Teräs on rautaa, johon on sekoitettu hiiltä ja mahdollisesti muita metalleja. Se on rautaa kovempaa ja vahvempaa. Rautaa, jossa on yli 1,7 painoprosenttia hiiltä, kutsutaan valuraudaksi. Teräs eroaa takoraudasta, jossa on vähän tai ei lainkaan hiiltä.

Ominaisuudet

Teräksen ominaisuudet vaihtelevat laajasti koostumuksen (hiilen ja seosaineiden määrän) sekä mikrostruktuurin mukaan. Keskeisiä ominaisuuksia ovat:

  • Lujuus ja kovuus: hiilipitoisuus ja seosaineet (esim. mangaani, kromi, nikkeli, molybdeeni) nostavat lujuutta ja kovuutta.
  • Muokattavuus ja taottavuus: matalahiilinen teräs on helposti muovattavaa ja hitsattavaa; korkeamman hiilipitoisuuden teräkset ovat herkempiä halkeilulle.
  • Sitkeys ja sitkas murtuminen: riippuvat lämmönkäsittelystä ja mikrorakenteesta (ferriitti, pearliitti, martensiitti, bainiitti).
  • Korroosionkestävyys: puhtaalla hiiliteräksellä on heikko korroosionkestävyys, kun taas ruostumattomat teräkset sisältävät kromia, joka muodostaa passiivikerroksen.

Tyypit

Teräksiä luokitellaan tarkoituksen ja koostumuksen mukaan. Tavallisimmat ryhmät:

  • Hiiliteräkset: jaetaan matala-, keski- ja korkeahiilisiin teräksiin. Noin matala < 0,25 % C, keski ~0,25–0,6 % C, korkea ~0,6–1,0 % C (rajat ovat likimääräisiä).
  • Seosteräkset: joissa on spesifisiä lisäaineita kuten Cr, Ni, Mo, V, jotka parantavat lujuutta, kovetettavuutta ja korroosionkestävyyttä.
  • Ruostumattomat teräkset: sisältävät tavallisesti vähintään ~11–12 % kromia ja mahdollisesti nikkeliä; erikoislaatuisia seoksia, joita käytetään korroosiota vaativissa ympäristöissä.
  • Työkaluteräkset: korkea hiilipitoisuus ja seosaineet, jotka mahdollistavat korkean kovuuden ja kulutuskestävyyden kuumentamisen jälkeen.
  • Erikois- ja rakenneteräkset: esimerkiksi korkean lujuuden rakenne- ja autoteräkset (HSLA), lämpöä kestävät teräkset ja sähköteräkset.

Valmistus ja jalostus

Terästä valmistetaan pääasiallisesti malmista rautametallurgian eri prosesseilla, kuten perinteisillä masuunilla ja peruskonvertterilla tai sähkökaariuunissa kierrätetystä teräspellistä. Keskeisiä vaiheita ovat sulatus, seostus, valaminen ja mekaaninen muokkaus (rollaus, taonta, vetäminen).

Lämmönkäsittely ja mekaaniset ominaisuudet

Lämmönkäsittelyillä muokataan teräksen mikrorakennetta ja siten ominaisuuksia:

  • Askeltaminen/normalisointi: tasoittaa rakennetta ja poistaa jännityksiä.
  • Karkaisu (quench) ja temperointi: karkaisulla saadaan martensiittia (kovuus), temperoinnilla vähennetään haurauden riskiä ja säädetään sitkeyttä.
  • Jäähdytysnopeus: vaikuttaa merkittävästi muodostuvaan mikrorakenteeseen ja siten lujuuteen/kovuuteen.

Korroosio ja suojaukset

Teräs ruostuu hapen ja veden vaikutuksesta. Korroosion estoon käytetään erilaisia keinoja:

  • Galvanointi (sinkitys), maalaukset ja pinnoitukset
  • Ruostumattomat teräkset ja kromipitoiset seokset
  • Suojakerrokset, kuten maalit, polymeeripäällysteet ja katodinen suojaus

Käyttöalueet

Teräs on yksi yleisimmistä rakennusmateriaalista sen lujuuden, muokattavuuden ja hinnan vuoksi. Tyypillisiä käyttökohteita:

  • Rakentaminen: pilarit, palkit, sillat ja raudoitus
  • Koneenrakennus ja autoteollisuus: runkorakenteet, akselit, hammaspyörät
  • Kotitalous- ja teollisuuslaitteet: keittiövälineet, säiliöt, putkistot
  • Työkalut ja leikkureiden terät
  • Energia- ja putkiteollisuus: höyrykattilat, öljy- ja kaasulinjat

Kierrätys ja ympäristö

Teräs on erittäin kierrätettävyytensä puolesta arvokas materiaali: suuri osa uudesta teräksestä valmistetaan kierrätetystä materiaalista sähkökaariuunissa. Teräksen valmistus aiheuttaa kuitenkin merkittäviä hiilidioksidipäästöjä, ja alalla tehdään työtä päästöjen vähentämiseksi esimerkiksi vetyä hyödyntävillä prosesseilla ja lisäämällä sähköistystä.

Turvallisuus

Työ teräksen kanssa sisältää riskejä kuten terävät reunat, raskaat nostot ja hitsauksesta syntyvät höyryt sekä kuumuus. Oikeilla työmenetelmillä, suojaimilla ja hitsaustekniikoilla riskit voidaan hallita.

Yhteenvetona, teräs on monipuolinen ja taloudellinen materiaali, jonka ominaisuuksia voidaan laajasti muokata koostumuksella ja käsittelyillä. Sen laaja käyttöala ja hyvä kierrätettävyys tekevät siitä keskeisen materiaalin teollisuudessa ja rakentamisessa.