Bearbetning av rostfritt stål
Bearbetning av rostfritt stål omfattar tekniker som svetsning, klippning och ytbehandling. Dessa processer kan påverka korrosionsbeständigheten, vilket kräver noggrann hantering och efterbehandling för att bibehålla materialets egenskaper. Läs om de olika metoderna och deras påverkan.
Det är inte många som använder rostfritt stål utan att bearbeta det. Stålet kan klippas, bockas, svetsas, slipas eller på annat sätt utsättas för mekanisk bearbetning. Tyvärr får detta konsekvenser för korrosionsbeständigheten. Rostfritt stål är endast rostfritt under vissa förutsättningar, och korrosionsbeständigheten beror på hur stålet behandlas. Stålet är ”perfekt” när det kommer från leverantören. I det ögonblick det lämnar stålverket har det sin maximala korrosionsbeständighet, och de flesta mekaniska processer som stålet kan utsättas för sänker dess korrosionsbeständighet. All behandling och hantering av rostfritt stål bör därför utföras på ett sätt som minimerar denna negativa påverkan. Om detta inte är möjligt bör de mekaniska processerna följas av en lämplig kemisk behandling.
Svetsning av rostfritt stål
Ett av de korrosionsmässigt allvarligaste ingreppen är svetsning. Förutom att införa en ny fas (svetsmetallen) utsätts stålet också för kraftig värmespänning som innebär minst tre potentiella faror: sensibilisering, härdning och inre dragspänning.
För att minimera de korrosionsrisker som gäller själva svetsmetallen använder man ofta ”överlegerat” tillsatsmaterial. Detta gör det dock svårare att säkra att det inte finns några sprickor under ytan. Dessa kan uppstå i form av porer, sugningar, bristfällig genombränning etc. och risken för korrosion gäller framför allt spaltkorrosion.
En bra tumregel är att det är risk för spaltkorrosion vid en temperatur som ligger 20–25 °C lägre än den kritiska punktfrätningstemperaturen (CPT) – den temperatur över vilken det är risk för punktfrätning. Lösningen är antingen att undvika nedsänkta sprickor (= utökad kontroll) eller att välja ett bättre stål med högre Pitting Resistance Equivalent (PREN) och därmed en större inbyggd säkerhet (till exempel 4404 i stället för 4301).
Tvärsnitt av en svetssöm. A: Grundstål. B: Svetssöm. C: Naturligt oxidskikt. D: Anlöpningar. E: Avkromat skikt (strax under anlöpningarna). F: Värmepåverkad zon (HAZ). G: Porer, sugningar, bindningsfel med mera.
Uppvärmning av stålet till temperaturer mellan 500 och 850 °C (en oundviklig negativ effekt av exempelvis svetsprocessen) medför risk för bildning av skadliga kromkarbider (= sensibilisering). Detta inträffar inte i den faktiska svetssömmen utan i en värmestressad zon i närheten ("Värmepåverkad zon" = HAZ) och problemet är vanligast vid svetsning i större godstjocklekar. I praktiken motverkar man detta bäst genom att välja lågkolstål (till exempel 4306, 4307 eller 4404) eller titanstabiliserade stål (4541 eller 4571).
Ett besläktat fenomen är uppkomsten av skadliga intermetalliska faser (till exempel ”sigma” (Cr-Fe) eller ”ksi” (Cr-Mo)). Detta är särskilt vanligt vid svetsning i höglegerade superduplexa stålkvaliteter (till exempel 4410, duplex 2507, Zeron 100) eller höglegerade ferritiska stålkvaliteter (till exempel 4509, 4526 och 4521).
Minst lika skadlig är de blå- eller gulaktiga anlöpning som bildas på ytan av stålet vid sidan av svetssömmen. De här anlöpningarna är kraftigt förtjockade oxider av krom och järn. De beror på en varm oxidering av själva ytan på det rostfria stålet, och den medför i praktiken en allvarlig korrosionsmässig försämring av stålet. Om man vill att ens stål ska uppfylla sin fulla potential måste man säkerställa att all svetsning utförs under helt syrefria förhållanden, något som skulle kräva närmast extrema mängder skyddsgas (se FORCE:s ”Referenceatlas”).
Ett mer ekonomiskt och ofta snabbare alternativ är att tolerera en mindre grad blåfärgning och därefter ta bort anlöpningarna, endera genom ren betning eller genom en kombination av slipning och kemisk efterbehandling (betning eller passivering). Glasblästring är inte lämpligt, eftersom både anlöpningen och det avkromade skiktet kommer att pressas in i ytan istället för att avlägsnas. Ska man nödvändigtvis glasblästra ska svetszonen först betas.
