Ruostumaton, RST, HST, Stainless Steel, INOX
.. nimillä kutsutaan näitä korroosiota nöyryyttäviä rautapohjaisia seoksia, joiden kromipitoisuus on vähintään 10,5%. Ruostumattomien teräksien hyvä korroosionkestävyys perustuu teräksen pinnalle muodostuvaan hyvin ohueen kromioksidikerrokseen, jolla on hapettavissa olosuhteissa kyky uusitua vaurioituessaan.Ruostumattomilla teräksillä on kyky vastustaa ympäröivän kostean ilman, veden sekä happo- ja emäsliuosten syövyttävää vaikutusta. Tavallisetkin austeniittiset teräkset kestävät hyvin useita hapettavia happoja ja ilmastollista korroosiota. Rikki-, suola- ja fluorivetyhappo sekä korkeat kloridipitoisuudet sen sijaan ovat haitallisia. Kun teräkseen seostetaan 2..3% molybdeeniä, saadaan ns. haponkestäviä teräksiä, esimerkiksi 1.4401 ja 1.4432. Mitä sileämpi ja kiiltävämpi pinta on, sitä parempi on myös syöpymiskestävyys.
Ruostumattomat teräkset jaetaan kiderakenteen mukaan neljään ryhmään:
- austeniittiset ; yleisimmin käytetty ruostumaton teräs, mm. elintarviketeollisuus, kemianteollisuus, kaiteet, lämmönsiirtimet
- ferriittiset ; käytetään mm pesukoneen rummuissa ja autoteollisuudessa
- austeniittis-ferriittiset ; käytetään mm säiliöiden vuoraamisessa
- martenisiittiset ; joista valmistetaan mm. puukkoja, lihakirveitä, turbiinin siipiä
Kiderakenne säädetään halutuksi teräksen koostumusta muuttamalla.
Austeniittiset sisältävät vähintään 17% kromia ja 7% nikkeliä. Yleisimmin käytetty ruostumaton teräs 1.4301 sisältää 18% kromia ja 8% nikkeliä. Nikkeliä lisätään yleensä teräksen muovattavuuden ja sitkeyden parantamiseksi, jolloin metallin kiderakenne saadaan austeniittiseksi. Austeniittiset teräkset ovat epämagneettisia, joten ko. materiaalin voikin tunnistaa helposti muiden terästen joukosta magneetin avulla. Sen sijaan ruostumattomien terästen erottaminen haponkestävistä on hankalampaa, koska molemmissa pinnat ovat kirkkaat ja saman väriset, eikä vippaskontit tässä tapauksessa auta.
Käyttölämpötilat
Austeniittisten eli ns. peruslajien käyttölämpötila-alue ulottuu -270ast -> +800ast celsiusta ja niillä on erinomainen sitkeys yhdistettynä kohtalaiseen lujuuteen. Piillä ja alumiinilla höystettyjä ferriittisiä, sekä runsas kromi (25%) ja nikkelisiä (20%) austeniittisia teräksiä kutsutaan tulenkestäviksi. Nämä teräkset säilyttävät suurissa lämpötiloissa lujuutensa, sekä kestävät hapettavien kaasujen vaikutusta. Tulenkestävyys johtuu siitä, että pintaan muodostuu kuumuudessa tiivis kromi- ja alumiinikerros, joka estää hapettumisen ja hilseilyn.Lastuttavuus ja työstettävyys
Lastuavassa työstössä ferriittisten- martensiittisten terästen ominaisuudet ovat suunnilleen samat kuin vastaavan lujuuden omaavilla seostamattomilla hiiliteräksillä.Austeniittiset teräkset ovat haastavia lastuta ja työstää, mikä johtuu seuraavista tekijöistä:
- ruostumaton austeniittinen teräs karkenee voimakkaasti kylmämuovauksessa.
- lastun murtuminen on heikompaa kuin hiiliteräksellä
- lämmönjohtavuus on huonompi, minkä vuoksi kitkalämpö ei poistu yhtä hyvin
Suuren muokkauslujittumisen takia tarvitaan lastuavassa työstössä terävät työkalut, suurehkot syötöt ja tehokas jäähdytys.
Kylmämuokkauksesta ja hitsauksesta aiheutuneet jännitykset ja lujittumiset voidaan vapauttaa hehkuttamalla, jonka jälkeisellä hallitulla jäähdyttämisellä. Tavoiteltaessa erityisen hyvää taivutettavuutta, kannattaakin putken hankinnassa harkita jälkihehkutettuja putkilaatuja.
