Rostfritt stål

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök

Rostfritt stål är en järnlegering, med minst 10,5 % krom (enligt EN 10088) som ofta har god motståndskraft mot korrosion (rost) och andra kemiska angrepp[1][2].

Allmänt[redigera | redigera wikitext]

Artikel om rostfritt stål publicerad 1915 i New York Times

Rostfritt ståls motståndskraft mot korrosion kommer av att stålet legerats med krom. När kromhalten överstiger cirka 11 % bildas en tunn, passiv hinna som skyddar det underliggande stålet mot vidare oxidation. Ytskiktet består av kromoxid som bara är 20-30 Å tjockt. Om stålets yta skadas, återbildas ytskiktet mycket snabbt förutsatt att det finns syre tillgängligt i omgivningen. Den kemiska motståndskraften i rostfritt stål ökar med stigande kromhalt, men den ökar även med minskande kolhalt, varför rostfria stål bör ha en kolhalt under 0,25 %.

Rostfritt stål uppfanns på Brown-Firth laboratioriet i Sheffield av Harry Brearley år 1912 som under experiment med olika legeringar till kanonrör upptäckte att järn-kromlegeringar inte rostade vid etsning (se artikel från New York Times).

En allmänt förekommande missuppfattning om rostfritt stål är att det inte rostar överhuvudtaget. Faktum är dock att allt stål rostar under rätta (fel) betingelser, men rostfritt stål har en betydligt högre motståndskraft mot rostangrepp och annan korrosion än andra stål. Rostfria stål som korroderar till en viss nivå och därefter slutar korrodera kallas rosttröga stål.

Olika typer av rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Det finns många olika typer av rostfria stål som framställs kommersiellt, alla med sina unika egenskaper och speciella användningsområden, men de kan delas in i mindre grupper av rostfria stål efter användningsområde och struktur.

Klassificering efter användningsområde[redigera | redigera wikitext]

Rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Rostfritt stål innehåller minst 10,5 % krom och används i korrosiva miljöer som exempelvis är sura och utsatta för klorider. Rostfritt stål som innehåller 13-18 % krom och inget nickel kallas även kromstål. Vanliga tillämpningsområden för kromstål är exempelvis vitvaror. Kromstål är billigare att ta fram än traditionellt rostfritt stål då man inte använder nickel, vilket sänker materialkostnaden för framställning.

Syrafast stål[redigera | redigera wikitext]

Syrafasta eller syrabeständiga stål innehåller förutom järn och krom även en del nickel och/eller mangan samt mindre mängder av andra metaller som molybden, niob och titan. Denna typ av rostfritt stål är den vanligaste typen som framställs i världens stålbruk. Stållegering som innehåller både krom och nickel kallas även för kromnickelstål, eller kromnickel, vilket ej är att förväxla med nichrom.

Kromnickel är ett rosttrögt stål bestående av 65 % nickel, 20 % järn och 15 % krom. Denna legering kan användas till elektrisk motståndstråd med resistivitet 1,05 ohm⋅mm²⋅m−1 för tillverkning av bland annat element för värmeapparater och resistorer.

Syrafast stål används i miljöer med mer kännbara kemiska påfrestningar, t.ex. i rördelar, rostfria skruvar och muttrar, beslag och maskindelar avsedda för marin miljö, samt detaljer som kommer i kontakt med syror. Till knivblad brukar man dock undvika stål med nickel eftersom de blir svårare att slipa och behålla en vass egg på.

I stället används olika typer av kromstål för detta ändamål.

Värmebeständigt stål[redigera | redigera wikitext]

Se Värmebeständigt stål.

Klassificering efter struktur[redigera | redigera wikitext]

Austenitiskt rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Austenitiska rostfria stål utgör den största gruppen av rostfria stål. De har en austenitisk γ-struktur vilket medför att de är omagnetiska och att de inte kan härdas.

Stålen består av krom (12-30 %) och nickel (7-30 %) samt andra metaller, ofta molybden (2-3 %). Kolhalten i dessa stål är mycket låg, i regel under 0,05 %. Rostfritt stål av denna typ är enklare att arbeta med än andra stålkvaliteter. Det är lätt formbart, och den låga kolhalten gör att det är lättare att svetsa i än andra typer av rostfritt stål. De austenitiska rostfria stålen har därför stort användningsområde som konstruktionsstål och som rörledningar. Vissa austenitiska stålsorter kallas syrafasta om man stärkt gropfrätningsmotståndet genom tillsättning av exempelvis molybden (ca 2 % i den vanligt förekommande legeringen EN 1.4401).

