Roostevaba teras: omadused, liigid, kasutusalad ja ajalugu

Roostevaba teras: omadused, liigid, kasutusalad ja ajalugu — ülevaade kroomisisaldusest, korrosioonikindlusest, peamistest tüüpidest ja tööstuslikest rakendustest.

Roostevaba teras, mida nimetatakse ka inox-teraseks, on terasesulam, mille massisisaldus on vähemalt 10,5 või 11% kroomi.

Roostevaba teras ei määrdu, korrodeeru ega roosteta nii kergesti kui tavaline teras, kuid see ei ole plekikindel.

Terminit "korrosioonikindel teras" kasutatakse, kui sulami kroomisisaldus on alla 12%, näiteks lennundustööstuses. Roostevabast terasest on erinevaid kvaliteediklasse ja pinnaviimistlusi, sõltuvalt sellest, kus seda kasutatakse. Roostevaba terase vastupidavus oksüdeerumisele (rooste) ja korrosioonile on suurem paljudes looduslikes ja inimtekkelistes keskkondades, Erinevates roostevabades terastes on erinevaid metalle erinevas koguses ja nad sobivad erinevateks eesmärkideks. Roostevaba terase liike on üle 150, millest viisteist on enim kasutatud.

Roostevaba terase idee avastati 19. sajandi alguses, kuid usaldusväärse tööstusliku meetodi väljatöötamiseks kulus umbes 80 aastat. Prantsuse, Briti ja Ameerika leiutajad töötasid selle kallal, kuni toodeti tõeline roostevaba teras. Kaasaegse roostevaba terase leiutamist võib dateerida 1913. aastasse ja seda tegi Harry Brearley Sheffieldis, Yorkshire'is. Roostevaba terase tavaline kasutusala on söögiriistad (noad, kahvlid ja lusikad). Roostevabast terasest söögiriistad olid 20. sajandi keskel Sheffieldis suur tööstusharu.

Omadused

• Korrosioonikindlus: peamine omadus tuleneb pindmisesse kihti moodustuvast õhu- või vees olevast kroomioksiidist, mis passiveerib pinda ja takistab edasist oksüdeerumist.
• Mehaanilised omadused: varieeruvad liigiti — mõnel on kõrge tõmbetugevus ja kõvadus, teised on väga painduvad ja sitked.
• Termilised omadused: hea kuumkandvus ja temperatuuritaluvus; mõned terased säilitavad tugevuse kõrgel temperatuuril.
• Töödeldavus: hea valtsitavus, painutatavus ja keevitatavus, ent mõned liigid (nt martensiitilised) on paremini töödelavad kui teised.
• Magnetilisus: ferriitsed ja martensiitsed roostevabad terased on magnetilised; austeniti­sed enamasti ei ole magnetilised.
• Taaskasutatavus: roostevaba teras on väga hästi taaskasutatav — suures osas valmistatakse sellest uut terast.

Peamised sulamiselemendid ja nende mõju

• Kroom: (Cr) annab korrosioonikindluse — tavaliselt vähemalt ~10,5% (EN standard) või umbes 11% mainitud lähteväärtuses.
• Nikkel: (Ni) stabiliseerib austenitset struktuuri, parandab venivust ja keevitatavust (nt klassikaline 18/8 ehk 304 on austenitne).
• Moliibdeen: (Mo) suurendab vastupidavust pitting- ja klambritüüpse korrosiooni suhtes, eriti kloori sisaldavates keskkondades (nt 316).
• Hõõrumis- ja pinnahoolduslikud lisandid: lämmastik, mangaan, titaan ja niobium võivad parandada tugevust, takistada sensitiseerumist või parandada töötlemisomadusi.

Roostevaba terase tüübid

• Austeniti­sed: (nt 304, 316) kõige levinumad; kõrge plastilisus, hea keevitatavus, enamasti mitte-magnetilised.
• Ferriti­sed: (nt 430) madalam süsinikusisaldus, magnetilised, head korrosioonivastupidavuses leelis- ja õhukesedes keskkondades.
• Martensiitilised: (nt 410, 440C) kõvad ja kergesti kuumtöödatavad (tõstetavad), kasutatakse tööriistades ja lõiketerades.
• Duplex: (nt 2205) kombinatsioon ferriitsest ja austenitsest — kõrgem tugevus ja parem korrosioonikindlus, eriti kloriidides.
• Saostus-heitmed (precipitation‑hardening): (nt 17-4 PH) võimaldavad läbinimetatud soojustöötlusega tugevdada terast.

Töötlemine ja keevitamine

Roostevaba terast saab töödelda klassikaliste metallitöötlemise meetoditega: valtsimine, painutamine, stantsimine, freesimine ja keevitamine. Austeniti­sed liigid ei kõvene kuumtöötlusega samamoodi kui martensiitsed — neid tugevdatakse sageli külmtöötlusega. Keevitamisel tuleb arvestada sensitiseerumisega (kroomi sidumine karbidi kujul teraseserivalgusse), mis võib põhjustada intergranulaarset korrosiooni; selle vältimiseks kasutatakse madala süsinikusisaldusega (L-seeria) või stabiliseeritud (Ti, Nb) kvaliteete ning sobivaid pärastkeevitus- ja passivatsiooniprotseduure.

