion är som vi tidigare nämnt en korrosionsform som alltidpågår. Beroende på syrans art, pH, temperatur, orenheter, ståltyp m m, blirkorrosionsförloppet mer eller mindre snabbt eller långsamt, men aldrig heltobefintligt. Jämfört med allmän korrosion är punktfrätning mycket mer ens k antingen-eller-korrosionsform. Antingen går det otroligt bra eller så gårdet väldigt, väldigt snett. Det finns inget mellanting.De miljöfaktorer som ökar risken för punktfrätning för ett specifikt rostfrittstål är som regel följande:• Kloridkoncentration• Temperatur• Korrosionspotentialen (typ och koncentration avoxidanter, katodreaktionen)• pH (surhetsgraden)Rent generellt ökar risken för punktfrätning med stigande kloridkoncentration,stigande temperatur, stigande korrosionspotential (katodreaktionen) ochsjunkande pH (surare lösning).6.2.2 Kritisk punktfrätningstemperatur (CPT)Samspelet mellan främst kloridkoncentration och temperatur går attmäta med hjälp av kritisk punktfrätningstemperatur (CPT). CPT är för ettspecifikt stål i ett specifikt medium (och vid fastlagd korrosionspotential)den temperatur där punktfrätning sker och denna CPT mäts i praktikengenom att man exponerar en stålelektrod för mediet i fråga. Temperaturenökas långsamt och stegvis. Temperaturen vid vilken punktfrätning skerdefinieras som CPT.85

Rostfritt stål och korrosionCPT [°C]1008043624410, 4501,4529, 45474462604020Punktfrätning“Säker”44604401/044301/07Figur 6.10:00,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0Cl – [%]Laboratoriemätningar av den kritiska punktfrätningstemperaturen(CPT) för olika rostfria stål vid varierande kloridhalt. Försöken harutförts under villkor som motsvarar " väl luftat vattenledningsvatten".För varje stål har miljön varit konstant medan temperaturen ökatstills punktfrätning inträffar [1, 5].CPT = kritiskpittingtemp.En sådan serie av CPT-mätningar för olika stålkvaliteter i olika mediervisas i Figur 6.10. Värt att notera här är att samtliga testade ståltyperger samma kurvform. Ju högre kloridhalt som finns i vattnet, desto lägreCPT uppmäts och desto lägre temperatur kan man i praktiken tillåtaoch tvärtom. Ju mindre klorid desto högre kan man gå upp i temperatur.Detta illustrerar ganska väl att såväl stigande klorid som stigandetemperatur inverkar negativt på stålens korrosionsbeständighet, men omman stramar åt den ena faktorn kan man tillåta sig större utsvävningarpå den andra.Kurvor som dem i Figur 6.10 är alla utförda under villkor sommotsvarar ”väl luftat pH-neutralt vatten”. Väl luftat vatten svarar moten korrosionspotential på 300 mV SCE, där SCE står för ”Saturated CalomelElectrode”, en referenselektrod som ligger 246 mV över den definieradenollpunkten 0,000 mV SHE (se Kapitel 5). 300 mV SCE, motsvarar således546 mV SHE .CPT vs.kloridhaltMan kan använda den här typen av CPT-kurvor genom att göra ettvägledande materialval. Kurvan för respektive stål markerar ett slagsgräns och under varje kurva går man tämligen säker för korrosion medanman över kurvan löper stor risk för punktfrätning. Har man ett "normaltoxiderande, pH-neutralt medium" med t ex 250 mg/l klorid (det högstai danskt vattenledningsvatten), kan man med hjälp av Figur 6.10 se att86

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperTryckprovningav rörvanligt 4301 bara står emot punktfrätning upp till ca. 50 °C. Ökas kloridettill 500 mg/l, glider temperaturgränsen ned till 38 °C, och vid 2000 mg/l(= 0,2 %) kan man bara tillåta 25 °C.Ju större mängd klorid, desto sämre korrosionsbeständighet, en aspekt manska se upp med vid exempelvis tryckprovning av rörsystem. Det är möjligtatt stålet kan hålla bra i vanligt vattenledningsvatten med max. 250 mg/lunder själva tryckprovningen men vattenrester kan orsaka problem. Vattnetavdunstar men det gör inte salterna och kloridhalten i vattenresternakan lätt bli mycket högre än de ursprungliga 250 mg/l. Detta är sammaavdunstningseffekt som genom årtusenden bildat Döda havet och vid fleratillfällen har genomfrätning skett p. g. a. avdunstning av tryckprovsvattnetoch för hög kloridhalt i vattenresterna. Korrosionen i botten av rör eftertryckprovning är indikationer på sådana skador.Figur 6.11:Vattenrester från t ex tryckprovning av rörsystem kan leda till obehagligaöverraskningar. I takt med att vattnet avdunstar stiger salthalten ochvillkoren blir gradvis mer korrosiva. Risken för bakteriell tillväxt gör intesaken bättre.Extremasalthalter gerlåg syrelöslighetAV CPT-kurvorna i Figur 6.10 framgår att mycket höga kloridhalter närmastfår kurvorna att löpa helt vågrätt, vilket är ett tecken på att det inte är så storskillnad mellan korrosionsförhållandena vid 1 % Cl – och 2 % Cl – . I den nedreänden har en fördubbling av halten mycket större effekt, vilket ju inte är såkonstigt. Vid en kloridhalt på över 1 % är det så många korrosionsfrämjandeämnen i omlopp att lite extra varken gör till eller från.I praktiken kan man notera en förmildrande omständighet vid ökad salthalti det att lösligheten av syre är lägre i starkare lösningar än i svaga. Dettabetyder ofta att en hög salthalt åtföljs av en lägre korrosionspotential, vilkettill och med kan förbättra korrosionsbeständigheten (se nedan i Avsnitt6.2.3). Koncentrerade saltlösningar är således inte nödvändigtvis ett sämrealternativ än utspädda eftersom kloridökningen kompenseras genom attkorrosionspotentialen (korrosionens drivkraft) sjunker.Om det förekommer starka oxidanter (t ex peroxid eller hypoklorit)spelar syrets lägre löslighetsgrad tyvärr inte någon roll ochkorrosionsförhållandena blir klart värre vid högre kloridhalt. Att försökaförbättra korrosionsförhållandena genom att öka salthalten är därför inteatt rekommendera.87

