Mechanisch ontschilferen van walshuid begrijpen

Walshuid is de donkerblauwgrijze oxidelaag die tijdens het warmwalsen op staal ontstaat. Ze bestaat uit wustiet (FeO), magnetiet (Fe₃O₄) en hematiet (Fe₂O₃). Ze is kathodisch ten opzichte van staal, dus onderbrekingen erin concentreren de corrosie op het blootliggende staal eronder, en coatings die erover worden aangebracht hechten aan de walshuid in plaats van aan het staal. Elke oppervlaktevoorbereidingsgraad tot blank metaal vereist dat ze wordt verwijderd.

Dit artikel legt uit hoe mechanisch ontschilferen werkt, waarom sommige gereedschappen walshuid verwijderen en andere dat alleen lijken te doen, en hoe je een mechanische methode kiest en controleert. Voor de praktische werkwijze bij reparaties, zie Walshuid verwijderen van kleine staaloppervlakken.

Mechanisch ontschilferen in de staalfabriek en in het veld

De term wordt op twee plekken gebruikt. Bij staalproductie wordt walshuid tussen processen verwijderd zodat ze niet in het oppervlak wordt gewalst: ontschilferen met hogedrukwater tijdens het warmwalsen, en mechanische methoden zoals omgekeerd buigen van walsdraad vóór het trekken, waarbij de broze walshuid van de taaie draad barst. Band en plaat worden vaak gestraald of gebeitst voordat ze verder worden verwerkt.

Coatingwerk heeft te maken met de walshuid die nog op het staal zit wanneer het bij de fabrikant of op de bouwplaats aankomt. Daar bepaalt de keuze van de mechanische methode of de coating blijft zitten.

Drie mechanismen, drie verschillende resultaten

1. Abrasie: door walshuid en staal heen snijden

Slijpschijven, lamellenschijven en vezelschijven gebruiken gebonden of gecoate schuurkorrels om materiaal weg te snijden. Ze verwijderen walshuid door het staaloppervlak eronder te verwijderen. Het resultaat is blank metaal met een ondiep, gericht krassenpatroon. In proeven van ASC Shipbuilding gaven een #36-grit-slijper en een #40-lamellenschijf elk 30–40 µm profiel. Abrasie is op grote oppervlakken moeilijk te beheersen: ze verwijdert gezond staal, laat dalen achter en kan het zojuist blootgelegde oppervlak dichtsmeren.

2. Impact: de walshuid breken

Impactgereedschappen raken het oppervlak herhaaldelijk. SSPC-SP 11 groepeert ze als impactmedia en noemt "rotary flap, cutter bundle, needle gun, wire bristle impact, and hammer flail assemblies." Walshuid is harder en brosser dan het staal eronder, dus een scherpe impact laat de walshuid barsten en wegspringen terwijl het staal vervormt tot een kleine krater. Die overlappende kraters vormen het ankerprofiel.

Bristle blasting is het duidelijkste voorbeeld. Een roterende band met geharde draadborstels wordt door een acceleratorstaaf tegengehouden en daarna losgelaten, zodat de punten het oppervlak raken in plaats van eroverheen te slepen. Onderzoek van prof. Robert Stango aan Marquette University, gepubliceerd via NACE, beschrijft het resultaat als vergelijkbaar met gritstralen, zowel in reinheid als in ruwheid. Zie de basisprincipes van bristle blasting.

3. Wrijving: wat los zit verwijderen, wat vast zit polijsten

Elektrische draadborstels laten hun borstels over het oppervlak lopen. Ze zijn snel op losse roest en afbladderende verf en verwijderen losse walshuid. Vaste walshuid blijft zitten en wordt vaak tot een glans gepolijst. SSPC-SP 11 waarschuwt dat "power wire brushes or sanding discs when used alone may not produce the required surface profile and may remove or degrade an existing profile to an unacceptable level." Daarom is draadborstelen de gebruikelijke route naar SSPC-SP 3 / St 3, en daarom stelt SP 3 dat het "not intended that adherent mill scale, rust, and paint be removed by this process".

Hoe de mechanismen zich verhouden bij walshuid

Het profielbereik van bristle blasting combineert de gepubliceerde bronnen: 50–80 µm gemeten door Dankiw en Fosdike, 50–85 µm in de bristle blast cleaning-code van Jotun en 65–85 µm Rz (2,6–3,3 mil) op standaard API 5L-staal in de gedocumenteerde tests van MontiPower. De resultaten verschillen per klus afhankelijk van staalsoort, roestgraad, band en techniek.

