Ruostumaton teräs (inox) – historia, lajit, ominaisuudet ja käyttö

Ruostumaton teräs (inox) – historia, lajit, ominaisuudet ja käyttö: opas korroosionkestävästä teräksestä, sen laaduista, pinnoista ja käyttösovelluksista.

Ruostumaton teräs, joka tunnetaan myös nimellä inox-teräs, on terässeos, jonka kromipitoisuus on vähintään 10,5 tai 11 painoprosenttia. Kromi muodostaa pinnalle ohuen, tiiviin kromioksidikalvon, joka suojaa terästä jatkossakin laajentuvilta hapettumisilta ja estää tehokkaasti ruostumista.

Ruostumaton teräs ei tahriudu, ruostu tai ruostu yhtä helposti kuin tavallinen teräs, mutta se ei ole tahraton. Erityisesti kloridi- eli suolaympäristöt voivat aiheuttaa paikallista korroosiota (esim. pitting- eli kuoppa- tai crevice-korroosiota), joten materiaalivalinta ja pinnankäsittely ovat tärkeitä vaativissa olosuhteissa.

Termiä "korroosionkestävä teräs" käytetään, kun seoksen kromipitoisuus on alle 12 prosenttia, esimerkiksi ilmailuteollisuudessa. Ruostumattomasta teräksestä on olemassa erilaisia laatuja ja pintakäsittelyjä sen mukaan, missä sitä käytetään. Ruostumattomat teräkset kestävät paremmin hapettumista (ruostumista) ja korroosiota monissa luonnollisissa ja ihmisen aiheuttamissa ympäristöissä. Eri ruostumattomissa teräksissä on eri määriä eri metalleja, ja ne soveltuvat eri tarkoituksiin. Ruostumattomia teräslaatuja on yli 150, joista 15 on eniten käytettyjä.

Historia

Ruostumattoman teräksen idea keksittiin 1800-luvun alkupuolella, mutta luotettavan teollisen menetelmän kehittäminen kesti noin 80 vuotta. Ranskalaiset, brittiläiset ja amerikkalaiset keksijät työskentelivät tämän parissa, kunnes saatiin aikaan aitoa ruostumatonta terästä. Nykyaikaisen ruostumattoman teräksen keksintö voidaan ajoittaa vuoteen 1913, ja sen teki Harry Brearley Sheffieldissä, Yorkshiressä. Brearleyn keksintö oli lähtölaukaus teolliselle tuotannolle ja ruostumattomien terästen käytön nopealle laajenemiselle 1900-luvulla.

Ruostumatonta terästä käytetään yleisesti ruokailuvälineinä (veitset, haarukat ja lusikat). Ruostumattomasta teräksestä valmistetut ruokailuvälineet olivat 1900-luvun puolivälissä Sheffieldissä suuri teollisuudenala. Myös lääketieteelliset instrumentit, elintarvike- ja kemianteollisuuden laitteet sekä rakennusten julkisivut nostivat materiaalin suosiota.

Perustiedot ja metalliseokset

Perusominaisuus syntyy kromin (Cr) läsnäolosta, mutta ruostumattomissa teräksissä käytetään usein myös muita seosaineita, kuten nikkeliä (Ni), molybdeeniä (Mo), typpeä (N), mangaania (Mn) ja hiiltä (C). Yleisiä vaikutuksia:

• Cr: korroosionkestävyys (passiivikalvo)
• Ni: tekee rakenteesta austeniittisen, parantaa muokattavuutta ja korroosionkestävyyttä
• Mo: parantaa kestävyttä kloridi-ympäristöissä (esim. 316-laatu)
• N: lisää lujuutta ja korroosionkestävyyttä
• C: lisää kovuutta ja lujuutta, mutta korkea hiilipitoisuus heikentää hitsattavuutta ja korroosionkestävyyttä (esim. juotoksessa)

Tyypit ja yleisimmät laatuperheet

Ruostumattomat teräkset jaotellaan kemiallisen koostumuksen ja mikrorakenteen mukaan. Pääryhmät ovat:

• Austeniittiset (esim. 304, 316) – yleisimpiä, eivät-magneettisia, hyvä muokattavuus ja korroosionkestävyys. 304 tunnetaan myös 18/8-teräksenä (noin 18 % Cr ja 8 % Ni).
• Ferritiset (esim. 430) – magneettisia, alhaisempi hiilidioksidin ja nikkelin tarve, hyvät lämpötilan kestävät ominaisuudet mutta heikompi hitsattavuus verrattuna austenittisiin.
• Martensiittiset (esim. 410, 420) – lämpökäsiteltäviä ja kovetettavia, käytetään esimerkiksi veitsissä ja työkaluissa; magneettisia.
• Duplex (esim. 2205) – yhdistävät austeniittisten ja ferritisten hyviä puolia: korkea lujuus ja hyvä halkeamiskorroosion vastustuskyky.
• Precipitation hardening (esim. 17-4 PH) – heinomainen kovuus läpikäymällä erikoislämpökäsittelyjä, käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuudessa.

