Sterk Staaltje Kennis Het verschil tussen 316L en 316 Ti

Al 80 jaar zijn wij groothandel maar ook kennispartner in de metaalindustrie. Metallurgen Wonnie van Beek en Arno van Wijnen ondersteunen MCB collega’s, -klanten en onderwijsinstellingen met metaalkundige kennis en advies. Middels de blogseries ‘Sterk Staaltje Kennis’ maken wij hun kennis toegankelijk voor het grotere publiek.

Het vraagstuk - Wat is het verschil tussen 316L en 316Ti?

Arno: ‘Onlangs werd mij gevraagd wat nu exact het verschil is tussen AISI 316L en AISI 361Ti, waarbij de vraagsteller veronderstelde dat 316Ti een zeewaterkwaliteit zou zijn, echter dit is niet correct. Ik zal hieronder proberen uit te leggen waarom 316Ti is ontwikkeld en wat het verschil is met 316L.’ Ik beperk me hierbij tot het onderwerp corrosie.’

316L, 1.4404 versus 316Ti, 1.4571 

‘Voordat we beginnen; een AISI 316 of 316L of 316Ti is geen zeewaterkwaliteit of zeewaardige kwaliteit. Zeewater is zoutwater en zout is natriumchloride. Bij voldoende chloriden hebben ze het vermogen om de beschermende chroom-oxidehuid van rvs af  te breken. Door extra chroom en nikkel en molybdeen toe te voegen aan de legering is de AISI 316 (en L en Ti) beter bestand tegen chloriden dan de minder gelegeerde AISI 304. Zeewater heeft echter een aanzienlijke hoeveelheid chloriden. Te veel voor de AISI 316(L/Ti). Het oppervlak zal bij dergelijke hoeveelheden dusdanig vaak, grondig en correct gereinigd moeten worden dat het goedkoper is om een beter geschikte kwaliteit zoals een 1.4462 duplex rvs te gebruiken. Ook die moet regelmatig gereinigd worden, maar minder frequent dan een AISI 316(L/Ti).’

‘De AISI 316L en de AISI 316Ti zijn hoofdzakelijk ontwikkeld vanwege de wens voor behoud van corrosiebestendigheid na het lassen. Bij het lassen van een reguliere AISI 316 was gebleken dat de corrosiebestendigheid in de zone vlak naast een las (warmte beïnvloede zone) sterk daalde. Dit was natuurlijk ongewenst omdat die corrosiebestendigheid nu eenmaal dé reden was om te kiezen voor rvs.’

AISI 316Ti

Arno: ‘Een AISI 316Ti is feitelijk een AISI 316 met enig titaan toegevoegd. AISI 316Ti is ontwikkeld toen de smelt-technieken nog niet zo geavanceerd waren als met de tegenwoordig gebruikte AOD (Argon Oxygen Decarbusation) smeltovens. Titaan werd toegevoegd om de koolstof te binden tot titaancarbide, de hoeveelheid koolstof blijft gelijk zoals we in een spectraal analyse kunnen zien. Maar met de komst van de AOD ovens was het mogelijk om de hoeveelheid koolstof te reduceren tot het gewenste niveau, waardoor de toevoeging van het kostbare element titaan niet meer nodig was.’

‘De reden waarom men een laag koolstofgehalte wil hebben is het voorkomen van interkristallijne corrosie, in het Engels “Intercrystalline Corrosion” of “intergranular attack” genoemd. Deze corrosievorm tast de kristalgrenzen aan, waardoor op den duur de korrels los van elkaar komen te liggen met uiteindelijk breuk of lekkage tot gevolg.’

‘Deze vorm van corrosie ontstaat als austenitisch RVS verhit wordt tot een temperatuur van zo’n 425-815 ˚C zoals bijvoorbeeld bij het lassen. Het chroom (Cr) reageert dan met het koolstof (C) en vormt chroom-carbiden aan de korrelgrenzen. Hiervoor is veel chroom nodig en maar een klein beetje koolstof. Er ontstaan aan de korrelgrenzen chroom-arme zones, waardoor de corrosiebescherming op deze plekken sterk verminderd is.’

‘Het titaan in het 316Ti RVS heeft een grotere affiniteit met koolstof dan chroom dat heeft. Hierdoor zal het koolstof zich binden met het titaan, en niet met het chroom. Er worden dus titaan-carbiden gevormd en geen of nauwelijks chroom-carbiden. Het aanwezige chroom blijft dus beschikbaar voor het vormen en onderhouden van de beschermende chroom-oxidehuid.’