Leikattaessa ruostumatonta terästä on hyvä huomata, että leikkaaminen vaatii kaksinkertaisen voiman. Jos levyleikkuri nimellisesti pilkkoo 10mm teräslevyjä, se kykenee tällöin 5mm ruostumattomaan levyyn.
Hitsattavuus
Lähes kaikki hitsausmenetelmiä voidaan käyttää. Jos materiaalit ovat vaihtelevia, kannattaa lisäaineeksi valita monipuolisuuden tarjoava vaihtoehto. Esim. tig-langaksi ER316LSi lisäainelanka mahdollistaa niin haponkestävien, kuin ruostumattomien terästen hitsauksen. Jos liitetään kahta eri metallia, valitaan lisäaine runsasseosteisemman materiaalin mukaan, käyttäen ns. yliseostettua lisäainetta.Ruostumattomien terästen ominaisvastus on noin 5-7 kertainen seostamattomiin teräksiin verrattuna, joten lämpöä syntyy enemmän samalla hitsausvirralla. Lämpöä kannattaa ruostumattomien terästen hitsauksessa käyttää mahdollisimman vähän, koska tämä aiheuttaa raerajakorroosiota ja hitsausjännityksiä. Käytännössä hitsausvirta ja –aika, sekä lisälämmöntuonti tulisi minimoida. Lisäksi hitsattaessa tulisi välttää laajaa levitysliikettä, täten pitäen palot kapeina ja käyttäen tarvittaessa useampia palkoja. Hehkutettaessa austeniittista terästä 500-900ast lämpötilassa liian kauan, hiilestä ja kromista muodostavat kromikarbideja, jotka erkaantuvat austeniittikiteiden rajoille. Kromin sitoutuessa karbideihin raerajalla muodostuu vyöhyke, jossa kromipitoisuus voi laskea syöpymiskestävyyden kannalta liian alhaiseksi. Jos austeniittisen teräksen hiilipitoisuus on alle 0,03%, raerajakorroosiolle alttiin vyöhykkeen muodostuminen on vähäistä. Ruostumattoman teräksen hitsauksessa muodostuu hitsialueen molemmille puolille tummentuneet vyöhykkeet. Tämän värimuutoksen aiheuttavat hitsauslämmön vaikutuksesta syntyneet oksidit ja hitsauspuikosta sulaneet päällysteaineet. Pinnan puhdistaminen tehdään peittaamalla, hiomalla tai raepuhaltamalla
Ferriittisten terästen kanssa hitsaus on yleensä suoritettava korotetussa lämpötilassa (150..200ast). Hitsauksen jälkeen kappaleet tulee jälkihehkuttaa muutaman minuutin ajan 750..850ast lämpötilassa, josta jäähtyminen vapaasti ilmassa. Martensiittiset teräksen eivät varsinaisesti ole tarkoitettu hitsattavaksi. Niiden hitsattavuus on huono voimakkaan karkenemistaipumuksen vuoksi. Hitsaus vaatii aina korotetun työlämpötilan käyttöä ja hitsauksen jälkeen lämpökäsittelyä ja hidastettua jäähdytystä.
Lämpölaajenemiskerroin on 1,5-kertainen perusteräkseen verrattuna, mikä vaikuttaa mm. silloitukseen ja hitsausjärjestykseen. Lämmönjohtavuus on noin 65% pienempi kuin seostamattomilla teräksillä, jonka ansiosta hitsausalueen jäähtyminen on hidasta. Näistä fysikaalisista ominaisuuksista johtuen ruostumattomien terästen hitsauksessa hitsausjännitykset ovat pistemäisiä ja niiden aiheuttamat muodonmuutokset pyrkivät muodostumaan huomattavasti suuremmiksi seostamattomiin teräksiin verrattuna.
Puhtaus
Ruostumattomia teräksiä ei tulisi altistaa muiden metallien hiontatarvikkeille /-pölyille. Kaikki käytettävät työkalut, tarvikkeet olisi hyvä olla rajattu vain ruostumattomien käsittelyyn ja työpöydän pintakin tulisi olla ruostumatonta teräksestä, jotta voidaan varmistaa työstettävän kappaleen puhtaus ja tuleva korroosiokestävyys. Toinen tyypillinen korroosioon johtava erhe on pinnan vaurioitumisen käsittelyn aikana, joka voi johtua esimerkiksi hitsausarvista ja –roiskeista, sekä (hionta)naarmuista.Lähteet
/1/ Hitsaus ja teräsrakenteet, WSOY 1998, ISBN 951-0-21573-2/2/ Konetekniikan materiaalioppi, Edita Oyj 2001, ISBN 951-37-2912-5
/3/ Ruostumattomat teräkset, s.129-131, www.tibnor.fi,