Strauss test, vara eller icke vara?

(1)

LIU-IEI-TEK-A--09/00573--SE

Strauss test, vara eller icke vara?

Strauss test, to be or not to be?

Magnus Johansson

(2)

Sammanfattning

Att genomföra ett test som alltid ger samma resultat kan i längden kännas omotiverat. Strauss test är ett test som funnits länge för att testa stålets känslighet mot interkristallin korrosion. I detta arbete har Strauss test utvärderats i syftet att få fram ett underlag som kan användas för att starta diskussioner om en förändring i provningsmetodiken. Anledningen till att en förändring behövs är att alla dessa, ej informativa, tester kostar pengar. För att få fram underlaget har en litteraturstudie och experiment genomförts. Litteraturstudien har visat att Strauss test ej kommer ge någon nyttig information om stålens kvalitet. Experiment har visat att de duplexa stålens slagseghet minskar fortare än vad de blir känsliga för interkristallin korrosion. Ett exempel på hur man kan använda kvalitetsverktyg för att motivera en förändring i provningsmetodiken togs fram.

(3)

Abstract

To carry out a test that always presents the same result may in the long run feel unmotivated. Strauss test is a test that been around for a long time to test the stainless steals susceptibility towards intergranular corrosion. In this work Strauss test have been evaluated in the purpose to get out a material that can be used to start discussions about a change in the testing procedure. The need for a change is because all these non-iformative tests is expensive. To get the material, a review and experiments was conducted. The review showed that Strauss test is not able to give any valuable information about the stainless steels quality. The experiments showed that the duplex stainless steels impact toughness decreases faster then they become sensitive towards intergranular corrosion. An example of how you can use quality tools to motivate a change in the testing procedure was developed.

(4)

Innehållsförteckning

Sammanfattning...i Abstract...ii Innehållsförteckning...iii 1 Inledning... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 2 1.3 Frågeställningar ... 2 1.4 Avgränsningar ... 2 2 Företagsbeskrivning ... 3 3 Teoretisk referensram... 4 3.1 Rostfria stål... 4 3.1.1 Stålsorternas indelning... 5 3.1.2 Struktur ... 5 3.1.3 Korrosion ... 8 3.2 Testmetoder ... 11

3.2.1 Strauss test (ASTM A 262 Practice E & ISO 3651-2 Method A).. 11

3.2.2 Elektrokemisk Potentiokinetisk Reaktiveringsmätning (EPR) ... 12

4 Metod... 13 4.1 Litteraturstudie... 13 4.2 Experiment... 13 4.2.1 Experiment A... 14 4.2.2 Experiment B ... 20 4.2.3 Experiment C ... 23 4.3 Exempel på processtyrning... 25 5 Resultat ... 29 5.1 Litteraturstudien... 29 5.2 Experimenten... 31 5.2.1 Experiment A... 31 5.2.2 Experiment B ... 33 5.2.3 Experiment C ... 35 5.3 Exempel på processtyrning... 38 6 Diskussion ... 42 6.1 Litteraturstudien... 43 6.2 Experimenten... 44 6.3 Exempel på processtyrningen... 45 7 Slutsats... 47 Referenser... 48

(5)

Bilaga 5: Ishikawadiagram... 61 Bilaga 6: Chargeanalyser för processutvärderingen ... 62 Bilaga 7: Histogram, normalfördelningsplot och spridningsdiagram... 68

(6)

1 Inledning

Att genomföra ett test som alltid ger samma resultat kan i längden kännas omotiverat. Om man själv tagit beslutet att genomföra testet kan man alltid sluta att genomföra det. Då beslutet har tagits tillsammans eller av kunder och myndigheter blir situationen annorlunda. Då måste alla parter acceptera en förändring eller borttagning av testet. För att kunna ta ett sådant beslut behövs underlag med fakta som alla kan ta till sig.

Vem ska då ta fram underlaget som ska leda till förändringen? Antagligen hamnar det hos de som genomför testet. Dock är det inget fel med det, då det är de första som ser att testet är omotiverat och bör ta ett initiativ till en förbättring av testmetoden. En annan fördel är att de som genomför testet har bra kunskaper om testmetoden och det öppnar för att underlaget blir bra.

Denna rapport dokumenterar en utvärdering av Strauss korrosionsprovning på rostfria band och är en början på ett underlag för en förändring av testmetoden. Anledningen till att en förändring är nödvändig är att Strauss korrosionsprovning är ett kostsamt och tidskrävande test.

1.1 Bakgrund

Innan en produkt skickas till kunden genomgår den ett antal tester. Vilka tester som ska utföras på respektive produkt bestäms gemensamt med kunden och finns specificerade i ordern. Utöver kundkrav måste tester göras för att uppnå krav i standarder som framtagits av olika myndigheter.

Ett av dessa tester är Strauss test och det undersöker hur känsligt stålet är för interkristallin korrosion. Testet och interkristallin korrosion beskrivs utförligare i kapitel 3. Strauss test har funnits med i ASTM Internationals standarder sedan 1970 enligt A. Appleton (e-postkonversation, 6 november 2008) och i ISOs standarder sedan 1976 enligt O. Björnberg (e-postkonversation, 24 oktober 2008).

Produktionen av rostfria stål har hela tiden utvecklats sedan 1924 då Avesta Jernverk började sin produktion. Framförallt finns bättre metoder för att reducera kolhalten i stålet nuförtiden. Detta tillsammans med andra förbättringar har gjort att Strauss test i princip alltid blir godkänt. Att testet alltid blir godkänt kan ju ses som ett ”lyxproblem”. Tyvärr är Strauss test tidskrävande och görs på ett stort antal produkter dagligen. Således kostar alla dessa tester mycket pengar

(7)

1.2 Syfte

Arbetets syfte är att ta fram ett underlag med målet att det ska kunna visas för myndigheter och kunder för att inleda en diskussion om hur ändringar i provningsmetodiken kan införas.

1.3 Frågeställningar

• Kommer litteraturstudien visa att interkristallin korrosion inte längre är något stort problem? Beror detta pga. att de rostfria

stålen, som produceras av Avesta Jernverk, har så pass låg kolhalt?

• Finns det bra förslag på alternativa testmetoder i den genomförda litteraturstudien?

• Kommer experiment visa att de rostfria stålen klarar av betydligt tuffare behandlingar än vad det befintliga Strauss test utsätter dem för?

• Kommer experiment visa att de duplexa stålens mekaniska egenskaper påverkas snabbare än de egenskaper som främjar interkristallin korrosion?

1.4 Avgränsningar

Arbetet har inriktat sig på ett par av Avesta Jernverks olika stålsorter. Detta pga. att det skulle ta alltför lång tid att titta på alla stålsorter. Ett försök att utforma arbetet så det kan appliceras på alla stålsorter har gjorts.

(8)

2 Företagsbeskrivning

Avesta Jernverk, som från 2002 ingår i Outokumpukoncernen, har producerat rostfria stål sedan 1924 (Outokumpu, 2006). Det innebär att det finns ett stort kunnande och bred kompetens inom området rostfria stål. Hos Avesta Jernverk hanterar man hela processen. Från återvunnet skrot till färdigt rostfritt stål i form av plåtar och band.

Det som utmärker Avesta Jernverks produkter är att de kan gjuta upp till 2 meter breda plåtar och band samt framställningen av höglegerade specialstål. Dessa två egenskaper ger tillsammans unika produkter.

År 2007 producerade Outokumpukoncernen 1 419 000 ton rostfritt stål (Outokumpu, 2008). Det rostfria stålet som produceras i Avesta skickas till kunder som plåtar eller band. Produkterna finns i en mängd olika längder, bredder, tjocklekar och stålsorter.

(9)

3 Teoretisk referensram

För att kunna angripa problemen på ett effektivt sätt har en litteraturstudie genomförts. Presentationen av litteraturstudien har gjorts på en grundläggande nivå. Detta så att en läsare utan förkunskaper i ämnet ska kunna följa med i studien.

Områden som studerats är rostfria ståls struktur- och korrosionsegenskaper samt testmetoder för att upptäcka interkristallin korrosion.

3.1 Rostfria stål

Det rostfria stålet upptäcktes och började utvecklas omkring 1910. Upptäckter gjordes på flera olika ställen i världen bl. a. i England och Tyskland (Davis, 1994; Leffler, u.å.). I Tyskland arbetade Benno Strauss med ett försök att hitta passande material till ett skyddande rör för termoelement och pyrometrar. Hans upptäckter ledde till utvecklingen av det första austenitiska stålet (Leffler, u.å.). B. Strauss är extra intressant i detta arbete då han var med och utvecklade teorin om utskiljningen av kromkarbider i korngränserna (Pickering, 2003). Testmetoden som ska utvärderas i detta arbete är till för att upptäcka dessa utskiljningar.

