Mitä on ruostumaton teräs?

Sisällysluettelo

Ruostumaton teräs on yksi 1900-luvun merkittävimmistä metallurgian innovaatioista. Sen keksimisen jälkeen siitä on tullut keskeinen materiaali monilla aloilla, rakentamisessa ja koneenrakennuksessa, lääketieteessä ja elintarvikealalla. Sen ainutlaatuiset ominaisuudet erottavat sen perinteisistä rautaseoksista, erityisesti korroosionkestävyys, lujuus ja tyylikäs, kiiltävä ulkonäkö.

Sen historia juontaa juurensa 1800-luvun loppupuolelle, jolloin seostavien lisäaineiden kokeilut osoittivat, että kromin lisääminen teräkseen paransi merkittävästi sen ruosteen kestävyyttä. Läpimurto tapahtui vuonna 1913, kun englantilainen metallurgi Harry Brearley esitteli ensimmäisen ruostumattoman teräksen, joka sai tunnustusta korroosionesto-ominaisuuksiensa ansiosta.

ruostumattomasta teräksestä valmistettu keittiö

Ruostumattoman teräksen ominaisuudet

Ruostumaton teräs, joka tunnetaan myös nimellä INOX (ranskankielisestä inoxydable-sanasta, joka tarkoittaa ”itseään hapettumaton”), on ryhmä terässeoksia, joille on ominaista parannettu korroosionkestävyys. Keskeinen elementti, joka antaa sille tämän ominaisuuden, on kromi, jonka vähimmäispitoisuus on amerikkalaisen AISI-standardin mukaan 11 %. Kun se joutuu kosketuksiin hapen kanssa, se muodostaa teräksen pinnalle ohuen kromioksidikerroksen, jota kutsutaan passiiviseksi kerrokseksi. Tämä itsestään uusiutuva suojakerros kerros muodostuu uudelleen hapen vaikutuksesta, vaikka se naarmuuntuisi tai vaurioituisi, estäen näin materiaalin jatkohajoamisen. Ruostumattoman teräksen perusominaisuuksia ovat mm:

Kromipitoisuutensa ansiosta ruostumaton teräs kestää sääolosuhteita, happoja, emäksiä ja kemiallisia liuoksia. Joskus teräkseen lisätään nikkeliä, molybdeeniä tai typpeä, jotta se kestää paremmin aggressiivisia ympäristöjä.
Mekaaninen lujuus – ruostumaton teräs on materiaali, jolla on suuri kovuus ja joka kestää dynaamista kuormitusta ja kulumista. Sen mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat sen mikrokiteisen rakenteen mukaan, minkä ansiosta sitä voidaan käyttää laajalti teollisuudessa.
Korkean lämpötilan kestävyys – jotkin ruostumattoman teräksen laadut voivat toimia äärimmäisissä lämpötiloissa, mikä tekee niistä ihanteellisia ilmailu-, energia- ja autoteollisuudelle. Tämä kestävyys perustuu seosaineisiin, kuten kromiin, nikkeliin ja molybdeeniin, jotka vahvistavat materiaalin rakennetta ja suojaavat sitä korkeiden lämpötilojen vaikutuksilta. Lisäksi ferriittiset teräkset ja jotkin martensiittiset teräkset kestävät paremmin hapettumista ja lämpömuodonmuutoksia.
Kiiltävä peili ja esteettisyys – ruostumattoman teräksen erottuva pinta tekee siitä suositun valinnan arkkitehtuurissa ja muotoilussa. Se voi olla kiillotettua, harjattua tai mattapintaista tarpeidesi mukaan.
Hygieeninen ja helppo puhdistaa – ruostumaton teräksen pinta ei ime epäpuhtauksia. Sitä on helppo huoltaa, ja sitä käytetään elintarvike-, lääke- ja lääketeollisuudessa. Lisäksi tutkimukset osoittavat, että ruostumaton teräs kestää paremmin mikrobien kasvua kuin alumiini tai kupari.

