Rustfrit stål
Rustfrit stål er en samlebetegnelse for legeringer, der opfylder to kriterier:
- Det primære metal er jern (Fe)
- Indeholder minimum 10,5 % krom (Cr)
I modsætning til kobber og aluminium er rustfrit stål derfor en legering og ikke et metal – stål findes ikke som grundstof.
Ud over krom legerer man ofte rustfri stål med metaller som nikkel, mangan og molybdæn - legeringer med højt molybdænindhold er dem, vi kender som ”syrefaste” kvaliteter.
Rustfrit stål blev opfundet i starten af 1900-tallet og er derfor et relativt nyt materiale. Men det blev hurtigt populært, og i dag er rustfrit stål et af de mest udbredte materialer i industrien.
Hvad bruger man rustfrit stål til?
Alt fra køkkenvaske til maskindele og store tankanlæg bliver fremstillet af rustfrit stål, fordi det holder godt (under de rette forhold) og generelt er velegnet til bearbejdning.
Tank- og røranlæg i fødevare- og medicinalindustrien er en af de typiske anvendelsesområder for rustfrit stål. Her har rustfrit stål den fordel, at det har en lav overfladeruhed og en god korrosionsbestandighed og derfor samlet set er let at holde rent. I fødevare- og medicinalindustrien bygger man hele procesanlæg i rustfri plader, stænger og fittings.
Hvis stålet skal bruges i fødevareproduktion, skal du have en overensstemmelseserklæring, der sikrer, at stålet er godkendt til fødevarekontakt. Du finder alle Alumeco overensstemmelseserklæringer her.
Nederst på siden finder du en overordnet oversigt over typiske anvendelsesområder for de forskellige typer af rustfrit stål.
Bearbejdning
Rustfrit stål er overordnet set velegnet til bearbejdning. Det gælder både skærende bearbejdning, fx spåntagning og fræsning, og bearbejdning som svejsning og bukning.
Typer af rustfrit stål
Rustfrit stål opdeles overordnet i tre typer:
- Austenit
- Ferrit
- Martensit
Og dertil kommer to undertyper, superaustenit og duplex, som er kombinationer af de tre primære typer.
De fem typer stål har hver deres karakteristiske legeringssammensætning og har derfor forskellige styrker og svagheder.
Fysiske egenskaber
|
|
Enhed |
Austenit EN1.4404 (316L) |
Ferrit EN1.4016 (430) |
Martensit EN1.4057 (431) |
|
Massefylde |
g/cm3 |
7,9 |
7,7 |
7,0 |
|
Smeltepunkt |
°C |
1375-1400 |
1425-1510 |
1430-1510 |
|
E-modul |
MPa |
200.000 |
200.000 |
215.000 |
|
PREN* |
|
23,1 |
16,0 |
15,0 |
|
Varmeudvidelseskoefficient |
µm/m*K |
16,0 |
10,5 |
10,0 |
*Højere PREN-værdi = bedre korrosionsbestandighed
Sådan beregner du den termiske udvidelse
Rustfrit stål udvider og trækker sig sammen afhængigt af temperaturen.
Derfor er det vigtigt at tage højde for den termiske udvidelse, også kaldet varmeudvidelsen, i miljøer med store temperaturudsving. Det kan fx være udendørs i Danmark, hvor temperaturen nemt kan variere fra -20 °C til +30 °C.
Du udregner udvidelsen ved hjælp af varmeudvidelseskoefficienten (se tabel under Fysiske egenskaber).
Eksempel
- En plade i 4404 (varmeudvidelseskoefficient: 16,0 µm/m*K) er monteret på en facade.
- Ved -20 °C er pladen 1000 mm
- Ved +30 °C, altså 50 grader varmere, er varmeudvidelsen:
16 µm/(m*K)*1 m*50 K=800 µm=0,8 mm
Pladen er dermed 1000,8 mm ved +30 °C.
Udvidelsen sker i alle retninger. Det betyder, at du skal beregne udvidelsen for både højden, tykkelsen og bredden af emnet.
Hvad er valseretningen?
Når man valser en plade, efterlader valsningen strukturlinjer i overfladen.
Strukturlinjerne er synlige på den færdige plade, og derfor er det i nogle tilfælde nødvendigt at tage højde for valseretningen, hvis pladens udseende er relevant for funktionen.
For at skabe et ensartet udtryk er det vigtigt, at forskellige plader eller emner monteres sådan at strukturlinjerne går i samme retning.
Hvis pladen skal bukkes, kan valseretningen have indflydelse på bukkeevnen.
Derfor skal du angive valseretningen, når du bestiller en savet plade. Det sikrer, at den færdige plade har de rette egenskaber i forhold til længden og bredden. På dette eksempel vil pladen have en valseretning på 300 mm:
De typiske former for kemisk overfladebehandling er:
- Bejdsning
- Passivering
- Dekontaminering
- Elektropolering
De typiske former for mekanisk overfladebehandling er:
- Glasblæsning
- Slibning
- Polering
Typen og mængden af overfladebehandling kan give vidt forskellige resultater, og derfor er overfladekvaliteten for rustfrit stål defineret i EN 10088-2.
