Corrosie
Corrosie is een cruciale factor bij de materiaalkeuze voor elke industriële installatie of machine, omdat het gekozen materiaal bestand moet zijn tegen de verschillende soorten corrosie waaraan het wordt blootgesteld. Dit artikel behandelt diverse corrosietypen en hun effecten op metalen.
Corrosie is de degradatie van een materiaal door interactie met zijn omgeving. Het is het proces waarbij metaalatomen het metaal verlaten of verbindingen vormen in aanwezigheid van water en gassen. Alle metalen en legeringen zijn vatbaar voor corrosie. Zelfs edelmetalen zoals goud kunnen in bepaalde omgevingen corrosief worden aangetast.
De corrosie van metalen is een natuurlijk proces. De meeste metalen zijn thermodynamisch instabiel in hun metallische vorm; ze neigen te corroderen en terug te keren naar de stabielere vormen die normaal in ertsen worden aangetroffen, zoals oxiden. Hoewel deze corrosie niet kan worden geëlimineerd, kan deze wel worden beheerst.
Algemene Corrosie
Algemene corrosie met water en staal resulteert meestal uit chemische reacties waarbij het staaloppervlak oxideert en ijzeroxide (roest) vormt. De meeste componenten in industriële installaties zijn gemaakt van een vorm van ijzer of staal (een ijzerlegering), dus algemene corrosie is van groot belang.
Enkele standaardmethoden voor materiaalkeuze ter bescherming tegen algemene corrosie zijn:
- Het gebruik van corrosiebestendige materialen zoals roestvrij staal, nikkel, chroom en molybdeenlegeringen. Let op: corrosie is elektrochemisch van aard en de corrosiebestendigheid van roestvrij staal is te danken aan oppervlakteoxidefilms die het elektrochemische proces verstoren.
- Het gebruik van beschermende coatings zoals verf en epoxy's.
- Het aanbrengen van metalen en niet-metalen coatings of bekledingen op het oppervlak, die beschermen tegen corrosie, maar het materiaal in staat stellen zijn structurele sterkte te behouden (bijvoorbeeld een drukvat van koolstofstaal met roestvrijstalen bekleding als voering).
Galvanische Corrosie
Galvanische corrosie treedt op wanneer twee ongelijksoortige metalen met verschillende elektrische potentialen in elektrisch contact met elkaar zijn in een elektrolyt. Er bestaat een verschil in elektrische potentiaal tussen de verschillende metalen en dit dient als drijvende kracht voor elektrische stroomvloei door de corrosieve stof of elektrolyt; deze stroom resulteert in corrosie van een van de metalen. Hoe groter het potentiaalverschil, hoe groter de kans op galvanische corrosie. Galvanische corrosie veroorzaakt alleen de achteruitgang van een van de metalen. Het minder resistente, meer actieve metaal wordt de anodische (negatieve) corrosieplaats. Het sterkere, edelere metaal is kathodisch (positief) en beschermd. Als er geen elektrisch contact was, zouden de twee metalen gelijkmatig worden aangetast door het corrosieve medium en dit zou dan algemene corrosie worden genoemd.
Er zijn tabellen met elektrische potentiaalverschillen gemaakt die metalen sequentieel rangschikken van meest actief, of minst edel, tot passief, of meest edel.
Galvanische corrosie is van bijzonder belang bij ontwerp en materiaalkeuze. Materiaalkeuze is belangrijk omdat verschillende metalen met elkaar in contact kunnen komen en galvanische cellen kunnen vormen. Ontwerp is belangrijk om verschillende stromingscondities en resulterende gebieden van corrosieopbouw te minimaliseren.
In sommige gevallen kan galvanische corrosie nuttig zijn. Bijvoorbeeld, als stukken zink aan de onderkant van een stalen watertank worden bevestigd, zal het zink de anode worden en corroderen. Het staal in de tank wordt de kathode en zal niet worden aangetast door corrosie. Deze techniek staat bekend als kathodische bescherming. Het te beschermen metaal wordt gedwongen een kathode te worden en zal veel langzamer corroderen dan het andere metaal, dat als een opofferingsanode wordt gebruikt.
Gelokaliseerde Corrosie
Gelokaliseerde corrosie wordt gedefinieerd als de selectieve verwijdering van metaal door corrosie op kleine gebieden of zones op een metalen oppervlak in contact met een corrosieve omgeving, meestal een vloeistof. Het vindt meestal plaats wanneer kleine lokale plekken worden aangevallen met een veel hogere snelheid dan de rest van het oorspronkelijke oppervlak. Gelokaliseerde corrosie vindt plaats wanneer corrosie samenwerkt met andere destructieve processen zoals spanning, vermoeiing, erosie, en andere vormen van chemische aantasting. Gelokaliseerde corrosiemechanismen kunnen meer schade veroorzaken dan elk van die destructieve processen afzonderlijk. Er zijn veel verschillende soorten gelokaliseerde corrosie. Putvorming, spanningscorrosie, chloride spanningscorrosie, bijtende spanningscorrosie, primaire zijde spanningscorrosie, deuken in warmtewisselaarbuizen, slijtage, en interkristallijne aantasting, om er maar een paar te noemen.
Spanningscorrosie
Een van de meest ernstige metallurgische problemen en een die een grote zorg is in de energieopwekkingsindustrie is spanningscorrosie (SCC). SCC is een type interkristallijne aantasting corrosie die optreedt bij de korrelgrenzen onder trekspanning. Het heeft de neiging zich voort te planten naarmate spanning scheuren opent die onderhevig zijn aan corrosie, die vervolgens verder corroderen, waardoor het metaal verder verzwakt door verdere scheurvorming. De scheuren kunnen interkristallijne of transkristallijne paden volgen, en er is vaak een neiging tot scheurvertakking.
