Ruostumattomien ja haponkestävien terästen tekniset ominaisuudet ja seosvertailu
Ruostumattoman teräksen (RST) ja haponkestävän teräksen (HST) erot keskittyvät kemialliseen koostumukseen ja sen kautta teräksen ominaisuuksiin. Yleisesti ottaen HST on erityisen vaativien korroosio-olosuhteiden teräs, kun taas RST on laajemmin käytetty teräslaatu tavanomaisissa korroosio-olosuhteissa. Tämä tekninen artikkeli käsittelee kattavasti näiden terästen eroja, ominaisuuksia ja sovelluskohteita.
Koostumus ja rakenne
Ruostumaton teräs sisältää alle 1,2 % hiiltä ja vähintään 10,5 % kromia, joka muodostaa teräksen pinnalle korroosiolta suojaavan passiivisen oksidikerroksen. voi sisältää myös pieniä määriä nikkeliä ja molybdeeniä.
Haponkestävä teräs sisältää alle 0,1 % hiiltä ja vähintään 16 % kromia, joka takaa teräkselle hyvän korroosionkestävyyden happamissa olosuhteissa. Haponkestävään lisätään usein 2-3 % molybdeeniä ja nikkeliä (10-14 %) parantamaan vastustuskykyä klooripitoisissa ympräristöissä.
Molemmat teräslaadut, sekä RST että HST, voivat olla austeniittisia, ferriittisiä, martensiittisia tai duplex-teräksiä. Kummankin teräksen lopulliset ominaisuudet riippuvat käytetystä seoksesta. HST-laadut keskittyy useimmin austeniittisiin ja duplex-rakenteisiin, tarjoten yhdistelmän korroosionkestoa ja lujuutta. Ruostumaton teräs sisältää suuremman skaalan eri seoksia kattaen laajemmin käyttökohteita, mutta RST:n korroosionkesto ei yllä haponkestävän teräksen tasolle.
Seosesimerkit
RST: Yleiset seokset, kuten austeniittinen 1.4301 (AISI 304) ja ferriittinen 1.4016 (AISI 430), tarjoavat hyvän yleiskestävyyden kevyissä korroosio-olosuhteissa.
HST: Haponkestävän seokset, kuten austeniittinen 1.4404 (AISI 316L) ja duplex-laatu 1.4462 (Duplex S31803), kestävät hyvin happoja, klorideja ja muita aggressiivisia olosuhteita.
Käyttökohteet
Haponkestävä teräs on yleisesti ruostumatonta terästä arvokkaampaa. Tästä syystä HST:tä käytetään vaativissa kohteissa, joissa lisähinta maksaa itsensä kestävyytenä takaisin. Molemman teräslaadun seos valitaan käyttökohteen mukaan, jotta saavutetaan toivotut ominaisuudet.
RST: Käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla, kuten esimerkiksi keittiövälineissä, kodinkoneissa, rakentamisessa, sisustuksessa, ajoneuvoteollisuudessa ja koneteollisuudessa. Ruostumaton terästä käytetään kohteissa, joissa on tavanomaiset olosuhteet korroosiolle.
HST: Käytetään yleisesti meri- ja offshore-teollisuudessa hyvän meriveden korroosionkeston vuoksi. Haponkesätävän teräksen hyvää korroosionkestoa vahvoja kemikaaleja vastaan hyödynetään lisäksi kemianteollisuudessa, prosessilaitteissa sekä lääke- ja elintarviketeollisuudessa.
RST:n ja HST:n eri seosten tarkastelu ja vertailu
Seuraavaksi katsomme tarkemmin näiden terästen eri seoksiin, niiden ominaisuuksiin sekä tavanomaisiin käyttökohteisiin. Seokset on jaoteltu niiden tyypin mukaan martensiittisiin, ferriittisiin, austeniittisiin, Duplex ja Superduplex-laatuihin, kuumalujiin teräksiin sekä erikoisteräksiin.
Martensiittiset RST-seokset
Perusominaisuudet: Martensiittiset seokset ovat karkaistavia, ja niillä on korkea lujuus ja kovuus. Korroosionkesto on rajallisempi kuin austeniittisilla laaduilla.
- Cr: 12-14%, C: ≤0.08%
- Peruslaatu, hyvä työstettävyys
- Käyttökohteet: turbiinin siivet, venttiiliosat
- Cr: 12-14%, C: ≤0.15%
- Parempi lujuus kuin 1.4000
- Käyttökohteet: pumput, venttiilit, ruuvit
- Cr: 13-14%, C: 0.20-0.40%
- Korkea kovuus ja kulumiskestävyys
- Käyttökohteet: leikkuuterät, laakerit
- Cr: 15-17%, Ni: 1.5-2.5%
- Erinomainen sitkeys ja lujuus
- Käyttökohteet: akselit, hammaspyörät
Ferriittiset RST-seokset
Perusominaisuudet: Magneettisia, edullisempia kuin austeniittiset, hyvä korroosionkesto tietyissä olosuhteissa.
