Ruostumaton teräson lyhenne sanoista "ruostumaton ja haponkestävä teräs". Terästä, joka kestää korroosiota heikoista syövyttävistä aineista, kuten ilma, höyry ja vesi, kutsutaan ruostumattomaksi teräkseksi. Sitä vastoin terästä, joka kestää kemiallisesti syövyttävien väliaineiden (kuten hapot, alkalit ja suolat) aiheuttamaa korroosiota, kutsutaan haponkestäväksi teräkseksi. Käytännön sovelluksissa heikkoja syövyttäviä aineita kestävää terästä kutsutaan yleisesti ruostumattomaksi teräkseksi, kun taas kemiallisia syövyttäviä aineita kestävää terästä kutsutaan haponkestäväksi teräkseksi. Kemiallisen koostumuksen eroista johtuen ensimmäinen ei ehkä kestä kemiallista korroosiota, kun taas jälkimmäisellä on yleensä ruostumattomia ominaisuuksia. Ruostumattoman teräksen korroosionkestävyys riippuu teräksen sisällä olevista seosaineista. Tyypillisesti tavallinen ruostumaton teräs jaetaan metallografisen rakenteen mukaan kolmeen tyyppiin: austeniittiseen ruostumattomaan teräkseen, ferriittiseen ruostumattomaan teräkseen ja martensiittiseen ruostumattomaan teräkseen. Näiden kolmen primaarisen metallografisen rakenteen pohjalta on kehitetty myös dupleksiteräs, saostuskarkaiseva ruostumaton teräs ja runsasseosteinen teräs, jonka rautapitoisuus on alle 50 %.
Luokittelu metallografisen rakenteen mukaan:
Austeniittista ruostumatonta terästä: Pääasiassa kasvokeskeinen kuutiorakenne (CY-vaihe) ilman magnetismia. Sitä voidaan vahvistaa pääasiassa kylmämuokkauksella, mikä voi johtaa jonkin verran magnetismiin. American Iron and Steel Institute (AISI) käyttää numeroita 200- ja 300-sarjoista, kuten 304, austeniittisten ruostumattomien terästen osoittamiseen.
Ferriittinen ruostumaton teräs: Sillä on ensisijaisesti vartalokeskeinen kuutiorakenne (vaihe), jolla on magneettisia ominaisuuksia. Sitä ei yleensä voida kovettaa lämpökäsittelyllä, mutta sitä voidaan vahvistaa hieman kylmämuokkauksella. AISI osoittaa tämän tyypin numeroilla, kuten 430 ja 446.
Martensiittista ruostumatonta terästä: Sen matriisilla on martensiittinen rakenne (joko vartalokeskeinen kuutio tai kuutio), jolla on magneettisia ominaisuuksia ja kyky säätää mekaanisia ominaisuuksia lämpökäsittelyn avulla. AISI käyttää numeroita, kuten 410, 420 ja 440, merkitsemään martensiittista ruostumatonta terästä. Martensiitilla voi olla austeniittista rakennetta korkeissa lämpötiloissa ja se voi muuttua martensiitiksi, kun se jäähdytetään sopivalla nopeudella huoneenlämpötilaan (tunnetaan nimellä kovettuminen).
Austeniittis-ferriittinen (duplex) ruostumaton teräs: Yhdistää austeniittisen ja ferriittisen faasin vähemmistöfaasin ollessa tyypillisesti yli 15 % rakenteesta, ja sillä on magneettisia ominaisuuksia. Duplex ruostumaton teräs voidaan vahvistaa kylmämuokkauksella, 329 on tyypillinen esimerkki. Austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin verrattuna ruostumattomilla duplex-teräksillä on suurempi lujuus ja parempi kestävyys rakeiden välistä korroosiota, kloridijännityskorroosiota ja pistekorroosiota vastaan.
Saostuskovettuva ruostumaton teräs: Sisältää austeniittisen tai martensiittisen matriisin ja se voidaan kovettaa saostuskovetuskäsittelyllä. AISI osoittaa sen 600-sarjan numeroilla, kuten 630 tai 17-4PH. Yleensä austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on ylivoimainen korroosionkestävyys seosaineensa ansiosta. Ferriittiset ruostumattomat teräkset sopivat lievästi syövyttävissä ympäristöissä, kun taas martensiittiset ja sadekarkaistuvat ruostumattomat teräkset ovat ihanteellisia ympäristöihin, joissa on kevyt korroosio ja joissa vaaditaan suurta lujuutta tai kovuutta.
Paksuuden erottelu:
Valssauksen aikana tapahtuvien telojen pienistä muodonmuutoksista johtuen teräslevyjen paksuus voi vaihdella hieman, jolloin ne ovat usein paksumpia keskeltä ja ohuempia reunoilla. Paksuutta mitattaessa kansallinen standardi velvoittaa mittaukset ottamaan levyn keskiosasta.
