Korrosion av rostfritt stål

Allmän korrosion kallas också syrakorrosion, eftersom det är en korrosionsform som oftast förekommer i mycket sura medier, men den förekommer också i mycket alkaliska medier. Till skillnad från alla andra korrosionsformer kännetecknas allmän korrosion av att hela ytan aktiveras. Därför är materialförlusten uttryckt i gram per kvadratmeter stor medan genomfrätningen ofta går långsamt.

Som redan nämnts förekommer allmän korrosion i mycket stark syra eller (sällsyntare) i mycket starka alkaliska medier. Typiska medier är svavelsyra, fosforsyra eller liknande, och utöver typen av syra och dess styrka beror korrosionshastigheten framför allt på temperaturen och mängden föroreningar (framför allt klorid). I allmänhet ökar korrosionshastigheten med temperatur och kloridkoncentration i mediet.

På stålsidan är det de austenitiska stålen som klarar sig bäst vad gäller allmän korrosion, framför allt stål med högt innehåll av nickel och molybden. Låglegerat ferritiskt, och framför allt martensitiskt, stål är normalt olämpliga för starka syror och baser.

Punktfrätning är en korrosionsform som orsakas av lokal nedbrytning av den skyddande oxidfilmen. Vid tillräckligt kraftig miljöpåverkan kommer den skyddande oxidfilmen normalt inte att repassiviseras, och korrosionen tar fart. Punktfrätning är det perfekta exemplet på antingen-eller-korrosion och resulterar ofta i en särskilt snabb, fullständig genomfrätning.

Spaltkorrosion påminner mycket om punktfrätning men äger rum i spalter, porer och andra ställen där det förekommer litet eller ingen vätskeutbyte alls. På sådana platser styrs all transport av diffusion, och jämfört med ”fria ytor” är risken för korrosion i potentiella sprickor alltid högre.

Rostfri 4301-plåt efter några dagars nedsänkning i en blandning av salt (NaCl) och väteperoxid (H2O2). Visserligen påverkades 99 % av stålets yta inte alls, men trots detta har allvarlig genomfrätning uppstått på enstaka ställen. Bilden till höger är en mikroskopisk förstoring av det inramade området.

En klassisk tumregel säger att man riskerar spaltkorrosion vid en temperatur som är 20–25 °C lägre än temperaturen för punktfrätning (= kritisk punktfrätningstemperatur, CPT). I detta scenario befinner sig stålet vid sin korrosionsmässiga ”smärtgräns”, och då måste man genom utformningen se till att det inte förekommer några spalter i systemet. Om detta inte är möjligt ska man välja ett mer korrosionsbeständigt stål.

Risken för punktfrätning och spaltkorrosion tilltar betydligt i samband med

• ökande kloridkoncentration
• ökande temperatur
• koncentrationen av oxidanter
• lågt pH (sura förhållanden).

När det gäller legeringselement ökar stålets motståndskraft med ökat innehåll av Cr, Mo och N, medan effekten av Ni är relativt liten. Icke-metalliska föroreningar som S och P sänker korrosionsbeständigheten drastiskt.

Baserat på otaliga praktiska försök kan motståndet mot punktfrätning av stålet beräknas som en Pitting Resistance Equivalent (PREN):

PREN = % Cr + 3.3 x % Mo + 16 x % N

Av erfarenhet vet man att två stål med samma PREN kommer att ha ungefär samma motståndskraft mot punktfrätning. Ju högre PREN, desto bättre.

Observera att molybden (Mo) verkar med en faktor 3,3 och är därför 3,3 gånger bättre än krom (Cr). Kväve (N) är ännu vassare med faktorn 16, men dess bidrag kan som regel ignoreras för stål ur 4307- och 4404-klasserna.

Vanligtvis är korrosion värst när stålet är nedsänkt i mediet, men till och med över vattenytan kan stänk av saltvatten vara tillräckligt för att orsaka ytlig punktfrätning, även om sådana attacker sällan leder till några problem för den faktisk funktionen. Ovanför vattenytan är korrosion i allmänhet ”bara” en utseendefråga, men det kan ändå vara extremt irriterande när det gäller en dyr, rostfri postlåda eller fasaden på ett operahus.

Spänningskorrosion är en korrosionsform som visar sig genom lokal sprickbildning och extremt snabb genomfrätning även av tjockt gods. Termen ”spänningskorrosion” är kopplad till det faktum att korrosionen sker på ställen där materialet har utsatts för kraftig dragspänning. Detta kan orsakas av de flesta typer av mekanisk bearbetning, till exempel svetsning, smide, slipning och liknande.

Miljömässigt ökar risken för spänningskorrosion med följande faktorer:

• Stigande kloridkoncentration
• Stigande temperaturer
• Lågt pH (sura förhållanden)
• Avdunstning

Av dessa faktorer är temperaturen den absolut viktigaste. Spänningskorrosion är mer beroende av just temperatur än någon annan typ av korrosion.

Spänningskorrosion angriper nästan enbart de lägst legerade austenitiska ståltyperna, exempelvis 4301-klassen. Normalt befinner 4301 sig i farozonen vid temperaturer över 60–70 °C. I praktiken har det dock hänt att 4301 har varit utsatt för spänningskorrosion redan vid mycket lägre temperaturer – till och med vid rumstemperaturer. På grund av innehållet i Mo och Ni är 4401-klassen betydligt motståndskraftigare mot spänningskorrosion och den rekommenderade temperaturgränsen ligger på cirka 100–110 °C. Men inte ens denna temperaturgräns är säker, eftersom det har rapporterats spänningskorrosion i 4401 vid så låga temperaturer som 30–40 °C.

Ferritiska och duplexstål är betydligt okänsligare för spänningskorrosion jämfört med austenitiska stål. Om spänningskorrosion är den primära korrosionsrisken kan det alltså finnas anledning att överväga rör i till exempel 4509 eller 4521 istället för 4301 eller 4404.