MT0 6011 Korroosionestotekniikka MATERIAALINVALINTA Jari Aromaa 28 1

MT-0. 6011 Korroosionestotekniikka MATERIAALINVALINTA Jari Aromaa 28. 1. 2016

MATERIAALIN VALINTA MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 2

MATERIAALIN VALINTA MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 3

MATERIAALIN VALINTA Materiaalinvalinta tehdään tavallisesti seuraavista ryhmistä: 1. Hiiliteräkset eli rakenneteräkset 2. Ruostumattomat teräkset 3. Alumiini ja sen seokset 4. Kupari ja sen seokset 5. Nikkeli ja sen seokset 6. Lyijy, sinkki ja tina 7. Titaani, tantaali, niobi ja zirkoni 8. Jalometallit, eli kulta, platina, hopea MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 4

MATERIAALIN VALINTA • Materiaalinvalinta alkaa sillä, että arvioidaan rakenteen käyttöikä, korroosioympäristö ja sen eri tekijöiden vaihteluvälit. • Tämän perusteella valitaan materiaaleja, joiden yleisen korroosion kestävyys on riittävä. • Materiaalien korroosionkestävyyden arviointiin on olemassa erilaisia taulukoita ja käyrästöjä, ja usein käytetään ympäristön pääasiallista kemikaalia. • Seuraava vaihe materiaalien arvioinnissa on selvittää niiden korroosionkestävyyden muuttuminen, kun liuosympäristö muuttuu. MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 5

MATERIAALIN VALINTA • Liuoksen muutokset voivat johtaa myös paikalliseen korroosioon, joten tarkastellaan paikallisen korroosion muodot erikseen. • Tarkastellaan korroosion esiintyminen suhteessa rakenteeseen ja toimintaan. • Tarkastellaan materiaalin yhteensopivuus muiden rakenteen materiaalien kanssa. • Jäljelle jääneistä materiaalivaihtoehdoista lasketaan vertailuluvut ja tehdään päätös. • Dokumentoidaan päätelmät ja niiden perustelut sekä mahdolliset tiedossa olevat rajoitukset materiaaleille. MT-0. 6011, materiaalinvalinta

MATERIAALIN VALINTA Tiedot syövyttävästä ympäristöstä Pääkomponentti ja pitoisuus Na. OH, H 2 SO 4, merivesi, p-%, g/l Epäpuhtaudet ja pitoisuudet Cl-, liuenneet kaasut, ppm Lämpötila p. H Ilmastus hapeton, ilmalla kyllästetty Virtaus seisova, laminaari, turbulentti Paine Pitoisuusalueet ja -vaihtelut MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 7

MATERIAALIN VALINTA Sovelluskohde Esineen toiminta Kuorman kanto, muodonmuutos Yleisen korroosion vaikutus Kuormaa kantava ala pienenee Koon, ulkonäön muutos, korroosiotuotteet Heijastuskyky, koristepinta, puhtaan kemikaalin varasto Paikallisen korroosion vaikutus SCC, pistekorroosio puhkaisee astian Jännitystilat Suunnittelu, käyttöjännitykset Onko SCC ongelma materiaali, ympäristö, jännitys Onko rakenne sopiva materiaalin ominaisuuksille Viruminen, jännitykset, valmistusmenetelmien vaatimukset Suunniteltu käyttöikä 20 s – 1. 000 vuotta MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 8

MATERIAALIN VALINTA Aikaisemmat käyttökokemukset Onko käytetty samassa kohteessa aikaisemmin Mitä tapahtui? Onko vielä käytössä? Voidaanko tarkastaa? Onko käytetty samanlaisessa kohteessa aikaisemmin Mitä tapahtui? Onko vielä käytössä? Onko kokemuksia pidemmältä aikaväliltä Käyttäytyykö nyt samoin kuin 10 v sitten Onko kenttäkokeita Onko pilot-plant testejä Lähes käytäntöä vastaava Onko omia testituloksia Labrakoe < - - > todellisuus Onko kirjallisuutta Soveltuvuus omaan tapaukseen MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 9

MATERIAALIN VALINTA MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 10

MATERIAALIN VALINTA Materiaalien soveltuvuusalueita rikkihapossa väkevyyden ja lämpötilan funktiona. Keskimääräinen korroosionopeus on alle 0, 5 mm/vuosi. MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 11

MATERIAALIN VALINTA AISI 304 ruostumattoman teräksen soveltuvuus Na. OH-liuoksiin MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 12

