Korrosjon - den evige kampen!

Metaller korroderer og ruster som en følge av naturlovene. Man kan på mange måter si det er feige lag. Da er det viktig å forstå hva som er årsaken og slik være i forkant av det uunngåelige. Lær mer om korrosjon!

Ved produksjon av metaller fra malm tilføres energi og metallet oppnår da en høyere energitilstand. Under visse betingelser vil metallet forvandles fra den mer energirike til den mer energifattige tilstanden. Denne forvandlingen heter korrosjon og er forårsaket av kjemisk eller elektrokjemisk angrep fra omgivelsene på metallet.

De betingelsene som forårsaker korrosjon er mange og det er derfor stor variasjon i de typer korrosjon som oppstår.

De forskjellige typer korrosjon er:

  • Alminnelig korrosjon
  • Selektiv korrosjon
  • Spaltekorrosjon
  • Interkrystalin korrosjon (korngrensekorrosjon)
  • Punktkorrosjon (gropkorrosjon)
  • Erosjonskorrosjon
  • Korrosjonsutmatning
  • Spenningskorrosjon
Alminnelig korrosjon

Alminnelig korrosjon

Alminnelig korrosjon er korrosjon på et metalls hele overflate under påvirkning av vær og vind. Korrosjonen av hele overflaten er jevn og kan uttrykkes i vekttap pr arealenhet og tidsenhet (g/m 2h).

Selektiv korrosjon

Selektiv korrosjon er når forskjellige metaller i en legering løses ut med forskjellig hastighet. Et eksempel kan være sinktæring i en messinglegering, hvor sinken blir tæret ut og porøst kobber med lav holdfasthet blir tilbake.

Spaltekorrosjon

Spaltekorrosjon   oppst år når væske trenger inn i en spalte og det oppst år ujevn oksygentilførsel i væsken. Kraftige korrosjonsangrep kan bli resultatet.

Interkrystalin korrosjon

Interkrystalin korrosjon    (korngrensekorrosjon) er korrosjon som trenger inn i stålet langs korngrensene. Følsomheten for interkrystalin korrosjon i rustfrie stål for- årsakes av at kromrike karbider ved visse temperaturer utskilles i korngrensene og danner i n ærheten en smal sone som er utarmet på krom. Normalt leveres austenitiske rustfrie stål i oppl øsningsbehandlet tilstand og karbonet er da i løst form. Hvis stålet senere oppvarmes til sensibili- seringstemperatur (550 - 850 °C) f.eks. ved sveising kan forutsetningen for utskilling av korngrensekarbider oppst å. Unngå problemet ved å bruke rustfrie stålkvaliteter med lavt karboninnhold (C < 0.05%) eller stabilisert med Titan eller Niob.

Punktkorrosjon/gropkorrosjon

Punktkorrosjon/gropkorrosjon er en lokal type korrosjon som angriper et punkt p å en flate. På rustfritte stål opptrer punktkorrosjon i miljøer hvor stålet blir utsatt for klor- løsninger selv i meget sm å konsentrasjoner. Klorioner løser opp det passive sjiktet og det underliggende grunnmetallet blir angrepet. Molybden og krom motvirker punktkorrosjon positivt.

 

Korrosjonsutmatting

Korrosjonsutmatting  er en tilstand som forårsakes av en kombinasjon av dynamiske påkjenninger eller vibrasjon- er og korrosjon. Tilstanden fører til bruddskader og havari.

Spenningskorrosjon

 

 

 

Bruddflate på skrue f.kl. 12.9 Etter spenningskorrosjonsbrudd

Spenningskorrosjon    er et fenomen som oppst år når f.eks skruer er forspent i et korrosivt miljø. Nesten alle legeringssystemer er s årbare for spenningskorrosjon i et eller annet miljø. Bare metaller i sin reneste form er noen- lunde immune. Vanligvis forspennes skruer til 50 % av flytegrensen eller høyere, og konstruktøren bør derfor alltid være aktsom på problemer med spenningskorrosjon.