Ett stål som innehåller minst 11-12 % krom kan kallas rostfritt (Beddoes & Parr, 1999; Davis, 1994; Metallnormcentralen, 1988). Detta beror på att järn som legerats med minst 11-12 % krom kommer att bilda en skyddande oxidfilm på stålet (Beddoes & Parr, 1999; Davis, 1994; Leffler, u.å.; Outokumpu, 2005). Oxidfilmen, även kallat passivskikt, består huvudsakligen av kromoxid och är mycket tunn. Tjockleken är mellan 20-30 Å och det sägs att det kan jämföras med ett vykort på taket på ett 10-våningshus (se Figur 1) (Outokumpu, 2005). En mycket viktig egenskap oxidfilmen har är att om den skadas återbildas den genom ny kontakt med syre (Davis, 1994).

(10)

Figur 1 Visualisering av oxidfilmens tjocklek.

3.1.1 Stålsorternas indelning

De rostfria stålen kan delas in i grupper på många olika sätt. Historiskt har de delats in i fyra olika grupper (Davis, 1994; Metallnormcentralen, 1988). I vilken grupp ett stål placeras har då berott på dess struktur (Davis, 1994; Outokumpu, 2007). De fyra grupperna är:

• Martensitiska stål • Ferritiska stål • Austenitiska stål

• Stål med blandstruktur

Avesta Jernverk tillverkar austenitiska och duplexa stål (stål med blandstruktur). Detta gör att kapitel 3.1.2 - 3.1.3 främst behandlar dessa två stålsorter.

3.1.2 Struktur

Rent järn är uppbyggt av kristaller som kan ha två olika strukturer. Dessa kristallstrukturer benämns på en mängd olika sätt. I detta arbete kommer de att

(11)

Figur 2 Visualisering av de två kristallstrukturerna bcc och fcc (Från Beddoes & Parr, 1999, s. 32).

Vilken struktur det rena järnets kristaller har är temperaturberoende. Under 910°C har det en bcc struktur. Mellan 910-1400°C är strukturen fcc. Slutligen när temperaturen är 1400°C och upp till smältpunktens temperatur, 1540°C, återgår det till att ha en bcc struktur (Beddoes & Parr, 1999; Bhadeshia & Honeycombe, 2006).

Kristallerna hos austenitiskt stål har en fcc struktur. För att fcc strukturen på kristallerna ska kunna behållas i rumstemperatur legeras järnet med t.ex. nickel (Beddoes & Parr, 1999; Metallnormcentralen, 1988).

Duplexa stål är en blandning av austenitiskt och ferritiskt stål. De flesta sorterna består av lika delar austenit med fcc struktur och ferrit med bcc struktur. Blandningen kan beskrivas som öar av fcc strukturerad austenit i en grundmassa av bcc strukturerad ferrit (se Figur 3) (Davis, 1994; Gunn, 1997).

(12)

Figur 3 Strukturen hos ett duplext stål som är etsat i 29 %-ig natriumhydroxidlösning. Det mörka är ferrit och det ljusa är austenit.

Ett stål består alltså av en mängd kristaller. Under stelningen av stålet kommer kristallerna att bilda korn som hamnar i olika riktningar. Pga. att kornen har olika riktningar bildas korngränser mellan kornen. I korngränserna har kristallerna hamnat i oordning (se Figur 4). I ett tvärsnitt, som i figur 4, kommer korngränserna att framträda som linjer. Om man istället tänker sig en bit stål så är korngränserna ytor (Beddoes & Parr, 1999).

Figur 4 Illustration av bildandet av korngränser.

Många egenskaper påverkas, negativt eller positivt, av korngränserna. Anledningen till att man utför Strauss test är för att undersöka hur känsligt ett stål är för korrosion i korngränserna.

(13)

3.1.3 Korrosion

Korrosion i allmänhet brukar definieras som ett angrepp på ett material genom en kemisk reaktion med omgivande medium. Reaktionen är oftast en elektrokemisk reaktion. Metallen agerar som anod och avger därmed elektroner. Elektrolyten som behövs för reaktionen är vanligtvis en vattenlösning (Outokumpu, 2007). Arbetet kommer att koncentrera sig på våtkorrosion. Våtkorrosion avser den korrosion som uppkommer i vätskor och fuktiga gaser (Leffler, u.å.; Outokumpu, 2007).

Korrosionsangreppen delas upp i allmän korrosion och lokal korrosion (Outokumpu, 2004, 2007). Med allmän korrosion menas en likformig avfrätning över hela stålytan (Metallnormcentralen, 1988; Outokumpu, 2004). Arbetet inriktar sig på en lokal korrosion som kallas interkristallin korrosion eller korngränsfrätning. I rapporten kommer korrosionsangreppet att fortsättningsvis benämnas interkristallin korrosion. Andra lokala korrosionsangrepp som finns är gropfrätning, spaltkorrosion, spänningskorrosion och galvanisk korrosion (Beddoes & Parr, 1999; Davis, 1994, 2000; Outokumpu, 2004).

Interkristallin korrosion

Interkristallin korrosion kan uppstå i de flesta metaller under ogynnsamma förhållanden (Beddoes & Parr, 1999). Interkristallin korrosion definieras som ett angrepp på korngränserna, eller närliggande områden, men utan angrepp på kornen (Davis, 2000).

Uppkomsten av interkristallin korrosion skiljer sig något mellan de austenitiska stålen och de duplexa stålen (Gunn, 1997; Outokumpu, 2004; Ravindranath & Malhotra, 1995). Ett antal olika teorier har presenterats för att förklara uppkomsten av interkristallin korrosion. Av dessa kan stress theory, microcell

theory, segregation theory och chromium depletion theory nämnas (Dayal,

Parvathavarthini & Raj, 2005; Moss, 1992).

För de austenitiska stålen är chromium depletion theory allmänt vedertagen (Davis, 2000; Dayal, et al., 2005; Fullman, 1982; Jarfors, 2004; Kuníková, Dománková, Hrivnáková, Graff & Wetzig, 2003; Leffler, u.å.; Matula, et al., 2001; Metallnormcentralen, 1988; Outokumpu, 2004; Sahlaoui, Makhlouf, Sidhom & Philibert, 2004; Singh, 2008; Wasnik, Kain, Samajdar, Verlinden & De, 2002; Záhumenský, Tuleja, Országová, Janovec & Siládiová, 1999).

Teorin förklarar uppkomsten av interkristallin korrosion genom utskiljning av kromkarbider i korngränserna. Kromkarbiderna utskiljs då det austenitiska stålet

(14)

skapar områden utarmade på krom längs korngränserna där karbiderna bildats (se Figur 5) (Bhadeshia & Honeycombe, 2006; Davis, 2000; Dayal, et al., 2005; Leffler, u.å.; Moss, 1992; Outokumpu, 2004).

En kromkarbid innehåller så mycket som 70-80 % krom (Dayal, et al., 2005; Záhumenský, et al., 1999).

Figur 5 Illustration av en kromkarbid.

Då krom, som är en väsentlig legering för stålets motståndskraft mot korrosion, utarmats i dessa områden kommer de bli utsatta för korrosionsangrepp i vissa miljöer. Det är dessa lokala angrepp som kallas interkristallin korrosion. När stålet utsatts för temperaturer där kromkarbider och kromfattiga områden bildas säger man att det har sensibiliserats (Davis, 2000; Outokumpu, 2004).

Om stålet sensibiliserats och kromkarbider bildats kan man lösa detta genom att släckglödga stålet (Davis, 1994; Dayal, et al., 2005; Outokumpu, 2004). Då man släckglödgar ett stål värmer man upp det till 1000-1200°C (Outokumpu, 2004). I dessa temperaturer upplöses kromkarbiderna. När man värmt upp stålet gäller det sen att kyla ner det snabbt genom temperaturområdet där sensibilisering kan uppkomma (Bhadeshia & Honeycombe, 2006; Davis, 1994; Outokumpu, 2004). Om man vill göra ett austenitiskt stål motståndskraftigt mot interkristallin korrosion finns det två vanliga metoder (Davis, 1994, 2000; Dayal, et al., 2005; Leffler, u.å.; Metallnormcentralen, 1988; Pardo, et al., 2007; Outokumpu, 2004).