MATERIAALIN VALINTA MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 13

MATERIAALIN VALINTA MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 14

MATERIAALIN VALINTA • Materiaalien keskinäinen vertailu: –Ruostumattomien terästen korroosionkestävyyden vertailuun voidaan käyttää PRE-lukua (Pitting Resistance Equivalent), esimerkiksi PRE = Cr + 3. 3 x. Mo + (16 -30)x. N. –Kuparimetalleille voi käyttää suurinta sallittua virtausnopeutta, esimerkiksi: Kupari 0. 75 m/s Alumiinimessinki 2. 5 m/s 90 -10 Cu-Ni 3. 0 m/s 70 -30 Cu-Ni 3. 5 m/s MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 15

MATERIAALIN VALINTA • • ASM Handbook, vol. 13 ASM Handbook of Corrosion Data DECHEMA Corrosion Handbook SKY Korroosiokäsikirja Outokumpu Stainless Corrosion Handbook Materiaalivalmistajien esitteet Nickel Development Institute, Copper Development Association, Euro-Inox… • Artikkelit, esitelmät • WWW MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 16

MATERIAALIN VALINTA – päätöspuu/lohkokaavio MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 17

MATERIAALIN VALINTA -relevanssipuu MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 18

MATERIAALINVALINTA • • Alkukartoitus, mitkä ovat materiaalin toiminnalliset vaatimukset, valmistustekniset vaatimukset, kustannukset, luotettavuus ja kestävyys käyttöympäristössä. Tiukkojen sääntöjen käyttö rajaamiseen, esimerkiksi metalli ei sovi sähköiseksi eristeeksi. Jos yksi tietty ominaisuus on ratkaiseva voidaan käyttää ominaisuuden arvo / hinta. Ashbyn valintakartat tms. MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 19

MATERIAALINVALINTA • • Vaihtoehtojen vertailu, vertaillaan ominaisuusprofiilin lukuarvoja (painotettuina), kyllä/ei-logiikan osumia, ominaisuusprofiilin suoriutumisindeksiä tms. Ominaisuusprofiili: – – – Ominaisuuksilla on lukuarvo ja mahdollinen painokerroin Lasketaan yhteen ominaisuuksien ja painokertoimien tulot. Voi olla hankala käyttää, jos on lukuarvoja, jotka eroavat toisistaan kertaluokkia. MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 20

MATERIAALINVALINTA • Digitaalinen logiikka, kyllä/ei-logiikka: – – – Työkalu painokertoimien määrittämiseen. Valitaan vertailuun halutut ominaisuudet. Verrataan aina kahta ominaisuutta keskenään, näistä tärkeämpi saa arvon 1 ja vähemmän tärkeä 0. Vertaillaan ensin ominaisuus 1 ominaisuuksien 2, 3, 4 ja 5 kanssa, sitten ominaisuus 2 ominaisuuksien 3, 4 ja 5 kanssa jne. Lasketaan kunkin ominaisuuden saamien ykkösten suhde ykkösten kokonaismäärään. MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 21

MATERIAALINVALINTA MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 22

MATERIAALINVALINTA • Suoriutumisindeksi on samanlainen kuin ominaisuusprofiilin laskeminen, mutta käytetään ominaisuuksien suhteutettuja arvoja. • Tekijät, joille toivotaan mahdollisimman suurta arvoa suhteutetaan vaihtoehtojen suurimpaan arvoon, esim. lujuus tai kovuus lasketaan arvo / max. arvo • Tekijät, joille toivotaan mahdollisimman pientä arvoa suhteutetaan pienimpään arvoon, esimerkiksi korroosionopeus tai tiheys lasketaan min. arvo / arvo • Kvalitatiivisille muuttujille esimerkiksi arvot 1, 2, 3, 4, 5 (tyydyttävä – hyvä – kiitettävä). MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 23

MATERIAALINVALINTA • Suoriutumisindeksi on painotettujen suhteellisten arvojen summa. • Suoriutumisindeksin arvo jaetaan hinnalla, jossa voi olla mukana: – materiaalikustannus €/kg – valmistuskustannukset – viimeistelykustannukset (maalaus) – asennuskustannukset (erikoiset hitsausjärjestelyt) MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 24

YHTEENVETO • Ongelman analysointi, mitä rakenteen tai kappaleen pitää tehdä. • Tekijät, jotka vaikuttavat toimintaan, eli tärkeät materiaaliominaisuudet. – Nyt siis korroosiojärjestelmässä vaikuttavat materiaali, ympäristö ja korroosiomuoto • Alustava materiaalivaihtoehtojen haku • Vaihtoehtojen vertailu • Päätöksen teko ja dokumentointi. MT-0. 6011, materiaalinvalinta 28. 1. 2016 25