Sissejuhatus: roostevaba terase määrav element
Roostevaba teras on defineeritud kui kõrglegeeritud teras, mis sisaldab vähemalt 10,5% kroomi ja maksimaalselt 1,2%. See kroomi lisamine on kriitiline tegur, mis annab selle erakordse korrosioonikindluse. Kui kroomisisaldus ületab ligikaudu 10%, moodustub terase pinnale stabiilne, iseparanev passiivne kile – õhuke, mittekristalne hüdraatunud kroomhüdroksiidi kiht. See passiivne kile, tavaliselt ainult umbes 3 nanomeetri paksune, toimib söövitavate elementide vastu läbimatu barjäärina. Kui see kile on kahjustatud, taastub see hapniku juuresolekul automaatselt, võimaldades roostevabal terasel säilitada korrosioonikindluse ja esteetilise välimuse ka pärast töötlemist või hõõrdumist. Metallurgilise struktuuri alusel jaotatakse roostevabad terased viide põhiperekonda: austeniitsed, ferriitsed, martensiitsed, dupleks- ja sademekindlad roostevabad terased.
Austeniitsed roostevabad terased: mitmekülgne tööhobune
Austeniitsed roostevabad terased on kõige laialdasemalt kasutatav perekond, mis moodustab üle 70% ülemaailmsest toodangust. Need on määratletud näokeskse kuubikujulise (FCC) kristallstruktuuriga, mis stabiliseeritakse nikli (tavaliselt 8–20%) lisamisega kroomialusele. Sellel struktuuril on erakordsed omadused, sealhulgas suurepärane korrosioonikindlus, kõrge elastsus, suurepärane keevitatavus ja valmistamise lihtsus. Määravaks tunnuseks on nende mittemagnetiline olemus lõõmutatud olekus. Neid teraseid ei saa kuumtöötlemisega karastada; selle asemel tugevdatakse neid külmtöötlemise teel. Kõige kuulsam klass on 304 (18% Cr, 8% Ni), mis on tuntud oma suurepärase üldise korrosioonikindluse, hea vormitavuse ja keevitatavuse poolest. Rakendustes, mis nõuavad suuremat vastupidavust punkt- ja pragukorrosioonile, eriti kloriidikeskkonnas, eelistatakse 316, mis sisaldab 2–3% molübdeeni. Madala süsinikusisaldusega variandid nagu 304L ja 316L on mõeldud keevitatud rakenduste jaoks, et minimeerida teradevahelise korrosiooni ohtu. Tänu oma laiaulatuslikule jõudlusele on austeniitklassid olulised paljudes tööstusharudes, sealhulgas toiduainete ja jookide töötlemises, keemiaseadmetes, arhitektuurilistes rakendustes ja meditsiinitehnoloogias.
Ferriitsed roostevabad terased: magnetiline ja kulutõhus alternatiiv
Ferriitseid roostevabasid teraseid iseloomustab kehakeskne kuubikujuline (BCC) kristallstruktuur ja need on nagu puhas raud toatemperatuuril magnetilised. Nende kroomisisaldus on 10,5–18% ja süsinikusisaldus on väga madal. Kõige laialdasemalt kasutatav mark on tüüp 430. Ferriitterastel on mõõdukas kuni hea korrosioonikindlus, mis suureneb kroomisisaldusega. Suureks eeliseks on nende vastupidavus kloriidi poolt põhjustatud pingekorrosioonipragunemisele, mis võib teatud keskkondades austeniitseid klasse kahjustada. Neid ei saa kuumtöötlemisega karastada ja neid kasutatakse alati lõõmutatud olekus. Kuigi need on üldiselt madalamad kui austeniitsetel terastel, on neil piirangud, sealhulgas vähenenud elastsus, vormitavus ja keevitatavus. Vaatamata nendele väljakutsetele kasutatakse ferriitilisi klasse laialdaselt autode viimistluses, arhitektuurilistes rakendustes ja kodumasinates, nagu nõudepesumasinad ja riidekuivatid.
Martensiitsed roostevabad terased: tugevus läbi kuumtöötluse
Martensiitsed roostevabad terased on ainulaadsed oma võime poolest karastada ja tugevdada kuumtöötlemise teel, sarnaselt süsinik- ja vähelegeeritud terastele. Lõõmutatud olekus on neil ferriitidega sarnane BCC struktuur. Kõrgete temperatuuride tõttu kiiresti jahutamisel (kustutamisel) muutub struktuur aga kehakeskseks tetragonaalseks (BCT) martensiidiks. Peamiseks legeerelemendiks on kroom, tavaliselt 12–15%, mille süsinikusisaldus on suurem kui ferriitklassidel. See kombinatsioon võimaldab neil saavutada väga kõrge tugevuse ja kõvaduse – mõnede klasside puhul ulatub 60 HRC – madalama plastilisuse ja sitkuse hinnaga. Neil on mõõdukas korrosioonikindlus, mis on üldiselt madalam kui austeniit- või ferriitklassidel. Levinud klasside hulka kuuluvad 410, 420 ja 440, mida kasutatakse kulumiskindlust ja mõõdukat korrosioonikindlust nõudvates rakendustes, nagu söögiriistad, kirurgiainstrumendid, turbiinilabad ja laagrirattad.
Kahepoolsed roostevabad terased: kahe maailma parima ühendamine
Dupleksroostevaba teras on määratletud kahefaasilise mikrostruktuuriga, mis sisaldab ligikaudu võrdses koguses austeniiti ja ferriiti, kusjuures kumbki faas ei moodusta alla 30% kogumahust. See ainulaadne struktuur võimaldab neil ühendada mõlema perekonna tugevused: need pakuvad ligikaudu kaks korda suuremat voolavuspiiri kui standardsed austeniitklassid, säilitades samal ajal hea plastilisuse ja sitkuse. Samuti tagavad need suurepärase vastupidavuse punktkorrosioonile, pragude korrosioonile ja, mis kõige tähtsam, kloriidi pingekorrosioonipragudele. Kõige sagedamini kasutatav mark on 2205 (22% Cr, 5% Ni), mis pakub paljudes keskkondades paremat korrosioonikindlust kui 316L. Kuigi dupleksteras on kallim kui standardsed ferriitterased ja neil on piirangud kasutustemperatuuri osas (tavaliselt alla 300 °C), on see materjal valik nõudlike rakenduste jaoks nafta- ja gaasitööstuses, keemiatööstuses, merenduses ning tselluloosi- ja paberitööstuses.
Sademekindlad roostevabad terased: ülim ülitugevus
Sademekindlad (PH) roostevabad terased saavutavad spetsiaalse kuumtöötlemisprotsessi kaudu erakordse kombinatsiooni suurest tugevusest ja korrosioonikindlusest. Erinevalt martensiitsetest klassidest, mida kõveneb ainult karastamise ja karastamise tsükkel, tugevdavad PH-klassid peente osakeste sadestamist üleküllastunud tahkest lahusest. Kõige levinum ja laialdasemalt tunnustatud PH klass on 17-4 PH (UNS S17400), mis on martensiitsene sademekarastav teras. See klass pakub ainulaadset kombinatsiooni suurest tugevusest, heast sitkusest ja suurepärasest korrosioonikindlusest, mistõttu sobib see paljudele kosmose-, keemia- ja üldinsenerikomponentidele, kus standardsete martensiitklasside jõudlus on ebapiisav. Teised PH-klassid hõlmavad poolausteniitseid ja austeniitseid tüüpe, nagu 17-7 PH ja A-286.