Slutligen medför svetsning, liksom varje form av mekanisk bearbetning, att det uppstår inre dragspänning och därmed en ökad risk för spänningskorrosion. Inget kan göras för att undvika detta förutom att möta problemet redan under designfasen och välja ett stål som med god marginal är imunt mot spänningskorrosion vid de projekterade driftsvillkoren. Det fungerar inte att bekämpa spänningskorrosion genom att satsa på att den färdiga produkten ska sakna inre dragspänning ...
Svetsmetoder och uppvärmning av rör
HF – Högfrekvenssvetsning
HF-metoden används i samband med produktion av rör för byggändamål och för avgassystem för bilar. Inom dessa tillämpningsområden ger HF-metoden kostnadseffektiva produktivitetsfördelar. Å andra sidan är den lilla svetssömmen som uppstår med HF (se foto 3 – x50) inte alltid optimal med avseende på förmågan att fungera eller motstå tryck och korrosion.
Ljusglödgning
Ljusglödgning utförs i en ugn fylld med väte (H2) vid temperaturer mellan 1 040 °C och 1 100 °C, och den följs av en snabb kylning. Vätet är INTE ett oxidationsmedel. Därför bildas heller inga anlöpningar, och efter ljusglödgning behövs inte längre någon betning.
Den största fördelen med denna lösning – förutom en blank och jämn yta som underlättar ytterligare efterbearbetning av rören – är materialets förbättrade korrosionsbeständighet.
En sådan behandling, som utförs i sista steget i produktionsprocessen, säkerställer en fullständig lösning på problemet med karbidbildning i korngränsen och ger en austenitisk matris utan defekter. Detta gör det möjligt att undvika det skadliga fenomenet interkristallin korrosion (närvaron av svavel och klor under svetsning på grund av höga temperaturer).
Den austenitiska struktur som uppnås genom off-line ljusglödgning är homogen med jämn kornstorlek (dimensionen varierar från 6 till 8 ASTM); as a consequence of this the tensile properties – especially prolongation – with increased plasticity and a decrease of residual stress.
Denna egenskap hos materialet är extremt uppskattad av alla de slutkunder som utför vidare bearbetning av rör, som böjning och formpressning.
Rör, oglödgade – betade
Svetsade rör kan levereras med oglödgad yta. Denna produkt genomgår samma produktionsprocess, förutom värmebehandlingen. Istället skickas rören för kemisk betning i ett betningbad med svavelsyra och fluorsyra.
Denna process kan – såväl utanpå och inuti som i ändarna – eliminera alla spår av järnföroreningar och eventuella oxider som kan uppträda på metallytan efter mekanisk efterbehandling (kontaktvalsar, slipband, skärutrustning) och svetsning.
Borstade rör
Borstade rör finns på marknaden. Endast den yttre ytan borstas för att undvika den kemiska behandling som hör ihop med betning.
Dessa produkter har emellertid lägre korrosionsbeständighet än betade rör om de utsätts för angrepp i identiska miljöer. Detta orsakas både av avlagringar på metallytan, som förorenats under produktionsprocessen, och av det faktum att ytan är grov och ofta bär på oxider och spår av järnföroreningar. Även slipbanden själva kan lämna material som kan orsaka korrosion.
På grund av sin finish kräver borstade rör underhåll med tätare intervaller än betade rör.
Det bör dock betonas att detta endast avser utvändig borstning, som inte kan avlägsna föroreningar på insidan eller där materialet skurits bort med stålbaserade fräsar.
Eddy Current-testet
De svetsade rör från Damstahl som levereras med TIG- och lasersvetsad finish genomgår – efter kalibrering – ett Eddy Current-test. Detta icke-förstörande test utförs genom att man låter ett magnetfält omsluta röret och spårar eventuella brott orsakade av läckor och hål.
Klippning, sågning och andra skärmetoder
De mest riskfyllda processerna är i allmänhet exotermiska, eftersom det då finns risk för anlöpning. Detta är fallet vid svetsning och anlöpningen måste då tas bort mekaniskt/kemiskt. En ”verklig klassiker” är vinkelslipar som, förutom att ge mycket grova anlöpta ytor, också tenderar att spruta heta partiklar på de ytor som inte ska bearbetas. Dessa partiklar kan brännas in permanent i stålets yta och då orsaka både sprickbildning och anlöpningar – en extremt olycklig kombination som riskerar att sänka materialets korrosionsbeständighet betydligt. Det här kan man hantera genom att noggrant ta bort alla partiklar med hjälp av skruvmejsel eller stämjärn och sedan utföra en betning.