(15)

En reducering av kolhalten till under 0,02-0,03 % ger en hög motståndskraft, enligt vissa immunitet, mot interkristallin korrosion hos ett austenitiskt stål (Bhadeshia & Honeycombe, 2006; Davis, 1994, 2000; Leffler, u.å.; Outokumpu, 2004; Pardo, et al., 2007). Att producera austenitiska stål med så låg kolhalt, utan allvarlig förlust av kromhalt, har varit ett problem. Men när nya förädlingsmetoder började användas, främst argon-oxygen-decarburization, i början på 70-talet kunde man få ner kolhalterna till dessa nivåer, utan att riskera för låg kromhalt (Beddoes & Parr, 1999; Davis, 1994; Outokumpu, 2004).

Att stabilisera stålet med hjälp av titan eller niob ökar motståndskraften mot interkristallin korrosion. Titan och niob bildar karbider enklare än krom. Detta medför att det inte finns något kol kvar för kromet att bilda karbider av (Outokumpu, 2004).

Förekomsten av interkristallin korrosion hos duplexa stål kan bara delvis förklaras på samma sätt som för de austenitiska. Detta pga. att duplexa stål innehåller en låg halt av kol och därmed inte är lika utsatta för bildandet av kromkarbider (Davis, 1994; Gunn, 1997; Ravindranath & Malhotra, 1995). Duplexa stål är en blandning av austenitiskt och ferritiskt stål. Strukturen hos austenit och ferrit förändras och påverkas olika vid förhöjda temperaturer. Detta gör att kromutarmade områden bildas inte bara genom bildandet av kromkarbider utan även genom bildandet av nitrider och intermetalliska faser, såsom σ-fas (Amadou, Braham & Sidhom, 2004; Chaves, Costa, de Melo & Wolynec, 2006; Iacoviello, Casari & Gialanella, 2005; Lopez, Cid & Puiggail, 1999).

Framförallt lyfts bildandet av σ-fas fram som en bidragande faktor till förändringar hos både korrosionsegenskaperna och de mekaniska egenskaperna (Ahn, Kim & Jeong, 2002; Davis, 1994; Chaves, et al., 2006; Gunn, 1997; Lopez, et al., 1999; Ravindranath & Malhotra, 1995).

σ-fasen bildas då det duplexa stålet utsätts för temperaturer mellan 650-1000°C (Ahn, et al., 2002; Gunn, 1997). Den är en hård, spröd och kromrik utskiljning som bildar områden fattiga på krom (Gunn, 1997; Lopez, et al., 1999). Undersökningar tyder på att de mekaniska egenskaperna påverkas mer än korrosionsegenskaperna av bildandet av denna fas (Ahn, et al., 2002; Lopez, et al., 1999). Detta antyder även Davis (1994) genom att skriva ”If a duplex alloy has satisfactory mechanical properties, it probably will not experience intergranular corrosion” (s. 148).

(16)

3.2 Testmetoder

Det finns ett antal testmetoder för att undersöka hur känsligt ett stål är för interkristallin korrosion. En vanlig metod är Strauss test. Strauss test ingår i den amerikanska standarden ASTM A 262 och europeiska standarden EN ISO 3651-2.

Litteraturstudien har visat att i aktuell forskning används ofta en metod som kallas EPR, electrochemical potentiokinetic reactivation, för att utvärdera om stålet sensibiliserats.

3.2.1 Strauss test (ASTM A 262 Practice E & ISO 3651-2 Method A)

Kort beskrivet går Strauss test till så att en provkropp kokas i en kopparsulfat-16%-ig svavelsyra i minst 15h. Då stålen har en låg kolhalt eller är stabiliserade utsätts de för en sensibilisering före kokningen. Sensibiliseringen består av att provet värmebehandlas i 650-700ºC under 30-60 minuter. Sensibiliseringen genomförs för att främja bildandet av kromutarmade områden. Efter kokningen böjs provkroppen och undersöks under mikroskop. Provet underkänns om det finns synliga sprickor (se Figur 6) (ASTM International; International Organization for Standardization).

Figur 6 Två böjda provkroppar. Den vänstra godkänd och den högra underkänd pga. synliga sprickor.

(17)

3.2.2 Elektrokemisk Potentiokinetisk Reaktiveringsmätning (EPR)

EPR har visat sig vara ett snabbt oförstörande test som ger ett kvantitativt värde på graden av sensibiliseringen av stålet (Amadou, Braham & Sidhom, 2004; Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005; Garcia, Tiedra, Blanco, O. Martin & F. Martin, 2008; Lopez, Cid, Puiggali, Azkarate & Pelayo, 1997; Pardo, et al., 2007; Záhumenský, Tuleja, Országová, Janovec & Siládiová, 1999).

En god överensstämmelse har uppmätts mellan resultat från Strauss test och EPR värden (Aaltonen, Aho-Mantila & Hänninen, 1983; Záhumenský, et al., 1999).

Metoden ger ett kvantitativt värde på graden av sensibiliseringen genom att en polarisationskurva tas fram. Detta kan göras på två sätt och de två metoderna betecknas med SL-EPR (single loop EPR) och DL-EPR (double loop EPR) (Číhal & Štefec, 2001; Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005).

I SL-EPR tas polarisationskurvan fram genom en potentialutvärdering från positivt till negativt. DL-EPR gör en potentialutvärdering först från negativt till positivt och sen som i SL-EPR från positivt till negativt (Číhal & Štefec, 2001; Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005).

Utvärderingen görs mha. kurvan/kurvorna som fås. I SL-EPR bedöms graden av sensibilisering med avseende på Qr. I DL-EPR beräknas Ir/Ip och värdet därifrån

används som grad på sensibiliseringen (se Figur 7) (Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005).

(18)

4 Metod

I detta arbete har olika metoder använts. Anledningen till det är att arbetet skulle utgöra en bra grund för en ändring i provningsmetodiken som för tillfället användes. Metoder som använts är litteraturstudie och experiment. Ett exempel på processtyrning har tagits fram mha. förbättringsverktyg.

Arbetet inleddes med att en litteraturstudie utfördes. Detta för att få teoretiska kunskaper om ämnet, överblick av den aktuella forskningen och idéer till de experiment som skulle genomföras.

Efter litteraturstudien genomfördes experimenten och exemplet på processtyrning togs fram. För detta arbete användes metoderna som finns beskrivna nedan. Resultaten som framkom analyserades och slutsatser drogs utifrån de olika metoderna.

4.1 Litteraturstudie

Syftet med litteraturstudien var att ge förkunskaper inom området rostfria stål och korrosion, främst interkristallin korrosion. Litteraturstudien skulle även ge en överblick av den aktuella forskning som gjorts inom ämnet interkristallin korrosion.

Böcker som studerats har lånats från Linköpings universitetsbibliotek eller tillhandahållits av Outokumpu. De lånade böckerna från Linköpings universitetsbibliotek hittades genom sökningar i deras bibliotekskatalog.

En mängd artiklar har tagits fram via de databaser som tillhandahålls av Linköpings universitetsbibliotek. Sökningar har gjorts i databaserna Scopus och

Compendex.

Litteraturen som tagits fram har studerats. Den har främst bidragit till den teoretiska referensramen som presenteras i kapitel 3 men även bidragit med idéer till hur experimenten skulle genomföras.

4.2 Experiment

Ett inledande experiment, experiment A, genomfördes. Det skulle ge kunskaper om hur arbetet med testmetoderna fungerade och en undersökning av hur de stålsorter som valts ut reagerade på olika behandlingar.

(19)

Utvärderingen av resultaten från experiment A ledde till att ytterligare experiment genomfördes experiment B och C. Experiment B behandlade austenitiska stål och experiment C behandlade duplexa stål.

4.2.1 Experiment A

Litteraturstudien visade att egenskaperna varierar mellan olika stålsorter t.ex. pga. stålsortens kemiska sammansättning. Det bestämdes att ett inledande experiment skulle genomföras för att se hur stålsorterna reagerar på olika behandlingar. Vilka stålsorter som skulle testas bestämdes genom att titta på totala antalet genomförda Strauss test 2007 och jämföra det med antalet tester per stålsort (se Tabell 1).

(20)

Tabell 1 Antal Strauss test utförda per stålsort under 2007.

Ur tabellen gjordes ett paretodiagram för att på ett enkelt sätt kunna bedöma vilka stålsorter som experiment A skulle inrikta sig på (se Figur 8).

Stålsort Antal test

1325 34 1358 4578 135801 107 1416 74 1512 15 163927 28 1781 442 1911 100 1921 109 1932 25 194201 357 1961 376 231922 55 2323 1752 2325 1 2781 403 3393 249 5855 730 597905 396 6112 1521 621701 977 658919 2702 658924 936 6611 210 Totalt 16177

(21)

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 13 58 65 89 19 23 23 61 12 62 17 01 65 89 24 58 55 17 81 27 81 59 79 05 19 61 19 42 01 33 93 66 11 Ö vr ig a Stålsort 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Antal test Andel test

Figur 8 Paretodiagram baserat på Tabell 1.

