Bearbejdning af rustfrit stål
Kun de færreste anvender rustfrit stål uden at bearbejde det. Stålet skal klippes, bukkes, svejses, slibes eller på anden måde udsættes for mekanisk forarbejdning, og det har desværre konsekvenser for korrosionsbestandigheden. Rustfrit stål er kun betinget rustfrit, og korrosionsbestandigheden er afhængig af, hvordan man behandler stålet. Som udgangspunkt er stålet ”perfekt” fra leverandøren. I det øjeblik stålet forlader stålværket, har det sin maksimale korrosionsbestandighed, og flertallet af mekaniske processer, man kan udsætte stålet for, svækker korrosionsbestandigheden. Al forarbejdning og håndtering af rustfrit stål bør derfor gøres, så disse svækkelser bliver så små som mulige. Er dette ikke muligt, bør processerne efterfølges af en passende kemisk efterbehandling.
Svejsning af rustfrit stål
Et af de korrosionsmæssigt alvorligste ”indgreb” er svejsning. Udover at introducere en ny fase (svejsemetallet) bliver stålet udsat for en kraftig varmepåvirkning, som indebærer mindst tre potentielle farer: sensibilisering, anløbninger og indre trækspændinger.
De korrosionsrisici, der er forbundet med selve svejsemetallet, søges oftest minimeret ved at anvende et ”overlegeret” tilsatsmateriale. Sværere er det at sikre, at der ikke er neddykkede spalter i systemet. Den slags kan opstå i form af porer, sugninger, bindingsfejl, manglende gennembrænding o. lign., og korrosionsrisikoen er primært spaltekorrosion.
En god tommelfingerregel siger, at der vil kunne ske spaltekorrosion ved en temperatur, der er 20-25 °C lavere end den kritiske pitting-temperatur (CPT) – den temperatur, over hvilken der vil kunne ske grubetæring. Løsningen er enten helt at hindre neddykkede spalter (= intensiveret kontrol) eller valg af et bedre stål, der har højere Pitting Resistance Equivalent (PREN) og derved større indbygget sikkerhed (f.eks. 4404 i.st.f. 4301).
Tegnet snit gennem en svejsesøm. A: Basisstål; B: Svejsesøm;
C: Naturlige oxidfilm; D: Anløbninger; E: Afkromede lag
(lige under anløbningerne); F: Heat Affected Zone (HAZ);
G: Porer, sugninger, bindingsfejl m.m.
Opvarmning af stålet til temperaturer mellem 500 og 850 ºC (en uundgåelig bivirkning af f.eks. svejseprocessen) medfører en risiko for dannelse af skadelige kromkarbider (= sensibilisering). Dette sker ikke i selve svejsesømmen, men i en varmepåvirket zone tæt ved (”Heat Affected Zone” = HAZ), og problemet er størst ved svejsning i svære godstykkelser. I praksis bekæmpes det bedst ved at anvende lavkulstofstål (f.eks. 4306, 4307 eller 4404) eller titanstabiliserede ståltyper (4541 el. 4571).
Et beslægtet fænomen er dannelsen af skadelige, intermetalliske faser (f.eks. ”sigma” (Cr-Fe) eller ”ksi” (Cr-Mo)), noget man især kan opleve ved svejsning i højtlegerede, ”superduplexe” stålkvaliteter (f.eks. 4410, duplex 2507, Zeron 100) eller de højest legerede ferritiske stålkvaliteter (f.eks. 4509, 4526 og 4521).
Mindst lige så alvorlige er de blålige eller gullige anløbninger, der dannes på overfladen af stålet ved siden af svejsesømmen. Disse anløbninger er stærkt fortykkede oxider af krom og jern og skyldes en varm oxidation (iltning) af selve den rustfri ståloverflade. En sådan iltning medfører i praksis en alvorlig korrosionsmæssig svækkelse af stålet, så vil man have det optimale ud af sit stål, skal det sikres, at al svejsning foregår under helt iltfri betingelser, hvilket betyder anvendelsen af en helt ekstrem mængde beskyttelsesgas (se FORCE’s ”Referenceatlas”).
Et mere økonomisk og oftest hurtigere alternativ er at tolerere en vis blåfarvning og derpå at fjerne anløbningerne igen, enten med en ren bejdsning eller med en kombination mellem slibning og kemisk efterbehandling (bejdsning eller passivering). En glasblæsning er ikke velegnet til formålet, idet både anløbninger og afkromet lag vil blive mast ind i overfladen i stedet for at blive fjernet. Dette klares med en bejdsning forud for glasblæsningen.
Endelig medfører enhver svejseproces ligesom enhver anden mekanisk forarbejdning dannelsen af indre trækspændinger og derved en forøget risiko for spændingskorrosion. Dette er der intet at gøre ved udover at tage højde for problemet allerede i designfasen og vælge et stål, der med god margin er immunt over for SPK ved de projekterede driftsbetingelser. Det er ikke anbefalelsesværdigt at bekæmpe SPK ved at satse på, at det færdige produkt slet ikke har indre trækspændinger..
