AISI 316 en 316L: verschil en juiste keuze bij hydraulische koppelingen

Bij RVS hydraulische koppelingen wordt de materiaalkeuze vaak gemaakt met de gedachte "als het maar RVS is". Maar bij zout water, chloridehoudende reinigingsmiddelen of gelaste verbindingen bepaalt het verschil tussen 304, 316 en 316L rechtstreeks de levensduur van de koppeling. In dit artikel vergelijken we de drie kwaliteiten op chemische samenstelling, corrosiegedrag en lasbaarheid, en leggen we uit welke kwaliteit bij welke toepassing zinvol is.

Drie kwaliteiten, één tabel

De onderstaande waarden zijn de samenstellingsgrenzen uit gangbare materiaalnormen zoals ASTM A240 en A276 (in gewichtsprocent). Afhankelijk van de productvorm en de norm kunnen er kleine verschillen zijn.

De rol van molybdeen: weerstand tegen chloride

Wat roestvast staal beschermt, is een zeer dunne chroomoxidelaag die zich vanzelf aan het oppervlak vormt (passieve laag). Chloride-ionen kunnen deze laag plaatselijk doorbreken. Het gevolg is putcorrosie (pitting), die als een speldenprik aan het oppervlak begint en dieper doordringt, en spleetcorrosie (crevice), die zich ontwikkelt in nauwe spleten zoals onder een pakking of klem.

Het molybdeengehalte van 2-3 procent in de 316-familie verhoogt de weerstand van de passieve laag tegen chloride. De PREN-waarde (%Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N), die wordt gebruikt om de weerstand tegen putcorrosie te vergelijken, ligt daardoor bij 316 duidelijk hoger dan bij 304. Dat is de belangrijkste reden waarom 316/316L de voorkeur krijgt in omgevingen met zeewaternevel, zoute lucht en chloorhoudende reinigings- en desinfectiemiddelen.

Het enige verschil tussen 316 en 316L: koolstof

316 en 316L hebben dezelfde bereiken voor chroom, nikkel en molybdeen. Het verschil zit in de koolstofgrens: maximaal 0,08 procent bij 316, maximaal 0,03 procent bij 316L (L: low carbon, laag koolstofgehalte).

Dit kleine verschil is bij het lassen van groot belang. Blijft roestvast staal tijdens het lassen lang genoeg in een bepaald temperatuurgebied (ongeveer 450-850 °C), dan verbindt koolstof zich op de korrelgrenzen met chroom tot chroomcarbide. De zone rond de korrelgrens raakt verarmd aan chroom en is niet langer beschermd tegen corrosie. Dit verschijnsel heet sensibilisatie; de schade die daarna optreedt, heet interkristallijne corrosie. De schade ontstaat meestal als een strook vlak naast de las, in de warmtebeïnvloede zone.

Omdat het lage koolstofgehalte van 316L de hoeveelheid koolstof beperkt die voor carbidevorming nodig is, verkleint het het risico op interkristallijne corrosie na het lassen aanzienlijk. Voor lasnippels, buis-flensverbindingen en elk onderdeel dat door lassen in een leiding wordt opgenomen, is 316L het juiste uitgangspunt.

Sterkte en verspaanbaarheid

Door het lage koolstofgehalte is de rekgrens van 316L iets lager dan die van 316. Daarom is dubbel gecertificeerd "316/316L"-uitgangsmateriaal, dat tegelijk aan de eisen van beide kwaliteiten voldoet, op de markt gangbaar. Bij CNC-bewerking is er geen duidelijk verschil tussen de twee kwaliteiten; beide hebben, zoals alle austenitische roestvaste staalsoorten, de neiging tijdens het verspanen te verstevigen. Scherp gereedschap, de juiste snijparameters en voldoende koeling zijn noodzakelijk voor een schoon draadoppervlak en een gaaf afdichtvlak.

Een andere eigenschap van RVS-draad is de gevoeligheid voor vreten (galling). Wanneer een RVS-deel met buitendraad in een RVS-poort met binnendraad wordt gedraaid, verkleinen schone draden en een geschikte montagepasta dit risico aanzienlijk.

316L of 316Ti (1.4571)?

In Europa, met name bij hydraulische koppelingsseries van DIN-oorsprong, is 1.4571 de kwaliteit die als RVS-materiaal vaak voorkomt; de AISI-tegenhanger is 316Ti. Ook in inkooplijsten en tekeningen in Turkije komt dit nummer vaak voor. 316Ti heeft hetzelfde chroom-, nikkel- en molybdeenbereik als 316; het verschil is het toegevoegde titaan.

Titaan bindt de koolstof eerder dan chroom en vormt titaancarbide. Zo kan koolstof geen chroomcarbide vormen en wordt chroomverarming op de korrelgrenzen voorkomen; deze methode heet stabilisatie. 316L lost hetzelfde probleem op door de koolstof te verlagen, 316Ti door de koolstof aan titaan te binden. Beide kwaliteiten zijn beschermd tegen interkristallijne corrosie na het lassen; hun algemene corrosiebestendigheid bij kamertemperatuur ligt zeer dicht bij elkaar.

De koolstofgrenzen zijn ASTM-waarden; EN 10088 hanteert voor sommige kwaliteiten iets andere grenzen.