Utifrån paretodiagrammet togs beslutet att inrikta experiment A på de fyra stålkoder som utgjorde störst andel av totala antalet tester. De utgjorde 65 % av de tester som gjordes under 2007. Ytterligare en anledning till valet av dessa stålkoder var att det blev två austenitiska (1358 och 2323) och två duplexa (658919 och 6112) stålsorter som ingick i experiment A.

Sensibilisering

Material i form av ett 85×250 mm stort prov togs fram för stålsort 1358 och 2323. Provet för stålsort 1358 benämndes A1 och för stålsort 2323 benämndes provet A2. Sammansättningen för A1 resp. A2 togs fram (se Tabell 2).

Tabell 2 Sammansättningen av stålet för proverna A1 och A2.

Stålsort Prov %C %Cr %Ni %Mn %Si %S %Mo %P %N %Ti %Nb 1358 A1 0,019 18,30 8,11 1,72 0,31 0,001 0,44 0,026 0,07 0,001 0,004 2323 A2 0,019 16,95 10,11 1,46 0,55 0,001 2,05 0,027 0,05 0,001 0,017

Proverna A1 och A2 delades i tre delar. A1 delades upp till A1A, A1B och A1C. A2 delades upp på samma sätt. Delarna sensibiliserades sedan i 10, 25 resp. 100 h (se Tabell 3). Temperaturen för sensibiliseringen var 650°C.

(22)

Tabell 3 Sensibiliseringen för proverna A1 och A2. Prov Temperatur (°C) Tid (h)

A1A 650 10 A1B 650 25 A1C 650 100 A2A 650 10 A2B 650 25 A2C 650 100

Temperaturen valdes till 650°C då litteraturstudien visat att de austenitiska stålen sensibiliseras snabbast i temperaturområdet 600-800°C och med en tendens åt lägre temperaturer för lägre kolhalter (Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005; Jarfors, 2005). Tiderna valdes för att kunna ringa in en ungefärlig tid där sensibiliseringen gav ett nedsatt skydd mot interkristallin korrosion.

För stålsort 658919 och 6112 behövdes det två prover med formen 85×250 mm. Detta pga. att slagprov genomfördes på de duplexa stålen. Proverna för 658919 benämndes D1A och D1B. För 6112 benämndes de D2A och D2B. Sammansättningen är samma för de båda proverna från resp. stålsort och den togs fram för D1 (A och B) resp. D2 (A och B) (se Tabell 4).

Tabell 4 Sammansättningen av stålet för proverna D1 och D2.

Stålsort Prov %C %Cr %Ni %Mn %Si %S %Mo %P %N %Ti %Nb 658919 D1 0,017 22,35 5,71 1,51 0,44 0,001 3,15 0,023 0,16 0,005 0,015 6112 D2 0,021 21,51 1,60 5,09 0,77 0,001 0,22 0,023 0,21 0,005 0,003

Proverna D1A, D1B, D2A och D2B delades upp i två delar. T.ex. delades D1B upp till D1BA och D1BB. Delarna sensibiliserades sedan i 1 resp. 3 h (se Tabell 5). Temperaturen för sensibiliseringen var 700°C.

Tabell 5 Sensibiliseringen för proverna D1 och D2. Prov Temperatur (°C) Tid (h)

D1AA 700 1

D1AB 700 3

D1BA 700 1

(23)

D2BA 700 1

D2BB 700 3

Temperaturen valdes här till 700°C då de duplexa stålen även sensibiliseras av bildandet av t.ex. σ-fas. σ-fasen bildas vid temperaturer mellan 650-1000°C. Därför valdes en något högre temperatur för de duplexa stålen.

Sensibiliseringen inleddes med att proverna sattes in i en förvärmd ugn och tiden började räknas omgående. Då provet varit i ugnen avsedd tid togs det ut och kyldes i rumstempererat vatten.

Strauss test

För att kunna genomföra Strauss test så togs det ut prover av storleken 15×80 mm ur de sensibiliserade proverna (se Figur 9).

Figur 9 Prov som ska genomgå Strauss test.

För att få bort oxidskiktet som bildats pga. sensibiliseringen betades proverna. Betningen skedde i rumstemperatur och med en blandning av 47,5 % saltsyra, 5 % salpetersyra och 47,5 % destillerat vatten.

Efter betningen kokades proverna i en E-kolv av en liters volym försedd med kulkylare (se Figur 10). Proverna placerades, fyra och fyra, i E-kolven tillsammans med kopparspån. Koktiden var 20 h och lösningen var kopparsulfat-16 %-ig svavelsyra.

(24)

Figur 10 Bild av utrustningen där proverna kokas i Strauss test.

Utvärderingen gjordes efter att provet bockats. De austenitiska stålen bockades 180° och de duplexa stålen bockades 90°. Den bockade delen av provet granskades i ett mikroskop med 10x förstoring. Provet bedömdes som underkänt om synliga sprickor förorsakade av interkristallin korrosion upptäcktes. I annat fall bedömdes provet som godkänt.

Utvärdering av mikrostruktur

Utvärderingen av mikrostrukturen gjordes på ett prov med den ungefärliga storleken 25×35 mm. En yta som ligger horisontellt med valsriktningen förberedes via slipning och polering. Slipningen utfördes med en stenslip. Poleringen utfördes först med ett 9µm grovt slippapper och avslutades med ett 3µm grovt slippapper. Mellan varje slipning och efter sista slipningen tvättades proverna, med tvål och sprit, och torkades.

Innan etsningen av de austenitiska stålen mättes den slipade och polerade ytan upp med ett skjutmått. Proverna tejpades så att det bara var den uppmätta slipade och polerade ytan som skulle komma i kontakt med etsmedlet. Etsmedlet var en 10 %-ig oxalsyra. Provet etsades i 90 s med strömmen 1 A/cm2. Efter etsningen sköljdes provet i vatten och tvättades, med tvål och sprit, och torkades.

Duplexa stålen etsades med en 29 %-ig natriumhydroxidlösning. Provet etsades i 20 s med potentialen 2,0 V. Efter etsningen sköljdes provet i vatten och

(25)

Provernas etsade yta undersöktes i mikroskop och klassificerades. Klassificeringen för de austenitiska stålen genomfördes genom jämförelse med de bilder som finns i ASTM Internationals standard A 262. De duplexa stålen klassificerades genom jämförelse med de bilder som finns i ASTM Internationals standard A 923.

Slagprov

De duplexa stålens mekaniska egenskaper påverkades av sensibiliseringen som utfördes. Det beror bl.a. på att det bildas intermetalliska faser hos de duplexa stålen vid dessa temperaturer. Därför gjordes slagprov på de duplexa proverna. Från de sensibiliserade proverna frästes slagprover ut. Ett slagprov bestod av tre stycken prover av storleken 10×55 mm med en skåra på mitten (se Figur 11).

Figur 11 Prov som ska genomgå slagprov.

Innan proverna slogs uppmättes tjockleken och höjden vid skåran för att kunna beräkna resultatet. De tre proverna för resp. stålsort slogs i en Zwick 450 J. Stålsort 658919 slogs i temperaturen 20°C och stålsort 6112 slogs i temperaturen -40°C. Temperaturerna valdes med hänsyn till vilken temperatur resp. stålsort mest frekvent slås i. Detta för att få tillförlitliga värden att jämföra emot.

Resultatet, i enheten joule, noterades och räknades om med de uppmätta måtten till joule per kvadratcentimeter. Slagprovets resultat bestämdes genom att beräkna medelvärdet av de tre resultaten.

4.2.2 Experiment B

Då Strauss test inte gav några utslag i experiment A beställdes austenitiska stålsorter från Outokumpu Thin Strip Kloster. Stålsorterna som beställdes hade

(26)

skulle ge utslag i Strauss test. Även nya prover från de austenitiska stålsorter som testats i experiment A togs ut.

Stålsorter som ingick i experiment B var 1358, 2323, 194201, 1552 och 2553. Sammansättningen för det prov som tagits fram från resp. stålsort togs fram. Proverna benämndes med A1 till A5 (se Tabell 6).

Tabell 6 Sammansättningen av stålen i experiment B.

