Esimerkiksi Outokumpu ruostumattoman teräksen valmistajana on pyrkinyt lisäämään ferriittisten laatujen käyttöä jo jonkin aikaa. Lieneeköhän motivaatiotekijänä esimerkiksi se, että Outokummulla on oma ferrokromitehdas…
Uusin markkinoille äskettäin ilmestynyt superferriittinen laatu on EN 1.4622, jolle luvataan yhtä hyvää korroosionkestoa kuin perinteiselle laadulle EN 1.4301 ja joka on tarkoitettu juuri tämän laadun korvaajaksi moneen sovellukseen. Myös jo jonkin aikaa markkinoilla olleen laadun, EN 1.4521, on useissa kokeissa todettu yltävän jopa haponkestävän laadun EN 1.4404 tasolle. Kuitenkin hieman harmillisesti, varsinkaan Suomessa, ei uskalleta käyttää muita kuin perinteisiä austeniittisia laatuja, vaikka ferriittiset vaihtoehdot sopisivat todella moneen sovellukseen niiden korvaajaksi; näin saataisiin hyvin usein myös kustannussäästöjä. Ja koska kukaan ei niitä uskalla ottaa käyttöön, ei niiden saatavuuskaan ole kovin hyvä – vai onkohan asia toisin päin? Kansainvälisesti ferriittisiä ruostumattomia teräksiä käytettiin vuonna 2012 hieman alle 25 % kaikesta ruostumattomasta teräksestä, mikä on jo suhteellisen suuri määrä. Ferriittisten laatujen käyttö maailmanlaajuisesti on tasaisessa kasvussa.
Ruostumaton teräs saadaan siis pysymään ferriittisenä, kun siihen ei seosteta, tai seostaan hyvin vähän, kromin lisäksi nikkeliä. Kromia näissä laaduissa on vähintään 11-12 %, suurimmillaan noin 30 %. Kromihan oli korroosionkeston kannalta tärkein seosaine, joten useat laadut yltävät moneen sovellukseen riittävälle korroosionkeston tasolle. Kuvassa 1 on esitetty oranssilla pohjalla, miten ferriittiset laadut sijoittuvat kromi- ja nikkelipitoisuuden kuvioon.
Kuva 1. Ferriittisten laatujen esiintymisalue nikkelin ja kromin funktiona.
(Muokattu: Outokumpu Stainless Oy, 2001).
Yleinen käsitys ferriittisistä laaduista on, että ne ovat vaikeasti hitsattavia ja niiden hitsauksessa esiintyy runsaasti ongelmia. Eri terästuottajien kehitystyön tuloksena on kuitenkin syntynyt esimerkiksi titaanistabiloituja laatuja, joita voidaan nykyään suhteellisen luotettavasti hitsata. Ferriittisiä ruostumattomia teräksiä pidetään usein myös korroosionkestävyydeltään heikkoina, mutta kuten aiemmin mainitsin, tälläkin osa-alueella on saatu kehitystä aikaan.
Ferriittisten laatujen fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet ovat lähempänä hiiliteräksiä kuin austeniittisia ruostumattomia teräksiä. Tällä saavutetaan tiettyjä hyötyjä muun muassa muovattavuudessa; esimerkiksi usean ferriittisen laadun syväveto-ominaisuudet ovat paremmat kuin austeniittisilla laaduilla sekä lastuttavuus on usein verrattavissa normaaleihin rakenneteräksiin.
Ferriittisiä laatuja käytetään esimerkiksi joissakin siltarakenteissa, tavaravaunujen runkorakenteissa ja esimerkiksi julkisten tilojen verhoiluissa. Ajoneuvojen pakoputket ovat myös yleinen käyttökohde. Käytetyin laatu lienee kromilevyksikin kutsuttu EN 1.4016. Kuvasta 2 nähdään, miten yleisimpien ferriittisten laatujen seostus on kehittynyt. Pääsuuntana vaikuttaa nykyään olevan hiilen ja typen minimoiminen sekä stabilointiaineiden (typpi/niobi) lisäys, jotta saavutetaan halutut ominaisuudet – lujuus, sitkeys ja esimerkiksi hyvä hitsattavuus.
Kuva 2. Ferriittisten laatujen kehittelypuu.