En mycket vanlig legering ur denna kategori är 18/8-stål (även 18/10-stål) som är legerat med 18 % krom och 8 % (10 %) nickel. Rostfritt husgeråd som grytor, kastruller mm är ofta gjorda av 18/8-stål. Bestick framställda av 18/8-stål har en tendens att svärta ned vissa typer av porslin. Vissa maskindiskmedel gör att den passiviserande hinnan som bildas naturligt på alla stål av denna typ blir tämligen mörk i en gråblå nyans. Detta innebär inte att föremålen är dåligt diskade, utan att korrosionshållfastheten ökat. Det går att avlägsna med hinnan genom polering.

Ferritiskt rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Ferritiska rostfria stål har en kromhalt 12-30 %, kolhalt under 0,1 %. De har en ferritisk α-struktur vid rumstemperatur. Värms stålet övergår strukturen först till γ-austenit vid 910°C och vid 1400°C till δ-ferrit.[3] De är magnetiska och kan inte härdas. Vissa typer av kromstål och värmebeständiga stål tillhör denna kategori. Stålet har en dålig svetsbarhet och används inte som konstruktionsstål. Nya ferriter med lägre kolhalt och legerade med titan/niob är svetsbara. De användes tidigare enbart i miljöer där stålet utsätts för måttliga angrepp (se korrosion nedan). Nya ferritiska legeringar uppvisar korrosionsegenskaper både i klass med EN 1.4301 som EN 1.4509 och motsvarande för molybdenlegerade EN 1.4404 som EN 1.4521.

Martensitiskt rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Martensitiska rostfria stål har en martensitisk struktur. De har vanligtvis en kromhalt kring 12-16 %, låg nickelhalt och en kolhalt runt 0,1-1,2 %. Martensit bildas genom att stål i austenitisk smält fas kyls så snabbt att vare sig perlitisk eller baintisk struktur hinner bildas.[4] Diffusionen av kol hindras av det snabba förloppet, dvs. kolet hinner inte flytta på sig utan stelnar på plats.[5] Det martensitriska stålet är därför mycket sprött och brukar därför anlöpas vid ca 250-650°C så att kolet kan diffundera ut till järnkarbid.[6]

Martensitiska rostfria stål är hårda stål som används i miljöer där stålet utsätts för måttliga korrosionsangrepp, t.ex. i olika eggverktyg som knivar och saxar. Stålen är magnetiska med relativt lågt korrosionsmotstånd pga den låga kromhalten. Det låga korrosionsmotståndet gör att exempelvis kvalitetsknivar ofta rostar om de diskas i diskmaskin. Stålet kan inte svetsas eller deformeras plastiskt utan att förlora sin härdning och används därför inte som konstruktionsstål.

Ferrit-austenitiskt (duplex) rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Ferrit-austenitiska rostfria stål, även kallat duplexstål, innehåller krom (upp till 29 %), nickel (5-8 %), molybden (1-4 %), kol under 0,03 % samt kväve 0,4 %. De har god korrosionsbeständighet och hög mekanisk hållfasthet och lämpar sig i miljöer med höga kloridhalter, t.ex. i konstruktioner vid kuster.

Detta stål är ett starkare material än de austenitiska stålen och det har även en god svetsbarhet samt god formbarhet så det lämpar sig mycket bra i konstruktioner. Duplexa stål är magnetiska och ej härdbara.

Martensit-austenitiskt rostfritt stål[redigera | redigera wikitext]

Martensit-austenitiska rostfria stål består av krom (13-16 %), nickel (5-6 %), molybden (1-2 %) och kol (0,04-0,08 %). De är magnetiska och härdbara. Stålet har god svetsbarhet och används bl.a i turbiner och propellrar.

Legeringsämnen[redigera | redigera wikitext]

Stål kan legeras med många olika ämnen som ger stålet olika egenskaper. Nedan beskrivs de vanligaste.

Kol[redigera | redigera wikitext]

Kol finns i olika utsträckning i alla stålsorter. Kol är en austenitstabiliserare som höjer hållfastheten på stål. Härdning bygger oftast på att det finns en hög kolhalt liksom martensitiska stål. En hög kolhalt är ofta negativ för rostfria stål ur korrosionsaspekt eftersom kolet bildar kromkarbider som hämmar korrosionsmotståndet.

Krom[redigera | redigera wikitext]

Kromhalten är avgörande för rostfritt stål eftersom de definieras av att de har en kolhalt som är högre än 10,5 %. Kromhalten är avgörande för att den passiva kromoxidhinnan ska kunna byggas upp. Krom är en ferritstabiliserare.

Nickel[redigera | redigera wikitext]

Nickel är en relativt kraftigt austenitstabiliserare. En austenitisk struktur leder till en bättre formbarhet och svetsbarhet. Det krävs ca 8 % nickel för att ett stål ska bli helt austenitiskt. Nicklet reducerar också korrosionshastigheten.