Rengøring og vedligehold
Under normale atmosfæriske forhold og i et rent miljø, er der ikke risiko for korrosion af rustfrit stål – forudsat at man har valgt den rigtige kvalitet til formålet.
Men virkeligheden er sjældent så enkel, og ofte vil rustfrit stål være udsat for fremmedlegemer og snavs af forskellige årsager. Det kan fx være i en produktion eller udendørs.
I de situationer er det vigtigt at holde materialet rent for at mindske risikoen for korrosion.
Tip til rengøring
Jo glattere overfladen er, jo nemmere er den at holde ren. Derfor kan det betale sig at tage højde for vedligeholdelsen, når man vælger overfladekvalitet.
Det er også vigtigt at designe overfladen sådan at vand og snavs kan løbe væk og ikke sætter sig i riller og hjørner. Udendørs kan regn klare meget af rengøringen, hvis produktet er designet fornuftigt.
Hvis dele af produktet er overdækket og derfor ikke får regn, kan det være nødvendigt med manuel rengøring. På den måde fjerner man luftbårne fremmedlegemer som havsalt og luftforurening.
Rengøringsmidler
Rustfrit stål har en relativt robust overflade og kan tåle de fleste rengøringsmidler. Du kan dog klare det meste rengøring med almindeligt sæbevand og en blød børste, eventuelt 5 % ammoniak til det mere hårdføre skidt og snavs.
Uanset middel skal overfladen skylles med rent vand både før og efter rengøringen.
Vi anbefaler disse midler til rengøring af rustfrit stål - listen er rangeret fra den mest skånsomme metode (sæbevand) til den mest aggressive (slibemidler):
- Almindelig sæbe
- 5 % ammoniak
- Opløsningsmidler, fx petroleum, terpentin eller mineralsk terpentin
- Polering med voks (kan beskadige oxidlaget midlertidigt)
- Slibning med voks (kan beskadige oxidlaget midlertidigt)
- Slibende rensemiddel (kan beskadige oxidlaget midlertidigt)
For at forebygge småsnavs som fingeraftryk og lignende kan du bruge et rengøringsmiddel med beskyttende effekt.
Du kan læse mere om rengøring og vedligehold af rustfrit stål i Euro Inox' guide.
Når man genanvender stål, sparer man en stor del af energien i forhold til at udvinde og producere råvarerne fra ny.
Men genanvendelse kræver, at stålet er i den rigtige kvalitet, og at der er nok af det. Ellers er det nødvendigt at udvinde og tilsætte nye råvarer.
Korrosion af rustfrit stål
Det ligger i navnet, at rustfrit stål har en god korrosionsbestandighed. Men rustfrit stål er langt fra immun over for korrosion – det er slet ikke ”rustfrit”.
Men hvis du vælger den rette kvalitet til det rette miljø – og tager de nødvendige forholdsregler – så kan rustfrit stål holde i mange år.
Oxidlag
Hemmeligheden er, at rustfrit stål danner et naturligt beskyttende oxidlag. Laget dannes relativt hurtigt og gendanner sig selv ved skader, så stålet altid er beskyttet.
Så længe oxidlaget er intakt, kan stålet holde til næsten alt (med den rette kvalitet i det rette miljø). Men hvis der sker en skade, og oxidlaget ikke får mulighed for at gendanne sig, kan korrosionen gå meget hurtigt.
Legeringselementer og korrosion
Eftersom rustfrit stål pr. definition er en legering, kan man skrue meget på stålets egenskaber ved at justere legeringselementerne. De fire mest relevante legeringselementer i forhold til korrosion er krom, molybdæn, nikkel og kulstof.
Krom
Krom er som nævnt det stof, der definerer rustfrit stål og også det, der gør selve stålet ”rustfrit”. Krom er den primære ingrediens i oxidlaget og er derfor afgørende for, at stålet kan beskytte sig selv.
Indholdet af krom er på mindst 10,5 % (EN 10 020), ofte meget mere.
Molybdæn
Molybdæn er et andet korrosionshæmmende legeringselement, som vi kender fra de ”syrefaste” kvaliteter som 4404 eller 4401. Kemisk minder molybdæn meget om krom, men det beskytter mere effektivt mod korrosion – derfor har legeringerne fået tilnavnet ”syrefast”.
Molybdænindholdet er typisk 0-6 %.
Nikkel
Nikkel er overordnet set det vigtigste legeringselement i austenitisk rustfrit stål (8-25 %), og det er generelt gavnligt for korrosionsbestandigheden. I martensitiske og ferritiske legeringer er indholdet under 7 %.
Kulstof
I rustfrit stål bliver kulstof betragtet som en forurening, som typisk kommer fra genanvendt jern. Vi vil helst have så lidt kulstof som muligt i rustfrit stål.
Kulstof har det nemlig med at lægge sig i korngrænserne mellem metalkrystallerne og forårsage interkrystallinsk korrosion.
Martensitisk stål kan have et kulstofindhold på helt op til 1,2 %, men ellers er kulstofindholdet i rustfrit stål noget, der bliver målt i promiller.