Skruer i karbonstål vil være følsomme for spennings- korrosjon avhengig av hardheten i materialet. Spennings- korrosjon kan forekomme i karbonstålskruer i alle hardhets- nivåer, men overskrides HRC39 , må skruer benyttes med forsiktighet. Under HRC 35 er følsomheten minimal og over HRC 40 er følsomheten meget stor. Legert st ål med mye krom reduserer følsomheten ved høye hardhetsnivåer og f.eks UNBRAKO benytter legeringer med krom nettopp av denne grunn( SPS.9 eller AISI 4340)og kontrollerer hard- heten til å ligge innenfor et mindre toleranseomr åde.(40 - 43HRC mot 39 - 44 HRC ISO) Hos de austenittiske stålene er det nikkel som er det legeringssemne som i st ørst grad reduserer følsomheten for spenningskorrosjon. For at mate- rialet skal være ufølsomt må man opp i gehalter p å 35-40% nikkel, imidlertid vil gehalter p å min. 25% gi tilstrekkelig beskyttelse i de fleste tilfeller. Den utl øsende mekanismen er en interaksjon mellom korrosjon og strekkspenninger, og ved å beskytte skruen aktivt mot korrosjon vil risikoen reduseres. Ferritiske rustfrie kvaliteter og Duplex er mer eller mindre ufølsomme for spenningskorrosjon.

 

Galvanisk korrosjon Galvanisk korrosjon i vannlinjen - metaller som ikke passer sammen.

Galvanisk korrosjon

Galvanisk korrosjon  oppstår når to forskjellige metaller kommer i kontakt med hverandre under tilstede værelse av en elektrolytt. Like metaller går godt sammen, ulike gjør det ikke.

Ulike metaller har ulike spenningspotensialer, og når de er elektrisk koblet i elektrolytten vil det mest uedle metallet bli anode og det edleste katode. Anodemetallet vil ofre seg og tildels beskytte katodemetallet fra korrosjon. Hastigheten, området som blir angrepet og omfanget av korrosjonen er avhengig av følgende faktorer:

  • Forskjellen i spenningspotensial
  • Elektrolyttens ledningsevne
  • Arealet på de metallene som er i kontakt med hverandre.

Katodemetallet har det høyeste potensiale (-) og anodemetallet lavest potensial (+). Strømmen går fra katoden til anoden gjennom elektrolytten og tilbake til katoden. Korrosjonen oppst år når strømmen forlater anoden og går inn i elektrolytten. Anoden løses opp og katoden forblir nærmest upåvirket.

Denne effekten kan utnyttes aktivt i korrosjonsbekjempelsen ved at man velger festemiddelet i et materiale som aktivt blir beskyttet av omgivelsene – skruen må altså ha et høyere energipotensiale enn omgivelsene. Dette vil bli utdypet nærmere i dette kapittelet.

Spenningsrekken

Potensialet mellom ulike materialer

Tilpassning av materialer i en elektrolytt bestående av 2% NaCl oppløst i vann. Spenningen mellom en elektrolyttisk kopling er uttrykt mV (millivolt) - Calomels rekke.

Overskrider spenningen et visst nivå angripes det uedleste metallet og det edlere blir beskyttet.

Metallkoblingene over delestreken har en potensialforskjell 300 mV. Metallkoblinger som ligger under delestreken vil gi  økt korrosjon i marint miljø.

Forklaring til tabellen:

A2/A4    = Austenittisk rustfritt stål
Cu          = Kobber
CuAl      = Kuproaluminium
CuZn     = Messing CuZn39Pb
CuSn     = Tinnbronse CuSn 12 
AlCu     = Aluminiumbronse AlCuMg
C stål    = Karbonst ål
H stål    = Herdet st ål
AlZn    = Herdet aluminium ALZnMgCu legering
Zn        = Sink

Bruk av kobber, jern, nikkel aluminium og titanbaserte legeringer i marint miljø

Marint miljø kan deles inn i fem soner:

  • Marin atmosfære
  • Sprutesone
  • Tidevannssone
  • Undervannsone
  • Bunn eller muddersone

Hvert av disse miljøene har en forskjellig grad av korosivitet avhengig av materialet. I tillegg til disse krosjonssonene påvirker andre faktorer som strømforhold, forurensning, temperatur og hydrogenutvikling fra elekrtokjemiske reaksjoner i det marine miljøet.

Det første tilfellet av galvanisk kororsjon i skipsskrog ble rapportert så tidlig som i 1761 da jern nagler koroderte bort og deler av kobberkledningen falt av. I dag er galvanisk korrosjon den viktigste form for korrosjon man bør ta i betraktning ved design av skruesystemre.

