Austeniittisten laatujen osuudesta kromi-nikkeli-seokset kahmaisevat hieman yli 70 %. Yleisesti ottaen edellä mainittujen laatujen runsas käyttö johtunee monesta eri tekijästä:
- hitsaus on helpompaa kuin muiden laatujen
- muovattavuus on erinomainen
- sitkeys pysyy erittäin mataliin lämpötiloihin asti suurena
- saatavuus ja kattavuus erilaisissa tuotemuodoissa on erinomainen
- korroosionkesto hyvä tai erinomainen
- on totuttu käyttämään austeniittisia laatuja.
Perinteiset austeniittiset laadut sisältävät raudan ja kromin lisäksi nikkeliä. Kromi-nikkeli-seoksista käytetään usein nimitystä 300-sarja, joka tarkoittaa AISI-standardin määrittämää ryhmää, esim. AISI 304 ja AISI 316. Näiden rinnalle on kuitenkin osaltaan tulleet seokset, jotka sisältävät nikkelin sijasta/lisäksi mangaania. Mangaaniseosteiset laadut (ns. 200-sarja) kattavat nykyään jo noin 30 % austeniittisten laatujen käytöstä (vuonna 2002 käyttö oli noin 7%). Nikkelin määrää yritetään todella vähentää, jotta ruostumattoman teräksen hinta saataisiin mahdollisimman kilpailukykyiseksi. 200-sarjan laadut eivät kuitenkaan omaa ihan yhtä hyviä ominaisuuksia kuin perinteiset laadut.
Austeniittisissa laaduissa on 16 – 28 % kromia, joka suosii ferriittistä kiderakennetta. Kuitenkin yli 6 % nikkeliseostuksella teräs saadaan pysymään kokonaan austeniittisena riippumatta lämpötilasta. Näissä seoksissa onkin nikkeliä yleensä 7 – 32 %. Lisäksi niin sanotut haponkestävät laadut ovat seostettu molybdeenilla, jota on yleisesti käytetyissä laaduissa 2 -3 %, mutta erikoislaaduissa sitä on jopa 8 %. Kuvassa 1 nähdään, millä kromi-nikkeli-alueella teräs on austeniittinen (oranssi väri).
Kuva 1. Seosainepitoisuuksien vaikutus syntyvään mikrorakenteeseen.
(Muokattu: Outokumpu Stainless Oy, 2001).
Alla on esitetty kuva austeniittisten laatujen kehittymisestä. Ensimmäinen ja samalla vieläkin käytetyin laatu, AISI 304, on kuvassa keskimmäisenä – siitä kaikkien laatujen kehitys on lähtenyt. Kuvaan on lisätty ainoastaan käytetyimmät laadut (kuva 2).
Kuva 2. Austeniittisten laatujen kehittelypuu.
(Muokattu: The Euro Inox Handbook of Stainless Steel)
Austeniittiset ruostumattomat teräkset ryhmitellään esimerkiksi standardissa SFS-EN 1011-3 kolmeen eri ryhmään lähinnä hitsattavuuden mukaan, muitakin jaotteluja tietenkin on. Mainitussa standardissa jaottelu on suurin piirtein seuraavanlainen:
- austeniittiset vakioteräkset, eli käytännössä AISI 304, AISI 316 ja näiden lähimuunnokset (vähähiiliset ja stabiloidut laadut)
- täysausteniittiset laadut, jotka ovat 100 % austeniittisuuden vuoksi herkkiä kuumahalkeilulle
- muut austeniittiset laadut, joihin lukeutuu esimerkiksi typpiseostetut, tulenkestävät ja hyvin koneistettavat laadut.
Vakioteräksissä ei ole mitään kovinkaan ihmeellistä; kromipitoisuus on 16 – 20 %, nikkeliä ne sisältävät 6 – 15 % sekä molybdeeniä 0 – 3 %. Vuonna 2002 Suomessa käytetystä ruostumattomasta teräksestä 95 % kuului vakioterästen ryhmään. Tämä suhde tuskin on vuosien saatossa paljoakaan muuttunut – ehkäpä muutaman prosentin tiputus on käynyt, kun ferriittisille ja lean duplex -laaduille löydetään koko ajan enemmän käyttökohteita ja niitä uskalletaan käyttää yhä enemmän.
