ONDERZOEK NAAR DE AARD EN OORZAAK VAN HET BREKEN VAN EEN M5 BOUT.

Transcriptie

1 ONDERZOEK NAAR DE AARD EN OORZAAK VAN HET BREKEN VAN EEN M5 BOUT. Opdrachtgever : Optisport Dordrecht B.V., Dordrecht Referentie opdrachtgever : Sportboulevard Dordrecht Kenmerk KG-M/83/MV/NR/9 Project nr VO Rapportnummer : SL 485/13 Datum rapport : 08 februari 2013 Onderzoeker /auteur : J. Vlasblom Distributie : Optisport Dordrecht B.V. - Dhr. M. Vierboom (2x) Element Materials Technology Rotterdam b.v., archief (1x)

2 Pagina 2 van 12 Inleiding. Element Materials Technology Rotterdam b.v. is door Optisport Dordrecht B.V. gevraagd om onderzoek te verrichten naar aanleiding van een gebroken M5 bout. De volgende informatie is door Optisport Dordrecht B.V verstrekt: De M5 bout diende ter bevestiging van een lamp die in het zwembad van Sportboulevard Dordrecht in Dordrecht hing. Door het breken van de M5 bout is de lamp naar beneden gevallen. Het materiaal van de bout is een niet nader gespecificeerd type roestvast staal. Voor onderzoek is het afgebroken einde van de M5 bout aangeboden. Zie figuur 1. Element Materials Technology Rotterdam b.v. is gevraagd om de aard en de oorzaak van het breken van de M5 bout vast te stellen. Onder andere is gevraagd om vast te stellen of er naast de breuk meerdere scheuren in het boutmateriaal aanwezig waren, maar ook of er sprake is geweest van bijvoorbeeld een montagefout. Uitgevoerd onderzoek. Het materiaal van de M5 bout is geidentificeerd middels röntgen fluorescentie analyse. De boutsectie en het breukvlak zijn visueel- en stereomicroscopisch onderzocht. De aangetroffen producten op de M5 bout zijn chemisch geanalyseerd met behulp van een energie dispersieve röntgen micro-analyse (EDX) probe van een raster elektronen microscoop (REM). Van het breukvlak van de M5 is een dwarsdoorsnede gemaakt die is geprepareerd voor macroscopisch- en lichtmicroscopisch onderzoek.

3 Pagina 3 van 12 Resultaten. Materiaalidentificatie middels Röntgen fluorescentie analyse. Middels röntgen fluorescentie onderzoek is het M5 boutmateriaal geïdentificeerd als zijnde roestvast staal van het type AISI 304(L) 1. Visueel- en stereomicroscopisch onderzoek. De boutsectie had de volgende afmetingen: Ø 4,9mm x 23,4mm lengte. De breuk bevond zich in het dal van de schroefdraad en stond loodrecht op de langsrichting van de bout. Het breukvlak zelf had een onregelmatig uiterlijk en toonde neerslag van bruine producten. Ook in vrijwel alle dalen van de schroefdraad bevond zich een neerslag van bruine producten. Het betrof in beide gevallen zeer waarschijnlijk roest. Zie figuur 1 en 2. Er is geen enkele vorm van deformatie, zoals bijvoorbeeld een diameterreductie ter plaatse van de breuk, van het bout materiaal aangetroffen. 1 Het koolstofgehalte, en daarmee of het roestvast staal een standaardkwaliteit of een laag koolstof kwaliteit (L) betreft, kan met Röntgenfluorescentie-analyse niet vastgesteld worden.

