Go to top

Drieluik over corrosie bij of door lasverbindingen Deel 3

Interkristallijne en interdendritische aantasting, knife line attack en spanningscorrosie

Klik hier voor Deel 1

Klik hier voor Deel 2


Bij het ontwerpen van veel installaties speelt de corrosievastheid van het toe te passen materiaal een belangrijke rol. Te denken valt bijvoorbeeld aan installaties voor de behandeling van vervuild oppervlaktewater, proceswater, bluswaterleidingen, maar ook aan offshore installaties, chemische en petrochemische installaties. In deel II werden diverse vormen van corrosieve aantasting besproken, zoals aspecifieke en specifieke en preferente vormen van corrosie, alsmede vormen van microbiologisch geïnduceerde corrosie (MIC). In het derde en daarmee laatste deel wordt dieper ingegaan op aantastingen als interdendritische en interkristallijne aantasting, knife line attack en spanningscorrosie.

Zoals in het vorige deel al werd aangegeven vormt schade door corrosie één van de grootste kostenposten in de industrie. Vaak begint corrosie al tijdens de bouw- of testfase, terwijl de resulterende schade vaak pas na ingebruikname opgemerkt zal worden. Hierna volgen enkele voorbeelden van opgetreden schade bij de lassen door interkristallijne aantasting (sensitisering) en interdendritische aantasting, knife line attack en spanningscorrosie.

Corrosie in laswerk van een vat van roestvast staal, type 304 en 321 (304Ti)


Na circa zes jaar gebruik trad perforatie op bij de lassen van een vat. In het vat werd proceswater verwarmd tot 60°C en werd CaCl2 gedoseerd. Het vat bleek voornamelijk bij de lassen te zijn aangetast. Hierbij werd pitting aangetroffen, interdendritische aantasting en knife line attack (zie figuur 1).

Roestvast staal types AISI 304 en 321 zijn, evenals de overige austenitische Cr/Ni 18/8 roestvaststaalsoorten, gevoelig voor pitting, indien ze in contact staan met chloridenhoudende oplossingen, zeker bij temperaturen boven circa 40°C.

De warmtebeïnvloede zones (WBZ) naast de lassen van de roestvast staal type AISI 304-plaatdelen toonden sensitisering. Sensitisering van relatief hoog koolstofhoudende (C≥ 0.03%) austenitische roestvaststaalsoorten, zoals roestvast staal type AISI 304, betreft de vorming van chroomcarbiden aan de korrelgrenzen in de warmtebeïnvloede zone (met name in het temperatuurgebied 450-800°C), waarbij de korrels juist langs de korrelgrenzen ontchroomd raken. Hierdoor worden de korrelgrenzen van het materiaal in de WBZ gevoelig voor interkristallijne aantasting (weld decay).

Sensitisering had voorkomen kunnen worden door gebruik te maken van een laag koolstofhoudende roestvast staalvariant (AISI 304L).
Sensitisering van type 304 roestvast staal kan - maar dit is zeer omslachtig en duur - opgeheven worden door oplosgloeien (1050°C-1150°C) van de chroomcarbiden, gevolgd door snel afkoelen (water).

Knife line attack


Een andere mogelijkheid om weld decay te vermijden is om een gestabiliseerde roestvaststaalsoort toe te passen. In een met titaan gestabiliseerd roestvast staal (AISI 321) wordt het aanwezige koolstof door het titaan gebonden, waardoor weld decay in principe niet kan optreden. Dergelijk plaatmateriaal was ook in het vat toegepast. Ook dit materiaal kent echter zijn eigen lasproblemen: in een zeer smalle zone langs de las (Tpiek >1050°C) vallen de titaancarbiden tijdens het lassen uiteen, waarna tijdens het (relatief snelle) afkoelen er alsnog chroomcarbiden gevormd kunnen worden. Dit leidt tot een zeer smalle, langs de lasnaad liggende, gesensitiseerde zone, die gevoelig is voor interdendritische aantasting. Een dergelijke aantasting staat bekend als knife line attack. Een dergelijke sensitisering van type 321 roestvast staal kan opgeheven worden door oplosgloeien (1050°C-1150°C), gevolgd door langzaam afkoelen (lucht).


Figuur 1. Corrosie in laswerk van een vat, opgebouwd uit plaatwerk van roestvast staal, type AISI 304 en 321 (304Ti).
Linksboven: Gesensitiseerde matrix in de warmtebeïnvloede zone van de AISI 304-plaat.
Rechtsboven: Interkristallijne aantasting (weld decay) van het gesensitiseerde materiaal van de AISI 304-plaat.
Linksonder: Knife line attack langs een las tussen AISI 321-plaatdelen.
Rechtsonder: Interdendritische aantasting van het lasmetaal tussen AISI 321-plaatdelen.