Stålsort Prov %C %Cr %Ni %Mn %Si %S %Mo %P %N %Ti %Nb 1358 A1 0,019 18,30 8,11 1,72 0,31 0,001 0,44 0,026 0,07 0,001 0,004 2323 A2 0,021 16,99 10,09 1,31 0,44 0,002 2,05 0,030 0,05 0,001 0,004 194201 A3 0,049 25,45 19,03 0,90 0,57 0,001 0,15 0,016 0,04 0,002 0,003 1552 A4 0,042 18,15 8,52 1,29 0,46 0,002 0,24 0,030 0,04 0,004 0,030 2553 A5 0,035 17,03 10,68 1,54 0,41 0,001 2,05 0,032 0,02 0,002 0,009 Sensibilisering

Proverna A1 till A5 delades upp i fyra delar A, B, C och D. Tre av delarna sensibiliserades sedan i 10, 60 resp. 300 min och en del sensibiliserades inte alls (se Tabell 7).

Tabell 7 Sensibiliseringen för proverna A1 till A5. Prov Temperatur (°C) Tid (min)

A1A 700 0 A1B 700 10 A1C 700 60 A1D 700 300 A2A 700 0 A2B 700 10 A2C 700 60 A2D 700 300 A3A 700 0 A3B 700 10 A3C 700 60 A3D 700 300 A4A 700 0

(27)

A4D 700 300

A5A 700 0

A5B 700 10

A5C 700 60

A5D 700 300

Temperaturen för sensibiliseringen valdes i detta experiment till 700°C. Detta pga. att det är den temperatur som använts när prover sensibiliseras på provningslaboratoriet.

Strauss test

Från varje sensibiliserat prov togs ett prov ut med dimensioner 15×80 mm (se Figur 8). Strauss testet genomfördes på samma sätt som i experiment A (se Kapitel 4.2.1).

Utvärdering av mikrostruktur

Utvärderingen gjordes på samma sätt som de austenitiska stålen utvärderades i experiment A (se Kapitel 4.2.1).

EPR

Som ett litet experiment i experimentet genomfördes ett EPR test på stålsort 1358. Proverna som användes kom från experiment A och B. Dessa slipades och polerades med slippapper ner till 3µm. Mellan varje slipning och efter sista slipningen tvättades proverna, med tvål och sprit, och torkades.

Polariseringen genomfördes med en Avestacell. En liter av lösningen som användes bestod av 0,5 M H2SO4 (27,2 ml svavelsyra), 0,01 M KSCN (0,97 g

kaliumtiocyanat) och resten destillerat vatten. Temperaturen på lösningen var 30 ± 1°C under polariseringen. Polariseringen inleddes med att potentialen då ingen ström tillfördes cellen uppmättes under 120 s. Detta för att se att den potentialen var konsekvent. Sedan passiviserades provet genom att en potential på 200 mV applicerades under 120 s. Därefter genomfördes svepet från 200 mV till –450 mV med en hastighet av 6 V/h.

(28)

4.2.3 Experiment C

I experiment A gjordes slagprov på de duplexa stålen. Det visade sig att de sensibiliserade proverna fick lägre värden än vad prover från produktion normalt har. Det bestämdes att ett experiment skulle genomföras så att en statistisk utvärdering kunde göras på resultaten från slagproven.

En modell med två faktorer, sensibiliseringstid och sammansättning, utformades. Sensibiliseringstiderna är en bestämd faktor och valdes till 0, 30 och 120 min. Sammansättningen är en stokastisk faktor där varje charge, metallbad, har en unik sammansättning. För experimentet valdes tre charger från resp. stålsort ut helt slumpmässigt.

Modellen blev ett tvåfaktorförsök med en bestämd faktor och en stokastisk faktor. En linjär statistisk modell (1) som beskriver tvåfaktorförsöket togs fram. Här var sensibiliseringstiden representerat av τ och chargen av β.

( )

{

(

)

( )

∑

= = = = =             − ∈ ∈ = = + + + + = 3 1 . 2 2 3 1 3 , 2 , 1 0 3 1 3 , 0 , , 0 , 0 3 , 2 , 1 , , i j ij ij j i i ijk ij j i ijk j N N k j i y τβ τβ σ τβ σ β τ ε τβ β τ µ τβ β (1)

Stålsorter som ingick i experiment C var samma som i experiment A, 658919 och 6112. Experimentet visualiseras i tabell 8.

Tabell 8 Visualisering av experiment C för stålsort 658919 och 6112.

Från resp. stålsort togs tre prover ut, ett prov per charge. Proverna från stålsort 658919 benämndes D1A till D1C och för stålsort 6112 benämndes de D2A till D2C. Sammansättningen togs fram för chargerna (se Tabell 9).

Sensibiliseringstid, min Charge 0 30 120 A y111-y113 y121-y123 y131-y133 B y211-y213 y221-y223 y231-y233 C y311-y313 y321-y323 y331-y333

(29)

Tabell 9 Sammansättningen av stålen i experiment C.

Stålsort Prov %C %Cr %Ni %Mn %Si %S %Mo %P %N %Ti %Nb 658919 D1A 0,014 22,31 5,72 1,44 0,42 0,001 3,16 0,023 0,17 0,004 0,006 D1B 0,016 22,46 5,66 1,45 0,40 0,001 3,14 0,025 0,17 0,005 0,017 D1C 0,019 22,43 5,71 1,42 0,39 0,001 3,14 0,025 0,18 0,005 0,013 6112 D2A 0,028 21,43 1,54 5,02 0,65 0,001 0,20 0,022 0,22 0,004 0,003 D2B 0,019 21,46 1,53 5,13 0,68 0,001 0,18 0,023 0,21 0,003 0,004 D2C 0,019 21,46 1,66 4,90 0,63 0,001 0,25 0,022 0,23 0,002 0,004

Innan experimentet påbörjades släckglödgades alla prover. Detta för att reducera de variationer som fanns mellan stålsorternas värmebehandling från produktionen. Temperaturen för släckglödgningen var 1050°C för stålsort 6112 och 1070°C för stålsort 658919. Proverna var i ugnen i 10 minuter innan de togs ut. Då de tagits ut kyldes de i luft i 10 s och sedan kyldes de i rumstempererat vatten.

Sensibilisering

Proverna D1A till D1C och D2A till D2C delades upp i tre delar A, B och C. En del sensibiliserades inte alls och de två andra delarna sensibiliserades i 30 resp. 120 min (se Tabell 10).

Tabell 10 Sensibiliseringen för proverna D1A till D1C och D2A till D2C. Prov Temperatur (°C) Tid (min)

D1AA 700 0 D1AB 700 30 D1AC 700 120 D1BA 700 0 D1BB 700 30 D1BC 700 120 D1CA 700 0 D1CB 700 30 D1CC 700 120 D2AA 700 0 D2AB 700 30 D2AC 700 120

(30)

D2CA 700 0

D2CB 700 30

D2CC 700 120

Temperaturen för sensibiliseringen valdes i detta experiment till 700°C, samma som i experiment A.

Slagprov

Slagproven genomfördes på samma sätt som i experiment A. Enda skillnaden var att både stålsort 658919 och 6112 slogs i temperaturen 20°C.

4.3 Exempel på processtyrning

Ett exempel på processtyrning gjordes mha. olika förbättringsverktyg. Detta för att visa hur man med enkla metoder kan få en god överblick av testresultat. Exemplet skulle även visa hur man kan använda processtyrning för att påvisa att variationen i produktionen är låg och därav kan antalet tester exempelvis minskas.

Inledningsvis togs ett Ishikawadiagram fram för graden av sensibilisering. Utifrån det Ishikawadiagrammet togs de kontrollerbara faktorerna och störfaktorerna fram.

Ett exempel på hur man kan övervaka faktorer och utnyttja övervakningen till att göra mindre antal tester arbetades fram. Exemplet arbetades fram genom insamling av historisk data för en stålsorts sammansättning. De historiska data, som inhämtades från databaser, analyserades och styrdiagram med toleransgränser upprättades. En liten duglighetsstudie utfördes också.

Den historiska datan bestod av sammansättningen från 250 charger med smältkod 1358. Smältkoden valdes av anledningen att flest Strausstester genomfördes på stålsort 1358 under 2007 (se Figur 7).

Att beräkna ett austenitiskt ståls känslighet för interkristallin korrosion mha. stålets sammansättning har föreslagits i ett flertal artiklar. Två artiklar föreslog att känsligheten kunde bestämmas med parametern K. K beräknas med ekvation

(31)

termodynamisk koefficient och Ceff _{(4) är den effektiva kolhalten (Karas, Číhal}

& Vanĕk, 1988; Korostelev, Abramov & Belous, 1996).

eff eff C Cr K = −α ⋅ (2) Mo b Cr Creff = + ⋅ (3)

(

2

)

1 Ni k k C Ceff = + ⋅ − (4)

Värdet på α i ekvation (2) är ungefär lika med 100 då kolhalten är 0,02-0,08% (Korostelev, Abramov & Belous, 1996). Koefficienten b i ekvation (3) och koefficienterna k1 och k2 i ekvation (4) antar olika värden beroende på

förutsättningarna (Karas, Číhal & Vanĕk, 1988). Karas, Číhal & Vanĕk (1988) nämner att b brukar anta värden mellan 1,0 till 1,7 och för k1 och k2 användes

värdena 0,002 resp. 10.