Även kapningsprocessen kan påverka stålets korrosionsbeständighet negativt eftersom den exponerar stålets inre som, allt annat lika, innehåller mer föroreningar än ytan. Denna effekt härrör från tillverkningen av slabs, råa stålämnen direkt från stränggjutningen, som väger flera ton. Metallen stelnar naturligtvis utifrån och inåt, och i denna process skjuts föroreningarna framför det stelnade materialet och slutar slutligen alltså mitt i stålet. Inte ens upprepad valsning från exempelvis 300 till mindre än 1 mm förändrar det faktum att föroreningarna koncentreras mot stålets inre.
Plåtens inre är alltså mindre motståndskraftigt mot korrosion än dess yta – ett fenomen som bygger på hur stålet faktiskt produceras i stålverken, och liksom ovan, kan problemet minimeras genom en avslutande betning.
Borstning, blästring, polering och annan maskinbearbetning av rostfritt stål
Varje mekanisk behandling av rostfritt stål påverkar dess ytskrovlighet och därmed korrosionsbeständigheten hos stålet. Som en allmän regel minskar korrosionsbeständigheten med ökande ytskrovlighet och en mycket grov (exempelvis sandblästrad) yta presterar markant sämre vid en korrosionsprovning än den normala, släta 2B.
Det finns två skäl till detta: Till att börja med är en grov yta mycket bättre än en slät på att ”samla” smuts och frätande salter som därmed bildar ”lokala element”. För det andra tenderar en grov slipning att exponera högre koncentrationer av föroreningar från själva stålet. Sådana föroreningar, i synnerhet sulfider, kan fungera som angreppspunkter för punktfrätning och därmed sänka korrosionsbeständigheten
Två rostfria stålplattor, båda EN 1.4301 (AISI 304). Den vänstra har slipats medan den högra har elektropolerats. Det är inte svårt att föreställa sig vilken yta som effektivast samlar upp salter och fukt. Den vita linjen nedtill på varje foto är 100 µm. Tack till Danmarks Tekniske Universitet (DTU) för båda bilderna.
En grov slipning tenderar dessutom att öka dragspänningen i stålets yta, vilket ökar risken för spänningskorrosionssprickor. Däremot kan en fin blästring (kulpening eller glasblästring – inte sandblästring) öka tryckspänningen och därmed även motståndskraften mot SCC.
Ur korrosionssynpunkt är det normalt en fördel att inte utföra någon av mekanisk ytbehandling alls! Den släta och betade 2B-ytan på de kallvalsade plåtarna har sin maximala korrosionsbeständighet, och oavsett hur mycket vi slipar blir det bara värre. Som ovan kommer en korrekt kemisk ytbehandling att minska skadorna på stålet.
Hantering och transport av rostfritt stål
En speciell risk vid nästan all hantering av rostfritt stål är järnfläckar; ett problem som är särskilt vanligt om böjverktyg, gaffeltruck eller lastbil har använts för att hantera svart stål. Förutom att det ser fult ut sänker järnfläckar korrosionsbeständigheten för det rostfria stålet, eftersom korrosionen av järnfärgerna kan fortsätta in i det rostfria stålet och orsaka korrosion där.
Ett elakt exempel på järnfläckar i form av en partikel som tvingas in i det rostfria stålet på ett valsverk. Partikeln måste ha varit synnerligen kompakt eftersom den pressats djupt in i det rostfria stålet, och även om betning kommer att ta bort allt svart stål/rost, så kommer behandlingen att lämna ett litet hål.
Järnfläckar kan tas bort kemiskt, men det är minst lika effektivt att förebygga problemet. Det är särskilt viktigt att enbart använda verktyg exklusivt för det rostfritt stålet, inklusive allt från böjverktyg till gafflarna på truckarna.
Även om man klarar en total separering av verktyg är metalldamm en ”klassiker”. Metalldamm kan förflytta sig på skrämmande vis, och att förebygga järnfläckar kan vara ett sisyfosarbete. Helst bör svartstål och rostfritt stål beredas på skilda platser, men det är ett krav som man ofta väljer att ignorera. I så fall finns det inget som kan ersätta kemisk efterbehandling.
Vill du veta mer? Kontakta våra produktspecialister?
Per Carlsson
Account Manager
Produktspecialist
+46(0)40 - 59 69 07
pca@damstahl.com
Anders Bergstrand
Account Manager
Produktspecialist
0706 - 18 01 94
abe@damstahl.com
THREE-TIME WINNER OF E-COMMERCE AWARD 2023