De normen die "ontschilferd" definiëren

Of mechanisch ontschilferen is geslaagd, wordt bepaald door de graad in de specificatie:

• SSPC-SP 2 / SP 3 (St 2 / St 3): losse walshuid verwijderd; hechtende walshuid mag achterblijven. De SSPC-test met een bot plamuurmes bepaalt wat als hechtend telt.
• SSPC-SP 15: walshuid verwijderd, verkleuring toegestaan op maximaal 33% van elke eenheidsoppervlakte, minimaal profiel van 25 µm (1 mil).
• SSPC-SP 11: vrij van alle zichtbare walshuid, roest en coating behalve onderin putjes, minimaal profiel van 25 µm (1 mil).
• Straalgraden (SP 10 / Sa 2½, SP 5 / Sa 3): geschreven voor abrasief stralen. Een mechanisch resultaat wordt omschreven als vergelijkbaar met deze graden en door de inspecteur tegen de specificatie geaccepteerd. De code van Jotun voor bristle blast cleaning koppelt zijn graden muA tot muD aan Sa 3 tot Sa 1.

Voor het volledige beeld van de normen, zie mechanische voorbereidingsnormen en SSPC-SP 11 uitgelegd.

Neveneffecten om te kennen

• Restspanning. Impactmethoden bewerken het oppervlak koud. Het NACE-onderzoek van Stango naar bristle blasting (Compressive Residual Stress Generated by Bristle Blasting Process with Implication upon SCC, 2014) meldde drukrestspanning in de laag dicht onder het oppervlak, een toestand die wordt geassocieerd met het uitstellen van spanningscorrosiescheuren. Zie restspanning en bristle blasting.
• Ingebedde verontreiniging. Borstels van koolstofstaal of straalmiddelen die op roestvast staal worden gebruikt, kunnen ijzerverontreiniging achterlaten. Gebruik roestvast stalen banden met een roestvast stalen acceleratorstaaf en houd gereedschap gereserveerd voor werk aan roestvast staal. Zie voorbereiding van roestvast staal.
• Putjes en roestlagen. Geen elektrisch gereedschap bereikt de bodem van diepe putjes zo goed als straalmiddel; SP 11 en SP 15 staan daar allebei residu toe. Zware, gelaagde roest over walshuid is sneller te verwijderen met een schijf voor zware verwijdering zoals Tercoo® vóór het profileren.
• Hitte. Impactmethoden zijn koudbewerkingsprocessen en vermijden de vervorming van ontschilferen met vlam, maar langer op één plek blijven met een roterend gereedschap veroorzaakt plaatselijke hitte.

Mechanisch ontschilferen controleren

1. Visueel: geen blauwgrijze walshuid meer buiten de putbodems; vergelijk met ISO 8501-1-referentiefoto's waar de specificatie die gebruikt.
2. Profiel: replicatape of dieptemicrometer volgens ASTM D4417. Een waarde onder het specificatieminimum op staal met walshuid betekent meestal dat de walshuid is gepolijst, niet verwijderd. Zie de veldgids voor het meten van ankerprofielen.
3. Hechting, waar vereist: afrektest op een proefvlak. Alle proeven van Dankiw en Fosdike overschreden het minimum van 5 MPa, waarbij bristle blasting minder spreiding liet zien (ongeveer 2–3 MPa) dan slijpschijven (ongeveer 5 MPa).

Verwante lectuur: Gids voor milieuvriendelijke walshuidverwijdering en walshuid verwijderen met de Bristle Blaster®.

Veelgestelde vragen

Wat is mechanisch ontschilferen?

Het verwijderen van walshuid of andere oxidehuid met fysieke middelen (abrasie, impact of borstelen) in plaats van met zuurbeitsen of hitte.

Welke mechanische methode verwijdert walshuid het best?

Impactmethoden. Omdat walshuid broos is en het staal eronder taai, breekt impact de walshuid en laat een kraterprofiel in het staal achter. Bristle blasting, roterende impactlamellen en naaldenpistolen worden in SSPC-SP 11 genoemd als impactmedia.

Is mechanisch ontschilferen beter dan beitsen?

Voor coatingwerk in het veld meestal wel. Beitsen vraagt een gecontroleerd zuurbad, levert afvalzuur op, laat geen ankerprofiel achter en brengt een risico op waterstofbrosheid met zich mee bij hogesterktestaal. Beitsen blijft gangbaar in staalfabrieken en werkplaatsen.

Telt draadborstelen als mechanisch ontschilferen?

Voor losse walshuid wel. Vaste walshuid blijft over het algemeen zitten, en daarom voldoet draadborstelen doorgaans aan SSPC-SP 3 / St 3 en niet aan een graad met blank metaal.