Rostfritt stål och korrosionCPT vs. oxidationsförmåga6.2.3 Korrosionspotentialen och pHKatodreaktionens korrosionspotentialen, som är den oxideringsförmågasom verkar på stålet. Ju högre korrosionspotential, desto aktivare ärkatodreaktionen som elektronslukare och desto lättare är det för ståletatt avge elektroner, eller med andra ord, att korrodera.Figur 6.12 visar en serie CPT-försök med samma, syrafasta ståltyp(4401/04) i samma medium fast med tre olika korrosionspotentialer.Kurvan med 300 mV SCEmotsvarar således 4401-kurvan från Figur 6.10medan kurvorna för 200 och 400 mV SCEsimulerar mindre respektivemer oxiderande förhållanden.CPT [°C]10080604020300 mV SCE400 mV SCE200 mV SCE00,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0Cl – [%]Figur 6.12: Den kritiska punktfrätningstemperaturen (CPT) för 4401/04-stål utfört i identiska medier vid tre olika korrosionspotentialer.300 mV SCE motsvarar det maximalt uppnåeliga för vanligt, luftatvattenledningsvatten medan de +200 och +400 mV SCE indikerarmindre oxiderande och mer oxiderande förhållanden [1, 5].Notera att kurvan för 400 mV SCEligger markant lägre än den för 300 mV SCE,vilket innebär att det inte ska så mycket till för att hamna på fel sida avkurvan. Omvänt ligger kurvan för 200 mV SCEmarkant högre som engod indikation på att det nu krävs mer för att överskrida gränsen förpunktfrätning. 100 mV låter kanske inte så mycket, men det är det, ielektrokemiska mått mätt (jfr. Tabell 5.1 sida 55 sidan), och den negativaeffekten av en ökad korrosionspotential är i praktiken av stor betydelse.Ju aktivare katodreaktion, desto högre korrosionspotential och destolägre korrosionsbeständighet för stålet.88

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper1 mmFigur 6.13:Punktfrätning fotograferad med ett elektronmikroskop (SEM). Ämnetkommer från samma försöksserie som det i Figur 6.9, alltså 4301 utsattför en kritisk blandning av salt och väteperoxid. Observera groparnaslokala karaktär. Foto: Metallograf Laila Leth, MEK/DTU.OxideranderengöringsmedelKatodisktskydd avrostfritt stålVäteperoxid är en kraftig oxidant och utmärkt elektronslukare, vilket bl aframgår av placeringen i spänningsserien i Tabell 5.1 sida 55. Väteperoxid kan ipraktiken tvinga stålets korrosionspotential upp över +500 mV SCE (+746 mV SHE ),vilket är den direkta orsaken till att korrosionsprovet i Figur 6.9 resulteradei genomfrätning på så kort tid.Många rengöringsmedel innehåller starka oxidanter såsom perättiksyra,persulfat, klor, hypoklorit eller den notoriska väteperoxiden som alla bidrartill en kraftig accelerering av korrosionspotentialen. Kombinationen avsalthaltiga medier och rester från starkt oxiderande rengöringsmedel är renagiftet för rostfritt stål och en vanlig orsak till allvarliga korrosionsskadori mejerier, slakterier och andra miljöer som rengörs ofta och effektivt.Lösningen är att utföra rengöringen på kort tid (normalt 15-60 min.) föratt undvika långtidspåverkan så att korrosionen knappt hinner börja.Motsatt, positiv effekt uppstår om man kopplar nedsänkta, rostfriakonstruktioner till svart eller galvaniserat stål. Precis som Figur 5.8 sida 64och Figur 5.9 sida 65 är de ädlaste metallerna (rostfritt stål) skyddade medande minst ädla (svart/galvaniserat stål) utsätts för extra korrosionstryck.Eftersom ytan av t ex armeringsjärn är mycket stor i förhållande till ytan avrostfritt stål blir bidraget från den galvaniska kopplingen relativt lågt ochdet rostfria stålet skyddas effektivt utan stora konsekvenser för det svartaarmeringsjärnet. Tack vare sin breda och effektiva passivzon (se Figur 5.10sida 69) är rostfritt stål mycket väl lämpat för katodiskt skydd. I många fallsker det helt omedvetet genom att t ex de rostfria trapporna i en simbassängskruvas fast i betongens armeringsjärn.Den sista nyckelfaktorn är vattnets surhetsgrad, pH. I det stora neutralaområdet har pH-värdet relativt liten effekt på själva stålet men kan ändå89