En annan metod är att bara beräkna den effektiva kromhalten. Metoden beräknar den effektiva kromhalten, Creff_{, med ekvation (5). I ekvation (5) står de kemiska}

beteckningarna för den viktprocent de utgör av stålet (Parvathavarthini & Dayal, 2002). N W V Ti Cu Co Al Si Mn C Ni Mo Cr Creff ⋅ + ⋅ − ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ − ⋅ − ⋅ + ⋅ − ⋅ − ⋅ + = 2 , 9 22 , 0 34 , 0 61 , 0 01 , 0 20 , 0 51 , 0 22 , 0 13 , 0 100 19 , 0 45 , 1 ₍₅₎

En fördel med denna metod är att den inte har koefficienter som varierar mellan olika förutsättningar.

Den metod som användes i exemplet för att beräkna den effektiva kromhalten är en förenkling av ekvation (5). Metoden tar hänsyn till krom-, nickel- och kolhalten och beräknar den effektiva kromhalten med ekvation (6).

C Ni

Cr

Creff = −0,18⋅ −100⋅ (6)

Värden på Creff_{större än 14,0 för stålsorten 1358 indikerar en god}

motståndskraft mot interkristallin korrosion då de har testats med Huey test (Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005).

Den effektiva kromhalten beräknades för de 250 chargerna. Värdena grupperades fem och fem och medelvärdet, x, samt variationsbredden, R

beräknades för resp. grupp. Först kontrollerades att de beräknade värdena var normalfördelade samt att de inte var autokorrelerade. Normalfördelningen kontrollerades mha. histogram och normalfördelningsplot. Att datan inte var

(32)

Styrdiagram av typen x−R och ett av typen CUSUM togs fram för att visa på

olika sätt att kontrollera värdena.

x-R_-diagram

Styrdiagram av typ x−R består av ett styrdiagram för medelvärdena, x, samt ett

styrdiagram för variationsbredden, R, som beräknades med ekvation (7) för varje grupp.

min max x

x

R = − (7)

Utifrån de 20 första värdena beräknades den övre styrgränsen, Sö, centrallinjen, CL och undre styrgränsen, Su för x-diagrammet med ekvation (8) och för

R-diagrammet beräknades de med ekvation (9).

R A x S x CL R A x S u ö 2 2 − = = + = (8) R D S R CL R D S u ö ⋅ = = ⋅ = 3 4 (9)

I ekvation (8) var A2 = 0,577 och i ekvation (9) var D3 = 0 och D4 = 2,114.

Ekvationerna (7)-(9) samt värdena på A2, D3 och D4 hämtades från Montgomery

(2005).

Styrdiagrammen bildades med de beräknade värdena och det kontrollerades om det var några värden som låg utanför styrgränserna. I de fall det fanns värden utanför styrgränserna plockades de bort och nya styrgränser beräknades med ekvationerna (8) och (9). Detta upprepades tills alla värden låg inom styrgränserna. På detta sätt har styrgränserna beräknats på en stabil process. Då styrgränserna var beräknade på en stabil process gjordes styrdiagrammen klara genom att alla 50 värdena plottades. Även toleransgränser togs fram från de intervall som fanns för krom-, nickel- och kolhalten. Dessa inkluderades i styrdiagrammet.

När toleransgränserna tagits fram kunde en duglighetsanalys göras på processen. I exemplet kom duglighetsanalysen att bestå av beräkningen av

(33)

Duglighetsindexet Cp anger förhållandet mellan processens naturliga variation

och de uppsatta toleransgränserna. Det korrigerade duglighetsindexet Cpk visar

hur väl processens medelvärde överensstämmer med målvärdet (Bergman & Klefsjö, 2002).

Cp beräknades med ekvation (10) och Cpk med ekvation (11). I ekvationerna (10)

och (11) är Tö övre toleransgräns, Tu undre toleransgräns och σ är processens

standardavvikelse. σ 6 u ö p T T C = − (10)       − − = σ µ σ µ 3 , 3 min ö u pk T T C (11) CUSUM_-diagram

Styrdiagram av typen CUSUM består av ett diagram där de plottade värdena beror på vilka värden de föregående värdena haft. Värdet som plottades beräknades med ekvation (12) där x_i var det i:te värdet, x_i₋₁ var det föregående

värdet och µ0 sattes till att vara x för de 20 första värdena.

1 1 0) ( − + ₋ = x C C_i _i µ (12)

(34)

5 Resultat

I detta kapitel presenteras resultaten från litteraturstudien, experimenten & exemplet på processtyrning.

5.1 Litteraturstudien

Genomgången av de böcker och artiklar som använts har, förutom den teoretiska grunden, gett två resultat. I både böcker och artiklar har författare konstaterat att interkristallin korrosion inte längre är något problem pga. den låga kolhalt stålen har nuförtiden. Samt att i de artiklar där experiment utförts har ett stort antal författare använts sig av elektrokemisk potentiokinetisk reaktiveringsmätning (EPR) för att utvärdera känsligheten för interkristallin korrosion med bra resultat.

Att interkristallin korrosion inte är något problem för de stålsorter där kolhalten är låg kan dras mha. följande citat hämtade ur både böcker och artiklar.

• ”For complete immunity from intergranular corrosion in 18/8 steels, a carbon level of 0.02 wt% should not be exceeded.” (Bhadeshia & Honeycombe, 2006, s. 266).

• ”For most austenitic stainless steels, restricting their carbon contents to 0.03% or less will prevent sensitization during welding and most heat treatment.” (Davis, 2000, s. 154).

• ”The modern alloys are produced with low carbon contents, usually less than 0.03%, and intergranular corrosion resulting from carbide

precipitation generally has not been a practical problem.” (Davis, 1994, s. 148).

• ”This means that for standard low-carbon austenitic steels (L-grades) the risk for intergranular corrosion cracking is, from a practical point of view, eliminated. All high alloyed austenitic and all duplex grades intended for aqueous corrosion service have carbon contents below 0.03% and are consequently ‘L-grades’.” (Leffler, u.å., s. 17).

• ”Steels with a maximum allowed carbon content of 0.05% often contain even less carbon and are, in most environments, resistant to intergranular corrosion even after welding. In environments, which cause rapid

(35)

(Outokumpu, 2004, s. I:16).

• ”The results of this paper suggest that carbon plays a fundamental role in the intergranular corrosion process and the chief factor in good resistance to intergranular attack was the lower carbon content of those materials. In this way, steels with a carbon content of less than 0.03 wt.% demonstrate drastically reduced intergranular corrosion of both AISI 316Ti and AISI 321 stainless steels due to inhibition of Cr23C6 precipitation and related

chromium depletion in the adjacent matrix.” (Pardo, et al., 2007, s. 2248).

• ”Since the new generation duplex stainless steels contain very low carbon, intergranular corrosion (IGC) due to the carbide precipitation in these steels is not a serious problem. However, in these steels, the precipitation of sigma and other intermetallics at grain boundaries can occur and lead to IGC.” (Ravindranath & Malhotra, 1995, s. 121).

Som det sista citatet påpekar kan bildandet av σ-fas, främst hos de duplexa stålen, leda till interkristallin korrosion. Men användandet av Strauss test för att undersöka känsligheten för interkristallin korrosion i dessa fall är inget bra. ASTM Internationals skriver i standard A 262 att ”The copper-copper sulfate-16 % sulfuric acid test [Strauss test] indicates susceptibility to intergranular attack associated with the precipitation of chromium-rich carbides. It does not detect susceptibility associated with sigma phase.” Även Davis (1994) har i Table 46 (s. 177) uttryckt att Strauss test upptäcker kromkarbider, inte σ-fas. Här behövs en annan testmetod för att undersöka känsligheten mot interkristallin korrosion. En merpart av de artiklar som ingått i litteraturstudien har innehållit experiment. I de experiment där ett ståls motståndskraft mot interkristallin korrosion och sensibilisering utvärderats har i stor grad en av metoderna varit EPR. Att EPR skulle kunna vara en alternativ metod till Strauss test kan ses med dessa citat från litteraturstudiens artiklar.