Het verschil wordt duidelijk bij hoge temperaturen. Blijft het deel lange tijd in het sensibilisatiegebied (ongeveer 450-850 °C), bijvoorbeeld omdat dikwandige gelaste delen langzaam afkoelen of omdat het deel langdurig bij temperaturen in de buurt daarvan werkt, dan kan ook een laag koolstofgehalte op den duur tekortschieten; de gestabiliseerde structuur van 316Ti geldt in dat geval als veiliger. Daar staat tegenover dat titaancarbidedeeltjes sporen kunnen achterlaten op oppervlakken die spiegelglanzend gepolijst moeten worden; in voedings- en farmaceutische installaties waar een hygiënisch oppervlak vereist is, gaat de voorkeur daarom meestal naar 316L.

Bij de gebruikelijke werktemperaturen van hydraulische koppelingen zijn 316L en 316Ti in de meeste toepassingen onderling uitwisselbaar. Staat er in uw specificatie of op uw tekening toch 1.4571, vermeld dat dan in uw aanvraag. Het uitgangsmateriaal dat GÜNEYSS voor zijn producten en maatwerk gebruikt, is AISI 316/316L; voor een artikel waarvoor 1.4571 is voorgeschreven, worden de acceptatie van een gelijkwaardig materiaal of de leveringsmogelijkheden vóór de bestelling afgestemd.

Welke kwaliteit voor welke omgeving?

Wanneer volstaat 304 en wanneer niet?

304 kan lange tijd probleemloos functioneren in leidingen binnenshuis die afgesloten en droog zijn en niet met chloride in aanraking komen. In de volgende gevallen verdient 316/316L echter de voorkeur:

• Leidingen op het dek en in de machinekamer die blootstaan aan zeewater, zoute lucht of nevel
• Voedings- en drankenbedrijven die met chloorhoudende of zure reinigingsmiddelen worden gereinigd
• Chemische installaties met chloridehoudende procesmedia
• Leidingen met gelaste verbindingen (in dat geval 316L)
• Plaatsen die moeilijk bereikbaar zijn voor onderhoud en waar het deel naar verwachting vele jaren blijft zitten

Vertrouw niet op de magneettest om kwaliteiten te onderscheiden. 304 en 316 zijn in gegloeide toestand grotendeels niet-magnetisch; in koud vervormde zones kunnen beide licht magnetisch zijn. De kwaliteit is alleen met zekerheid vast te stellen via een chemische analyse of het materiaalcertificaat.

Ook 316L heeft grenzen

316L is een sterke keuze voor een zoute omgeving, maar volstaat niet onder alle omstandigheden. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt het effect van chloride ernstiger; in chloridehoudende omgevingen boven ongeveer 60 °C neemt bij austenitisch roestvast staal het risico op spanningscorrosiescheuren duidelijk toe. Voor kritieke punten die continu in stilstaand zeewater zijn ondergedompeld, met warm zout water werken of diepe spleten bevatten, moeten hoger gelegeerde materialen zoals duplex per project worden beoordeeld. Als u bij zulke toepassingen de bedrijfsomstandigheden deelt, wordt het materiaaladvies samen met u uitgewerkt.

De oppervlaktetoestand is net zo belangrijk als de kwaliteit

Ook bij de juiste kwaliteit neemt de corrosiebestendigheid af als het oppervlak slecht wordt afgewerkt. Bramen die na het bewerken achterblijven, spanen in de draadbodems, ijzerdeeltjes van koolstofstalen gereedschap en aanloopkleuren rond de las verhinderen dat de passieve laag zich goed vormt en vormen een beginpunt voor putcorrosie.

• Ontbramen en het reinigen van de draad zijn niet alleen nodig voor een eenvoudige montage, maar ook voor de corrosiebestendigheid.
• RVS-delen mogen niet in dezelfde bak worden vervoerd als koolstofstalen spanen en niet met dezelfde borstel worden gereinigd.
• Bij gelaste delen moeten aanloopkleuren worden verwijderd door beitsen en passiveren of met een geschikte mechanische methode. Passiveren verwijdert vrij ijzer van het oppervlak en helpt zo de passieve laag zich goed te vormen.

Vragen voor de juiste keuze

1. In welke omgeving komt de koppeling: binnenruimte, dek, spatzone, onderdompeling?
2. Bevat het medium of het reinigingsmiddel chloride?
3. Wat zijn de werk- en omgevingstemperatuur?
4. Wordt het deel in de leiding gelast of met schroefdraad verbonden?
5. Van welk materiaal zijn de tegenstukken? Ongelijksoortige metalen brengen een risico op galvanische corrosie met zich mee.
6. Is een materiaalcertificaat of traceerbaarheid per charge vereist?

Samenvatting

304 is de juiste keuze voor chloridevrije en droge omgevingen; 316 voor chloridehoudende omgevingen en schroefdraadverbindingen; 316L daarnaast ook voor gelaste verbindingen. Het met titaan gestabiliseerde 316Ti (1.4571) is in het voordeel bij delen die lang op sensibilisatietemperatuur blijven; staat het in de specificatie, vermeld het dan in de aanvraag. GÜNEYSS gebruikt voor zijn producten en maatwerk rondstaf, zeskantstaf en buis in AISI 316/316L als uitgangsmateriaal; bij de ingangscontrole van het materiaal worden oppervlak, diameter en chargegegevens gecontroleerd. Hebt u een materiaalcertificaat nodig, vermeld dat dan in de offertefase; welk certificaat kan worden geleverd, wordt vóór de bestelling afgestemd.