Ruostumattoman teräksen tyypit

koostumuksesta ja mikrokiteisestä rakenteesta riippuu useita päätyyppejä. Tämän jaottelun ansiosta teräksen ominaisuudet voidaan räätälöidä tiettyihin teollisiin, rakenteellisiin ja jokapäiväisiin sovelluksiin. Ruostumattoman teräksen perustyypit ovat:

Nimi	Tärkeimmät komponentit	Ominaisuudet	Tyypilliset lajit	Sovellus
Austeniittinen teräs	Kromi (16-25 %), nikkeli (6-22 %), joskus molybdeeni ja typpi	Korkea korroosionkestävyys myös happamissa ja emäksisissä ympäristöissä. Erittäin hyvä sitkeys ja työstettävyys Kestää alhaisia lämpötiloja (käytetään kryogeniikassa). Ei magneettinen	1.4301 (AISI 304 – ns. 18-10 teräs) 1.4401 (AISI 316 – kloridinkestävyys on parantunut)	Ruokailuvälineet, kattilat, kemikaalisäiliöt, elintarvike- ja lääketeollisuuden laitteistot
Ferriittinen teräs	Kromi (10,5-30 %), nikkeliä vain vähän tai ei lainkaan	Kohtalainen korroosionkestävyys, parempi kuivissa kuin kosteissa olosuhteissa. Hyvä lämmönkestävyys Vähemmän altis muodonmuutoksille korkeissa lämpötiloissa kuin austeniittinen teräs	1.4016 (AISI 430) – käytetään yleisesti kodinkoneiss	Kodinkoneet, autoteollisuus, pakokaasujärjestelmät, koristeelliset julkisivut.
Martensiittinen teräs	Kromi (10,5-18 %), hiili (0,1-1,2 %).	Erittäin suuri kovuus ja kulutuskestävyys Voidaan karkaista (kuten työkaluteräkset). Heikompi korroosionkestävyys kuin ferriittisillä ja austeniittisilla teräksillä.	1.4021 (AISI 420 – käytetään veitsissä ja kirurgisissa instrumenteissa).	Veitset, kirurgiset instrumentit, akselit, jouset, turbiinit
Ferriittis-austeniittinen teräs (duplex)	Kromi (19-32 %), nikkeli (3-10 %), molybdeeni (enintään 5 %).	Erittäin korkea mekaaninen lujuus Parempi korroosionkestävyys klorideja sisältävissä ympäristöissä (esim. merivesi) kuin austeniittinen teräs. Alempi nikkelipitoisuus tekee siitä halvemman kuin tyypillinen austeniittinen teräs.	1.4462 (AISI 2205 – käytetään kemiallisesti aggressiivisissa ympäristöissä).	Kemianteollisuus, petrokemian teollisuus, offshore-rakentaminen, porausalustat.
Saostuskarkaistu (PH) ruostumaton teräs	Kromi (15-17 %), nikkeli (3-5 %), seosaineet (kupari, alumiini, titaani).	Korroosionkestävyyden ja poikkeuksellisen kovuuden yhdistelmä. Voidaan karkaista ja lujittaa lämpökäsittelyllä. Erittäin korkea mekaaninen lujuus, erityisesti korkeissa lämpötiloissa	17-4 PH (AISI 630 – käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuudessa).	Ilmailu- ja avaruusteollisuus, puolustus, turbiiniteollisuus

Jokaisella ruostumattomalla terästyypillä on ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä ihanteellisen tiettyihin sovelluksiin. Austeniittinen ruostumaton teräs hallitsee jokapäiväistä käyttöä, kun taas ferriittisiä ja martensiittisia teräksiä käytetään moottoreissa ja työkaluissa. Duplex- ja PH-teräksiä käytetään vaativimmissa ympäristöissä, kuten meriteollisuudessa ja ilmailussa. Tämän monimuotoisuuden ansiosta ruostumaton teräs on edelleen yksi nykymaailman tärkeimmistä materiaaleista.

Ruostumattoman teräksen tuotantoprosessi

Ruostumattoman teräksen tuotanto on monimutkainen prosessi, joka edellyttää kemiallisen koostumuksen tarkkaa hallintaa ja asianmukaista käsittelyä. Jokainen vaihe raaka-aineiden valinnasta sulatukseen ja muokkaukseen sekä loppukäsittelyyn vaikuttaa materiaalin lopullisiin ominaisuuksiin.

Ensimmäinen vaihe on raaka-aineiden valinta ja erän valmistelu. Ruostumattoman teräksen peruskomponentti on rauta (Fe), johon lisätään sopivia seosaineita. Avainelementti on kromi (Cr), joka muodostaa teräksen pinnalle suojakerroksen, joka suojaa sitä korroosiolta. Muita tärkeitä lisäaineita ovat nikkeli (Ni), joka lisää sitkeyttä ja kestävyyttä korkeissa lämpötiloissa, molybdeeni (Mo), joka parantaa kestävyyttä happoja ja suoloja vastaan sekä hiili (C), joka vaikuttaa kovuuteen, ja typpi (N), joka lisää mekaanista lujuutta.

