Rautaseokset eli metallit ovat metalleja, jotka koostuvat pääasiassa raudasta (Fe). Teräs on rautapohjainen seos, joka sisältää tyypillisesti alle 1 % hiiltä, kun taas rauta sisältää usein 2 % tai enemmän hiiltä. Rautaa ja terästä on laajalti saatavilla, ne ovat vahvoja, halpoja ja niitä voidaan muotoilla valamalla. Rautaseosten ominaisuuksia voidaan parantaa lämpökäsittelyllä ja terästen tapauksessa työstämällä (eli valssaamalla tai takomalla). Ruostumattomat teräkset on kehitetty vastustamaan korroosiota, ja ne sisältävät yleensä vähintään 12 % kromia, ja ne voivat sisältää nikkeliä minkä tahansa määrän kromipitoisuuteen asti tai jopa yli kromipitoisuuden haluttujen mekaanisten ominaisuuksien ja käyttökohteen mukaan.
Ruostumattomia teräksiä on useita erilaisia. Kun näitä seoksia harkitaan käytettäväksi syövyttävässä ympäristössä, yleisimmin käytetty menetelmä alkuperäiseen valintaan on vertailla PREn-luokituksia (pitting resistance equivalent number) eri materiaalien välillä. Tämä lasketaan käyttämällä tärkeimpien seosaineiden paino-osuutta, joka esiintyy tietyssä ruostumattoman teräksen luokassa. Kaava on:
PREn = % Cr + (3,3 x % Mo) + (16 x % N)
On selvää, että seoksilla, jotka sisältävät eniten kromia, molybdeeniä ja typpeä, katsotaan olevan parempi kestävyys pistekorroosiota vastaan. Tähän voi liittyä vastaava veto- ja myötölujuuden kasvu.
Ferriittiset ruostumattomat teräkset
Ruostumattomien terästen kyky vastustaa korroosiota johtuu ensisijaisesti siitä, että niiden pinnalla on passiivinen kalvo. Kromi on pääasiallisesti vastuussa tämän passiivisen kalvon muodostumisesta. Rauta lakkaa ruostumasta noin 12 %:n kromipitoisuudessa. Hapettavien syövyttävien aineiden kestävyys kasvaa nopeasti kromipitoisuuden noustessa noin 20 prosenttiin. Tämän tason yläpuolella kestävyys kasvaa kuitenkin asteittain ja pienenevällä vauhdilla. Näin ollen hyvin harvat ruostumattomat seokset sisältävät yli 27 prosenttia kromia. Nämä seokset koostuvat pääasiassa kromista ja raudasta, ja niiden hiilipitoisuus on pieni. Seokset luokitellaan usein niiden kiderakenteen mukaan, johon vaikuttavat kemia ja käsittely, kuten lämpökäsittely. Ferriittisten ruostumattomien terästen kiderakenne on pääasiassa ferriittiä.
Martensiittiset ruostumattomat teräkset
Kromin ja raudan seoksiin lisäämällä riittävästi hiiltä saadaan seoksia, joita voidaan karkaista ja karkaista. Hiilipitoisuus heikentää jonkin verran korroosionkestävyyttä, mutta vähennys minimoituu, kun nämä seokset ovat täysin karkaistuja ja karkaistuja. Tämän vuoksi korkeamman hiilipitoisuuden omaavia seoksia (yli 0,15 % C) käytetään yleensä vain täysin karkaistussa ja karkaistussa tilassa. Niiden rakenne nopeasti jäähdytettäessä yli 870 °C:n lämpötiloista on pääasiassa martensiittinen.
Yleisiä martensiittisia laatuja ovat mm: MTEK 410, MTEK 416, MTEK 420, MTEK 431 ja MTEK 440.
Austeniittiset ruostumattomat teräkset
Kromin ja raudan perusseokseen lisätyistä alkuaineista nikkeli on tärkein. Se ei ainoastaan paranna korroosionkestävyyttä vaan myös muuttaa seoksen rakennetta ja mekaanisia ominaisuuksia. Kun ferriittiseen rauta-kromiseokseen lisätään nikkeliä yhä suurempia määriä, seoksen rakenne muuttuu ferriitistä ferriitin, ferriitin ja austeniitin sekoituksen kautta lähes pelkkään austeniittiin. Useimmissa ”18-8-luokissa” (yleinen kuvaus ruostumattomasta 304-luokasta, joka koostuu noin 18 prosentista kromia ja 8 prosentista nikkeliä) ferriittiä on kontrolloitu määrä hitsausominaisuuksien parantamiseksi ja lujuuden lisäämiseksi. Rakenteen muutokseen liittyy sitkeyden ja sitkeyden huomattava lisääntyminen. Ruostumattomat seokset, joiden rakenne on pääasiassa austeniittinen, muodostavat ruostumattomien terästen perheen, joka on ylivoimaisesti eniten käytetty kaikista teräslajeista.