4 Pagina 4 van 12 Energie dispersieve semi-kwantitatieve röntgen micro-analyse (EDX). De aangetroffen producten in de dalen van de schroefdraad zijn geanalyseerd met behulp van een EDX-probe van een raster elektronen microscoop. De resultaten van de analyse staan vermeld in tabel 1. Tabel 1. Resultaten EDX *) analyse producten in een dal van de schroefdraad. Element Wt% C Zeer veel O 20 Na 0.4 Al 0.1 Si 0.3 S 0.2 Cl 3.4 K 0.2 Ca 0.2 Cr 2.8 Fe 11 Ni 0.9 Cu 0.8 Zn 0.5 Total: *) Opmerking: EDX is een semi-kwantitatieve analysemethode. De detectielimiet hangt af van het te meten element, de samenstelling van de omringende matrix en de gebruikte versnelspanning. In het algemeen kan worden gesteld dat de detectielimiet 0,3 tot 0,5 massa% bedraagt. De nauwkeurigheid van de resultaten hangt eveneens af van element en matrix, en bedraagt één tot enkele procenten. EDX analyse wordt uitgevoerd op een relatief klein oppervlak. Dit houdt in dat lokale verschillen in chemische samenstelling relatief grote invloed kunnen hebben op het analyseresultaat. Middels EDX kan het koolstof- en stikstofgehalte niet bij benadering met enigszins redelijke nauwkeurigheid worden bepaald. Koolstof- en stikstofgehaltes worden daarom ingeschat op basis van ervaring, gebaseerd op de grootte van de betreffende pieken in het EDX-spectrum, of aangeduid in termen van bijvoorbeeld "veel" of "weinig". Bij de berekening van de andere percentages (waarbij het totaal als 100% wordt genomen) is het aandeel van koolstof en stikstof hierdoor niet inbegrepen. Gezien de samenstelling van de producten betreft het inderdaad corrosieproducten, te weten oxiden, hydroxiden en mogelijk ook carbonaten van de samenstellende elementen van het roestvast stalen bout materiaal. Verder is er veel chloor (Cl), maar ook o.a. natrium (Na), zwavel (S), kalium (K) en calcium (Ca) aangetroffen. Deze elementen zijn vermoedelijk gebonden als zouten en afkomstig van het corrosieve medium dat tot corrosie heeft geleid.

5 Pagina 5 van 12 Macroscopisch- en lichtmicroscopisch onderzoek Van het breukvlak van de M5 bout is een dwarsdoorsnede, overeenkomend met een langsdoorsnede van de bout, gemaakt die is geprepareerd voor macroscopisch- en lichtmicroscopisch onderzoek. De microstructuur van het M5 bout materiaal bestond uit austeniet met tweeling korrelgrenzen, mogelijk met fijne banen van delta-ferriet in langsrichting. De microstructuur toonde de gebruikelijke deformatiebanen die verband houdende met het rollen van de schroefdraad. Het breukvlak had een grillig verloop, verliep transkristallijn, en toonde scheurvertakkingen. De breuk was geïnitieerd vanuit het dal van de schroefdraad. Behalve in het dal van de schroefdraad ter plaatse van de breuk liepen vanuit meerdere dalen van de schroefdraad grillige, transkristallijne en relatief sterk vertakte scheuren het M5 bout materiaal in. Enkele tandflanken van de schroefdraad toonden wat corrosieaantasting en wel georiënteerd langs via de aanwezige deformatie banen in de microstructuur van het M5 bout materiaal. Zie figuur 3, 4 en 5. Discussie. Uit de resultaten van het onderzoek blijkt dat de M5 bout is gebroken ten gevolge van spanningscorrosie. Behalve breuk door spanningscorrosie zijn er meerder spanningscorrosie scheuren in het boutmateriaal aangetroffen. Zowel de breuk als scheuren lopen vanuit de dalen van de schroefdraad het boutmateriaal in. De EDX analyse toont o.a. chloor (Cl), duidende op de aanwezigheid aan van chloriden (Cl - ). Er is in dit geval dan ook sprake van breuk- en scheuren als gevolg van chloride spanningscorrosie (Cl-SCC). Voor chloride spanningscorrosie in dit boutmateriaal (austenitisch roestvast staal), zijn behalve spanningen in het materiaal (residuele materiaalspanningen en bedrijfsspanningen), een corrosief vocht/medium met chloriden en een temperatuur hoger dan ca. 30 C nodig. Dergelijke condities zijn in het zwembad niet ongebruikelijk: de atmosfeer boven een zwembad heeft een relatie hoge luchtvochtigheid en bevat chloorhoudende dampen verband houdende met de behandeling van het badwater. Het vocht en de chloorhoudende dampen kunnen leiden tot de vorming van chloriden houdend condensaat, met name op koudere oppervlakken. Het is bekend dat roestvast staal onder dergelijke condities spanningscorrosie kan vertonen.