- Cr: 16-18%
- Perusferriittinen laatu
- Käyttökohteet: kodinkoneet, sisustus
- Cr: 11-13%, Ti-stabiloitu
- Hyvä hitsattavuus, edullinen
- Käyttökohteet: pakoputkistot, lämmönvaihtimet
Austeniittiset RST-seokset
Perusominaisuudet: Ei-magneettisia, erinomainen muovattavuus ja korroosionkesto.
- Cr: 18-20%, Ni: 8-10.5%
- Yleisin austeniittinen laatu
- Käyttökohteet: yleiskäyttö, elintarviketeollisuus
- Matala hiilipitoisuus (≤0.03%)
- Erinomainen hitsattavuus
- Käyttökohteet: hitsatut rakenteet
- Ti-stabiloitu 304
- Hyvä raerajakorroosionkesto
- Käyttökohteet: korkealämpötilasovellukset
Austeniittiset HST-seokset
- Cr: 16-18%, Ni: 10-14%, Mo: 2-3%
- Erinomainen pistekorroosiokestävyys
- Käyttökohteet: kemianteollisuus, meri-ilmasto
- Korkeampi Mo-pitoisuus kuin 316L
- Parempi korroosionkesto
- Käyttökohteet: lääketeollisuus, kemikaalit
- Superduplex-tason korroosionkesto
- Korkea Mo-, Cr- ja N-pitoisuus
- Käyttökohteet: erittäin vaativat korroosio-olosuhteet
Duplex ja Superduplex seokset
- Cr: 22-24%, Ni: 3.5-5.5%, Mo: 0.1-0.6%
- Kustannustehokas duplex
- Käyttökohteet: rakenteet, säiliöt
- Cr: 21-23%, Ni: 4.5-6.5%, Mo: 2.5-3.5%
- Yhdistää lujuuden ja korroosionkeston
- Käyttökohteet: offshore, prosessiteollisuus
- Korkeammat seosainepitoisuudet
- Äärimmäinen korroosionkesto
- Käyttökohteet: merivesiympäristöt, kemianteollisuus
Kuumalujat teräkset
- Korkea Cr- ja Ni-pitoisuus
- Erinomainen kuumankesto
- Käyttökohteet: uunit, lämpökäsittelylaitteet
- Cr: 24-26%, Ni: 19-22%
- Erinomainen hilseilynkesto
- Käyttökohteet: korkealämpötilasovellukset >1000°C
Erikoisteräkset ja erikoissovellukset
- Cr: 19-21%, Ni: 24-26%, Mo: 4-5%
- Erittäin korkea korroosionkesto happoympäristöissä
- Matala hiilipitoisuus parantaa hitsattavuutta
- Käyttökohteet: rikkihapposäiliöt, lannoiteteollisuus
- Ni: 30-35%, Cr: 19-23%
- Erinomainen korkealämpötilakestävyys
- Hyvä vastustuskyky hiiletykselle ja typettymiselle
- Käyttökohteet: petrokemian prosessit, ydinvoimalat
Materiaalin valintakriteerit
Ruostumattoman ja haponkestävän teräksen valinta perustuu useisiin teknisiin kriteereihin, jotka määräytyvät käyttökohteen vaatimusten mukaan. Oleellisimmat tekijät ovat materiaalin korroosionkesto käyttöympäristössään, mekaaniset ominaisuudet sekä käyttölämpötila. Näiden ominaisuuksien ymmärtäminen ja oikea arviointi on välttämätöntä sopivimman materiaalivalinnan tekemiseksi.
