I december 2018 ger vi ut boken Rostfritt stål – handbok för nyfikna. Den är skriven av Damstahls egen specialist Claus Qvist Jessen och innehåller det mesta som är värt att veta om rostfritt stål, korrosion, bearbetning, ytbehandlingar och mycket mer. Här bjuder vi på ett smakprov ur boken och vill du beställa ditt eget exemplar går det bra att göra det här.
Utdrag ur Rostfritt stål – handbok för nyfikna:
Ferritiska stål som alternativ till austenitiska stål
För bara några år sedan var nickelfritt ferritiskt rostfritt stål något man skrattade åt. Det låga priset kunde inte kompensera dålig korrosionsbeständighet, dålig svetsbarhet och de dåliga mekaniska egenskaperna. Därför användes ferritiskt rostfritt stål historiskt sett ofta bara för enkla och billiga konstruktioner där man bara ville ha något som såg snyggt ut.
Det senaste årtiondets kraftiga uppgångar (och fall) för nickelpriserna har emellertid förändrat detta. Nickel är ett mycket viktigt legeringsämne i de austenitiska stålen, och större delen av legeringstillägget för ett 4301-stål utgörs av just nickel. Detta innebär att svängningarna i nickelpriset får stor effekt på de fluktuerande stålpriserna. Det finns därför mycket att vinna på att kunna släppa det dyra och prismässigt instabila nicklet och ändå få en bra korrosionsbeständighet.
Korrosionsbeständighet hos ferritiskt stål
Punktfrätning är en av de vanligaste korrosionsformerna hos rostfritt stål. I avsnitt 3.5.2 visas stålets beständighet mot begynnande punktfrätning som uttrycks med ett PREN-värde (Pitting Resistance Equivalent). Baserat på̊ tabell 3.1 kan man därför förvänta sig att det ferritiska 4509 (PREN 17,5) har samma beständighet mot begynnande punktfrätning som det austenitiska 4301 (PREN 17,5). På samma sätt kan man förvänta sig att det ferritiska 4521 (PREN 22,9) ligger på ungefär samma nivå som det austenitiska 4404 (PREN 23,1). Detta har verifierats på experimentell väg. Så länge punktfrätning utgör den största risken bör man alltså kunna ersätta det traditionella austenitiska stålet med dess ferritiska motsvarighet utan att offra korrosionsbeständigheten.
Återigen måste man tänka på att PREN-värden bara kan användas för att bestämma beständigheten gentemot begynnande punktfrätning. Om korrosion har startat är det bra att ha med Ni som broms, och därför förlöper angreppet snabbare hos ferritiskt stål än austenitiskt. Detta är för övrigt skälet till att de austenitiska stålen klarar sig bättre mot spaltkorrosion än sina ferritiska motsvarigheter. Bägge delarna är goda argument för att alltid välja ett stål där korrosionen aldrig har en chans att sätta igång.
Utöver punktfrätning/spaltkorrosion finns goda skäl att vara uppmärksam på spänningskorrosion (SPK). Spänningskorrosion angriper nästan uteslutande de austenitiska standardstålen ur 4301- och 4401-klasserna (avsnitt 3.7.1), så där har de ferritiska stålen en enorm fördel eftersom de inte alls angrips av kloridinducerad SPK. Det går därför utmärkt att använda ferritiska stål på många platser där SPK är den korrosionsform som påverkar livslängden mest, och där stål ur 4301- och 4401/04-klasserna därför inte kan användas. Ugnar tillverkade av ferritiskt rostfritt stål är en klassiker.
På minussidan för de ferritiska stålen hör det faktum att den frånvarande nickelbromsen gör att de inte motstår allmän korrosion särskilt bra, vare sig i starka syror eller starka baser (t.ex. fig. 3.6). För användning vid extrema pH-värden är traditionella austenitiska rostfria stål därför normalt att föredra framför de ferritiska.
Mekaniska förhållanden för de ferritiska stålen
Ur mekaniskt perspektiv finns vissa skillnader mellan de ferritiska och austenitiska ståltyperna. Tittar man på sträckgränsen (Rp 0,2) är den vanligen marginellt högre för de ferritiska ståltyperna än de motsvarande austenitiska. I gengäld är brottgränsen (Rm) lite lägre, och erfarenheten säger att de ferritiska stålen därför är lättare att klippa och borra i än de väldigt sega austenitiska stålen.
På minussidan för ferriterna står det faktum att brottförlängningen är något mindre än för de gummiartade austenitiska stålen (minst 20 % jämfört med 45 %), vilket gör att ferriterna är mindre lämpliga för kraftiga mekaniska deformationer. Detta gäller framför allt vid ren sträckformning, men ferritiska stål kan i stället ofta användas för djupdragning. I England och Italien använder man till exempel ofta 4016 för cateringutrustning just på grund av djupdragningsegenskaperna som inte alls är så dåliga. Man ska dock inte förvänta sig några mirakel och tro att det går att tillverka en komplicerad dubbeldiskho i ferritiskt rostfritt stål utan mellanglödgning. Det är tyvärr omöjligt.
Brottförlängningen påverkar också vid bockning. Ferritiska stål kan absolut bockas, men inte alls i samma utsträckning som de austenitiska, och bockningsradien måste därför vara större. På det hela taget påminner de ferritiska rostfria stålen (kubisk rumscentrerad struktur) ur mekanisk synpunkt mer om ferritiska svarta stål (även de kubiskt rumscentrerade) än om austenitiska rostfria stål (kubiskt ytcentrerade).
En annan detalj är de mekaniska förhållandena vid extremt låga och extremt höga temperaturer. Vid mycket låga temperaturer kan de ferritiska stålen bli spröda, vilket märks i form av en plötsligt försämrad slagseghet (AV). Vid vilken temperatur denna förändring inträffar varierar en del beroende på legering, tjocklek och eventuella svetsar, men ned till -20 °C går det som regel bra. Till exempel 4509 har med framgång använts utomhus i Norrland där vintertemperaturen lätt hamnar runt –40 °C. För hyperkalla ändamål (t.ex. flytande kväve ned till –196 °C) finns det bara en enda lösning: austenitiskt stål – vanligen 4404.
Även vid förhöjda temperaturer kan man riskera mekaniska problem. Vid längre uppehåll i temperaturområdet 400 till 550 °C kan man riskera ”475°-sprödhet”. Detta fenomen förekommer också̊ för duplexstål (samma temperaturområde), och de ferritiska stålen är därför mindre lämpade för högtemperaturförhållanden än de mer toleranta austeniterna. Observera dock att stålet vid mycket höga temperaturer (över 550 °C) lämnar riskzonen. Då kan de ferritiska stålen återigen bli relevanta (avsnitt 5.3.5), så alla situationer måste bedömas från fall till fall.
Damstahls egen Claus Qvist Jessen är kemiingenjör, fil. dr och en världsledande auktoritet inom rostfritt stål. Han har även skrivit böckerna ”Rostfritt stål och korrosion”, ”Rostfritt stål för hygienisk utrustning inom food/pharma” samt ”Surface Treatment of Stainless Steel – Corrosion and Cleanability”.