Pinnaviimistlus ja hooldus

• Pinnaviimistlused: harjatud (brushed), poleeritud (peegel), matt, lakitud, passiivistatud ja elektropolitud pinnad — iga viimistlus on sobiv eri otstarveteks.
• Hooldus: regulaarne puhastus pehme pesuainete ja veega; vältida tugevaid kloori- või soolalahuseid ning abrasiivseid puhastusvahendeid, mis võivad kahjustada passiivkihti.
• Passivatsioon: keemiline protsess, mis eemaldab pindmised saasteained ja soodustab kroomioksiidi kihi taastumist ning parandab korrosioonikindlust.

Korrosioon ja selle tüübid

Kuigi roostevaba teras on korrosioonikindel, ei ole see immuunne kõikide korrosioonivormide suhtes. Tavaliselt esinevad:

• Pitting- ja crevice-korrosioon: tekib tavaliselt kloriidirikastes või stagnatsioonialades, kus passiivkiht laguneb lokaalselt.
• Intergranulaarne korrosioon: võib tekkida sensitiseerimisel kuumutamise ajal (nt vale keevitusprotseduuri korral) — vältitakse madala C või stabiliseeritud terastega.
• Galvaaniline korrosioon: tekib, kui roostevaba teras on elektriliselt seotud teise metalliga elektroliidis (nt merevesi) — õige valik ja eraldamine vähendavad riski.

Levinumad kvaliteedid ja kasutusalad

• 304 (A2, 18/8): kõige levinum, laialdaselt köögiseadmetes ja tööstusseadmetes.
• 316: lisatud Mo teeb selle sobivaks merekeskkondadesse ja keemiatööstusse.
• 430: ferriitne variant, kasutatakse koduelektroonikas, dekoratiivsetes rakendustes ja mõnes autotehnikas.
• 440C, 410: martensiitsed lõiketerades ja tööriistades.
• 2205 (duplex) ja 17-4 PH: kasutus kohtades, kus nõutakse suurt tugevust ja head korrosioonikindlust (naftakeemia, merendus, rõhualused).

Kasutusalad

• Söögiriistad ja köögiseadmed
• Toidutööstuse ja joogitootmise seadmed
• Keemiatööstuse reaktorid ja torustik
• Meditsiinilised implantaadid ja kirurgilised instrumendid
• Ehitus‑ ja arhitektuurielemendid (fassaadid, käsipuud)
• Laevandus ja merendusseadmed
• Naftagaasi ja keemiatööstuse detailid
• Autotööstuse komponendid ja disaindetailid

Ajalugu lühidalt

Roostevaba terase idee tekkis 19. sajandi alguses erinevate uurijate töö tulemusena, kuid laialdaselt kasutatav ja tööstuslikult rakendatav materjal kujunes välja alles 20. sajandi alguses. Mitmed prantsuse, briti ja ameerika teadlased ja töösturid tegid sellele panuse, kuid üheks tavaliselt ära toodud pöördepunktiks on 1913. aasta, mil Harry Brearley uuris Sheffieldis (Sheffieldis, Yorkshire'is) teraseid, mis ei roostetaks kuuliüksuste ja tööstusseadmete puhul — sellest ajast pärinevad paljud tänapäevased roostevaba terase tehnoloogiad ja tootearendused.

Keskkond ja taaskasutus

Roostevaba teras on üks enim taaskasutatavaid ehitus- ja tööstusmaterjale: see säilitab oma väärtuse jäätmejärgselt ning kõrge protsent roostevabast terases on ringlusse suunatud. Valikul tasub arvestada eluea, hoolduse ning korrosiooniriskidega, mis mõjutavad kogu toote elutsüklit.

Kokkuvõte

Roostevaba teras on mitmekülgne ja vastupidav materjal, mille korrosioonikindlus tuleneb kroomi osalisest passiivkihi moodustamisest. Erinevad sulamid ja pinnaviimistlused võimaldavad kohandada omadusi konkreetsete tööstuslike ja tarbijakasutuse vajaduste järgi — alates lihtsatest söögiriistadest kuni keerukate meditsiini‑ ja keemiatööstuse rakendusteni.

Küsimused ja vastused

K: Mis on roostevaba teras?

K: Kes leiutas kaasaegse roostevaba terase?

K: Kui kaua võttis aega usaldusväärse tööstusliku meetodi väljatöötamine roostevaba terase tootmiseks?

K: Millised on mõned roostevabast terasest tavalised kasutusalad?

K: Kas roostevabast terasest on rohkem kui üks klass?

K: Kas kõik roostevabad terased on plekikindlad?

Otsing