Rostfritt stål och korrosionpåverka korrosionsförhållandena ganska mycket. pH-värdet är ju ettuttryck för koncentrationen (mer korrekt: aktiviteten) av vätejoner (H + )i vattnet och ju lägre pH-värde, desto högre koncentration av H + . Varjereaktion som innehåller H + är därför kopplad till pH-värdet och härkan vi notera att flera av de relevanta katodreaktionerna i Tabell 5.1sida 55 innehåller just H + . Såväl syrareaktion, syrereaktion, väteperoxidsom hypoklorit (som katodreaktioner) förbrukar H + och alla reaktioneraccelererar därför vid stigande H + -halt, dvs. sjunkande pH-värde.Alla mätningarär gjorda under"idealiska förutsättningar”Föroreningari vattnet6.2.4 Orenheter, salter och andra okända faktorerUtöver de miljöfaktorer som nämnts, kan en lång rad andra faktorerpåverka stålets beständighet mot punktfrätning och därmed CPTkurvornasläge. Det är värt att poängtera att alla laboratoriealstradeCPT-kurvor i bästa fall är rosenröda skildringar av en något merkomplex verklighet. Testerna är alla utförda med perfekt behandladelaboratorieprover utan vare sig spalter, slipspår, svetsar, anlöpningar,inneslutningar eller andra svagheter, varför resultaten från kurvorna äratt betrakta som bästa möjliga scenario. Det enda man kan vara helt säkerpå är att verkligheten aldrig blir bättre än laboratoriedata och i praktikenär det ofta mycket sämre (se Kapitel 10). CPT-kurvorna är därför alltidatt betrakta som vägledande och inte som absoluta sanningar.Trots detta är CPT-kurvorna utmärkta verktyg när man ska visa hur isynnerhet klorid och temperatur påverkar stålets korrosionsbeständighet,men precis som när det gäller korrosionspotentialen (se Figur 6.12) kanolika faktorer flytta kurvorna uppåt eller nedåt och därmed påverkastålets korrosionsbeständighet.Som illustreras i Figur 6.12 har oxiderande ämnen (oxidanter) generelltsett negativ inverkan på stålets beständighet mot punktfrätning men ävenämnen som inte är elektrokemiskt aktiva kan påverka CPT-kurvornas lägeoch därmed också de olika ståltypernas beständighet. En bra tumregeli det här sammanhanget är att ämnen som varken verkar oxiderande(som syre eller peroxid) eller nedbrytande på passivskiktet (klorid) oftastinverkar positivt på korrosionsbeständigheten. ”Orenheter” som t ex sulfat2- 3-(SO 4) och fosfat (PO 4) är inte elektrokemiskt aktiva under normalaförhållanden och de går heller inte lös på stålets skyddande oxidskikt,men precis som klorid kan de absorberas i stålets yta, vilket faktisktkan vara gynnsamt. Ju mer av ytan som upptas av korrosionsneutralajoner, desto mindre plats för klorid och faktum är att sulfat som tillsattsi samma molära mängd som klorid kan ge 10 °C extra i CPT. Sulfatverkar därmed under normala förhållanden måttligt inhiberande påkorrosion men effekten är inte helt säker. Det finns således exempel påpunktfrätning i helt kloridfria medier där mikrobiologisk aktivitet kanutnyttja sulfat för att skapa en mindre gynnsam lokalmiljö.90

Rostfritt stål och korrosion6.2.5 Legeringstillsatsernas effekt mot punktfrätningTittar man på Figur 6.10 står det klart att inte alla ståltyper är likamotståndskraftiga mot punktfrätning. Vissa stål är klart starkare änandra och av erfarenhet är följande legeringsfaktorer viktigast:• Krom (Cr)• Molybden, (Mo)• Kväve (nitrogen), N• Orenheter, svavel (S), fosfor (P), o dylCr, Mo ochN fungeraralla motpunktfrätningKrom är vår huvudsakliga legeringstillsats och den bidrar starkt tillbildandet och bibehållandet av stålets passiverande Cr-oxidskikt. Rentallmänt är det därför så att ju högre Cr-halt, desto bättre beständighet motpunktfrätning. Ett stål med 18 % Cr kan jämföras med en fiskelina med18 kg brottstyrka och den kommer alltid att vara starkare än en linamed 17 kg brottstyrka (17 % Cr), som alltid kommer att vara bättre än16, 15, 14 och 13 kg. Ju mer Cr, desto bättre, och den effekten är helt klar.Molybden bidrar också starkt till stålets passivering och effekten är ännumer positiv än med Cr. Ju högre Mo, desto bättre, men de båda tillsatsernaär inte helt "parallella". Det finns vissa skillnader mellan Cr och Mo. Delsverkar Mo kraftigare än Cr och dels bevarar den passiviteten bättre i suramiljöer. Däremot är Mo mindre effektiv än Cr i starkt oxiderande miljöer.Kväve (nitrogen, N) verkar således positivt på stålets passivitet och precissom Cr och Mo gäller tumregeln: Ju mer, desto bättre. Kväve är ocksådet enda passiverande ämnet som samtidigt är en austenitbildare, varförman inte ska tillsätta extra nickel (Ni) för att behålla austenitstrukturen.Nackdelen är att kväve, i likhet med andra gaser, bara är marginelltupplösliga i en 1500 °C varm stålsmälta, vilket sätter gränser för hurmycket man kan tillföra stålet (se Kapitel 4, ”legeringstillsatser”).Den sista faktorn är mängden orenheter i stålet. Rostfritt stål är i likhetmed alla andra metaller och legeringar inte 100 % homogent utan bestårav kristaller - stålets "tegelstenar" (se Kapitel 3). Mellan tegelstenarnafinns murbruk och det är ofta här vi hittar orenheterna. Dessvärre är detockså här man hittar "kedjans svagaste länk" och med ett material som iFigur 5.12 sida 71 som uppför sig som en fiskelina är det avgörande att hållakorrosionsbeständigheten för den svagaste delen så hög som möjligt.92