H.F. højfrekvenssvejsning
Udføres i forbindelse med fremstilling af rør til konstruktionsmæssige formål samt i forbindelse med produktion af udstødningssystemer til biler. Til disse anvendelsesområder foretrækkes HF-metoden pga. dens omkostningseffektive produktivitetsfordele. Derimod er den lille svejsesøm, der opnås med HF (se foto nr. 3 – x50), ikke altid optimal mht. evnen til at arbejde, modstå pres og korro- sionsbestandighed pga. manglende sammensmeltning af båndstålskanten og oxyddannelsen på svejsekanterne.
Blankglødning
Blankglødning udføres i en ovn fuld af hydrogen (H2) ved temperaturer på mel- lem 1040° C og 1100° C og efterfølges af en hurtig afkøling. Hydrogenet er IKKE et iltningsmiddel og derfor dannes der ingen overfladeiltning, og bejdsning er ikke længere påkrævet efter blankglødningen.
Den største fordel ved denne løsning er – udover en blank og jævn overflade, som letter videre bearbejdning af rørene – materialets forbedrede korrosions- bestandighed.
En sådan behandling, der udføres på det sidste trin i produktionsprocessen, sikrer en komplet løsning for evt. karbider dannet ved kornkanten, hvorved der opnås en austenitisk matrice uden fejl. Dette gør det muligt at undgå det farlige fænomen intergranular korrosion (tilstedeværelse af svovl og klor under svejs- ning pga. høje temperaturer).
Den austenitiske struktur, der opnås gennem off-line blankglødning, er homogen med regelmæssig kornstørrelse (dimensionen varierer fra 6 til 8 ASTM); som en konsekvens heraf forbedres stålets strækegenskaber - især forlængelse – med forøget plasticitet og formindsket spændinger.
Denne materialeegenskab er meget værdsat af alle slutforbrugere, som udfører yderligere forarbejdninger af rør så som bøjning og formning.
Rør, ikke-glødede - bejdset
Svejste rør kan leveres i ikke-glødet udførelse. Dette produkt gennemgår den samme produktionsproces bortset fra varmebehandlingen. Rørene sendes i stedet til en kemisk bejdsebehandling. Bejdsebadet består af svovlsyre og fluor- syre.
Denne proces kan – både på den ydre og den indre overflade og på enderne – eliminere ethvert tegn på ferro-kontaminering og også evt. oxyder, som kan forekomme på metaloverfladen som et resultat af mekanisk bearbejdning (svejseruller, slibebånd, skæreudstyr) og svejsning.
Børstede rør
Børstede rør kan fås på markedet. Kun den ydre overflade børstes for at undgå den kemiske behandling i forbindelse med bejdsning.
Disse produkter har dog en lavere korrosionsbestandighed end bejdsede rør, hvis de udsættes for det samme miljømæssige angreb. Dette skyldes både aflejringerne på metaloverfladen, der er blevet kontamineret under produktions- processen, og at overfladen er mere ru, hvilket nemt kan holde på oxyder og spor af ferrokontamination. Selve slibebåndene kan efterlade materiale, som kan give anledning til korrosion.
Børstede rør, kræver pga. deres finish en hyppigere periodisk vedligeholdelse sammenlignet med bejdsede rør.
Det skal understreges, at der udelukkende er tale om en udvendig børstning, og derfor kan den ikke fjerne en evt. kontaminering på den indvendige overflade og i enderne, der er afskåret med en klippemaskine lavet af stålbaserede materialer.
Eddy Current-test
De svejste rør, der leveres i TIG og Laser svejste udførsel fra Damstahl, gennemgår – efter de er blevet kalibreret - en Eddy Current-test. En sådan ikke-destruktion-test udføres ved at danne et magnetisk felt rundt om røret og spore enhver afbrydelse, der skyldes lækager eller huller.
Håndtering og transport af rustfrit stål
En særlig risiko ved næsten al håndtering af rustfrit stål er jernafsmitninger; et problem, der især ses, hvis f.eks. ens bukkeværktøj, gaffeltruck eller lastvogn har været anvendt til håndtering af sort stål. Udover at se grimt ud reducerer jernafsmitninger selve det rustfri ståls korrosionsbestandighed, idet korrosionen af jernpartiklerne kan fortsætte ned i selve det rustfri stål og medføre korrosion dér.
Et grimt eksempel på jernafsmitninger i form af en
partikel, der i et valseværk er blevet mast ind i det
rustfri stål. Partiklen må have været ganske hård,
for den er blevet trykket dybt ind i det rustfri, og
selv om en bejdsning vil fjerne alt sort stål/rust, vil
behandlingen efterlade et lille hul.
Jernafsmitninger kan fjernes kemisk, men mindst lige så effektivt er det at forebygge problemet. Især er det vigtigt kun at bruge værktøj, der alene bruges til rustfrit stål, hvilket inkluderer alt lige fra bukkeværktøj til gaflerne på ens gaffeltruck.