Raaka-aineet sulatetaan sulatusuuneissa. Tähän tarkoitukseen käytetään ensisijaisesti sähkökaariuunia (EAF), joka mahdollistaa teräsromun käytön ja siten materiaalin kierrätyksen. Toinen vaihtoehto on konvertteriuuni, jota käytetään pääasiassa terästehtailla. Siinä sulaan metalliin puhallettu happi poistaa ei-toivotut epäpuhtaudet Tämän prosessin ansiosta teräkselle saadaan oikea kemiallinen koostumus.

Kun teräs on sulatettu, se on puhdistettava edelleen ja sen hiilipitoisuutta on vähennettävä. Tätä varten käytetään AOD (Argon Oxygen Decarburization) prosessia, jossa nestemäiseen metalliin puhalletaan argonia ja happea ylimääräisen hiilen poistamiseksi menettämättä arvokkaita elementtejä, kuten kromia tai nikkeliä. Vaihtoehtoisesti käytetään VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) prosessia, joka tapahtuu tyhjiöolosuhteissa ja tuottaa vielä puhtaampaa terästä. Näiden menetelmien ansiosta ruostumattomalle teräkselle on ominaista korkea tasalaatuisuus ja korroosionkestävyys.

Seuraava vaihe on teräksen muotoilu ja valu. Jatkuvavalua (CC) käytetään puolivalmisteiden, kuten teräslevyjen, -tankojen, -putkien tai -nauhojen valmistukseen. Perinteistä muottivalua käytetään monimutkaisempiin muotoihin, jolloin voidaan valmistaa valmiita osia, joilla on tarkat mitat. Tässä vaiheessa teräs voidaan kuumavalssata, mikä parantaa sen mekaanisia ominaisuuksia ja poistaa sisäiset jännitykset.

Valua seuraa lämpökäsittely ja mekaaninen käsittely materiaalin rakenteen parantamiseksi edelleen. Kuumavalssaus pienentää teräslevyjen paksuutta, ja kylmävalssaus lisää niiden lujuutta entisestään. Terästyypistä riippuen käytetään myös karkaisua ja karkaisua, jotka parantavat materiaalin kovuutta, tai tankkausta, joka vähentää jännityksiä ja parantaa korroosionkestävyyttä.

Viimeinen vaihe on jälkikäsittely ja pintakäsittely. Käyttötarkoituksesta riippuen ruostumaton teräs voidaan kiillottaa kiiltäväksi tai harjata mattapintaiseksi. Passivointia eli suojaavan kromioksidikerroksen kemiallista vahvistamista käytetään korroosionkestävyyden parantamiseksi. Lopuksi teräs leikataan ja muotoillaan asiakkaan vaatimusten mukaisesti – tämä voi olla perinteistä mekaanista leikkausta tai nykyaikaisia lasertekniikoita, jotka takaavat korkean tarkkuuden.

Ruostumattoman teräksen tuotanto sisältää useita vaiheita, jotka määrittävät sen lopulliset ominaisuudet. Nykyaikaisten käsittelymenetelmien ansiosta terästä käytetään laajalti teollisuudessa, rakentamisessa ja jokapäiväisessä elämässä, ja se on edelleen yksi 2000-luvun tärkeimmistä teknisistä materiaaleista.

Ruostumattoman teräksen käyttökohteet

Ruostumaton teräs on yksi yleisimmin käytetyistä materiaaleista teollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä. Sen korroosionkestävyys, mekaaninen lujuus, tyylikäs ulkonäkö ja helppohoitoisuus, tekevät siitä arvokkaan materiaalin monilla teollisuudenaloilla. Ruostumattoman teräksen eri lajikkeiden ansiosta sen ominaisuudet voidaan mukauttaa tiettyihin käyttöolosuhteisiin.

Yksi ruostumattoman teräksen tärkeimmistä käyttökohteista on elintarviketeollisuus. Terästä käytetään säiliöiden, putkien ja liitososien valmistukseen elintarvikkeiden ja juomien käsittelyssä. Sen korroosionkestävyyden ja helpon puhdistettavuuden ansiosta se täyttää tiukat hygieniavaatimukset, joita vaaditaan kosketuksissa elintarvikkeiden kanssa. Ruostumatonta terästä käytetään myös ruokailuvälineiden, kattiloiden, pannujen ja keittoastioiden valmistukseen.