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperBland icke-metalliska orenheter är det i speciellt svavel (S) som kanorsaka olyckor. Såsom beskrivs i Kapitel 4 bildar S i samspel med mangan(Mn) mangansulfider som gör stålet kortspånande men som även sänkerkorrosionsbeständigheten markant. Mangansulfider fungerar somangreppspunkt för nästan alla typer av korrosion och eftersom Mn är ennödvändig tillsats för stålets valsegenskaper innebär en högre S-halt i ståletlägre korrosionsbeständighet.Rostfriavalutakurser6.2.6 Pitting Resistance Equivalent, PRENEftersom både Cr, Mo och N inverkar odelat positivt på ståletskorrosionsmotstånd kan man med rätta ställa sig frågan: Hur bra är deolika tillsatserna? Är 1 % Mo det samma som 1 % Cr och hur är det med N?Att jämföra Cr, Mo och N med varandra är lite som att ha fickan full av pengari olika valutor. Att 100 DKK är mer än 75 DKK, som är mer än 50 DKK, ärinte svårt att förstå. Men hur mycket är 100 kr i förhållande till 40 DKK +$ 5 + £ 8? För detta ändamål behöver man använda växelkurserna mellan deolika valutorna innan man kan räkna om till en gemensam valuta (t ex DKK).På motsvarande sätt kan man också räkna med ”rostfria valutakurser”.Används Cr som gemensam valuta har mängder av laboratorieförsök visat att1 % Mo skyddar lika bra som 3,3 % Cr och att 1 % N är lika bra som hela 16 %Cr. Vi kan därför utgå från ett slags "valutamätare" som vi kallar ”PittingResistance Equivalent” (PRE eller PREN). Beteckningen ”PRE” används oftaom man bara räknar med Cr och Mo, medan ”PREN” används om man ocksåtar kväve med i beräkningen, N.Ekv. 6.1:PREN = %Cr + 3,3 · %Mo + 16 · %NTvå ståltyper med samma PREN har samma beständighet mot initiering avpunktfrätning. Ju högre PREN, desto bättre, men teoretiskt sett spelar detingen roll om man tillsätter 1 % Mo eller 3,3 % Cr. Det är ökningen i PRENsom är avgörande.Med utgångspunkt från Ekv. 6.1 går det att analysera ett stålslegeringssammansättning och utifrån innehållet i Cr, Mo och Nuppskatta graden av motstånd mot punktfrätning. Genom att titta pålegeringssammansättningen för de olika ståltyperna kan man göra enhitlista - ett slags ranking av ståltypernas beständighet mot punktfrätning.En sådan lista av olika kommersiella stålkvaliteter samt deras innehåll avCr, Mo och N finns i Tabell 6.1. Observera att samtliga data är baserade påstålens minimivärden för de olika nyttiga legeringstillsatserna. Ett stål avtypen 4307 kan kan mycket väl innehålla mellan 17,5 och 19,5 % Cr, mendet skulle vara lite väl optimistiskt att satsa på de 19,5 %. Det enda som kangaranteras är minst 17,5 % Cr.93

Rostfritt stål och korrosionEN AISI / UNS / Beteckning Cr Mo N PREN• 2.4819 Hastelloy C-276 14,5 15,0 - 64,0• 2.4856 Inconel 625 20,0 8,0 - 46,4• 1.4547 254 SMO 19,5 6,0 0,18 42,2• 1.4529 904LhMo 19,0 6,0 0,15 41,2• 1.4410 Superduplex; UNS S32750 24,0 3,0 0,20 37,1• 1.4507 Superduplex 24,0 3,0 0,20 37,1• 1.4501 Superduplex; UNS S32760 24,0 3,0 0,20 37,1• 1.4462 Duplex 2205 / UNS S32205 22,0 3,0 0,14 34,1• 1.4539 904L 19,0 4,0 - 32,2• 1.4462 Duplex 2205 / UNS S31803 21,0 2,5 0,10 30,9• 1.4460 AISI 329 25,0 1,3 0,05 30,1• 1.4536 - 19,0 2,5 0,10 28,9• 1.4438 AISI 317L 17,5 3,0 - 27,4• 1.4435 AISI 316L, 2,5-3,0 Mo 17,0 2,5 - 25,3• 1.4432 AISI 316L, 2,5-3,0 Mo 16,5 2,5 - 24,8• 1.4436 AISI 316, 2,5-3,0 Mo 16,5 2,5 - 24,8• 1.4408 Gjutstålslegering; 316 18,0 2,0 - 24,6• 1.4162 Lean duplex 21,0 0,1 0,20 24,5• 1.4362 Duplex 2304 22,0 0,1 0,05 23,1• 1.4404 AISI 316L 16,5 2,0 - 23,1• 1.4401 AISI 316 16,5 2,0 - 23,1• 1.4571 (AISI 316Ti) 16,5 2,0 - 23,1• 1.4521 AISI 444 17,0 1,8 - 22,9• 1.4526 - 16,0 0,8 - 18,6• 1.4318 AISI 304LN 16,5 0,10 - 18,1• 1.4306 AISI 304L (högt Ni) 18,0 - - 18,0• 1.4418 - 15,0 0,8 0,02 18,0• 1.4307 AISI 304L 17,5 - - 17,5• 1.4301 AISI 304 17,5 - - 17,5• 1.4509 AISI 441 17,5 - - 17,5• 1.4305 AISI 303 17,0 - - 17,0• 1.4541 AISI 321 17,0 - - 17,0• 1.4371 AISI 202 17,0 - - 17,0• 1.4104 AISI 440A 15,5 0,2 - 16,2• 1.4109 (AISI 430F) 16,0 - - 16,0• 1.4510 AISI 430Ti / 439 16,0 - - 16,0• 1.4016 AISI 430 16,0 - - 16,0• 1.4310 AISI 301 / 302 16,0 - - 16,0• 1.4034 AISI 440B 14,0 0,5 - 15,7• 1.4057 AISI 431 15,0 - - 15,094

