Ga naar inhoud

Index

Samenvatting

Materialen vormen de basis van iedere industriële menginstallatie. De juiste materiaalkeuze bepaalt niet alleen de sterkte van een constructie, maar ook de levensduur, veiligheid, onderhoudsbehoefte en geschiktheid voor een specifieke toepassing.

Een roerwerk dat jarenlang probleemloos yoghurt mengt, stelt heel andere eisen aan het materiaal dan een menginstallatie die wordt gebruikt voor geconcentreerd zwavelzuur of zout water. Daarom is materiaalkennis een onmisbaar onderdeel van het ontwerpen, produceren en onderhouden van industriële mengsystemen.

In dit hoofdstuk maak je kennis met de meest gebruikte materialen, legeringen, coatings en oppervlaktebehandelingen die binnen de machinebouw en procestechniek worden toegepast. Daarnaast leer je waarom engineers voor een bepaald materiaal kiezen en welke afwegingen daarbij een rol spelen.

Theorie

Waarom is materiaalkeuze zo belangrijk?

Een materiaal moet veel meer kunnen dan alleen sterk zijn.

Afhankelijk van de toepassing moet het bestand zijn tegen:

  • corrosie;
  • slijtage;
  • hoge of lage temperaturen;
  • druk;
  • chemische aantasting;
  • vermoeiing;
  • reinigingsmiddelen;
  • voedselveiligheid;
  • mechanische belasting.

Een verkeerde materiaalkeuze kan leiden tot:

  • vroegtijdige corrosie;
  • productverontreiniging;
  • hogere onderhoudskosten;
  • ongeplande stilstand;
  • veiligheidsrisico's.

Daarom wordt de materiaalkeuze al in een vroeg stadium van een project gemaakt.

Meer dan alleen metaal

Hoewel veel onderdelen van een menginstallatie uit metaal bestaan, worden ook andere materialen toegepast.

Binnen dit hoofdstuk worden onder andere behandeld:

  • roestvast staal (RVS);
  • Duplex en Super Duplex;
  • Hastelloy-legeringen;
  • titanium;
  • koolstofstaal;
  • technische kunststoffen;
  • beschermende coatings;
  • oppervlaktebehandelingen.

Iedere materiaalsoort heeft zijn eigen eigenschappen, voordelen en beperkingen.

De rol van de omgeving

Het materiaal dat geschikt is voor een installatie in een droge fabriekshal, is niet automatisch geschikt voor een chemische fabriek of een offshore-platform.

Bij de materiaalkeuze wordt gekeken naar de volledige gebruiksomgeving.

Belangrijke factoren zijn onder andere:

  • temperatuur;
  • druk;
  • aanwezigheid van chloriden;
  • zuurgraad (pH);
  • reinigingsmiddelen;
  • luchtvochtigheid;
  • zoutbelasting;
  • mechanische belasting.

Vaak bepaalt niet één factor de materiaalkeuze, maar de combinatie van al deze omstandigheden.

Corrosie als belangrijkste uitdaging

Een van de belangrijkste redenen om zorgvuldig materialen te kiezen, is corrosie.

Corrosie is het aantasten van een materiaal door een chemische of elektrochemische reactie met de omgeving.

Verschillende vormen van corrosie zijn:

  • algemene corrosie;
  • putcorrosie;
  • spleetcorrosie;
  • galvanische corrosie;
  • spanningscorrosie;
  • interkristallijne corrosie.

Niet iedere materiaalsoort is even gevoelig voor deze vormen van aantasting.

Daarom wordt in dit hoofdstuk regelmatig uitgelegd waarom een bepaald materiaal beter bestand is tegen specifieke omstandigheden.

Oppervlaktebehandeling

Niet alleen het materiaal zelf is belangrijk.

Ook de kwaliteit van het oppervlak speelt een grote rol.

Binnen de procesindustrie worden verschillende technieken toegepast om oppervlakken te verbeteren.