Yhtä tärkeä ruostumatonta terästä käyttävä ala on lääketiede. Sitä käytetään kirurgisten instrumenttien, ortopedisten implanttien, leikkauspöytien ja hoitohuoneiden laitteiden valmistukseen. Bioyhteensopivuutensa ja desinfiointiaineiden kestävyytensä ansiosta ruostumatonta terästä käytetään usein lääketieteellisissä laitteissa, joissa steriiliys ja kestävyys ovat ensiarvoisen tärkeitä.

Ruostumattomalla teräksellä on myös merkittävä rooli rakentamisessa ja arkkitehtuurissa. Sitä käytetään rakenneosissa, julkisivuissa, kaiteissa, portaissa, katoissa ja ilmanvaihtojärjestelmissä. Säänkestävyytensä ansiosta se soveltuu erinomaisesti ulkokäyttöön, ja sen tyylikäs ulkonäkö tuo arkkitehtoniseen suunnitteluun modernia ilmettä.

Ruostumatonta terästä käytetään kemian ja petrokemian teollisuudessa, esimerkiksi paineastioiden, putkistojen ja kemiallisten reaktoreiden rakentamiseen. Sen kestävyys aggressiivisia kemikaaleja vastaan mahdollistaa happojen, emästen ja suolaliuosten kuljettamisen ja varastoinnin. Korkean käyttölämpötilan ja mekaanisen lujuuden ansiosta se on tärkeä materiaali jalostamoissa, voimalaitoksissa ja kemiantehtaissa.

Ruostumattoman teräksen merkitystä moottori-, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ei voi ohittaa. Sitä hyödynnetään autoissa muun muassa pakojärjestelmissä, korin osissa, polttoainesäiliöissä sekä pultti- ja kiinnityskomponenteissa. Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sitä puolestaan käytetään suihkumoottorien osissa, rungoissa ja polttoainejärjestelmissä, joissa äärimmäisten lämpötilojen ja korroosion kestävyys on ratkaisevan tärkeää.

Ruostumatonta terästä käytetään laajalti myös meriteollisuudessa. Sen hyvä kestävyys merivettä ja suolaa vastaan tekee siitä ihanteellisen materiaalin takiloihin, laivojen rakenneosiin, potkureihin, polttoainesäiliöihin ja öljynporauslauttojen laitteisiin. Seoksille, joihin on lisätty molybdeeniä ja nikkeliä, on ominaista lisääntynyt korroosionkestävyys, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää pitkään vaikeissa olosuhteissa.

Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta ruostumatonta terästä käytetään monilla teollisuudenaloilla. Se on monipuolinen, kestävä ja kestävä materiaali, joka on ollut modernin tekniikan ja teknologian kulmakivi jo yli vuosisadan ajan. Käyttökohteesta riippumatta sen merkitys eri teollisuudenaloilla kasvaa jatkuvasti tämän merkittävän materiaalin jatkuvasti kehittyvien tuotanto- ja käsittelymenetelmien ansiosta.

Alla on video, jossa selitetään, miksi SpaceX käyttää ruostumatonta terästä rakettien rakentamiseen. Voit katsoa videon YouTubesta klikkaamalla tästä.

Mitä on ruostumaton teräs – yhteenveto

Ruostumaton teräs on ainutlaatuinen materiaali, jota käytetään lähes kaikilla teollisuudenaloilla. Sen korroosionkestävyyslujuus, tyylikäs ulkonäkö ja hygieenisyys tekevät siitä korvaamattoman materiaalin rakennus-, lääke-, elintarvike-, kemian-, ilmailu-, avaruus- ja autoteollisuudessa. Erilaiset ruostumattoman teräksen lajit mahdollistavat sen ominaisuuksien mukauttamisen eri käyttöolosuhteisiin, mikä tekee siitä monipuolisen ja tehokkaan materiaalin.

On kuitenkin hyvä huomioida, että ruostumattomalla teräksellä on myös tiettyjä rajoituksia, kuten korkeammat kustannukset ja jalostusvaikeudet. Sen edut ovat kuitenkin huomattavasti suuremmat, ja tuotantotekniikan jatkuva kehittäminen mahdollistaa sen ominaisuuksien parantamisen entisestään ja sen tehokkuuden lisäämisen. Nykyaikainen maailma ei voisi toimia ilman ruostumatonta terästä, joka on ollut yksi modernin tekniikan ja teollisuuden tukipilareista jo yli vuosisadan ajan.

Jos etsit ruostumattoman teräksen jalostukseen erikoistunutta yritystä, ota meihin yhteyttä klikkaamalla alla olevaa painiketta.

Lähetä kysely