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperEN AISI / UNS / Beteckning Cr Mo N PREN• 1.4542 AISI 630 15,0 - - 15,0• 2.4816 Inconel 600 14,0 - - 14,0• 1.4021 AISI 420 12,0 - - 12,0• 1.4003 AISI 410S 11,5 - - 11,5• 1.4006 AISI 410 11,5 - - 11,5• 1.4512 AISI 409 10,5 - - 10,5Tabell 6.1:Lista över en rad vanliga rostfria ståls innehåll av Cr, Mo och N samtberäknad PREN enligt Ekv. 6.1. För alla stål är de angivna värdena förCr, Mo och N minimivärden i förhållande till standarderna (se Kapital 8).Prickarnas färg anger ståltyp: Austenitiska (röd), ferritiska (blå), duplexa(grön), PH-legeringar (gul), martensitiska (lila) och nickellegeringar,austenitiska (svart).PREN;4301 vs. 4401Återigen hjälper det att betrakta rostfritt stål som en fiskelina. I så fall kanman se på PREN som fiskelinans brottstyrka och ju högre brottstyrka, destomindre risk att linan går av vid en viss belastning. Att välja ett rostfrittstål blir därmed "bara" en fråga om att hitta ett stål med tillräckligt högkorrosionsmässig "brottstyrka".Oturligt nog medför en högre nivå av nyttiga legeringstillsatser också ettmarkant högre pris och ofta högre bearbetningskostnader. Lösningen påproblemet är därför inte att bygga allt av 254 SMO eller superduplext stålutan i stället att hitta en bra balans mellan korrosionsbeständighet ochpris. Man ska komma fram till vad som krävs och så ska man "bara" väljaett stål på rätt sida om gränsen - naturligtvis med god säkerhetsmarginal.Ta t ex det klassiska 4301 (AISI 304). Detta stål innehåller min. 17,5 % Croch varken Mo eller N och därför blir PREN 4301 17,5. Det syrafasta stålet,4401 innehåller bara 16,5 % Cr, men samtidigt minst 2,0 % Mo, vilketförflyttar PREN 4401 upp till 23,1. Genom att titta på de båda ståltypernaslegeringssammansättning kan man alltså förutse att 4401 har bättrebeständighet mot punktfrätning än 4301. Om vi tittar på duplexa ”2205”(4462) hamnar PREN 4462 på hela 30,9 vilket är ett tecken på ännu bättrebeständighet mot punktfrätning.Att PREN inte är ren och skär fantasi framgår av Figur 6.10 som visarkorrosionsbeständigheten för olika rostfria ståltyper i olika medier. Noteraatt ju högre stålets PREN är desto högre ligger kurvan för aktuellt ståloavsett vattnets kloridhalt. Ett stål som det syrafasta 4401 är därför bättre ialla medier än det icke syrafasta 4301-stålet. Detta innebär inte att 4401 ärimmunt mot punktfrätning men det krävs mer för att initiera korrosionenän för "lillebrodern" 4301. Om 4301 håller så gör 4401 det också och om4401 går i bitar gör 4301 det garanterat också.Mitt upp i alltihop finns en mellangrupp av miljöer där 4401 håller medan4301 inte gör det - området mellan kurvorna på Figur 6.10. Detta område ärsärskilt viktigt och det finns otaliga exempel på att just skillnaden mellan95

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaper6.2.7 RostAlla som har en diskmaskin känner till problemet: Knivarna blir rostigamedan gafflar och skedar som regel håller mycket bättre. Dessutom är detinte hela kniven som rostar, utan oftast bara bladet och när man vänder sigtill sin lokala butik får man till svar att det är "flygrost" från diskmaskinensmetallnät.Figur 6.15:Punktfrätningsangrepp på rostfritt knivblad (ståltyp 4021, 13,5 % Cr).Korrosionsprodukterna är borttagnaoch själva korrosionen har uppståttunder tvätten - s k rost på grund av för låg PREN. Bilden till höger är ettmikroskopfoto av eggen på samma knivblad.Martensitiskaknivbladdrabbas ofta avpunktfrätning= rostRen nonsens. Om rostfläckarna kommit från metallnätet skulle samtligaknivar, gafflar, skedar, tallrikar och glas vara fläckiga men det är alltid baraknivbladen. Orsaken står att finna i Tabell 6.1 av vilken det framgår att samtligamartensitiska stålkvaliteter har en ganska låg korrosionsbeständighet motpunktfrätning. De flesta martensiter har en PREN mellan 12 och 15 och detgör dem markant mindre beständiga mot punktfrätning än 4301 (PREN 17,5).Knivbladen är som regel mindre korrosionsbeständiga men om bladen skakunna härdas kan det dessvärre inte vara annorlunda. Lösningen består iatt säkerställa kort kontakttid genom exempelvis korta tvättprogram eller(ännu bättre) handtvätt.Blir dina knivar rostiga tas rostfläckarna säkrast bort med varm citronsyra(se Avsnitt 12.3.2 sidan 261). Detta avlägsnar rosten men naturligtvis intede små mikrogroparna som korrosionen orsakat. Bästa sättet att förebyggakorrosionsangreppen på är därför att använda milda tvättprocesser. Lägretemperatur och/eller kortare disktid är bra steg i rätt riktning.97