De scheuren vormen en verspreiden zich ongeveer loodrecht op de richting van de trekspanningen bij spanningsniveaus die veel lager zijn dan die nodig zijn om het materiaal te breken in afwezigheid van de corrosieve omgeving. Naarmate de scheurvorming verder in het materiaal doordringt, vermindert het uiteindelijk de ondersteunende doorsnede van het materiaal tot het punt van structureel falen door overbelasting.
Spanningen die scheurvorming veroorzaken ontstaan door resterende koude bewerking, lassen, slijpen, warmtebehandeling of spanningen die tijdens de dienst worden toegepast; de toegepaste spanning moet trekkend zijn (in tegenstelling tot drukkend).
SCC treedt op in metalen die worden blootgesteld aan een omgeving waar, als de spanning niet aanwezig was of op veel lagere niveaus was, er geen schade zou zijn. Als de structuur, onderhevig aan dezelfde spanningen, zich in een andere omgeving (niet-corrosief voor dat materiaal) bevond, zou er geen falen zijn. Voorbeelden van SCC in de energieopwekkingsindustrie zijn scheuren in roestvrijstalen leidingsystemen en roestvrijstalen klepstelen.
De meest effectieve middelen om SCC te voorkomen zijn:
- Goed ontwerp.
- Vermindering van spanning.
- Verwijdering van kritieke omgevingssoorten zoals hydroxiden, chloriden, en zuurstof.
- Vermijden van stilstaande gebieden en spleten in warmtewisselaars waar chloride en hydroxide zich kunnen concentreren.
Lage legeringsstaalsoorten zijn minder vatbaar voor SCC dan hoge legeringsstaalsoorten, maar ze zijn onderhevig aan SCC in water dat chloride-ionen bevat. Nikkelgebaseerde legeringen worden echter niet beïnvloed door chloride- of hydroxide-ionen.
Een voorbeeld van een nikkelgebaseerde legering die bestand is tegen spanningscorrosie is Inconel. Inconel bestaat uit 72% nikkel, 14-17% chroom, 6-10% ijzer en kleine hoeveelheden mangaan, koolstof en koper.
Chloride Spanningscorrosie
Chloride spanningscorrosie is een type interkristallijne corrosie en treedt op in austenitisch roestvrij staal onder trekspanning in aanwezigheid van zuurstof, chloride-ionen, en hoge temperatuur.
Er wordt gedacht dat het begint met chroomcarbide-afzettingen langs korrelgrenzen die het metaal openstellen voor corrosie. Deze vorm van corrosie wordt gecontroleerd door het handhaven van een lage chloride-ion- en zuurstofgehalte in de omgeving en het gebruik van laag koolstofstaal.
Bijtende Spanningscorrosie
Ondanks de uitgebreide kwalificatie van Inconel voor specifieke toepassingen, zijn er een aantal corrosieproblemen ontstaan met Inconel-buizen. Verbeterde weerstand tegen bijtende spanningscorrosie kan aan Inconel worden gegeven door het te verhitten bij 620°C tot 705°C, afhankelijk van de voorafgaande oplossingstempereertemperatuur, maar andere problemen die zijn waargenomen met Inconel zijn onder andere slijtage, buisdeuken, putvorming en interkristallijne aantasting.
Samenvatting
De belangrijke informatie in deze sectie is hieronder samengevat:
Corrosiesamenvatting
- Corrosie is de natuurlijke achteruitgang van een metaal waarbij metaalatomen het metaal verlaten of verbindingen vormen in aanwezigheid van water of gassen. Algemene corrosie kan worden geminimaliseerd door het gebruik van corrosiebestendige materialen en de toevoeging van beschermende coatings en bekledingen.
- Galvanische corrosie treedt op wanneer ongelijksoortige metalen bestaan bij verschillende elektrische potentialen in aanwezigheid van een elektrolyt. Galvanische corrosie kan worden verminderd door zorgvuldige ontwerp- en materiaalkeuze, en het gebruik van opofferingsanodes.
- Gelokaliseerde corrosie kan vooral schadelijk zijn in aanwezigheid van andere destructieve krachten zoals spanning, vermoeidheid en andere vormen van chemische aantasting.
- Spanningscorrosie treedt op bij korrelgrenzen onder trekspanning. Het verspreidt zich naarmate spanning scheuren opent die onderhevig zijn aan corrosie, wat uiteindelijk het metaal verzwakt tot falen. Effectieve middelen om SCC te verminderen zijn 1) goed ontwerp, 2) vermindering van spanning, 3) verwijdering van corrosieve stoffen, en 4) vermijden van gebieden met chloride- en hydroxide-ionconcentratie.
- Chloride spanningscorrosie treedt op in austenitisch roestvrij staal onder trekspanning in aanwezigheid van zuurstof, chloride-ionen en hoge temperatuur. Het wordt gecontroleerd door het verwijderen van zuurstof en chloride-ionen in de omgeving en het gebruik van laag koolstofstaal.
- Problemen die optreden bij het gebruik van Inconel omvatten bijtende spanningscorrosie, slijtage, buisdeuken, putvorming en interkristallijne aantasting. De weerstand van Inconel tegen bijtende spanningscorrosie kan worden verbeterd door warmtebehandeling.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Anti-Wrijvingslager Grondbeginselen
Scheepsterminologie en Onderdelen