Loading...Loading...

Korrosion av rostfritt stål

När det gäller korrosion är rostfritt stål ett genialt material. Det är just den höga korrosionsbeständigheten som, i kombination med ett rimligt pris, sedan länge gjort rostfritt stål till den mest använda gruppen material för ”kritiska” applikationer som livsmedel och medicinsk utrustning, liksom för hushåll och otaliga tillämpningar inom den kemiska industrin.

Den genomgående höga korrosionsbeständigheten hos rostfritt stål är resultatet av en ultratunn film av oxider, särskilt av krom och järn. Denna film är bara några nanometer tjock och helt osynlig, men den är så tät och stark att stålet effektivt isoleras från den omgivande miljön. Skulle det, mot alla odds, hända att det går hål på den skyddande oxidfilmen återskapas den snabbt av sig själv och stålet återfår sitt skydd.

Tyvärr går det inte alltid som man har tänkt sig. I olyckliga fall kan oxidfilmen brytas ned utan att återbildas, något som kan resultera i allvarliga korrosionsangrepp.

När korrosionen väl har kommit igång kan korrosionsförloppet gå mycket snabbt. Därför är användningen av rostfritt stål ofta en fråga om antingen-eller, och skillnaden mellan de två ytterligheterna kan vara mycket liten.

Om man kan förhindra att korrosionen över huvud taget påbörjas kan rostfritt stål i princip vara för evigt. Om inte, blir korrosionsförloppet mycket snabbt och stålets livslängd kan bli obehagligt kort.

När man använder rostfritt stål finns det fem huvudsakliga korrosionstyper:

  • Allmän korrosion
  • Punktfrätning och spaltkorrosion
  • Spänningskorrosion (SPK)
  • Interkristallin korrosion
  • Tid är en viktig faktor

Allmän korrosion

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 och spaltkorrosion

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

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.

Tid är en viktig faktor

Tid, eller kontakttid, är en viktig faktor för alla former av korrosion. Långvarig exponering är alltid sämre än kortsiktig påverkan, och ofta kan man komma undan med exponering av stålet även för mycket hårda miljöer – så länge kontakttiden hålls extremt kort. Ett exempel på detta är desinfektion av rostfria tankar. Så länge desinfektionen kan begränsas till några minuter är allt bra, men kvardröjande droppar leder till långvarig exponering och därmed ofta till korrosion.

Ännu tydligare blir detta i korrosion ovanför vattenytan. Till exempel bör byggnader i rostfritt stål ytbehandlas så att allt vatten kan rinna av obehindrat; annars riskerar man att droppar av salthaltigt vatten stannar kvar, något som kan orsaka alla möjliga skador – från kosmetiskt olycklig ytlig punktfrätning (i kyliga förhållanden) till spaltkorrosion vid ökade temperaturer.

Nästan alla tillgängliga korrosionsdata bygger på långvarig exponering. Om kontakttiden kan hållas kort kan stålet många gånger hålla ännu längre än tabellerna anger.

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

Bli en mästare på rostfritt stål

Prenumerera på vårt nyhetsbrev och håll dig uppdaterad med vad som händer i den rostfria världen. Det är också här du får vår populära information om månadens legeringstillägg.

Klicka här för att läsa vår Sekretesspolicy