Ominaisuudet

• Korroosionkestävyys: Kromin aiheuttama passiivikerros suojaa. Kerros uusintuu yleensä automaattisesti, ellei ympäristö vaurioita sitä voimakkaasti (esim. happamat tai kloridipitoiset olosuhteet).
• Lujuus ja sitkeys: Lujuus vaihtelee laaduittain; duplex- ja precipitaatiovahvistetut laatuparadigmat tarjoavat korkean lujuuden.
• Magnetismi: Austeniittiset ovat yleensä ei-magneettisia; ferriitti- ja martensiittiteräkset magnetoituvat.
• Hitsattavuus ja muokattavuus: Useimmat austeniittiset laatu ovat helppoja hitsata ja muokata; martensiittiset vaativat lämpökäsittelyä. Hitsaustyössä käytetään usein erityisiä täyteaineita.
• Lämpö- ja sähköjohtavuus: Ruostumattomien terästen lämmön- ja sähkönjohtavuus on tyypillisesti huonompi kuin hiiliteräksellä.

Korroosiomuodot ja suojaus

Ruostumattomat teräkset ovat alttiita tietyille korroosiotyypeille, jos olosuhteet ovat haitalliset:

• Kuoppa- eli pitting-korroosio (erityisesti kloridien vaikutuksesta)
• Sokkiluolakorroosio (crevice)
• Jännitys-/kellutuskorroosio (stress corrosion cracking) korkeissa lämpötiloissa ja kloridiympäristöissä
• Galvaaninen korroosio kosketuksessa eri materiaalien kanssa

Suojauksena käytetään oikean laatuvalinnan (esim. Mo-pitoiset laatu vaativiin suoloitettuihin ympäristöihin), pintakäsittelyjen (passivointi, elektrolyyttinen puhdistus), pintaviimeistelyjen (peilikovia, harjaus) ja hyvän huollon yhdistelmää.

Pintakäsittelyt ja viimeistelyt

Pintakäsittelyt vaikuttavat käytännön kestävyteen ja ulkonäköön: peilipintainen, harjattu (brushed), matta, hiekkapuhallettu ja passivoitu ovat yleisiä. Teollisessa tuotannossa käytetään myös pickling- ja passivointiprosesseja poistamaan hitsausroiskeet ja palauttamaan passiivikerros.

Käyttökohteet

Ruostumaton teräs on monipuolinen materiaali ja sen käyttökohteita ovat muun muassa:

• Keittiöt ja ruokailuvälineet (astiat, lavuaarit, veitsenterät)
• Lääketieteelliset instrumentit ja implantit
• Elintarvike- ja juomateollisuuden laitteet
• Kemian- ja petrokemianteollisuuden reaktorit ja putkistot
• Rakentaminen: julkisivut, sisustuselementit, kaiteet
• Autoteollisuus ja ilmailu (erityisesti erikoislaadut)
• Korut ja kellot
• Energiateollisuus ja voimalaitokset

Huolto, puhdistus ja kierrätys

Ruostumaton teräs on helppo pitää puhtaana; usein riittää lämpimästi vedellä ja miedolla pesuaineella pyyhkiminen. Hankaavia aineita ja rautapölyä pitää välttää, sillä ne voivat aiheuttaa pistekorroosiota siirtämällä rautahiukkasia pinnalle. Passivointi (typpihappo- tai sitruunahappokäsittelyissä) palauttaa ja vahvistaa kromioksidikerrosta vaurioiden jälkeen.

Ruostumaton teräs on myös erittäin kierrätettävää ja sisältää suuren osan kierrätettyä materiaalia. Se on siten ympäristö- ja resurssitehokas valinta pitkällä aikavälillä.

Valinta ja yhteenveto

Oikean ruostumattoman teräslaadun valinta riippuu käyttöympäristöstä, mekaanisista vaatimuksista, esteettisistä vaatimuksista ja kustannuksista. Austeniittiset laatu (esim. 304 ja 316) ovat yleispäteviä kaikenkattavia valintoja; 316 sopii paremmin suolapitoisiin tai aggressiivisiin ympäristöihin. Kun tarvitaan korkea lujuus yhdistettynä hyvä halkeamiskorroosion kestoon, duplex-laadut kuten 2205 ovat yleisiä.

Ruostumaton teräs yhdistää pitkäikäisyyden, hygienian ja monipuolisuuden, mutta materiaali ei ole täysin korroosionkestävä kaikissa tilanteissa — oikea laatu ja huolto ratkaisevat pitkän käyttöiän.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on ruostumaton teräs?

K: Kuka keksi nykyaikaisen ruostumattoman teräksen?

K: Kuinka kauan kesti kehittää luotettava teollinen menetelmä ruostumattoman teräksen valmistamiseksi?

Kysymys: Millaisia ovat ruostumattoman teräksen yleiset käyttötarkoitukset?

K: Onko ruostumatonta terästä useampaa kuin yhtä laatua?

K: Onko kaikki ruostumaton teräs tahraantumaton?

Hae kirjaimella