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperFerritiska stålär prisstabilaNickelutsöndringi livsmedelNickellegeringarsmekaniskastyrkaEn fördel med de ferritiska stålen är det relativt låga och ganska stabila prisetsom inte är beroende av nicklets höga pris och våldsamma svängningar(se Figur 4.2 sida 43). Priset på de ferritiska stålen är därför mycket mer stabiltän för de austenitiska, vilket naturligtvis ökade intresset för ferriternaomkring 2006 och 2007. När nickelpriset därefter föll kraftigt mellan 2008och 2009 sjönk intresset i motsvarande utsträckning men i skrivande stundär det sakta på väg upp igen. I den ferritiska världen har man ett mycketmindre utbud av stålkvaliteter och leveransformer än för de parallellaausteniterna. Särskilt de stabiliserade, ferritiska stålen (t ex 4509 och 4521)är i dagsläget svåra att hitta som annat än tunnplåtar (Avsnitt 9.1 sida 169).Vid sidan av priset har ferriterna den psykologiska fördelen att risken förnickelutsöndring från ett nickelfritt stål är lika med noll, vilket gör detferritiska stålet särskilt väl lämpat för livsmedelstillämpningar. 4016 ärmycket populärt för tillverkning av storköksutrustning i såväl England somItalien och det svetsbara 4509 används i hög grad i kylskåp, såväl invändigtsom utvändigt. Figur 2.4 sida 18. För ytterligare information om rostfritt stålför livsmedelstillämpningar hänvisar vi till Avsnitt 6.9.1.Notera även att det smugit sig in tre nickelbaserade legeringar i Tabell 6.1:Inconel 600, Inconel 625 och Hastelloy C-276. Nickellegeringar kan vadbeträffar punktfrätning behandlas parallellt med de rostfria stålen. Ökadkorrosionsbeständighet uppnås ju som bekant genom att man tillsätter såmycket som möjligt av främst krom och molybden i stålet. Tyvärr behöverdetta balanseras av en motsvarande mängd nickel (se Figur 3.2 sida 26) och viden tidpunkt har det tillsatts så mycket nickel att järn (Fe) blir underordnatoch vi får i stället en nickellegering. Av denna anledning kan man med rättabetrakta de högkorrosionsbeständiga nickellegeringarna som naturligaförlängningar av de rostfria stålen.I den andra änden av Tabell 6.1 är det intressant att Inconel 600, trots minst72 % Ni, hamnar långt ner. Vid enkel punktfrätning klarar sig Inconel600 sämre än vanligt 4301, vilket hänger ihop med att legeringen som minstinnehåller 14 % Cr. De 72 % Ni bidrar inte mycket till det passiva skiktetmen det är inte heller så konstigt. Just Inconel 600 och släktingen Inconel601 (21-25 Cr, 58-63 Ni) har utvecklats p. g. a. god mekanisk hållfasthet vidhöga temperaturer samt god korrosionsbeständighet i korrosiva rökgasermen de duger inte i oxiderande förhållanden vid rumstemperatur. Precissom en Ferrari är genialisk på en racerbana men föga duglig på en ojämnlandsväg. En 4WD Landcruiser har motsatta styrkor och svagheter och påsamma sätt förhåller det sig med metaller. Alla legeringar har sina styrkoroch begränsningar och det handlar därför alltid om att försöka hitta denkombination av egenskaper som bäst uppfyller behoven.99

Rostfritt stål och korrosion6.3 SpaltkorrosionFigur 6.16:Alla trånga ställen i en konstruktion kan fungera som spalter. Alltransport sker genom diffusion och miljön i spalten kan lätt blibetydligt mer korrosiv än utanför. I rörvärmeväxlare är risken förspalter mellan tubplattan och påsvetsade rör stor och något manska ta höjd för vid val av stål.Spaltkorrosionberor på dåligatransportförhållandenSpaltkorrosion (engelska: crevice corrosion) påminner mycket ompunktfrätningen och tillsammans kallas de ofta lokalkorrosion.Skillnaden är att medan punktfrätning äger rum på "fria ytor" uppstårspaltkorrosion i spalter, vid flänsar, under bultar, gängor, porer ellerandra svåråtkomliga ställen där det inte sker någon omrörning och därvattnet därför står helt stilla. All transport sker genom diffusion ochhär kan rostfritt stål på egen hand skapa en miljö som är betydligt merkorrosiv än vid de fria ytorna utanför spalten. Den svaga passivström somska till för att upprätthålla stålets skyddande kromoxidskikt ger upphovtill en mycket, mycket svag utsöndring av positiva och sura metalljoner.Dessa måste balanseras laddningsmässigt vilket ger en viss diffusion avnegativa kloridjoner in i spalten.Kombinationen av stigande klorid och sjunkande pH gör mediet inutispalten betydligt mer korrosivt än "bulkmediet" utanför. I extremfall kanman inuti spalten få en utspädd saltsyra (HCl) medan mediet utanförbara är vanligt vattenledningsvatten, vilket självfallet spelar stor rollför korrosionsförhållandena inuti i spalten. I något skede sprickerbubblan och korrosionen startar och när detta sker fungerar spaltensom anod och resten av stålet som katod. Detta är samma, olyckliga,galvaniska koppling man ser vid punktfrätning men vid spaltkorrosionär mekanismen geometriskt betingad.100

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperO 2O 2O 2O 2O 2HCr + O 2Cl –Fe 3+Cl – O 2O 2H + + Cl –Cl – H +Figur 6.17:Överst: Upprätthållandet av det passiva skiktet medför ett ultrasvagtläckage av positiva metalljoner till vätskan i spalten. Mitten: De positivtladdade metalljonerna kräver laddningsbalans och drar därför till signegativt laddade joner, särskilt det korrosiva kloridet. Nederst: Kloridbryter ned stålets skyddande oxidskikt och spalten aktiveras. Spaltenblir därmed anod medan området utanför spalten fungerar som katod.Spaltkorrosion ären större risk änpunktfrätningPå grund av mekanismen i vilken det ytterst korrosiva kloridet absorberasfrån en stor vätskefas, kan spaltkorrosion bara inträffa vid fullt nedsänktaförhållanden. Den kraftiga koncentrationen av klorid i spalten gör dessutomatt risken för spaltkorrosion alltid är större än risken för punktfrätning.En gammal tumregel för austenitiska stål säger således att den kritiskaspaltkorrosionstemperaturen (CCT) ligger 20-25 °C lägre än motsvarandekritiska punktfrätningstemperatur (CPT). Detta innebär således att manlöper risk för spaltkorrosion vid en temperatur som är 20-25 °C undertemperaturen för punktfrätning, varför man ska se upp med detta vidutformning av konstruktioner. Om stålet ligger nära den korrosionsmässiga"smärtgränsen" (enligt t ex Figur 6.10) ska man med alla medel säkerställaatt det inte finns några spalter i systemet. Om detta inte är möjligt skaman välja ett mer korrosionsbeständigt stål där man lagt in en extra storsäkerhetsmarginal - mer än 25 °C.101