Superausteniittiset ruostumattomat teräkset
Tietyissä aggressiivisissa olosuhteissa austeniittisen ruostumattoman teräksen yleiset laadut ovat alttiimpia pistesyöpymiselle, rakokorroosiolle ja jännityskorroosiohalkeilulle. Tämä on johtanut austeniittiperheen kehittämiseen ja lisäyksiin, joita kutsutaan superausteniittiseksi ruostumattomaksi teräkseksi.
Superausteniitin käyttö kasvaa nopeasti nykypäivän prosessiteollisuuden muuttuvien olosuhteiden vuoksi. ”Sovita se ja unohda se” -lähestymistapaan on siirrytty käyttämään seoksia, jotka eivät vaadi jatkuvaa, säännöllistä vaihtoa esimerkiksi syvän meriveden ja korkean lämpötilan suljetuissa prosessilaitoksissa.
Superausteniittiset ruostumattomat teräkset sisältävät runsaasti kromia ja nikkeliä sekä merkittäviä molybdeeni- ja typpilisäyksiä. Tuloksena on austeniittinen sarja. Ne ovat jopa 30 % lujempia kuin tavanomaiset 300-sarjan ruostumattomat aineet, ja ne kestävät erinomaisesti pistesyöpymistä, rakokorroosiota ja jännityskorroosiohalkeilua. Austeniittista ruostumatonta terästä pidetään superausteniittisena, kun sen PREn on yli 40.
Yleisiä superausteniittisia teräslaatuja ovat mm. seuraavat: MTEK 20, MTEK 20M, MTEK 6XN ja 254SMO®.
Duplex-ruostumattomat teräkset
Duplex-ruostumattomat teräkset ovat seoksia, joiden rakenteiden katsotaan yleensä koostuvan suunnilleen yhtä suurista osuuksista austeniittia ja ferriittiä, ja 60/40, 40/60-faasijakauma on laajalti hyväksyttävänä pidetty kuori.
Austeniitin ja ferriitin yhdistelmä tuottaa seoksia, joiden lujuus on kaksinkertainen tavanomaisiin austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin verrattuna.
Duplex-ruostumattomat teräkset ovat käytännöllisesti katsoen immuuneja jännityskorroosiohalkeilulle (tavallisten austeniittisten ruostumattomien terästen Akilleen kantapää), ja ne kestävät erittäin hyvin reikiintymiskorroosiota (pistesyöpymistä) ja railokorroosiota. Näiden ominaisuuksien ansiosta ei ole yllättävää, että suurin osa (mutta ei suinkaan kaikki) sovelluksista liittyy meriveteen. Duplex-ruostumattomilla teräksillä on monia käyttökohteita offshore-öljyn ja -kaasun tuotannossa ja merivoimien laitteissa, erityisesti maanalaisissa laitteissa.
Yleisiä duplex-luokkia ovat: MTEK 2205, MTEK 29MN / CD4MCuN, Ferralium® 255, Zeron® 100
Precipitation Hardening (Ikäkarkaistut) ruostumattomat teräkset
Tarve ruostumattomille teräksille, joissa yhdistyisi austeniittisten tyyppien erinomainen korroosionkestävyys ja kyky karkaistua lämpökäsittelyn avulla, johti siihen, että kehitettiin ruostumattomien teräksien tuoteperhe, joka tunnetaan nimellä PH-lajit. Ne voidaan saostuskarkaista (ikäkarkaista) alhaisissa lämpötiloissa (900°F / 480°C), mikä minimoi vääristymät.
Yleisiä laatuja ovat: MTEK 17-4PH®, MTEK 15-5PH®, MTEK ja 14-4PH®.
Onko kysyttävää? Ota yhteyttä metalliasiantuntijoihin nyt.