Et skruesystem er normalt bygd opp av 2 eller flere forskjellige materialer i en galvanisk kobling (celle). Et eller flere av metallene virker som anode og kroderer,
og katodemetallet blir beskyttet mot korrosjon. Galvaniske effekter er av største viktighet ved valg av materialer til skruer. Skruen bør alltid være katodisk eller edlere enn omgivelsene. Bruk av austenittisk rustfrie skruer i aluminiumkonstruksjoner er alminnelig og følger de galvaniske retningslinjer som nevnt tidligere. Imidlertid kan det i aluminiumkonstruksjoner som blir eksponret i sjøvann oppst å galvanisk korosjon i aluminiumen, som for årsaker utvidelse av skruehullene med den følge at skruene kan falle ut.

Bruk av skruer i kobberlegeringer i aluminium for årsaker alvorlig gropkorrosjon i aluminiumen og bør derfor unngås. Ved å benytte skruesystemer av aluminium til aluminium, rustfritt stål til rustfritt stål, rustfritt stå til glassfiber og rustfritt stål til trevirke, vil man begrense virkningen av kombinasjoner med andre materialer. Pakking med fett er nromalt lite effektivt, da fett virker som en veke og trekker fuktighet inn mellom fettet og metallet og forårsaker gropkorrosjon. Det finnes imidlertid fett som avstøter vann fra metalloverflaten, og disse kan benyttes til å motvirke gropkorrosjon, hvor rustfrie skruer blir benyttet i aluminiumkonstruksjonr.e

Styrke kommer ogs å i betraktning når man velger et skruesystem for skipsskrog, oljeplattformer eller andre konstruksjoner som er katodisk beskyttet med offeranoder eller strømkretser.

Hydrogen som blir frigjort ved den katodisk beskyttede overflaten inkludert skruen kan føre til hydrogensprøhet i skruer med høyere fasthet eller til hydrering av titan. Dette begrenser i meget høy grad utvalget av materialer som kan benyttes i slike systemer.

Spenningskorosjonsbrudd i skruer av kobberlegering har forekommet som en følge av ammoniakk i måkeskitt. Sinktæring i alminnelige messingskruer førte nesten til at et skip sank i høy sjø. Derfor må aldri messing med høyt sinkinnhold erstatte silisiumbronse eller aluminiumbronse til marint bruk.

Skruematerialer for bruk i marint miljø

Rustfrie automatstål av typen AISI 303(UNS S30300), 303Se (UNS S 30323) og 416 (UNS S 41600), korroderer hurtig i marint bruk og bør unngås.

Et annet viktig parameter ved design av skruesytemer for marint bruk er styrke. Vekten av skruesystemet er viktig, spesielt i marine flykomponenter.

Tabell 1 - 3 har Alloy MP35N - Multiphase, det nest høyeste forholdstallet styrke/vekt, meget nær Titan Gr.5 (UNS R 56400) Materialene er listet etter deres strekkfasthet. Materialer som er lite egnet er merket av i tabellen, slik at de kan unngås.

Tabell 1 - Skrumaterialer med lav korrosjonsmotstand

(A) Strekkfasthet på min 800 Mpa kan oppn ås ved kaldforming av skruene (se ISO 3506)
(B) Dette er de minst korrosjonsbestandige materialene

Tabell 2 - Skruematerialer med middels korrosjonsbestandighet

(A) Kaldformede skruer kan leveres med strekkfasthet min 800 Mpa (ISO 3506)
(B) Minst korrosjonsbestandig

Tabell 3 - Skruematerialer med høy korrosjonsbestandighet

 

 

Retningslinjer for valg av skruer i marint miljø

Tabellen er basert på aktiv korrosjonsbeskyttelse av skrueforbindelsen ved at den står i katodisk beskyttelse fra omgivelsene.

Tabell 4 - Materialvalg for skruer til bruk under vann


(B) Tap av aluminium rundt skruen er like alvorlig som korrosjon i skruen
++ Vanligvis tilfredstillende
+  Kan være tilfredstillende, nærmere undersøkelser må foretas
0  Kan ikke benyttes

​Tabell 5 - Materialvalg for skruer til bruk under vann


(B) Det alkaliske innholdet i betong gir beskyttelse til sm å arealer av AISI 316 materiale som stikker ut av betongen.
(C) Enkelte produsenter av småbåter har rapportert gode resultater med AISI 316 skruer i glassfiberskrog under vannlinjen
?   Meget lite informasjon tilgjengelig - vær forsiktig

 

