Is het roestvrij staal gefaald? Een gids voor forensisch ingenieurs bij het identificeren van materiaal- versus toepassingsgerelateerde fouten

Is het roestvrij staal gefaald? Een gids voor forensisch ingenieurs bij het identificeren van materiaal- versus toepassingsgerelateerde fouten

Wanneer roestvrijstalen componenten defect raken—of het nu gaat om barsten, pitten of catastrophale breuk—dan is de directe vraag: Lag het aan het materiaal of aan de toepassing? Als forensisch ingenieur is het onderscheiden van deze oorzaken cruciaal voor het toewijzen van aansprakelijkheid, het voorkomen van terugkerende problemen en het specificeren van toekomstige materialen. Hieronder volgt een gestandaardiseerde methodologie om de oorzaak van het defect vast te stellen.

? 1. Eerste evaluatie van het defect: Documenteer de plaats van het incident

Bewaar bewijsmateriaal

• Maak foto's van de plaats van het defect onder verschillende hoeken, inclusief algemene en close-up shots van de breukvlakken.

• Noteer de omgevingsomstandigheden: temperatuur, pH, chlorideconcentratie en blootstelling aan chemicaliën.

• Noteer de operationele belastingen: statische belasting, cyclische belasting of thermische cycli.

Monsters verzamelen

• Verwijder de defecte componenten zorgvuldig om de breukvlakken niet te beschadigen.

• Verzamel aangrenzend onbeïnvloed materiaal voor vergelijking.

⚠️ 2. Veelvoorkomende breukmodi in roestvrijstaal

A. Materiaalgerelateerde breuken

Deze ontstaan uit inherente defecten in de staalsoort zelf.

1. Onjuiste keuze van kwaliteit

   • Voorbeeld : Het gebruik van 304 in milieu's met een hoog chloorgehalte waar 316 vereist is.

   • Bewijs : Uniforme putcorrosie of spleetcorrosie in agressieve media.

2. Metaalkundige defecten

   • INSLUITINGEN : Zwavel- of oxide-insluitingen fungeren als spanningsconcentratoren.

     • Bewijs : Scanning Electron Microscopy (SEM) toont MnS-stringers aan initiatiestanden van scheuren.

   • Sigmafase-embrittlement : Precipitatie in duplexkwaliteiten (bijv. 2205) als gevolg van onjuiste warmtebehandeling.

     • Bewijs : Verlies van slagvastheid (Charpy-test), interkristallijne breuk.

3. Vervals of verkeerd gelabeld materiaal

   • Voorbeeld : 304 verkocht als 316.

   • Bewijs : Röntgenfluorescentie-analyse toont lage Mo-inhoud (<2,1% voor 316).

B. Mislukkingen op basis van toepassing

Deze worden veroorzaakt door externe factoren die niet verband houden met de materiaalkwaliteit.

1. Spanningscorrosiescheuring (SCC)

   • Veroorzaken : Gecombineerde trekspanning + chloorverbindingen + temperatuur.

   • Bewijs : Vertakte scheuren onder de microscoop (typerend voor chloride SCC).

2. Galvanische corrosie

   • Veroorzaken : Het combineren van roestvrij staal met een meer anodisch metaal (bijvoorbeeld koolstofstaal) in elektrolyten.

   • Bewijs : Geconcentreerde corrosie op contactpunten.

3. Onjuiste Vervaardiging

   • Lasfouten :

     • Gebrek aan purging (suikeren aan de achterzijde).

     • Hitteverkleuring (oxidehuid) niet verwijderd, waardoor chroomarme zones ontstaan.

   • Koud Werken : Geeft aanleiding tot residuele spanningen, wat SCC bevordert.

4. Onvoldoende Onderhoud

   • Voorbeeld : IJzercontaminatie door gereedschap van koolstofstaal dat niet is gereinigd, leidend tot pitting.

? 3. Forensische Onderzoekstechnieken

Visueel en Microscopisch Onderzoek

• Stereo Microscopie : Bepaal het breuktype (drukbaar versus bros).

• SEM/EDS : Analyseer breukoppervlakken op elementaire samenstelling (bijvoorbeeld aanwezigheid van chloride).

Materiaalverificatie

• XRF-pistool : Controleer legeringsgraad in seconden.

• Optische emissiespectroscopie (OES) : Precieze kwantificering van legeringen.

Mechanische en corrosietesten

• Hardheidstesten : Hoge hardheid kan wijzen op onjuiste warmtebehandeling.

• Charpy V-Notch : Beoordeel de slagtaaiheid (lage waarden duiden op verbrokkeling).

• ASTM G48-Test : Beoordeel de putvormingsweerstand (indien het defect verband houdt met corrosie).

Simulatietests

• Reproduceer de gebruiksomstandigheden (bijvoorbeeld chloorblootstelling bij de werktijdtemperatuur) op monsters uit dezelfde batch.

? 4. Beslissingsboom: Materiaal versus Toepassing

Gebruik dit stroomschema om de mogelijke oorzaken in te perken:

1. Stap 1: Controleer het materiaalkwaliteit

   • Indien XRF een onjuiste samenstelling aantoont → Materiaaldefect .

   • Indien samenstelling correct → Ga naar stap 2.

2. Stap 2: Onderzoek het breukoppervlak

   • Indien ductiele putjesvorming → Overbelasting (toepassing).

   • Indien interkristallijne breuk → Controleer op sensitisatie (materiaal) of spanningcorrosiescheuring (toepassing).

   • Indien pitting → Controleer op chloorverbindingen (toepassing) of insluitingen (materiaal).

3. Stap 3: Controleer de fabricagegeschiedenis

   • Indien lassen geen spoelgas hebben of verkleuring door warmte tonen → Toepassingsfout .

   • Indien materiaal ontvangen in defecte toestand (bijv. gescheurde staaf) → Materiaaldefect .

?️ 5. Casus: Gebroken roestvrij stalen pompas

• Achtergrond : 316L-as in een maritieme toepassing brak na 6 maanden.

• Onderzoek :

  • XRF bevestigde correcte chemie (Mo = 2,5%).

  • SEM onthulde vermoeiingsstrips die uit een kuil vertrokken.

  • EDS detecteerde hoge chlorideconcentraties in de kuil.

• Oorzakelijk verband : Toepassingsfout . Chloriden uit zeewater concentreerden zich onder afzettingen, wat leidde tot kuilcorrosie die vermoeingsbreuken initieerde.

• Vastmaken : Ontwerp opnieuw om stilstaande gebieden te vermijden; upgrade naar 2205 duplex voor betere kuilcorrosiebestendigheid.

✅ 6. Preventiestrategieën

Voor materiaalbreuken

• Bezink uit bedrijven met ISO 9001-certificering.

• Vraag Mill Test Reports (MTR's) voor elke batch aan.

• Voer een incoming inspectie uit (XRF, hardheidsproeven).

Voor toepassingsmislukkingen

• Voer risicoanalyses voor corrosie uit vóór materiaalkeuze.

• Volg ASTM A380/A967 voor passivatie en fabricage.

• Train lassen in staal-specifieke procedures (bijvoorbeeld gebruik van spoelgas).

? Conclusie: een systematische aanpak wint

Mislukkingen zijn zelden zwart-wit. Vaak wisselwerken materiaaldefecten en toepassingsfouten. Door rigoureuze forensische analyse te combineren met branche-standaarden, kunt u de oorzaak vaststellen en effectieve correcties implementeren.

Pro Tip : Houd een database met storingen bij – het documenteren van onderzoeken versnelt toekomstige diagnoses en helpt bij het onderhandelen over aansprakelijkheidsclaims.