Rustfritt stål
10 tips for rustfritt stål
- Rustfritt stål er ikke bare et veldefinert materiale, men også en vanlig term for et bredt spekter av legeringer, som har tre ting til felles:
* Hovedelementet må være jern (som i et “stål”)
* Stålet må inneholde minst 10,5% krom (Cr)
* Stålet må inneholde maksimum 1,2% karbon (C)
Ved siden av disse tre kravene er det fritt frem, og man kan legge til et utvalg elementer for å føre de fysiske eller kjemiske egenskapene i en ønsket retning. Begrensningene ligger i fantasien og det periodiske system. - Det er fem hovedgrupper av rustfrie stål, og den viktigste av disse er de autinittiske. I denne gruppen har stålet som regel 16-20% krom (Cr), 8-25% molybden (Mo) og – viktigst av alt – minst 8% nikkel (Ni).
Nikkel er en effektiv austenitt-stabilisator og bidrar betydelig i å ta stålet over i en veldig flatesentrert struktur (“face-centred cubic structure” FCC). FCC-strukturen har særlig utmerkede mekaniske egenskaper, særlig god strekkbarhet og sveisbarhet, og de mekaniske egenskapene er heller ikke dårlige. Blant de austinittiske kvalitetene finner vi bade “vanlig rustfritt” 18/8-kvalitet (4301/AISI304) og molybdenholdig, «syrefast»-stål av 4404/316-kvalitet.
Den austenittiske gruppen utgjør ca. 90% av det totale markedet – og rundt 70% av verdensmarkedet. - Hvis du ikke legger til nikkel, vil stålet som regel forbli romsentrert (“body-centred cubic” BCC), som er strukturen vi kaller ferritisk – og vi kjenner fra stålplater brukt i biler, skip, byggstål etc. Riktignok har stålets korrosjonsbestandighet blitt styrket av 10,5% krominnhold, men strukturen er den samme.
Ferrittisk rustfritt stål er magnetisk og er lettest å finne som tynnplater. Ofte ser vi den i kjøkken som fronter på kjøleskap og andre hvitevarer, hetter, dørslag, boller – og i vaskerommet i tromler på vaskemaskiner og tørketromler. Ferrittsk stål er mer vanlig enn folk tror. - Hvis nikkel holdes til det halve av kravet for austenittisk, får vi en interessant dobbeltstruktur: Duplex. Nesten halvparten av stålets mikrostruktur spiser all nikkelen og blir austenittisk, mens den andre halvparten ikke har noe nikkel og blir ferritisk. Duplexer er derfor en blanding av ferrittisk og austenittisk, typisk 55% ferrittisk.
Mekanisk er Duplex-stål betydelig sterkere (men også mindre bøybare) enn bade ferrittisk og austenittisk, og korrosjonsbestandigheten er utmerket. Duplex-stål er derfor oftest brukt der det er stilt ekstra høye krav til materialet, f.eks. i Nordsjøen og i kjemisk industri. - Visse rustfrie stål kan bli herdet. Hovedsakelig såkalte martensittiske ståk, hvor kombinasjonen av høyt innhold karbon (C) og lavt innhold av krom (Cr) betyr at stålet kan bli herdet ved oppvarming til høy temperatur og hurtig nedkjøling.
Herdbare martensitter er oftest sett i form av kjøkkenkniver. De kan slipes til en sylskarp egg, og som følge av hardheten holder de seg skarpe lenge. De rustfrie knivene er også høyt magnetiske (henges ofte på knivmagnet), men ikke veldig korrosjonsbestandige. Vi ser gjerne dette når de får “røde prikker” etter noen turer i oppvaskmaskinen. Ofte skyldes det på eksterne partikler, men det er ikke korrekt, da det faktisk er korrosjon på selve bladstålet vi ser. Kniver vi er glade i bør vaskes for hånd! - Rustfritt stål har en utmerket evne til å passivisere pga. minimumsinnhold av 10,5% krom. Stålet dekkes av et tynt (5-10nm!) sjikt av kromoksid, og dette sjiktet fungerer som en ultra-tynn film og beskytter i praksis stålet mot uhell.
Dessverre er ikke det passive sjiktet motstandsdyktig mot en hver påkjenning – og stålet kan korrodere i dårlige tilfeller. Dette skjer som oftest ved en local nedbrytning av det passive sjiktet, mens resten forblir passiv. Korrosjonen skjer i veldig local form som f.eks. groptæring («punktkorrosjon») eller sprekker. - Korrosjonsbestandigheten av stål (mot groptæring) er ofte kontrollert av stålets innhold av krom (Cr), molybden (Mo) og delvis nitrogen (N). Jo høyere innhold, jo bedre. I praksis er det optimale rustfrie stålet kun et spørsmål om å velge et stål med masse krom og molybden. Dette er fordi “syrefastheten” til 4404-legering (AISI 316 / 316L). er høyere enn “vanlig rustfritt stål” av 4301-legering (AISI 304 / 304L).
Ulempen er selvfølgelig at høylegerte stål har en tendens til å være mer kostbare, så i praksis må hver situasjon analyseres slik at det stålet som bryr på best balanse mellom korrosjonsbestandighet og pris velges. - Korrosjon er vanligvis verst når stålet er fullt nedsenket, men det kan også være problemer over vannoverflaten. Hovedforskjellen over og under vannskorpen er antallet elektrolytter. Det er mengder under vannet, mens over vannet er det «bare» sjøsprøyt, men det kan være ekstremvær langs kysten under en norsk vinter.
Hvis du ønsker å maksimere stålets korrosjonsbestandighet over vann, er det nødvendig å tenke på maksimal avrenning. Overflater må holdes fine og glatte for å sikre minimum vedheft, og horisontale steder med bakvendt helling må helt unngås. Desto mindre vann, desto mindre risiko for korrosjon. - Det er ingen offisiell “food-grade” rustfri. Iht. EU-bestemmelse 1935/2004 skal ikke stålet påvirke verken mat eller konsument (oss!), men det er ikke noen liste over godkjente typer stål.
Heldigvis er verden ganske enkel, og det danske prosjektet “Metal in Food” (2004-07) viser tydelig at “bare” vi velger stål og prosesser så det ikke er noe korrosjon, vil ingen tungmetaller bli skilt ut. Et annet godt argument for å velge tilstrekkelig korrosjonsbestandig stål og følge god produksjonspraksis (GMP-forordningen). - Man skulle ikke tro det, men rustfritt stål er et av verdens mest gjenbrukbare metaller/legeringer, og opp til 80% av Europas nye stål lages med skrot som utgangsmateriale. Det er det skrotet som samles opp hos den enkelte virksomhet, som sorteres og kjøres tilbake til stålverket som blir smeltet ned og tilsatt ekstra krom, molbyden, nikkel eller hva som skal til for å lage stålsort X;
* Alle brukbare elementer av stålet går tilbake til nytt stål.
* Vi begrenser de ytterst miljøskadelige gruvene.
* Vi trenger ikke å bruke energi på å rense og raffinere uren malm for uønskede elementer som S, P mm.
* Det er god økonomi i å resirkulere rustfritt stålskrot.
* Vi unngår rustfritt stål i naturen.
Fasiten er at rustfritt stål er en av de mest gjenbrukbare materialene vi har. Ingen andre vanlig brukte legeringer kan vise til samme resirkuleringsgrad.