Molybden[redigera | redigera wikitext]

Molybden används för att öka korrosionsmotståndet mot allmän korrosion och lokal korrosion, såsom gropfrätning och spaltkorrosion. Austenitiska stål med 2-3 % molybden brukar kallas "syrafasta. Molybden är stabiliserar ferrit vilket gör att en högre nickelhalt krävs för att garantera en austenitisk struktur.

Kväve[redigera | redigera wikitext]

Kväve höjer både hållfastheten på stål och korrosionsmotståndet mot lokal korrosion som exempelvis gropfrätning och spaltkorrosion. Kväve är en stark austenitstabiliserare och brukar tillsättas i halter omkring 0,15 %.

Korrosion[redigera | redigera wikitext]

Interkristallin korrosion

Även s.k. rostfria stål kan drabbas av korrosion beroende på den miljö de används i. Rosttrögt stål är en mer rättvisande benämning på rostfritt stål. Rostfritt stål kan drabbas av gropfrätning (även kallat pitting) i närvaro av oxidationsmedel såsom saltvatten. Gropfrätning innebär att passivfilmen brister i en punkt varvid den angripna ytan blir anod och det omgivande stålet katod. Det innebär att oxidationen sker i punkten, d.v.s. metallen angrips i en punkt som gröps ur. Korrosionen görs möjlig dels genom komplexbildning mellan metalljoner och kloridjoner, dels genom att hydrolysen är sur vilket sänker pH i gropen.

Dock kan nämnas att vissa austenitiska rostfria stål klarar av miljöer med saltvatten tack vare en tillsats av lite molybden. En vanlig sammansättning av rostfritt stål för att motstå saltvatten är, förutom järn, 18 % krom, 10 % nickel och 2 % molybden.

Om man svetsar ett austenitiskt stål med hög kolhalt, riskerar man att stålet lokalt blir sensibiliserat genom kromkarbidutskiljningar, som uppstår i korngränser. Kromhalten är lägre vid karbidutskiljningar än vid kornen. Det innebär att korrosionshärdigheten minskar markant i korngränserna, vilket kan resultera i interkristallin korrosion. Man undviker risken för sensibilisering genom att välja ett stål med tillräckligt låg kolhalt (vanligen max 0,03 %) eller stål som stabiliserats med titan eller niob. Titan och niob bildar karbider med kolet innan det bildat karbider med krom. Man förhindrar därmed att kromhalten i korngränserna understiger 11 % som är gränsen för att det passiva skiktet skall bildas.

Sensibiliserat rostfritt 1.4301-stål

Rostfria stål i standarder[redigera | redigera wikitext]

  • SS-EN 10088-1:2005 "Rostfria stål - Del 1: Förteckning över rostfria stål"
  • SS-EN 10088-2:2005 "Rostfria stål - Del 2: Tekniska leveransbestämmelser för plåt och band av korrosionsbeständiga stål för allmänna ändamål"
  • SS-EN 10088-3:2005 "Rostfria stål - Del 3: Tekniska leveransbestämmelser för halvfabrikat, stång, valstråd, tråd, profiler och blanka produkter av korrosionsbeständiga stål för allmänna ändamål"
  • SS-EN 10028-7 "Platta produkter av stål för tryckbärande anordningar - Del 7: Rostfria stål"
  • SS-EN 10296-2:2005 "Svetsade runda rör för allmänna ändamål - Tekniska leveransbestämmelser - Del 2: Rostfria stål"
  • SS-EN 10217-7:2005 "Svetsade rör av stål för tryckändamål - Tekniska leveransbestämmelser - Del 7: Rör av rostfria stål"
  • SS-EN 10312 "Svetsade rör av rostfria stål för vattenledningar inklusive rör för dricksvatten - Tekniska leveransbestämmelser
  • SS-EN ISO 3651-2 "Bestämning av rostfria ståls härdighet mot korngränsfrätning - Del 2: Ferritiska, austenitiska och austenit-ferritiska (duplexa) rostfria stål - Korrosionsprovning i svavelsyrelösning (ISO 3651-2:1998)"

Motsvarande stål i olika standarder[redigera | redigera wikitext]

De vanligt förekommande beteckningarna A2 och A4 motsvarar 304 respektive 316 i AISI-beteckning.