• ”The EPR test is quantitative, non-destructive and rapid for detecting sensitisation and is very useful for field measurements.” (Dayal, Parvathavarthini & Raj, 2005, s. 134).

• ”Generally, the EPR methods can be judged as more effective. They can be successfully used to evaluate a steel sensitization degree in practice as fast non-destructive tests.” (Záhumenský, Tuleja, Országová, Janovec & Siládiová, 1999, s. 1319)

(36)

test.” (Záhumenský, et al., 1999, s. 1320)

• ”Metoden anses även vara mycket känslig vilket möjliggör både detektion och kvantifiering.” (Jarfors, 2005, s. 55).

• ”DL-EPR testing has been identified as a non-destructive and sensitive method for detecting structural changes in heat-treated stainless steels that can be used effectively to elucidate their properties and corrosion

behaviour.” (Pardo, et al., 2007, s. 2250).

• ”Today, DL-EPR tests can be performed in situ using portable cell devices.” (Amadou, Braham & Sidhom, 2004, s. 3499).

• ”The DL-EPR method has the advantage of being a fast, quantitative, nondestructive test that can easily be incorporated into the monitoring of equipment exposed to localized corrosion risks in general and to IGC in particular.” (Amadou, et al., 2004, s. 3510).

• ”The present results of the EPR test, anodic polarization and constant potential etching correspond well to the Strauss test which dissolves Cr-depleted zones.” (Aaltonen, Aho-Mantila & Hänninen, 1983, s. 438). Av citaten framkommer det också att EPR ger ett kvantitativt värde på graden av sensibilisering. Detta gör det enklare att följa upp testresultaten med t ex. styrdiagram. Att EPR är ett snabbt, i förhållande till t ex. Strauss test, och oförstörande test påpekas också bland citaten.

5.2 Experimenten

Resultaten från experimenten A, B och C presenteras i detta kapitel.

5.2.1 Experiment A

Resultaten för de austenitiska stålen, avseende Strauss test och utvärdering av mikrostrukturen, presenteras i tabell 11.

Strauss test indikerar att ingen av sensibiliseringstiderna har gjort stålen känsliga för interkristallin korrosion. Samtliga prover som genomgått Strauss test har godkänts.

(37)

som sensibiliserats 10 h har en step structure hos båda stålen. Stålsort 1358 har

dual structure för sensibiliseringstiderna 25 och 100 h. Stålsort 2323 har step

structure för sensibiliseringstiden 25 h och dual structure för 100 h. Bilder av

stålens mikrostruktur återfinns i bilaga 1.

Tabell 11 Resultat från Strauss test och mikrostrukturutvärderingen för de austenitiska stålen. Stålsort Tid (h) Prov Strauss test Mikrostruktur

1358 10 1 Godkänd Step Structure

2 Godkänd Step Structure

25 1 Godkänd Dual Structure

2 Godkänd Dual Structure

2323 10 1 Godkänd Step Structure

25 1 Godkänd Step Structure

De duplexa stålen har förutom Strauss test och utvärdering av mikrostrukturen även utsatts för ett slagprov. Resultaten för de duplexa stålen presenteras i tabell 12.

Strauss test indikerar att ingen av sensibiliseringstiderna har gjort stålen känsliga för interkristallin korrosion. Samtliga prover som genomgått Strauss test har godkänts. Dock ska det nämnas att för stålsort 658919 uppstod duktilitetssprickor för de prover som sensibiliserats i 3 h. Sprickorna uppstod då provet bockades 90° inför granskningen under mikroskop. Duktilitetssprickor uppkommer pga. att stålet är sprött. Sprickorna har ingenting att göra med interkristallin korrosion.

För stålsort 658919 visar utvärderingen av mikrostrukturen att proverna inte påverkats av den sensibilisering de fått. Samtliga prover visar en unaffected

(38)

3 h har en possibly affected structure. Bilder av stålens mikrostruktur återfinns i bilaga 1.

Resultaten för slagprov hos stålsort 658919 och 6112 ligger vanligtvis i intervallet 180-400 resp. 70-120 J/cm2. Här har stålsort 658919 fått resultatet 146 och 125 J/cm2 för 1 h sensibilisering. För 3 h sensibilisering har värdena sjunkit till 73 och 79 J/cm2. Stålsort 6112 har fått resultatet 54 och 55 J/cm2 för sensibiliseringstiden 1 h resp. 3 h.

Tabell 12 Resultat från Strauss test, mikrostrukturutvärderingen och slagprovet för de duplexa stålen.

Stålsort Tid (h) Prov Strauss test Mikrostruktur Slagprov, J/cm2 658919 1 1 Godkänd Unaffected _Structure 146

2 Godkänd Unaffected

Structure

125

3 1 Godkänd Unaffected _Structure 73

2 Godkänd Unaffected

Structure 79

6112 1 1 Godkänd Possibly Affected

Structure 54

2 Godkänd Possibly Affected

Structure -

3 1 Godkänd Possibly Affected

Structure 55

2 Godkänd Possibly Affected Structure

-

5.2.2 Experiment B

Resultaten från Strauss test och mikrostrukturutvärderingen presenteras i tabell 13.

Återigen har alla prover godkänts i Strauss test. Detta trots att provet från stålsort 194201 hade en kolhalt på 0,049 %. Det ska dock nämnas att de prover som blivit godkända med en stjärna har börjat visa tendenser till interkristallin korrosion.

Utvärderingen av mikrostrukturen gör att man kan dela in stålsorterna i tre grupper. Första gruppen består av stålsort 1358 och 2323 och där har alla

(39)

osensibiliserade provet en dual structure och de sensibiliserade proverna ditch

structure. Bilder av stålens mikrostruktur återfinns i bilaga 2.

Tabell 13 Resultat från Strauss test och mikrostrukturutvärderingen för experiment B, * indikerar att provet börjat visa tendenser till interkristallin korrosion men ändå godkänts.

Stålsort Tid (min) Strauss test Mikrostruktur

10 Godkänd Step Structure 60 Godkänd Step Structure 300 Godkänd Step Structure

194201 0 Godkänd Dual Structure 10 Godkänd Ditch Structure 60 Godkänd* Ditch Structure 300 Godkänd* Ditch Structure

10 Godkänd Step Structure 60 Godkänd Step Structure 300 Godkänd Ditch Structure

10 Godkänd Step Structure 60 Godkänd Step Structure 300 Godkänd* Ditch Structure

(40)

Tabell 14 Laddningen som integrerats fram från svepkurvorna. Värden med * är medelvärdet av två svepkurvor.

Stålsort Prov Tid (min) Laddning, C

1358 A 0 5,68⋅10-6 A 600 59,3⋅10-6 A 1500 158⋅10-6 A 6000 74,9⋅10-6 B 0 5,15⋅10-6 * B 10 5,71⋅10-6 * B 60 4,58⋅10-6 * B 300 10,2⋅10-6 * 5.2.3 Experiment C

Resultaten från slagproverna för stålsorterna 658919 och 6112 finns i bilaga 4. Dessa resultat har analyserats mha. Minitab enligt modellen som är beskriven i kapitel 4.2.3. Utskriften från Minitab för resp. stålsort finns representerad i tabell 15.

Tabell 15 Minitabutskrifter för resp. stålsort för experiment C.

Stålsort Minitabutskrift

658919 ANOVA: J/cm2 versus Senstid; Charge Factor Type Levels Values

Senstid fixed 3 0; 30; 120 Charge random 3 1; 2; 3

Analysis of Variance for J/cm2

Source DF SS MS F P Senstid 2 182680 91340 524,91 0,000 Charge 2 1044 522 2,41 0,118 Senstid*Charge 4 696 174 0,80 0,539 Error 18 3900 217 Total 26 188320 S = 14,7189 R-Sq = 97,93% R-Sq(adj) = 97,01%

(41)

6112 ANOVA: J/cm2 versus Senstid; Charge Factor Type Levels Values

Senstid fixed 3 0; 30; 120 Charge random 3 1; 2; 3

Analysis of Variance for J/cm2

Source DF SS MS F P Senstid 2 112523 56262 451,19 0,000 Charge 2 665 332 8,63 0,002 Senstid*Charge 4 499 125 3,24 0,036 Error 18 694 39 Total 26 114380 S = 6,20718 R-Sq = 99,39% R-Sq(adj) = 99,12%

Utskrifterna från Minitab för stålsort 658919 visar ett lågt P-värde för effekten av faktorn sensibiliseringstid. P-värdet för faktorn charge är inte så pass låg att man direkt kan säga att de skiljer sig åt. Någon samspelseffekt verkar det dock inte finnas.