Toleranssit luokitellaan yleensä suuriin ja pieniin markkinoiden ja asiakkaiden vaatimusten perusteella.
Ruostumattoman teräksen ruosteenkestävyyteen vaikuttavat tekijät:
Seoselementin sisältö: Yleensä teräs, jonka kromipitoisuus on yli 10,5 %, on vähemmän altis ruosteelle. Korkeampi nikkeli- ja kromipitoisuus parantaa korroosionkestävyyttä, kuten ruostumattoman teräksen 304 tapauksessa, joka sisältää 8-10% nikkeliä ja 18-20% kromia, mikä tekee siitä tyypillisesti ruosteenkestävän.
Jalostusprosessit: Ruostumattoman teräksen korroosionkestävyyteen vaikuttavat myös tuotantoprosessit. Laadukkaat ruostumattoman teräksen valmistajat edistyneillä laitteilla ja tekniikoilla voivat varmistaa tuotteiden vakaan laadun säätelemällä seoselementtejä tarkasti, poistamalla epäpuhtaudet ja ylläpitämällä optimaalisia jäähdytyslämpötiloja teräsaihioille, mikä tuottaa vähemmän ruostumatonta terästä. Sitä vastoin pienet valmistajat, joilla on vanhentunut tekniikka, eivät ehkä pysty poistamaan epäpuhtauksia tehokkaasti, mikä johtaa tuotteisiin, jotka ovat herkempiä ruosteelle.
Ulkoinen ympäristö: Ruostumaton teräs kestää ruostetta paremmin kuivissa ja ilmastoiduissa ympäristöissä. Korkea kosteus, pitkäaikaiset sateet tai ympäristöt, joissa on korkea happo- tai emäspitoisuus, aiheuttavat todennäköisemmin ruostumista. Jopa 304 ruostumaton teräs voi ruostua ankarissa ympäristöolosuhteissa.
Ruosteenpoistotekniikat ruostumattomasta teräksestä:
Kemialliset menetelmät: Passivoi ruostunut alue uudelleen peittaustahnalla tai suihkeella muodostaen kromioksidikalvon palauttamaan korroosionkestävyyden. Peittauksen jälkeen on välttämätöntä huuhdella puhtaalla vedellä, jotta kaikki epäpuhtaudet ja happojäämät poistetaan perusteellisesti. Kiillotus laitteilla ja tiivistäminen kiillotusvahalla voi myös auttaa.
Mekaaniset menetelmät: Menetelmät, kuten hiekkapuhallus, lasi- tai keramiikkahiukkasten pintakäsittely, hionta ja kiillotus, ovat tehokkaita. Mekaaninen puhdistus voi poistaa epäpuhtaudet, kuten poistetut materiaalit, kiillotusjäämät tai hiukkaset, jotka voivat edistää korroosiota, erityisesti kosteissa olosuhteissa. Mekaaninen puhdistus on tehokkainta kuivissa olosuhteissa. Se kuitenkin vain puhdistaa pinnan eikä muuta materiaalin luontaista korroosionkestävyyttä. Siksi on suositeltavaa kiillottaa ja vahata mekaanisen puhdistuksen jälkeen.
Yleiset ruostumattoman teräksen laadut ja ominaisuudet:
304 ruostumaton teräs: Yksi yleisimmin käytetyistä austeniittisista ruostumattomista teräksistä, soveltuu syvävetoosien, hapon siirtoputkien, säiliöiden, rakenneosien ja erilaisten instrumenttirunkojen valmistukseen. Sitä voidaan käyttää myös ei-magneettisissa, matalan lämpötilan laitteissa ja komponenteissa.
304L ruostumatonta terästä: Kehitetty ratkaisemaan ruostumattoman teräksen 304 rakeiden välinen korroosiotaipumus tietyissä olosuhteissa Cr23C6-saostumisen vuoksi. Se tarjoaa erinomaisen herkistymiskestävyyden rakeidenväliselle korroosiolle verrattuna ruostumattomaan teräkseen 304, ja sen ominaisuudet ovat samanlaiset kuin ruostumattoman teräksen 321, mutta lujuus on hieman pienempi. Sitä käytetään pääasiassa korroosionkestäviin laitteisiin ja osiin, jotka vaativat hitsauksen ilman liuoskäsittelyä.
304H ruostumatonta terästä: 304:n osajoukko, jonka hiilipitoisuus on 0,04–0,10 %, mikä tarjoaa paremman suorituskyvyn korkeissa lämpötiloissa kuin standardi 304.