EN-Norm

Stålnummer

EN-Norm

Stålnamn

ASTM/AISI

Beteckning

UNS

Beteckning

SIS

Beteckning

Typ av stål C Cr Ni Mo N S Övrigt Användningsområden
1.4000 X6Cr13 410S 2301 Ferritiskt max. 0,08 % 13 % Svetsade konstruktioner
1.4002 405 S40500 Ferritiskt max 0.08 % 12-14 % max 0,015 %
1.4005 X12CrS13 416 S41600
1.4006 410 S41000 2302
1.4016 X6Cr17 430 S43000 2320 Ferritiskt Hushållsgeråd
1.4021 X20Cr13 420 S42000 2304
1.4024 X5Cr13 403 S40300 2301
1.4057 X22CrNi17 431 S43100 2321
1.4104 430F S43020 2383
1.4301 X5CrNi18-10 304 S30400 2333 Austenitiskt max. 0,07 % 18 % 10 %
1.4303 X5CrNi18 12 305 S30500
1.4305 X12CrNiS18-8 303 2346 Austenitiskt
1.4306 X2CrNi19-11 304L S30403 2352
1.4307 X2CrNi18-9 304L S30403 2333 Austenitiskt
1.4310 X10CrNi18-8 301 2331 Austenitiskt max 0,12 % 18 % 8 % Fjädrar
1.4311 X2CrNiN18-10 304LN S30453 Austenitiskt
1.4318 X2CrNiN18-7 301LN
1.4401 X5CrNiMo17-12-2 316 S31600 2347 Austenitiskt 0,04 % 17,2 % 10,2% 2,1 %
1.4404 X2CrNiMo17-12-2 316L S31603 2348 Austenitiskt 0,02 % 17,2 % 10,1 % 2,1 %
1.4406 X2CrNiMoN17-12-2 316LN S31653 0,02 % 17,2 % 10,6 % 2,1 % 0,14 %
1.4429 X2CrNiMoN17-13-3 316LN S31653 Austenitiskt 0,02 % 17,3 % 12,5 % 2,3 % 0,14 %
1.4432 X2CrNiMo17-12-3 316L S31603 2353 0,02 % 16,9 % 10,7 % 2,6 %
1.4435 X2CrNiMo18-14-3 316L S31603 2353 Austenitiskt 0,02 % 17,3 % 12,6 % 2,6 %
1.4436 X3CrNiMo17-13-3 316 S31600 2343 Austenitiskt 0,04 % 16,9 % 10,7 % 2,6 %
1.4438 X2CrNiMo18-15-4 317L S31703 Austenitiskt
1.4462 X2CrNiMoN22-5-3 S31803 2377 Ferrit-austenitiskt 0,02 % 22 % 5,7 % 3,2 % 0,17 % Värmeväxlare för gas eller olja
1.4512 X6CrTi12 409 S40900
1.4521 X2CrMoTi18-2 444 S44400 2326 Ferritiskt max 0,025 % 17-20 % 1,8-2,5 % max 0,030 %
1.4539 X1NiCrMoCu25-20-5 904L N08904 2562 Austenitiskt 0,01 % 20 % 25 % 4,3 % Cu Extremt korrosiva miljöer
1.4541 X6CrNiTi18-10 321 S32100 Austenitiskt
1.4547 X1CrNiMoCuN20-18-7 S31254 2378 Austenitiskt 0,01 % 20 % 18 % 6,1 % 0,20 % Cu Processindustri
1.4571 X6CrNiMoTi17-12-2 316Ti S31635 2350 Austenitiskt 0,04 % 16,8 % 10,9 % 2,1 % Ti
1.4555 347 S34700 2338
1.4878 X12CrNiTi18-9 321H S32109
1.4948 X6CrNi18-11 304H S30409

Se även[redigera | redigera wikitext]

Vidare läsning[redigera | redigera wikitext]

  • Pettersson, Jan-Erik (1987). ”Innovationen av rostfria stål i Sverige: en åtgärd mot 1920-talets stålkris”. Dædalus (Stockholm) 1987(56),: sid. 89-102 : ill., tab.. ISSN 0070-2528. ISSN 0070-2528 ISSN 0070-2528.  Libris 2833070

Referenser[redigera | redigera wikitext]

Noter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Handbok i rostskyddsmålning av allmänna stålkonstruktioner. Stockholm: Korrosionsinstitutet. 1999. Sid. 19. ISBN 91-87400-09-X 
  2. ^ ”Product Analysis Tolerances for Steels to EN 10088-2 and EN 10088-3”. http://www.bssa.org.uk/topics.php?article=337. Läst 6 april 2016. 
  3. ^ Ullman, Erik (2003). Karlebo materiallära (14). Liber AB. Sid. 231. ISBN 91-47-05178-7 
  4. ^ Smallman and Bishop (1999) (på Engelska). Modern Physical Metallurgy and Materials ENgineering (6). Elsevier Science Ltd. Sid. 278. ISBN 0-7506-4564-4 
  5. ^ Callister, William D. Jr. (2007) (på Engelska). Materials Science and Engineering - An Introduction (7). John Wiley & Sons Inc. Sid. 331. ISBN 978-0-471-73696-7 
  6. ^ Ullman, Erik (2003). Karlebo materiallära (14). Liber AB. Sid. 87. ISBN 91-47-05178-7 

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]