PMI-analyser af rustfrit stål

Hvordan virker det, hvad kan man analysere, og hvad kan man ikke?

© Damstahl a/s Danmarksvej 28; 8660 Skanderborg

8794 4000 www.damstahl.dk

CQJ – januar 2017 PMI-analyser 1

PMI-analyser af rustfrit stål

Hvordan virker det, hvad kan man analysere, og hvad kan man ikke?

Fig. 1 Damstahl har adskillige PMI-apparater fordelt på vore afdelinger i Danmark,

Tyskland, Sverige og Finland. Hovedparten af vore PMI’er er af mærket Niton, et amerikansk fremstillet topprodukt. Udover analyser af udstyr bruges PMI’erne til bl.a. kvalitetskontrol.

Hvad og hvordan?

PMI står for Positive Materials Identification og er en hurtig, elegant og ikke-destruktiv måde at fore-

tage materialeanalyser. Metoden bygger på røntgen, og selve analysen sker ved at skyde en bestemt

mængde røntgen af en specifik bølgelængde ind i materialet. Røntgenstrålingen får nogle af atomer-

nes inderste elektroner til at ”hoppe ud af deres bane”, og de bliver derfor erstattet af elektroner fra en

anden bane et trin længere ude. Dette elektronspring genererer stråling, og bølgelængden for denne

stråling er helt specifik for det enkelte grundstof. Intensiteten af den enkelte bølgelængde er proportio-

nal med mængden af grundstoffet, således at vi både får information om både typen og mængden af

de forskellige grundstoffer.

Selve apparatet er håndholdt og på størrelse med en boremaskine. Selve analysen behøver ikke at

tage mange sekunder, og resultatet er dejligt præcist. Selvom PMI ikke er certificeret (modsat optisk

emissions-spektroskopi, OES), har metoden andre fordele. Det er fx smart, at PMI er ikke-destruktiv,

hvilket vil sige, at man kan måle direkte på eksisterende apparatur uden at skulle skære et stykke ud

og sende dette til et laboratorium. Dette, samt og hastigheden og manglen på vakuum gør PMI-meto-

den særdeles velegnet til større serier af analyser af hele anlæg, mens de er i drift.

© Damstahl a/s Danmarksvej 28; 8660 Skanderborg

8794 4000 www.damstahl.dk

CQJ – januar 2017 PMI-analyser 2

Fig. 2 Analyse af en rustfri ventil på et sjællandsk bryggeri.

Hvad kan analyseres?

Ikke alle elementer i Det Periodiske System kan analyseres ved hjælp af røntgen. Dette er især et

problem ved de letteste elementer, og i praksis kan man ved PMI ”kun” analysere elementerne fra nr.

11 (Na) og opefter. Det er simpelthen en rent fysisk begrænsning, da energierne skal ”passe” med det

mulige, men heldigvis inkluderer analysen alle de vigtigste elementer hele vejen fra titan (Ti, nr. 22)

over alle jernmetallerne (fx krom (Cr, 24), mangan (Mn, 25), jern (Fe, 26) og nikkel (Ni, 28)) plus an-

dre relevante elementer som molybdæn, kobber, guld, sølv, bly etc.

Hvad kan ikke analyseres?

Den vigtigste begrænsning er element nr. 6, kulstof. Kulstof (C) er et yderst vigtigt legeringselement i

de fleste lavtlegerede stål, men også i rustfrit stål, og samtlige standarder har grænser for indholdet af

kulstof.

Desværre er kulstof et af de få elementer, der ikke kan analyseres ved hjælp af røntgen. I praksis er

det derfor ikke muligt at måle forskel på ”standard” EN 1.4301 og lavkulstof 1.4307. Tilsvarende kan

man heller ikke se forskel på visse martensitiske og ferritiske, rustfri legeringer. Ofte har disse identi-

ske indhold af jern (Fe) og krom (Cr), og den eneste legeringsforskel mellem de martensitiske og ferri-

tiske stål er derved kulstof, som desværre ikke kan måles. Alle analyser og klassificeringen af det en-

kelte emne i henhold til standarden er derfor under forudsætning af, at kulstof også passer.

Hvilke legeringstyper kan analyseres?

PMI er udviklet til de almindeligst anvendte legeringer, hvilket inkluderer især jernmetallerne, men

også messing, bronze og lignende. Til gengæld er PMI mindre egnet til ulegeret stål (sort), da forskel-

len mellem legeringerne ofte ligger i kulstof (C), bor (B) eller andre lette elementer. Dertil er indholdet

af vigtige elementer som Si, Cr, Mn etc. ganske lavt, hvilket øger usikkerheden. PMI er således ikke

den bedste metode til analyser af sort stål.

© Damstahl a/s Danmarksvej 28; 8660 Skanderborg

8794 4000 www.damstahl.dk

CQJ – januar 2017 PMI-analyser 3

Præcisionen ved PMI-analyser af rustfrit stål er god, og det er uden problemer muligt at måle forskel

på langt de fleste, almindelige rustfri legeringer. Molybdæn er den vigtigste forskel mellem ”den almin-

delige” 1.43-gruppe og den syrefast ”1.44-gruppe”, og det tager ikke mere end et par sekunder at

kende forskel på de to. PMI er således perfekt til at separere ”almindeligt rustfrit” fra ”syrefast”. Detek-

tionen af Mo er endda så god, at man fint kan skille et 1.4432 med 2,5-3,0 % Mo fra et 4404 med

”kun” 2,0-2,5 Mo.

Titan er et vigtigt element i titanstabiliseret, rustfrit EN 1.4571 (op til 0,8 % Ti), og ved at bruge to for-

skellige energiniveauer for den indgående røntgen kan PMI’en fint separere disse fra almindeligt, sy-

refast EN 1.4401 uden titan. Tilsvarende med 4541 (med Ti) kontra 4301 uden titan. Det samme gæl-

der de Ti- og Nb-stabiliserede ferritter, der ved let kan skilles fra de ikke-stabiliserede paralleller.

Et kritisk element er svovl (S). I modsætning til de ældre modeller kan de nyeste og mest moderne

PMI-apparater nemlig analysere for svovl (S, 32), endda i ganske små mængder. Dette er særligt vig-

tigt ved rustfrit stål, idet grænsen for tilladeligt svovl i plader af fx EN 1.4301 og EN 1.4401 kun er

0,015 % (op til 0,030 % S i stang). Detektionen af svovl gør i praksis, at svovllegeret automatstål (EN

1.4305) kan separeres fra almindeligt EN 1.4301. Silicium (Si) og fosfor (P) kan også analyseres, men

er som regel af mindre betydning.

Fig. 3 Damstahl testrapport med angivelse af stålets legeringselementer (venstre), den

foreslåede standard (her 1.4401) og standardens forskellige intervaller for de for-skellige elementer.

Både tekst og billeder er © Damstahl og må kun videreformidles efter skriftlig tilladelse. Alle kapitelhenvisninger

er til ”Rustfrit Stål og Korrosion” (RS&K; Claus Qvist Jessen, Damstahl; april 2011) eller ”Rustfrit Stål til Hy-

giejnisk Udstyr i Food/Pharma” (RS-FP; Claus Qvist Jessen og Erik-Ole Jensen, Damstahl; okt. 2014). Ud-

over dansk findes begge bøger også på engelsk og svensk og RS&K tillige på tysk. Alle bøger bestilles via

www.damstahl.dk.