Täysausteniittiset laadut ovat erittäin runsaasti seostettuja, kalliita ja usein kestävät korroosiota huomattavasti paremmin kuin peruslaadut. Kromipitoisuus voi nousta 28 %:iin, nikkelipitoisuus 32 %:iin ja molybdeeniä voi olla jopa 8 %. Eräs esimerkki näistä laaduista on EN 1.4539, joka sisältää nikkeliä 25 %, kromia 20 % ja molybdeeniä 5 % (puhutaan laadusta 904L). Tämän laadun hinta on vakioteräksiin verrattuna tällä hetkellä noin 15-kertainen, eikä tämä laatu ole edes vielä kallis!
Muita, melko vähän käytettyjä laatuja, ovat muun muassa vakioterästen typpilujitetut versiot, tulenkestävät austeniittiset teräkset (laadut numeroilla EN 1.48xx) sekä koneistettavuudeltaan parannetut laadut. Korkeatyppiset muunnokset kestävät paremmin korroosiota, koska typellä on erittäin suuri vaikutus ruostumattomien terästen korroosionkestoon. Typpi toimii myös seosten lujittajana. Tulenkestävissä teräksissä on usein suuri kromipitoisuus ja seosaineena myös piitä, jotta ne saadaan kestämään korkeissa lämpötiloissa tapahtuvaa hilseilyä vastaan. Koneistettavuutta parannetaan runsaahkolla rikkiseostuksella, mutta rikkiseostus heikentää näiden laatujen korroosionkestoa sekä hitsattavuutta huomattavasti.
Käyttökohteita voi austeniittisille laaduille luetella loputtomiin. Määrällisesti suurin käyttöalue löytynee prosessiteollisuudesta, jossa säiliöt, putket ja laitteet ovat hyvin usein perusausteniittisia laatuja. Myös paperi- ja selluteollisuudessa näitä laatuja käytetään erittäin monessa sovelluksessa. Arkipäiväisempiä esimerkkejä ovat esimerkiksi tiskipöydät, ruokailuvälineet, erilaiset kulhot ja koriste-esineet. Kalliita täysausteniittisia laatuja käytetään esimerkiksi ureasäiliöissä, elintarviketeollisuuden erilaisissa kohteissa, erittäin korrosoivien aineiden siirtolaitteistoissa sekä esimerkiksi kohteissa, joissa ei sallita magnettiisuutta (esim. erilaiset mittalaitteet ja miinanraivauskalustot).
Blogin tulevissa kirjoituksissa vertaillaan erilaisten laatujen hitsattavuutta, lastuttavuutta, muovattavuutta ja esimerkiksi iskusitkeysominaisuuksia. Ominaisuuksiin perehdytään tarkemmin, kunhan eri laatuluokat on ensin käsitelty.
Lähteet:
[1] Cunat P-J., The Euro Inox Handbook of Stainless Steel. 2002, Brysseli: Euro Inox.
[2] Cunat P-J., Working with Stainless Steel. 2009, Pariisi: EDP Sciences and Euro Inox. ISBN 978-2-87997-181-0
[3] ISSF – international stainless steel forum, Stainless steel in figures 2013. Saatavissa: http://www.worldstainless.org/Files/ISSF/non-image-files/PDF/ISSF_Stainless_Steel_in_Figures_2013.pdf (Viitattu: 6.11.2013)
[4] Lukkari J., Kyröläinen A., Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus. 2002, Helsinki: Metalliteollisuuden keskusliitto, MET
[5] Outokumpu Stainless Oy. Ruostumattomat teräkset. 3. painos. Tampere : Teknologiateollisuus Oy, 2004. Eripainos julkaisusta Muokatut teräkset, raaka-ainekäsikirja 2001. 951-817-839-9.