(Muokattu: The Euro Inox Handbook of Stainless Steel)
Ferriittiset ruostumattomat teräkset jaetaan usein kahteen, joskus kolmeen luokkaan niiden ominaisuuksien mukaan. Laajempi luokittelu perustuu korroosionkeston kannalta tärkeän seosaineen, molybdeenin, lisäämiseen; tavallisissa ferriittisissä laaduissa sitä ei ole ja niin sanotuissa superferriittisissä laaduissa sitä on. Superferriittiset laadut yltävät joskus korroosionkestoltaan laadun 1.4404 tasolle tai jopa sen yli. Toinen jaottelutapa liittyy lähinnä hitsattavuuteen, jolloin laadut jaetaan kolmeen ryhmään: stabiloimattomat laadut, stabiloidut laadut ja niukkahiiliset ferriittis-martensiittiset laadut.
Perinteiset ferriittiset laadut, joissa ei ole stabilointiaineita, ovat tiettyihin käyttötarkoituksiin varsin toimivia. Monet työmenetelmät voidaan toteuttaa erinomaisesti – taivutus, rullamuovaus, syväveto, muut muovausmenetelmät, lastuaminen, leikkaus ja niin edelleen onnistuvat, mutta hitsaus saattaa aiheuttaa hieman ongelmia suuren rakeenkasvualttiuden sekä herkistymisvaaran vuoksi. Hitsivyöhykkeelle voi joillakin seoksilla muodostua myös kovaa ja haurasta martensiittia. Täytyy kuitenkin muistaa, ettei hitsauskaan yleensä ongelmaksi muodostu, jos hitseiltä ei vaadita suuria iskusitkeys- tai lujuusvaatimuksia. Kun näihin seoksiin lisätään stabilointiaineita, esimerkiksi titaania, niobia tai molempia, hitsauskin voidaan toteuttaa saavuttaen parempi lopputulos.
Superferriittiset ruostumattomat teräkset sisältävät usein hyvin vähän hiiltä ja typpeä sekä stabilointiaineita, mutta niissä on myös molybdeeniseostus. Nämä laadut ovat suhteellisen hyvin hitsattavia ja niiden muu työstö – taivutus, muovaus, lastuaminen – onnistuu hyvin tai jopa erinomaisesti. Tietyt laadut sopivat jopa merivesikäyttöön, esimerkiksi merivesilämmönvaihtimiin, vaikka olosuhteet ovatkin korroosion kannalta niissä todella rajut. Tällaisten laatujen saatavuus on vain todella huono, ainakin Suomessa.
Lähteet:
[1] Alenius, Marko. Ruostumattomien terästen hitsaus ja hitsausliitosten korroosio: Teknillinen korkeakoulu, 2007.
[2] Alfred, Otto and Pauly, Thomas. The stainless steel industry’s response to new challenges: Grade selection against the background of the alloying element market. Belgia : Euro Inox, 2008.
[3] Cunat, Pierre-Jean. The Euro-Inox Handbook of Stainless Steel. Brysseli : Euro-Inox, 2002.
[4] Euro Inox. What is stainless steel. Euro Inox. (online) Heinäkuu 25, 2008. (viitattu: tammikuu 29, 2014.) http://www.euro-inox.org/pdf/map/What_is_Stainless_Steel_EN.pdf.
[5] ISSF. The Ferritic Solutions. s.l. : ISSF – International Stainless Steel Forum, 2007.
[6] Lukkari J., Kyröläinen A., Ruostumattomat teräkset ja niiden hitsaus. 2002, Helsinki: Metalliteollisuuden keskusliitto, MET
[7] Kaufman, JG and McGuire, Michael F. Stainless Steels for Design Engineers. s.l. : ASM International, 2008.
[8] Myer, Kutz. Handbook of Materials Selection. s.l. : John Wiley & Sons, 2002.
[9] Taulavuori, Tero. Ferriittisten ruostumattomien terästen merkitys lisääntyy. Forssa : Teknologiateollisuus ry, 2009.
[10] Toppila, Rauno. Ferriittiset ruostumattomat teräkset. Kemi : Kemi-Tornion ammattikorkeakoulu, 2010. 978-952-9785-96-4.