Korroosionkeston arviointi
Pistekorroosiokestävyys (PRE = %Cr + 3.3x%Mo + 16x%N)
- PRE < 24: perustason korroosionkesto
- PRE 24-30: keskitason kestävyys
- PRE 30-40: korkea kestävyys
- PRE > 40: erittäin korkea kestävyys
Mekaaniset ominaisuudet
- Myötölujuus (Rp0.2)
- Murtolujuus (Rm)
- Murtovenymä (A5)
- Iskusitkeys
- Kovuus
Käyttölämpötila-alueet
- Kryogeeniset sovellukset (-196°C asti)
- Huonelämpötila
- Keskilämpötilat (200-500°C)
- Korkealämpötilasovellukset (>500°C)
Vertailutaulukot
Korroosionkestävyyden vertailu (suhteellinen asteikko 1-5):
| Seos | Yleinen korroosio | Pistekorroosio | Rakokorroosio | Jännityskorroosio |
|---|---|---|---|---|
| 1.4301 | 3 | 2 | 2 | 2 |
| 1.4404 | 4 | 4 | 3 | 3 |
| 1.4462 | 5 | 4 | 4 | 5 |
| 1.4410 | 5 | 5 | 5 | 5 |
Mekaanisten ominaisuuksien tyypillisiä arvoja:
| Seos | Rp0.2 (MPa) | Rm (MPa) | A5 (%) |
|---|---|---|---|
| 1.4301 | 230 | 540-750 | 45 |
| 1.4462 | 450 | 680-880 | 25 |
| 1.4410 | 550 | 750-1000 | 25 |
Erityishuomiot hitsauksessa
Ruostumattomien ja haponkestävien terästen hitsaus vaatii erityistä huomiota ja ymmärrystä eri teräsryhmien ominaisuuksista ja käyttäytymisestä hitsauksen aikana. Hitsausprosessissa on huomioitava miten materiaalit reagoivat lämpöön, miten niiden sisäinen rakenne muuttuu kuumentamisen ja jäähtymisen aikana, sekä miten varmistetaan korroosionkeston säilyminen. Eri teräsryhmillä on omat erityispiirteensä, jotka vaikuttavat merkittävästi hitsausmenetelmän valintaan ja hitsausparametrien määrittämiseen.
Austeniittiset teräkset:
- Matala lämmönjohtavuus
- Korkea lämpölaajeneminen
- Suositellaan matalalämpöistä hitsausta
- Juurikaasun käyttö suositeltavaa
Ferriittiset teräkset:
- Rajoitettu hitsattavuus
- Haurausriski korkeissa lämpötiloissa
- Esilämmitys usein tarpeen
Duplex-teräkset:
- Tarkka lämmöntuonnin kontrollointi
- Faasitasapainon säilyttäminen tärkeää
- Juurikaasu välttämätön
Pintakäsittely ja viimeistely
Ruostumattomien ja haponkestävien terästen korroosionkestävyys perustuu materiaalin pintaan muodostuvaan passiivikalvoon, jonka muodostumiseen ja pysyvyyteen vaikuttaa merkittävästi pinnan laatu ja käsittely. Oikea pintakäsittely ja viimeistely parantavat materiaalin korroosionkestävyyttä, ulkonäköä sekä puhdistettavuutta. Teräksen pintaa voidaan käsitellä useilla eri menetelmillä riippuen käyttökohteen vaatimuksista ja halutusta lopputuloksesta.
Pinnanlaadun vaikutus korroosionkestoon
- Ra-arvot ja niiden merkitys
- Mekaaniset käsittelyt
- Kemialliset käsittelyt
- Sähkökemialliset käsittelyt
Kustannustehokas materiaalinvalinta
Oikean teräslaadun valinta on tasapainoilua teknisten vaatimusten ja kustannustehokkuuden välillä. Liian vaatimaton materiaali voi johtaa ennenaikaisiin vaurioihin ja korkeisiin huoltokustannuksiin, kun taas ylimitoitettu materiaalivalinta nostaa tarpeettomasti investointikustannuksia. Optimaalisen materiaalin valinta edellyttää perusteellista analyysiä useista eri tekijöistä, jotka vaikuttavat sekä materiaalin soveltuvuuteen että sen kokonaiskustannuksiin koko elinkaaren aikana.
Valintakriteerit:
- Korroosioympäristön analysointi
- Mekaanisten vaatimusten määrittely
- Valmistusteknisten näkökohtien huomiointi
- Elinkaarikustannusten arviointi
- Huollettavuuden ja tarkastettavuuden vaatimukset
Laadunvarmistus ja testaus
Oikean teräslaadun valinta on tasapainoilua teknisten vaatimusten ja kustannustehokkuuden välillä. Liian vaatimaton materiaali voi johtaa ennenaikaisiin vaurioihin ja korkeisiin huoltokustannuksiin, kun taas ylimitoitettu materiaalivalinta nostaa tarpeettomasti investointikustannuksia. Optimaalisen materiaalin valinta edellyttää perusteellista analyysiä useista eri tekijöistä, jotka vaikuttavat sekä materiaalin soveltuvuuteen että sen kokonaiskustannuksiin koko elinkaaren aikana.
Standarditestit:
- Mekaaniset ominaisuudet
- Korroosiotestit
- Mikrorakennetutkimukset
- PMI-testaus (Positive Material Identification)
Ruostumattomat ja haponkestävät teräkset teollisuuden tarpeisiin
Glocon Oy on toiminut RST:n ja HST:n, kuten muidenkin teräs- ja metallilaatujen toimittajana eri teollisuudenaloille vuodesta 2009 asti. Toimitamme eri teräslaadut ja seokset teollisuuteen ja tuotantoon tarvittavina toimitusmuotoina. Ota yhteyttä, niin katsotaan tilanteenne läpi.