Rostfritt stål och korrosionDenna tumregel gäller för de austenitiska stålen medan de nickelfriaferriterna (t ex 4509, 4521, etc.) inte återpassiverar lika bra och därförförväntas ha större avstånd mellan spaltkorrosion och punktfrätning.Med ferritiska stål kan man därmed förvänta sig större känslighet förspaltkorrosion än för deras austenitiska motsvarigheter.CPT [°C]10080604020Utan spalter (CPT)Med spalter (CCT)4301Figur 6.18:00,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0Cl – [%]CPT-kurvan för rostfritt stål 4301 (enligt Figur 6.10) samt enmotsvarande simulerad CCT-kurva minus 25 °C. Den nederstakurvan simulerar beständigheten mot spaltkorrosion. Observera attspaltkorrosion alltid uppstår före punktfrätning.SpaltgeometriAlla spalter är inte lika korrosiva. Utöver de material som är inblandadehar själva geometrin av spalten stor betydelse och ju djupare spalten är,desto mer kritisk blir den. På samma sätt är trånga spalter mer kritiskaän öppna, helt enkelt därför att vätskeutbytet blir mer besvärlig så atttransporten blir mer och mer diffusionsberoende. Av denna anledningär metall-gummi-spalter som regel mer kritiska än metall-metallkombinationer.Packningar är ju till för att täta men har även dennackdelen att spalterna blir potentiellt känsligare mot korrosion.Ett antal andra faktorer kan också påverka spalternas farlighet och pådet hela taget är spaltkorrosion en korrosionsform som är mycket svåratt simulera och därmed också att förutse. Dels har spaltgeometrin sombekant stort inflytande och dels tar det lång tid att bilda den korrosivamiljön. Det sistnämnda gör att det nästan är omöjligt att göra någrasnabba och enkla korrosionstest som kan simulera förhållandena i ettlaboratorium. I stället väljer man ofta att mäta beständigheten motpunktfrätning (t ex CPT-försök) och sedan dra av 25 °C såsom gjorts iFigur 6.18. Metoden är inte alls 100 % säker men duger när man ska göraett snabbt materialval.102

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperFigur 6.19:Spaltkorrosion i svetsnippel av 4404 utsatt för kopparkloridlösning(CuCl 2). Observera att korrosionen är koncentrerad till packningsspåret.Spalter ärgrogrunder förmikroorganismer6.3.1 Mikrobiellt inducerad korrosion (MIC)En om möjligt ännu mer oförutsägbar sida av saken är förekomsten avmikroorganismer. Bittra erfarenheter har visat att just mikroorganismer kanpåverka det rostfria stålets korrosionsförhållanden i olyckliga riktningar.Dels genom att ge upphov till påväxt som kan fungera som spalter och delsgenom att skapa biofilm som förändrar den lokala miljön.En av de mätbara effekterna av vissa bakterietyper är att de kan öka ståletskorrosionspotential till nivåer långt över det som annars finns i rentvattenledningsvatten (normalt 150-300 mV SCEi vattenledningsvatten; över400 mV i renat spillvatten – se Figur 6.20). Resultatet är att CPT-kurvornai Figur 6.10 halkar ned ordentligt och villkoren blir därmed långt värre förstålet.Dessutom fungerar befintliga spalter bättre än de fria ytorna skulle göra somgrogrund för mikroorganismer, varför mikrobiellt aktiva miljöer ofta görstålet betydligt känsligare för just spaltkorrosion än mot punktfrätning. Sombeskrivs ovan är det normalt en temperaturskillnad mellan spaltkorrosionoch punktfrätning på 20-25 °C (se Figur 6.18) men i mikrobiologisktaktiva medier kan denna temperaturgräns bli avsevärt större. Det finnsalltså exempel från reningsverk där syrafast 4404 angripits av skenandespaltkorrosion i 12-15 °C kallt vatten med under 100 mg/l klorid, även omkurvorna säger att CPT borde ligga en bra bit över 100 °C. I så fall bordespaltkorrosion som regel inte kunna ske vid temperaturer över 80 °C mendet gör det alltså vid mycket lägre temperaturer.103