För stålsort 6112 har samtliga faktorer och samspelsfaktorn låga P-värden.

I ett försök att undersöka variationerna ytterligare genomfördes ett One-Way

ANOVA (Analyze of variance) på sensibiliseringstiden för de båda stålsorterna.

Resultatet i form av Minitabutskrifter hittas i tabell 16.

Tabell 16 Minitabutskrifter för resp. stålsort för experiment C avseende faktorn sensibiliseringstid.

Stålsort Minitabutskrift

658919 One-way ANOVA: J/cm2 versus Senstid Source DF SS MS F P Senstid 2 182680 91340 388,70 0,000 Error 24 5640 235

Total 26 188320

S = 15,33 R-Sq = 97,01% R-Sq(adj) = 96,76%

Individual 99% CIs For Mean Based on Pooled StDev

Level N Mean StDev ---+---+---+---+- 0 9 286,20 15,46 (--*-) 30 9 212,82 19,28 (-*--)

(42)

Tukey 99% Simultaneous Confidence Intervals All Pairwise Comparisons among Levels of Senstid Individual confidence level = 99,63%

Senstid = 0 subtracted from:

Senstid Lower Center Upper 30 -96,62 -73,37 -50,12 120 -222,44 -199,19 -175,95 --+---+---+---+--- (--*-) (-*-) --+---+---+---+--- -200 -100 0 100

Senstid Lower Center Upper

120 -149,07 -125,82 -102,57 --+---+---+---+--- (-*--) --+---+---+---+--- -200 -100 0 100

6112 One-way ANOVA: J/cm2 versus Senstid

Source DF SS MS F P Senstid 2 112523,0 56261,5 727,11 0,000 Error 24 1857,0 77,4

Total 26 114380,1

S = 8,796 R-Sq = 98,38% R-Sq(adj) = 98,24%

Individual 99% CIs For Mean Based on Pooled StDev

Level N Mean StDev --+---+---+---+--- 0 9 217,03 13,79 (-*-) 30 9 80,31 5,06 (-*-) 120 9 79,86 4,04 (-*-) --+---+---+---+--- 80 120 160 200 Pooled StDev = 8,80

Tukey 99% Simultaneous Confidence Intervals All Pairwise Comparisons among Levels of Senstid Individual confidence level = 99,63%

Senstid Lower Center Upper 30 -150,06 -136,72 -123,38 120 -150,51 -137,17 -123,83

(43)

Senstid = 30 subtracted from: Senstid Lower Center Upper 120 -13,79 -0,45 12,89 +---+---+---+--- (--*--) +---+---+---+--- -150 -100 -50 0

Utskrifterna säger oss att det finns skillnader mellan de olika sensibiliseringstiderna för båda stålsorterna pga. de låga P-värdena. Tukey-intervallerna visar att det är skillnad mellan alla tre sensibiliseringstiderna för stålsort 658919 och skillnad mellan första sensibiliseringstiden och de andra för stålsort 6112. Däremot kan ingen skillnad påvisas mellan de två längre sensibiliseringstiderna för stålsort 6112.

5.3 Exempel på processtyrning

För att utröna vilka processparametrar och händelser i processen som påverkar responsen gjordes först ett Ishikawadiagram (se Bilaga 5).

Utifrån Ishikawadiagrammet gjordes en beskrivning av processen där de kontrollerbara faktorerna, störfaktorerna, input och output ingår (se Figur 12). Input är råmaterialet som det rostfria stålet produceras ifrån. I detta fall är det återvunnet material. Output är graden av sensibilisering. De kontrollerbara faktorerna är värmebehandlingen och sammansättningen hos stålet. Störfaktorer är om det blir stopp i produktionen.

(44)

Datan som samlades in består av 250 chargeanalyser av smältkod 1358 (se Bilaga 6). Från chargeanalyserna beräknades den effektiva kromhalten med ekvation (6). Utifrån de beräknade värdena konstruerades ett histogram, en normalfördelningsplot och ett spridningsdiagram (se Bilaga 7).

Histogrammet och normalfördelningsploten visar att värdena för den effektiva kromhalten är normalfördelade med god approximation. Spridningsdiagrammet visar att värdena inte är autokorrelerade med varandra.

x-R_-diagram

Utifrån de 20 första medelvärdena konstruerades ett x-R-diagram (se Figur 13).

x-diagram 14,4 14,5 14,6 14,7 14,8 14,9 15,0 15,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Grupp M e d e lv ä rd e R-diagram 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Grupp V a ri a ti o n s b re d d

Figur 13 x-R-diagram för de 20 första medelvärdena på den effektiva kromhalten.

Då inga punkter ligger utanför styrgränserna antas att processen är stabil. De beräknade styrgränserna och centrallinjen kan då användas för den insamlade

(45)

x-diagram 14,4 14,5 14,6 14,7 14,8 14,9 15,0 15,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Grupp M e d e lv ä rd e R-diagram 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Grupp V a ri a ti o n s b re d d

Figur 14 x-R-diagram för alla 50 medelvärdena på den effektiva kromhalten.

Även för x-R-diagrammet för alla 50 medelvärden ligger alla värden inom styrgränserna. Detta indikerar att processen inte förändrats.

För smältkod 1358 finns det framtagna intervall som krom-, nickel- och kolhalten får ligga inom för att chargen ska bli godkänd. För att få fram toleransgränser har sämsta och bästa Creff_{beräknats utifrån dessa intervall. Det}

resulterade i att sämsta värdet på Creff_{är 13,7 och bästa värdet är 16,0 (se Tabell}

16).

Tabell 17 Beräknad effektiv kromhalt för sämsta, ideal och bästa scenariot. Scenario %Cr %Ni %C Creff

Sämsta 18,0 8,5 0,028 13,7 Bästa 18,8 8,0 0,014 16,0

(46)

x-diagram 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Grupp M e d e lv ä rd e

Figur 15 x-diagram för alla 50 medelvärdena på den effektiva kromhalten med

toleransgränser.

Duglighetsanalys

När toleransgränserna tagits fram beräknades duglighetsindexet Cp och det

korrigerade duglighetsindexet Cpk. Processens standardavvikelse beräknades på

de 50 medelvärdena med Excel och σ = 0,11. I exemplet är Cp = 3,63 och Cpk =

3,36. Att Cp > Cpk medför att processen inte är perfekt centrerad. Skillnaden är

dock inte så stor.

CUSUM_-diagram

Utifrån de 20 första medelvärdena beräknades medelvärdet x. I detta exempel

blev x = 14,7. Därefter konstruerades CUSUM-diagrammet för alla 50

medelvärdena (se Figur 16).

CUSUM-diagram -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 C

(47)

6 Diskussion

Syftet med arbetet har varit att ta fram underlag som kan inleda diskussioner om hur provningsmetodiken kan ändras. Fyra frågeställningar togs fram i början av arbetet.

• Kommer litteraturstudien visa att interkristallin korrosion inte längre är något stort problem? Beror detta pga. att de rostfria

stålen, som produceras av Avesta Jernverk, har så pass låg kolhalt?

• Finns det bra förslag på alternativa testmetoder i den genomförda litteraturstudien?

• Kommer experiment visa att de rostfria stålen klarar av betydligt tuffare behandlingar än vad det befintliga Strauss test utsätter dem för?

• Kommer experiment visa att de duplexa stålens mekaniska egenskaper påverkas snabbare än de egenskaper som främjar interkristallin korrosion?

Utöver arbetet utifrån frågeställningarna har andra tankar och diskussioner uppkommit. Ett förslag till hur man kan använda kända kvalitetsverktyg för att förbättra provningsmetodiken har tagits fram.

Ett problem är hur man ska motivera för kunden att testet inte behöver genomföras. Det kan vara svårt att bara säga att testet alltid godkänns så vi slutar genomföra det. Något bra sätt att motivera förändringen för kunden har inte framkommit under arbetet. Det jag tror är att man behöver få till en så kallad vinn-vinn-situation för att en förändring ska bli möjlig.

En invändning mot Strauss test är att det bara ger en kvalitativ bedömning av stålets känslighet mot interkristallin korrosion. Att det är en kvalitativ bedömning gör att det är svårt att se variationer mellan prover. Att använda en metod som ger ett kvantitativt värde på känsligheten skulle ge möjligheten till en kontroll på variationen och därmed skulle förbättringsarbeten kunna utvärderas lättare.

Jag tror även att det skulle gå att spara in mycket pengar på att genomföra en förändring. Vare sig man tar bort testet helt eller börjar göra stickprov så borde antalet tester kunna minskas från de 16 177 st. som genomfördes 2007. Om man