316 ruostumatonta terästä: Lisää molybdeeniä 10Cr18Ni12-teräkseen, mikä tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden vähentävissä ympäristöissä ja erinomaisen pistesuojauksen, mikä tekee siitä sopivan käytettäväksi merivedessä ja muissa väliaineissa.
316L ruostumatonta terästä: Vähähiilinen teräs, jolla on hyvä herkistymiskestävyys ja rakeiden välinen korroosiokyky, joka sopii paksuprofiilisille hitsatuille komponenteille ja laitteille, kuten petrokemian laitteiden korroosionkestäville materiaaleille.
316H ruostumatonta terästä: 316:n osajoukko, jossa on 0.04–0,10 % hiilipitoisuutta, mikä tarjoaa parannetun suorituskyvyn korkeissa lämpötiloissa.
317 ruostumatonta terästä: Tarjoaa paremman pistesyöpymis- ja virumisekestävyyden kuin 316L, sopii petrokemian laitteiden ja laitteiden tekemiseen orgaanisia happoja kestäviksi.
321 ruostumaton teräs: Titaanistabiloitu austeniittista ruostumatonta terästä, joka tarjoaa paremman rakeiden välisen korroosionkestävyyden ja hyvät mekaaniset ominaisuudet korkeissa lämpötiloissa. Sitä ei yleensä suositella korkeiden lämpötilojen tai vetyä kestävien sovellusten ulkopuolelle.
347 ruostumatonta terästä: Niobiumilla stabiloitu austeniittista ruostumatonta terästä, jonka rakeiden välinen korroosionkestävyys on samanlainen kuin 321 happamissa, emäksissä ja suolaisissa ympäristöissä ja jolla on hyvät hitsausominaisuudet. Sitä käytetään pääasiassa voima- ja petrokemianteollisuudessa konteissa, putkissa, lämmönvaihtimissa, akseleissa ja uuniputkissa teollisuusuuneissa.
904L ruostumatonta terästä: Superausteniittinen ruostumaton teräs, jonka nikkelipitoisuus on 24 %-26 % ja hiilipitoisuus alle 0,02 %, joka tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden erityisesti hapettamattomissa hapoissa, kuten rikki-, etikka-, muurahais- ja fosforihapot. Se on korroosionkestävä rikkihapossa alle 70 asteen lämpötiloissa ja kestää kaikkia etikkahapon ja muurahaisetikkahapposeosten pitoisuuksia ja lämpötiloja. Jotkut eurooppalaiset laitevalmistajat käyttävät 904L:tä avainosiin, kuten E+H:n massavirtamittarien mittausputkiin ja Rolex-kellojen koteloihin.
440C ruostumatonta terästä: Martensiittista ruostumatonta terästä, jonka kovuus on karkaistuista ruostumattomista teräksistä korkein ja jonka kovuus on HRC57. Sitä käytetään pääasiassa suuttimissa, laakereissa, venttiilisydämissä, venttiilin istuimissa, holkeissa ja venttiilivarsissa.
17-4PH ruostumaton teräs: Martensiittisen saostuman karkaiseva ruostumaton teräs, jonka kovuus HRC44, joka tarjoaa korkean lujuuden, kovuuden ja korroosionkestävyyden. Se ei sovellu yli 300 asteen lämpötiloihin, ja sitä käytetään yleisesti offshore-alustoille, turbiinien siipille, venttiilisydämille, venttiilin istukille, holkille ja venttiilin varrelle.
300-sarja - kromi-nikkeli-austeniittista ruostumatonta terästä:
301: Tarjoaa hyvän sitkeyden, sopii tuotteiden muovaukseen ja voi kovettua nopeasti mekaanisen käsittelyn ansiosta. Sillä on parempi kulutuskestävyys ja väsymislujuus kuin ruostumattomalla 304-teräksellä.
302: Pohjimmiltaan 304:n muunnos korkeammalla hiilipitoisuudella, joka saavuttaa suuremman lujuuden kylmävalssauksen avulla.
302B: Sisältää korkeampaa piitä, mikä lisää hapettumiskestävyyttä korkeissa lämpötiloissa.
303 ja 303Se: Rikkiä ja seleeniä sisältävät ruostumattomat teräkset, jotka on suunniteltu helppoon koneistukseen ja korkeaan pinnan vaaleuteen. 303Se ruostumatonta terästä käytetään myös sovelluksissa, jotka vaativat kuumasekoitusta.
304N: Sisältää typpeä lujuuden lisäämiseksi.
305 ja 384: Korkeampi nikkelipitoisuus ja alhainen työstökovettuvuus, sopii korkeaan kylmämuovaussovelluksiin.
308: Käytetään hitsaustangoissa.
