Ruostumattoman teräksen korroosio

Kutsutaan myös happokorroosioksi, sillä tätä korroosiomuotoa esiintyy useimmiten voimakkaissa hapoissa mutta myös vahvoissa emäksisissä aineissa. Muista korroosiomuodoista poiketen yleisessä korroosiossa syöpyy koko pinta. Siksi grammoina neliömetriä kohden ilmenevä materiaalihäviö on suuri, kun taas täydellinen korroosio on usein hidasta.

Yleistä korroosiota esiintyy voimakkaissa hapoissa tai (harvemmin) vahvoissa emäksisissä aineissa. Tyypillisiä aineita ovat rikkihappo, fosforihappo tai vastaava. Hapon tyypin ja vahvuuden lisäksi korroosionopeus riippuu erityisesti lämpötilasta ja epäpuhtauksien (erityisesti kloridin) määrästä. Yleisesti ottaen korroosionopeus kasvaa lämpötilan noustessa ja aineen kloridipitoisuuden noustessa.

Austeniittinen ruostumaton teräs suoriutuu teräksistä tehokkaimmin erityisesti korkeilla nikkeli- ja molybdeenipitoisuuksilla. Vähäseoksinen ferriittinen teräs ja erityisesti martensiittinen teräs eivät yleensä sovellu vahvoille hapoille ja emäksille.

Pistekorroosio on korroosiomuoto, joka johtuu oksidien suojakerroksen paikallisesta hajoamisesta. Kun ympäristövaikutukset ovat riittävän voimakkaat, oksidikalvo ei yleensä uusiudu ja korroosio kasvaa. Pistekorroosio on hyvä esimerkki joko-tai-korroosiomuodosta ja se johtaa usein erityisen nopeaan täydelliseen korroosioon.

Rakokorroosio muistuttaa suurelta osin pistekorroosiota, mutta sitä esiintyy raoissa, halkeamissa tai muissa paikoissa, joissa nestemäistä ainetta on vähän tai ei lainkaan. Näissä kohdissa kulkeutumista ohjaa diffuusio, ja “vapaisiin pintoihin" verrattuna korroosioriski on aina suurempi mahdollisissa raoissa.

Muutaman päivän ajan suolan (NaCl) ja vetyperoksidin (H2O2) seoksessa ollut ruostumaton 4301-levy. Vaikka 99 % teräksen pinnasta pysyy täysin ehjänä, kriittistä täydellistä korroosiota esiintyy kuitenkin tietyissä kohdissa. Oikeanpuoleinen kuva on mikroskooppinen suurennos rajatusta alueesta.

Vanhan nyrkkisäännön mukaan rakokorroosion riski on olemassa lämpötilassa, joka on 20–25 °C pistekorroosion lämpötilaa (= kriittinen pistekorroosiolämpötila) alhaisempi. Tässä tapauksessa teräs on sen korroosioon liittyvässä kynnyksessä ja muotoilun avulla on varmistettava, ettei järjestelmässä ole rakoja. Jos tätä ei voida varmistaa, on valittava korroosiota paremmin kestävä teräs.

Pistekorroosion ja rakokorroosion riski kasvaa huomattavasti seuraavien tekijöiden myötä:

• Suurempi kloridipitoisuus
• Korkeampi lämpötila
• Oksidanttien pitoisuus
• Matala pH-arvo (happamat olosuhteet)

Seosaineissa teräksen vastus kasvaa suuremman kromi-, molybdeeni- ja typpipitoisuuden myötä, kun taas nikkelin vaikutus on suhteellisen pieni. Metallittomat epäpuhtaudet (esimerkiksi rikki ja fosfori) heikentävät korroosionkestävyyttä huomattavasti.

Satojen käytännön kokeiden perusteella teräksen pistekorroosionkestävyys voidaan kuvata pistekorroosioindeksillä (PREN):

PREN = % CR + 3,3 x % Mo + 16 x % N

Kokemuksen perusteella pistekorroosion kestävyys on lähes yhtä suuri kahdella saman PREN-arvon omaavalla teräslajilla. Mitä suurempi PREN-arvo, sitä parempi korroosionkestävyys. Huomaa, ettei teoriassa ole merkitystä, lisätäänkö 1 % molybdeeniä vai 3,3 % kromia. Ratkaisevassa asemassa on PREN-arvon nousu.

Yleensä vakavin korroosio tapahtuu upottaessa teräs aineeseen, mutta suolavesiroiskeet voivat aiheuttaa vesilinjan yläpuolellakin pinnallista pistekorroosiota, vaikka tällaiset hyökkäykset harvoin johtavat varsinaiseen toimintahäiriöön. Vesilinjan yläpuolinen korroosio on yleensä ”vain" kosmeettista, mutta se voi olla erittäin ikävää esimerkiksi kalliissa ruostumattomassa postilaatikossa tai oopperatalon etusivussa.

Jännityskorroosio on korroosiomuoto, jota esiintyy paikallisissa murtumissa ja joka aiheuttaa erittäin nopeaa täydellistä korroosiota myös paksuissa materiaaleissa. Jännityskorroosiossa korroosiota ilmenee kohdissa, joissa on sisäistä vetojännitystä – toisin sanoen kohdissa, joissa metallia on “vedetty". Tämä voi johtua useimmista mekaanisista koneistuksista, kuten hitsauksesta, taonnasta, kiillotuksesta jne.

Seuraavat tekijät lisäävät jännityskorroosion riskiä:

• Suurempi kloridipitoisuus
• Korkeampi lämpötila
• Matala pH-arvo (happamat olosuhteet)
• Haihtuminen

Edellä mainitusta tärkein yksittäinen jännityskorroosioon vaikuttava tekijä on lämpötila. Jännityskorroosio riippuu lämpötilasta enemmän kuin mikään muu korroosiomuoto.

Jännityskorroosio on korroosiomuoto, joka vaikuttaa lähes valikoivasti vähiten seostettuihin austeniittisiin teräslajeihin, (esim. 4301-seokseen ja 4301-seos on normaalisti vaara-alueella yli 60–70 °C lämpötilassa). Käytännössä jännityskorroosiota on kuitenkin havaittu 4301-seoksessa paljon alhaisemmissa lämpötiloissa - jopa huoneenlämmössä. Mo- ja Ni-pitoisuuksien ansiosta 4401-seos kestää jännityskorroosiota paljon paremmin ja viitteellinen lämpötilaraja on noin 100–110 °C. Tämä lämpötilaraja ei kuitenkaan ole turvallinen, sillä 4401-seoksessa on ilmennyt jännityskorroosiota jopa 30–40 °C:n lämpötilassa.

Ferriittinen teräs ja Duplex-teräs ovat huomattavasti vähemmän herkkiä jännityskorroosiolle austeniittiseen teräkseen verrattuna, joten jos jännityskorroosio on ensisijainen korroosioriski, voit harkita esimerkiksi 4509- tai 4521-putkien käyttöä seoksen 4301 tai 4404 sijaan.