Voorbeelden zijn:

  • beitsen;
  • passiveren;
  • mechanisch polijsten;
  • elektropolijsten;
  • coaten.

Deze behandelingen kunnen:

  • de corrosiebestendigheid verbeteren;
  • reiniging vergemakkelijken;
  • de levensduur verlengen;
  • productaanhechting verminderen.

Vooral in de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie zijn deze bewerkingen vaak net zo belangrijk als de materiaalkeuze zelf.

Welke onderwerpen komen aan bod?

In dit hoofdstuk worden onder andere de volgende onderwerpen behandeld:

Roestvast staal

  • RVS 304
  • RVS 316L
  • Verschillen tussen 304 en 316L
  • Passieve oxidelaag
  • Corrosiebestendigheid

Hoogwaardige legeringen

  • Duplex
  • Super Duplex
  • Hastelloy C-4
  • Hastelloy C-2000
  • Titanium

Oppervlaktebehandelingen

  • Beitsen
  • Passiveren
  • Mechanisch polijsten
  • Elektropolijsten

Coatings

  • Industriële coatings
  • Halar (ECTFE)
  • PTFE
  • Rubberbekleding
  • Corrosieklassen (C3, C4, C5)

Materiaaleigenschappen

Later in dit hoofdstuk komen ook onderwerpen aan bod zoals:

  • treksterkte;
  • hardheid;
  • taaiheid;
  • lasbaarheid;
  • verspaanbaarheid;
  • thermische uitzetting;
  • warmtegeleiding.

Deze eigenschappen verklaren waarom materialen zich tijdens productie en gebruik verschillend gedragen.

Van materiaal naar ontwerp

Een engineer kiest een materiaal nooit op basis van één eigenschap.

Bij iedere keuze worden verschillende aspecten afgewogen, zoals:

  • technische prestaties;
  • levensduur;
  • onderhoud;
  • beschikbaarheid;
  • lasbaarheid;
  • bewerkbaarheid;
  • kosten.

Soms is een duurder materiaal uiteindelijk goedkoper, omdat het tientallen jaren meegaat zonder grote onderhoudswerkzaamheden.

Het ontwerpen van een goede menginstallatie is daarom altijd een balans tussen techniek en economie.

Praktijk bij Jongia

Bij Jongia wordt de materiaalkeuze afgestemd op de toepassing van de klant. Voor veel installaties in de voedingsmiddelenindustrie is RVS 316L de standaard, omdat dit materiaal goed bestand is tegen corrosie en eenvoudig te reinigen is.

Wanneer de procesomstandigheden zwaarder worden, bijvoorbeeld door agressieve chemicaliën, hoge chlorideconcentraties of maritieme omstandigheden, kunnen materialen zoals Duplex, Super Duplex, Hastelloy of titanium worden toegepast.

Niet alleen het basismateriaal is belangrijk. Ook de oppervlakteafwerking, de kwaliteit van de lassen en eventuele coatings bepalen uiteindelijk hoe lang een installatie betrouwbaar blijft functioneren.

Daarom werken engineering, inkoop, productie en kwaliteitscontrole nauw samen om voor iedere toepassing de juiste materiaalkeuze te maken.

Veelgemaakte fouten

  • Denken dat duurder materiaal altijd beter is. De beste materiaalkeuze is afhankelijk van de toepassing, niet van de prijs.
  • Alleen naar corrosiebestendigheid kijken. Ook sterkte, lasbaarheid, bewerkbaarheid en onderhoud spelen een belangrijke rol.
  • RVS als volledig roestvrij beschouwen. Ook roestvast staal kan corroderen wanneer het verkeerd wordt toegepast of onvoldoende wordt behandeld.
  • Oppervlaktebehandeling onderschatten. Een goed gekozen materiaal kan alsnog problemen geven wanneer lassen, beitsen of polijsten niet correct worden uitgevoerd.
  • Vergeten dat materiaalkeuze een totaalafweging is. Engineers zoeken altijd naar de beste balans tussen prestaties, levensduur, onderhoud en kosten.