Selv ved en total separation af værktøj og udstyr er slibestøv en ”klassiker”. Sort slibestøv kan være uhyggeligt mobilt, og forebyggelsen af jernafsmitninger kan blive lidt af et sisyfosarbejde. Ideelt set bør sort og rustfrit nærmest forarbejdes på to forskellige postadresser, men dette krav ses der ofte igennem fingre med. I så fald er der ingen vej udenom den kemiske efterbehandling.
Klipning, savning og andre skæremetoder
De ”farligste” processer er generelt de varmeudviklende, da man ligesom ved svejsning kan risikere anløbninger, som skal fjernes mekanisk/kemisk. En ”varm klassiker” er vinkelslibere, som udover at give meget grove, anløbne overflader tillige har det med at sprøjte vildt med varme partikler til andre overflader end dem, der behandles. Disse partikler kan brænde fast i ståloverfladen og give anledning til både spalter og anløbninger – en yderst uheldig kombination, som kan medføre stærkt reduceret korrosionsbestandighed. Måden at klare det på er at fjerne alle partikler ved forsigtig brug af en skruetrækker eller stemmejern og derpå foretage en bejdsning.
Selv de kolde skæreprocesser kan imidlertid genere stålets korrosionsbestandighed, idet man derved blotlægger centrum af stålet, som alt andet lige indeholder flere skadelige urenheder end overfladen. Denne effekt stammer helt tilbage fra størkningen af smelten til tonstunge ”slabs”. Størkningen sker naturligt nok udefra og ind, og under denne proces ”skubbes” urenhederne foran det størknede metal for til sidst at ende i centrum, og selv en trinvis valsning fra fx 300 til under 1 mm ændrer ikke ved, at urenhederne er opkoncentreret i centrum.
Centrum af en plade er derved mindre korrosionsbestandigt end overfladen – et fænomen, der hænger sammen med selve fremstillingen af stålet på stålværket, og som ovenfor kan problemet minimeres ved at foretage en afsluttende bejdsning.
Børstning, blæsning, slibning og spåntagende bearbejdning af rustfrit stål
Den meste mekaniske bearbejdning af rustfrit stål påvirker overfladeruheden, og også dette påvirker stålets korrosionsbestandighed. Alt andet lige falder korrosionsbestandigheden med stigende overfladeruhed, og en meget grov overflade (især groft slebne, drejede, børstede eller sandblæste overflader) har en målbart lavere korrosionsbestandighed end en glat (f.eks. 2B).
Årsagen til dette er todelt: Dels er en grov overflade bedre til at opsamle salte og danne lokalelementer, dels vil en grov behandling frilægge stålets naturlige indhold af urenheder. Disse urenheder (især sulfider) kan fungere som angrebspunkter for f.eks. grubetæring og derved nedsætte korrosionsbestandigheden.
Ydermere vil grove slibninger inducere flere indre spændinger end en fin, hvilket reducerer bestandigheden mod spændingskorrosion (SPK). Til gengæld vil en fin blæsning (glasblæsning eller shot-peening) øge niveauet af indre trykspændinger og derved øge bestandigheden mod netop SPK. Sandblæsning derimod giver en ekstremt grov overflade uden formildende omstændigheder.
To rustfri plader af typen EN 1.4301 (AISI 304). Den til venstre er blevet slebet, mens den højre efterfølgende er blevet elektropoleret. Det er ikke vanskeligt at forestille sig, at den venstre plade er bedst til at opsamle korrosive salte. Den hvide linje nederst på begge billeder er 100 μm.
Begge billeder er stillet til rådighed af DTU.
Ud fra et rent korrosionsmæssigt synspunkt er det således oftest en fordel ikke at foretage nogen mekanisk overfladebehandling overhovedet! Den glatte og bejdsede 2B-overflade, man får med en koldvalset tyndplade, kan ganske enkelt ikke forbedres korrosionsmæssigt, og man bør aldrig slibe bare fordi, ”det plejer vi at gøre”. Som ovenfor er den bedste metode til at undgå korrosionsmæssige svækkelser at foretage en effektiv, kemisk overfladebehandling.
Vores bøger
Damstahl har som den eneste, danske stålgrossist sat viden og lærdom i højsædet og ser det som en opgave at videregive alle guldkornene til vore mange, interesserede kunder. Dette sker dels som seminarer og konsulentopgaver og dels i form af bøger. Faktisk er det gennem årene blevet til ikke mindre end fire lærebøger om rustfrit stål.
Interesseret i at lære mere?
Typer af rustfrit stål
Der findes fem forskellige typer – eller kvaliteter – af rustfrit stål, som alle har fantastiske egenskaber til en lang række formål.
Legeringselementer
Legeringselementerne i det rustfri stål har en afgørende betydning for blandt andet stålets korrosionsbestandighed.
Korrosion af rustfrit stål
Rustfrit stål er kun betinget rustfrit. Der kan opstå forskellige typer af korrosion i stålet, som oftest kan hindres helt eller bekæmpes.
Kemisk overfladebehandling
Kemisk overfladebehandling er en effektivt metode til at retablere det rustfri ståls korrosionsbestandighed efter f.eks. svejsning.
THREE-TIME WINNER OF E-COMMERCE AWARD 2023