‘Men bereikt dit effect door ervoor te zorgen dat het titanium gehalte vijf keer het koolstofgehalte is.’

‘Naast het verminderen van de gevoeligheid voor interkristallijne corrosie heeft de AISI 316Ti ook een voordeel op de toelaatbare service-temperatuur van het rvs. Voor de hittevastheid van de beschermende chroom-oxidehuid speelt koolstof een positieve rol. Een AISI 316Ti heeft door het hogere koolstofpercentage t.o.v. een AISI 316L een betere weerstand tegen hoge temperatuur-oxidatie oftewel tegen “scaling”. Daarom heeft de AISI 316Ti een hogere maximaal toelaatbare servicetemperatuur in schone lucht dan een AISI 316L.’

‘Zoals Johan Cruijff ooit zei; “ieder nadeel heb zijn voordeel”. Andersom geldt dit natuurlijk ook.
Titaan heeft voordelen, maar natuurlijk ook nadelen. Een bekend nadeel is dat een AISI 316Ti gevoelig is voor “knife line attack”. Het is een vorm van interkristallijne corrosie waarbij een smalle zone in de warmte beïnvloede zone gevoelig voor corrosie is geworden. In de warmte beïnvloede zone van een las kan de temperatuur dusdanig hoog zijn (zegge rond 1150°C) dat de titaan-carbiden oplossen. Als in deze zone, door bijvoorbeeld een meerlaagse las, de temperatuur van zo’n 425 – 815 °C ontstaat, dan kunnen er toch chroom-carbiden ontstaan. Het titaan heeft dan te weinig tijd om titaan-carbiden te vormen. En ontstaat er dus gevoeligheid voor interkristallijne corrosie in deze zeer smalle zone.’

316L

‘Wanneer AISI 316 gelast moet worden, komt de L-kwaliteit vaak naar voren. Het is een AISI 316 met een verlaagd koolstofpercentage. Het is een andere manier om de corrosiebestendigheid intact te houden na het lassen. Waar een AISI 316Ti, chroom-carbiden voorkomt door de vorming van titaan-carbiden, zorgt het verlagen van het koolstofpercentage voor het verminderen van de hoeveelheid chroom-carbiden. En doordat het chroom met rust worden gelaten door het minder aanwezige koolstof, blijft de corrosiebestendigheid langs de korrelgrens beter intact. Een andere manier, maar met hetzelfde doel.’

‘Andere verschillen tussen een AISI 316L en een AISI 316Ti zijn de verwerkingseigenschappen, zoals dieptrekken en polijsten (bij voorkeur AISI 316L). Maar dat is wellicht stof voor een andere blog.’

‘In Duitsland wordt, vanuit het verleden, de AISI 316Ti veel gebruikt. De AISI 316L is een minder bekende, al groeit de bekendheid en gebruik ervan in rap tempo. In de USA is de AISI 316Ti nauwelijks bekend. Daar wordt, vanuit het verleden, de AISI 316L gebruikt, maar ook de AISI 316Nb (Niobium). Niobium heeft namelijk hetzelfde effect op koolstof als titaan. Maar de AISI 316Nb is in Europa wat minder bekend.’

Chemische samenstellingen

Slot

‘Er zijn meerde manieren om de corrosiebestendigheid van AISI 316 na het lassen te waarborgen. Een manier is het verlagen van het koolstofpercentage. De ontstane AISI 316 zal daardoor minder chroom-carbiden vormen na het lassen. Hierdoor blijft het chroom vrij om bij te dragen aan de corrosiebestendigheid.’

‘Een andere mogelijkheid is om niet het koolstofpercentage te verlagen, maar door enig titanium toe te voegen aan het AISI 316. De ontstane AISI 316Ti zal daardoor titaan-carbiden vormen. Het chroom blijft daardoor vrij om bij te dragen aan de corrosiebestendigheid.’

‘Beide manieren hebben voor en nadelen, maar beiden hebben hetzelfde doel. Namelijk de corrosiebestendigheid redelijk intact laten na het lasproces.’

Meer weten?

Neem gerust contact op met het Materiaal Applicatie Centrum (MAC) van MCB of volg de e-learning Module 3B RVS van onze Metaalkunde opleiding in de MCB Campus.