Spanningscorrosie bij lassen in roestvast staal, type 304L en 316L


Na circa een half jaar normaal gebruik trad plotselinge lekkage op van een type 316 roestvast stalen condensaatleiding door scheurvorming nabij de lassen. Het condensaat had een temperatuur van circa 80°C en was licht chloridenhoudend. Uit nader onderzoek bleek de scheurvorming het gevolg te zijn van spanningscorrosie.

Austenitische roestvast stalen, waaronder de meest gebruikte typen AISI 304 en 316, zijn gevoelig voor spanningscorrosie (stress corrosion cracking, SCC). Soms treedt spanningscorrosie op door contact met organische zuren, leidende tot een interkristallijn scheurverloop. De meest bekende vorm van spanningscorrosie in deze materialen is echter chloride-spanningscorrosie (Cl-SCC), een transkristallijne vorm van spanningscorrosie (zie figuur 2). Spanningscorrosie leidt veelal tot vertakte scheuren, bij leidingwerk wordt de schade pas waarneembaar op het moment dat er lekkage optreedt.

Spanningscorrosie kan optreden wanneer, gelijktijdig, aan de volgende voorwaarden wordt voldaan:
• het gebruik van een materiaal dat gevoelig is voor spanningscorrosie;
• trekspanningen in het materiaal; en
• de aanwezigheid van een corrosief waterig milieu bij een temperatuur, waarbij spanningscorrosie kan optreden.

Chloride-spanningscorrosie


Roestvast staal van het type AISI 304L of 316L (de laatste is wel beter bestand tegen putcorrosie, maar niet tegen Cl-SCC) is gevoelig voor chloride-spanningscorrosie indien het in contact komt met een waterig chloridenhoudend milieu. De hoger nikkelhoudende roestvast stalen zijn minder gevoelig voor spanningscorrosie.
Als grenswaarden voor het corrosief milieu voor spanningscorrosie van 304 of 316 worden meestal de volgende waarden aangehouden:
- een chloridegehalte >200 ppm (standaard drinkwater mag maximaal 150 ppm (mg/liter) bevatten volgens het Waterleidingbesluit) en
- een temperatuur boven de circa 60°C.


Figuur 2. Chloride-spanningscorrosie (transkristallijn) bij lassen in 316L roestvast staal in contact met een zouthoudende oplossing bij 80°C.


Bij bijzonder hoge materiaalspanningen (dus vaak bij lassen, waar de residuele spanningen in de orde van de rekgrens zijn) kan chloride-spanningscorrosie zelfs al bij lagere chloridegehalten of temperaturen optreden. De combinatie van factoren is bepalend.
Spanningscorrosie treedt op onder invloed van trekspanningen in het materiaal. Soms kunnen de inwendige spanningen verband houdende met de pijpfabricage al voldoende zijn om scheurvorming te initiëren. Vaak echter treedt spanningscorrosie op nabij de lassen in leidingwerk als gevolg van de door de laskrimp ontstane residuele trekspanningen.
De scheuren kunnen zich in relatief korte tijd (dagen tot weken) vormen.

Spanningscorrosie kan ook optreden onder isolatie. Indien de isolatie rondom een warme leiding nat wordt (bijvoorbeeld door regen of bluswerk) kan het chloridegehalte op het leidingoppervlak door indampen van het vocht dusdanig concentreren dat er spanningscorrosie vanaf het buitenoppervlak van de leiding optreedt.

Hiermee is een einde gekomen aan de drieluik over corrosie bij of door lasverbindingen, waarin werd aangegeven dat de juiste keuze als ook de juiste uitvoering van het lasproces een grote invloed heeft op de corrosieweerstand van lasverbindingen. Verder werden vormen van corrosieve aantasting en een aantal voorbeelden besproken, en werd in dit laatste deel verder ingegaan op pitting, interdendritische aantasting, knife line attack en spanningscorrosie.

Dit derde deel en tevens laatste deel van de drieluik kwam tot stand door medewerking van dr.ir. Peter van Houten, IWE, werkzaam bij Element Materials Technology Rotterdam b.v. uit Breda en ir. Jelle Brantsma, IWE, Project manager bij het Burgumse Damen Shipyard.







Nieuwsbrief

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van alle niet te missen ontwikkelingen in de Aluminium en Roestvast Staal branche.

Velden met een * zijn verplicht