Skruer som benyttes under vannlinjen vil være en integrert del av sikkerheten i alle sjøgående fartøyer. I stålskrog er aluminium som skruemateriale ikke tilfredsstillende. De fleste av de andre skruematerialene kan benyttes sammen med stål. Med unntak av aluminium er de motstandsdyktige mot hydrogen som frigis fra katodisk beskyttede flater. AISI 316 (A4) og alloy 400 (monel), er beskyttet selv i konstruksjoner som ikke er beskyttet av anoder eller påtrykte strømkretser. I ikke metalliske grunnmaterialer møter skruematerialene en annen utfordring. En skrue montert i gummi, plast eller tre vil ikke ha noen fordel av katodisk beskyttelse under vannlinjen. Det ikke metalliske grunnmaterialet forårsaker ofte alvorlig gropkorrosjon i skruen. Gropkorrosjonen som opptrer i AISI 316 materiale og andre alminnelige rustfrie ståltyper er ofte mer alvorlige enn i Alloy 400. Alloy 400 har vært benyttet med suksess i trevirke og andre ikke metalliske materialer. De nye 6 % Mo stålene CrNiMo legeringer, MP35N og titan er mer motstandsdyktige mot korrosjon enn Alloy 400, og blir i økende grad tatt i betraktning for disse applikasjonene.

Tabellene er basert på aktiv korrosjonsbeskyttelse av skrueforbindelsen ved at den står i katodisk beskyttelse fra omgivelsene.

Tabell 6 - Materialvalg for skruer til bruk over vannlinjen

(B) Tap av aluminium rundt skruen er like alvorlig som korrosjon i skruen, allikevel benyttes rustfritt A4 i stor utstrekning
++  Vanligvis tilfredsstillende
+     Kan være tilfredsstillende, nærmere undersøkelser må foretas
0     Kan ikke benyttes

Tabell 7 - Materialvalg for skruer til bruk over vannlinjen

++  Vanligvis tilfredsstillende
+     Kan være tilfredsstillende, nærmere undersøkelser må foretas
0     Kan ikke benyttes
?     Meget lite informasjon tilgjengelig - vær forsiktig

Over vannlinjen

Forholdene over vannlinjen er vanligvis ikke i like stor grad kritiske for konstruksjonens sikkerhet, som de er under vann. Som en konsekvens av dette benyttes i større utstrekning belagte stålskruer. De relativt tynne beleggene gir imidlertid ingen langtidsbeskyttelse mot korrosjon, spesielt når de er eksponert nær sjøvann. Et kontinuerlig vedlikehold av skruesystemet ser ut til å være mer akseptabelt over vannlinjen, fordi man har bedre tilgang til skruesystemet og at skruesystemet ikke har like kritiske driftsforhold.

Skruesystemer som er eksponert over vannlinjen vil ha en galvanisk effekt som er begrenset til kontaktomr ådet og ikke spre seg utover et større areal som den gjør under vann. Lokale angrep kan allikevel være alvorlige, som i tilfelle med rustfrie skruer i aluminium, men angrepet går sjelden utover 12 - 15 mm utover kontaktpunktet.

I tråd med retningslinjer for bruk av skruer under vann, kan Alloy 400, NICrMo legeringer, MP35N og titanskruer benyttes i alle de tabulerte grunnmetallene med unntak av aluminium. Det er fortsatt mulighet for galvanisk og gropkorrosjon i de andre skruematerialene, men i mindre grad enn ved full neddypping. Problemet minskes ved bruk av grafittfritt vannavstøtende fett eller fyllmateriale i skruehullene. Denne metoden er benyttet blant annet i Hoovercraftskrog og i innfestinger i kanaltunnelen under den engelske kanal.

Kobberbaserte legeringer, rustfritt A4, og Alloy 400 er de materialene som foretrekkes over vannlinjen. Rustfritt stål A2 blir ogs å benyttet. Automatkvalitetene AISI 303, AISI 303

Se og AISI 400 serien rustfrie stål bør unngås fordi hurtig korrosjon kan oppst å i marint miljø.

Forsiktighet bør utvises ved bruk av metalliske skruematerialer i grafittkompositt også over vannlinjen. Alle skruematerialene fungerer rimelig bra i de andre ikke metalliske grunnmaterialene. Igjen avhenger resultatet av hvor nær systemet er sjøvannsmiljøet og hvor lang tid det er fuktet. Eksempelvis har A2 skruer montert i en trelekter like over tidevannssonen overlevd mer enn 20 år, imidlertid oppsto alvorlig gropkorrosjon og havari i skruene som satt montert i tidevannssonen. Aluminiumskruer har fungert godt i en betongbro over tidevannssonen i over 20 år. Alloy 400 skruer har fungert utmerket i treverk og stålforbindelser i sprutesonen.