Rostfritt stål och korrosionPotential [mV SCE ]+475+200Avloppsvatten (renat)Normalt, luftat vattenledningsvattenTidFigur 6.20:Mätningar av passivt rostfritt ståls korrosionspotential i vanligtvattenledningsvatten respektive renat spillvatten. Mätningarna harutförts under en period på över 14 dagar och gemensamt för dem äratt korrosionspotentialen börjar långt ner för att sedan stiga kraftigtunder en veckas tid. Notera att slutpotentialen (p. g. a. bakteriellaktivitet) är mycket högre för rostfritt stål i renat spillvatten än församma stål i rent vattenledningsvatten.Spillvatten kanvara extremtkorrosivt motrostfritt stål.Syrafast stålräcker intealltid i ettreningsverk.Ett lysande exempel på detta är att spillvatten och rostfritt stål kanuppföra sig mycket underligt i reningsverk. Det är lätt att dra slutsatsen attdet kraftigt osande, orena intaget i ett reningsverk är mest problematisktmen så är inte fallet. Vid intaget finns höga koncentrationer av häftigtsyreförbrukande mikroorganismer som gör vattnet i det närmaste heltsyrefritt. Detta ger en mycket låg korrosionspotential vilket i sin tur germycket god korrosionsbeständighet för alla rostfria stålkvaliteter. Detär snarare regel än undantag att vanligt rostfritt stål i 4301-klassenhåller i intagsänden.Tvärtom är det i den rena utloppsänden (eftersedimenteringstank,sandfång, m.m.) där vattnet är nästan lika rent som vattenledningsvatten.Här uppför sig vattnet betydligt mer oxiderande än normalt luftatvattenledningsvatten och p. g. a. bakteriell tillväxt kan man oftauppmäta korrosionspotentialer på över 400 mV SCE (inofficiellt dansktrekord: +475 mV SCE !) motsvarande nivån för utspädd väteperoxid(hydrogenperoxid). I sådana medier kan till och med syrafast,rostfritt stål i 4401-/4404-klassen angripas av spaltkorrosion varförsvetsspecifikationerna för just reningsverk ofta innehåller en klausul attdet inte får förekomma porer eller spalter. Hur rostfritt stål uppträder ispillvatten behandlas grundligt i [16].104

Kapitel 6 - Rostfritt ståls korrosionsegenskaperFigur 6.21:Spaltkorrosion i pressfittings (t.v.) och rör (t.h.) av 4404 som följd avbakterietillväxt i dricksvatteninstallation. Korrosionen har uppstått i45-50 °C varmt vatten med mindre än 100 ppm klorid och det märks attkorrosionen (de ljusgrå områdena till höger) har angripit ställen där detär trångt, t ex där pressmuffen klämts fast om röret.Emellertid är effekten av bakterier och biofilm inte begränsad till barareningsverk. Alla icke-sterila medier (dvs. nästan samtliga medier!) kanmedföra bakteriell påverkan på korrosionsförhållanden och till ochmed rent dricksvatten kan bjuda på obehagliga överraskningar. Närpressfittingsystemet infördes för över 20 år sedan var alla rör och fittingstillverkade av vanligt 4301, vilket i teorin borde fungera tillsammans medkallt vattenledningsvatten, i alla fall med en kloridhalt under 100-150 mg/l(se Figur 6.10 och Figur 6.18). Det gjorde det inte och därför är dagenspressfittings tillverkade av det klart bättre, syrafasta stålet (4404). Det gårsom tur är bra i de flesta fall men det finns en del sällsynta exempel på såaggressiva bakterier (eller bakteriekombinationer) att inte ens syrafast stålkan stå emot spaltkorrosion.Molybdenfungerar bra motspaltkorrosion6.3.2 Bekämpning av spaltkorrosionPå grund av lite underliga miljöförhållanden, tidsfaktorn, mikrobiologiskaeffekter och det omöjliga i att göra en "väldefinierad spalt" är spaltkorrosionen av de korrosionsformer som är svårast att bekämpa. De legeringstillsatsersom bekämpar spaltkorrosion bäst är de samma som är bra mot punktfrätning.En lista över olika stål kommer därför att se ut mycket som i Tabell 6.1.Emellertid finns det vissa skillnader mellan punktfrätning ochspaltkorrosion. Molybden passiveras som regel betydligt bättre i syrefattigamedier (och därmed spalter) än krom. Stålets molybdenhalt är därförviktigare vid spaltkorrosion än punktfrätning. Molybden är ännu viktigarevid bekämpningen av spaltkorrosion än punkfrätning. Man får därför räknamed att PREN-faktorn mellan krom och molybden vid spaltkorrosion ärhögre än de 3,3 som anges i Ekv. 6.1 och används i Tabell 6.1.105

Rostfritt stål och korrosionDessutom medför själva mekanismen kring spaltkorrosion en svag,allmän korrosion som orsakar läckage av små mängder av positivametalljoner (se Figur 6.18) och här har nickel en viss, positiv betydelse.Eftersom det stål som har bäst beständighet mot punktfrätning därmedockså har bäst beständighet mot spaltkorrosion är det därför inte dumtatt gå upp i tabellen för att förbättra stålet.Figur 6.22:Saltvatten är en av de mest korrosiva miljöerna som finns förrostfritt stål. Risken är i synnerhet spaltkorrosion och ska dennakorrosionsform undvikas måste man ta till "superlegeringar". Dettakylvattensystem från en borrplattform i den danska delen av Nordsjönär tillverkad av 4547 (254 SMO). Foto: © Maersk Oil.Babysalva ochspaltkorrosionDen perfekta situationen är naturligtvis att helt undvika spalter isystemet. Detta är svårt att åstadkomma vid exempelvis svetsporer ochbindningsfel men vid "planerade spalter" som bultförband och flänsarkan man göra ett litet trick - ett riktigt hästhandlarknep - som inteär särskilt vetenskapligt belagt men som fungerar i praktiken. Genomatt smörja ytan med ett tunt lager vaselin vattenskyddas spalten varvidmekanismen i Figur 6.18 helt enkelt inte kan äga rum. Det här kan tyckasvara en temporär lösning men i praktiken håller effekten mycket länge,särskilt om man i stället för rent vaselin använder en blandning av vaselinoch basisk zinkoxid, dvs. det samma som används i babysalva! Faktum äratt apotekets babysalva är alldeles utmärkt för ändamålet. Dock måsteman säkerställa att användningen av vaselin och/eller zinkoxid inte pånågot sätt kan påverka mediet.106