6 Pagina 6 van 12 De condities van temperatuur en medium met chloriden waren dus aanwezig. Gezien de microstructuur (deformatiebanen) had het bout materiaal mogelijk (een normaal niveau aan) inwendige spanningen, relaterende aan de bout fabricage. Maar doordat de M5 bout in dit geval werd gebuikt voor het monteren van een lamp zullen met name de trekspanningen in het materiaal (bedrijfsspanningen) tot de scheurvorming hebben bijgedragen. Na monteren blijft de M5 bout bovendien onder spanning staan, die hoger kan zijn dan verband houdende met het gewicht van de lamp zelf. In dit geval is dus aan alle voorwaarden van spanningscorrosie voldaan. Naar mate de materiaalspanningen, en/of het chloridegehalte en/of de temperatuur van het medium hoger zijn neemt wel de kans op spanningscorrosie toe. Er is zeker geen sprake geweest van een montagefout, de bout toonde geen deformatie die gerelateerd zou kunnen zijn aan de montage. Aantasting van roestvast staal door chloride spanningscorrosie is vaak lastig zichtbaar, en na substantiële scheurgroei kan er vervolgens plotselinge breuk optreden door gebrek aan resterende dragende doorsnede. Voorzichtigheid is dan ook geboden bij het toepassen van roestvast stalen constructies en bevestigingsmiddelen voor zwembaden. Een en ander staat beschreven in de praktijkrichtlijn voor inspectie en onderhoud van (ophangconstructies), bevestigingsmiddelen en voorzieningen in overdekte zwembaden, uitgegeven in 2004 door het toenmalige Nederlands Corrosie Centrum (NCC), in opdracht van het ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer (VROM).

7 Pagina 7 van 12 Conclusies. - De M5 bout is gebroken door chloride spanningscorrosie. - Naast de breuk zijn er meerdere spanningscorrosie scheuren aangetroffen. Alle specifieke kenmerken van het (de) bovengenoemde objekt(en) zijn, voor zover toegankelijk en relevant, geverifieerd door Element Materials Technology Rotterdam b.v.(element). Overige informatie is aangeleverd door de opdrachtgever. Deze informatie is voor zover mogelijk geverifieerd en verder ongewijzigd in dit rapport overgenomen. Wij verklaren dat de onderzoeksresultaten correct zijn weergegeven en dat het (de) bovengenoemd(e) onderzoeksobjekt(en) is (zijn) onderzocht conform de eisen van de opdrachtgever en/of de bovengenoemde procedure(s) en/of code(s)/specificatie(s). In voorkomende gevallen wordt door Element een destruktief onderzoek uitbesteed (op het rapport gemerkt met 'U'). Meningen, interpretaties en adviezen weergegeven in dit rapport vallen buiten het dekkingsgebied van alle mogelijke RvA accreditaties, maar zijn naar waarheid en eerlijkheid gegeven volgens het beste weten van het betrokken Element personeel. Als, bij reproduktie, slechts delen van dit rapport worden gekopieerd, draagt Element geen enkele verantwoording voor inhoud, strekking en conclusies in dat kopie. Digitale versies van dit rapport hebben geen rechtsgeldigheid. Rechtsgeldigheid hebben slechts de rapporten die op Element papier zijn uitgebracht en tevens van een geautoriseerde ondertekening zijn voorzien. Geautoriseerd voor Element Materials Technology Rotterdam b.v, 8 februari 2013 J. Vlasblom(groepsleider SMO)

8 Pagina 8 van 12 Figuur 1. Overzicht van de voor onderzoek ontvangen gebroken M5 boutsectie. De breuk bevind zich in de grond van de schroefdraad en staat vrijwel loodrecht op de lengterichting van de bout (zie pijl). In vrijwel alle dalen van de schroefdraad bevind zich een neerslag van bruine producten.

9 Pagina 9 van 12 Figuur 2. Overzicht van het breukvlak. Het breukvlak heeft een onregelmatig uiterlijk en toont neerslag van bruine producten. De breuk bevind zich in de grond van de schroefdraad

10 Pagina 10 van 12 Figuur 3. Macroscopische opname van de dwarsdoorsnede van het breukvlak, is langsdoorsnede van de bout. Het breukvlak heeft een grillig verloop en is geïnitieerd vanuit het dal van de schroefdraad. Zie witte pijl). Behalve de breuk lopen vanuit meerdere dalen van de schroefdraad grillige en vertakte scheuren het M5 bout materiaal in. Zie rode pijlen).

11 Pagina 11 van 12 breukvlak Figuur 4. Lichtmicroscopische opname van het breukvlak. Het breukvlak heeft een grillig verloop, verloopt transkristallijn, en is relatief sterk vertakt. Zie pijlen.

12 Pagina 12 van 12 Figuur 5. Micro opname van een dal van de schroefdraad. Vanuit het dal dal van de schroefdraad loopt een grillige, transkristallijne en relatief sterk vertakte scheur het M5 bout materiaal in. Zie zwarte pijl. De tandflank van de schroefdraad toont wat corrosieaantasting en wel via de aanwezige deformatie banen in de microstructuur van het M5 bout materiaal. Zie witte pijl.