Ruostumattoman teräksen koneistus
Vain harvat käyttävät ruostumatonta terästä ilman sen koneistamista. Terästä voidaan leikata, taivuttaa, hitsata, kiillottaa tai käsitellä muulla tavoin mekaanisesti. Valitettavasti tämä vaikuttaa teräksen korroosionkestävyyteen. Ruostumaton teräs on vain ehdollisesti ruostumatonta, ja korroosionkestävyys riippuu siitä, miten terästä käsitellään. Lähtökohtaisesti teräs on "täydellistä" toimittajalta. Tehtaalta toimitetun teräksen korroosionkestävyys on paras mahdollinen ja suurin osa mekaanisista prosesseista, joille teräs voidaan altistaa, heikentää sen korroosionkestävyyttä. Kaikki ruostumattoman teräksen käsittelyt on täten toteutettava siten, että nämä heikentävät tekijät neutralisoitaisiin mahdollisimman hyvin. Jos tämä ei ole mahdollista, prosessin jälkeen on suoritettava asianmukaiset kemialliset käsittelyt.
Ruostumattoman teräksen hitsaaminen
Yksi vakavimmista korroosioon vaikuttavista toimista on hitsaus. Uuden faasin (hitsiaine) lisäksi teräs altistuu suurelle lämpökuormitukselle, johon liittyy ainakin kolme mahdollista vaaraa: herkistyminen, karkaisu ja sisempi vetojännitys.
Suoraan itse hitsiaineeseen liittyvät korroosioriskit pyritään usein minimoimaan käyttämällä "yliseostettua" täyteainetta. On kuitenkin vaikeampaa varmistaa, ettei järjestelmässä ole upoksissa olevia murtumia. Niitä voi esiintyä pistesyöpyminä, kutistusaukkoina, puutteellisina liitoksina, läpipalamisena jne. Korroosioriskinä on ensisijaisesti rakokorroosio.
Hyvä nyrkkisääntö on, että rakokorroosion mahdollisuus on olemassa 20–25 °C kriittistä pistekorroosiolämpötilaa (CPT) alhaisemmassa lämpötilassa. Pistekorroosiolämpötilaa korkeammassa lämpötilassa on pistekorroosion mahdollisuus. Ratkaisuna on joko ehkäistä kokonaan upoksissa olevat murtumat (= tehostettu valvonta) tai valita parempi teräs, jolla on korkeampi pistekorroosioindeksi (PREN) ja siten parempi kapseloitu turvallisuus (esim. 4404-seos 4301:n sijaan).
Hitsaussauman leikkaus. A: Perusteräs; B: Hitsaussauma; C: Luonnollinen oksidikalvo; D: Karkaisu; E: kromiköyhät kerrokset (juuri karkaisun alapuolella); F: Lämpövaikutusalue (HAZ); G: pistesyöpymät, kutistusreiät, puutteelliset liitokset jne.
Teräksen lämmittäminen 500–850 °C:n lämpötilaan (esim. hitsausprosessin väistämätön haittavaikutus) aiheuttaa haitallisten kromikarbidien muodostumisen riskin (= herkistyminen). Näin ei tapahdu varsinaisessa hitsaussaumassa vaan lähellä olevalla lämpörasitusalueella (lämpövaikutusalue = HAZ), ja ongelma on suurin huomattavien materiaalipaksuuksien hitsaamisessa. Käytännössä tämä voidaan estää tehokkaimmin käyttämällä niukkahiilistä terästä (esim. 4306, 4307 tai 4404) tai titaanistabiloitua teräslajia (4541 tai 4571).
Tähän liittyvä ilmiö on haitallisten metallien välisten faasien (esim. "sigma" (Cr-Fe) tai "ksi" (Cr-Mo) muodostuminen, mikä on mahdollista erityisesti hitsatessa runsasseosteisia Superduplex-teräslajeja (esim. 4410, Duplex 2507, Zeron 100) tai erittäin seosteisia ferriittisiä teräslajeja (esim. 4509, 4526 ja 4521).
Vähintään yhtä haitallista on teräksen pintaan hitsaussauman viereen muodostuva sinertävä tai kellertävä karkaisu. Kyseiset karkaisut ovat vahvasti paksuuntunutta kromin ja raudan oksidia, joka aiheutuu ruostumattoman teräksen pinnan lämpimästä hapettumisesta. Käytännössä hapettuminen heikentää teräksen korroosionkestävyyttä ratkaisevasti. Jos haluat hyödyntää teräksen täyden potentiaalin, sinun on varmistettava, että kaikki hitsaukset tehdään täysin hapettomissa olosuhteissa, mikä edellyttää erittäin suuren suojakaasumäärän käyttöä (katso FORCE:n "Referenceatlas").
Taloudellisempi ja usein nopeampi vaihtoehto on sietää tiettyä sinertävää väriastetta ja sen jälkeen poistaa karkaisu uudelleen joko peittaamalla tai kiillottamalla ja kemiallisella loppukäsittelyllä (peittaus tai passivointi). Lasipuhallus ei ole sopiva menetelmä, koska sekä karkaisu että kromiköyhä kerros pakotetaan tällöin pintaan sen sijaan, että ne poistettaisiin. Tämä toteutetaan suorittamalla peittaus ennen lasipuhallusta.
Mikä tahansa hitsausprosessi, kuten mikä tahansa mekaaninen käsittely, johtaa sisemmän vetorasituksen muodostumiseen ja siten suurempaan jännityskorroosioriskiin. Tämä voidaan välttää ainoastaan ratkaisemalla ongelma jo suunnitteluvaiheessa ja valitsemalla teräs, joka kestää jännityskorroosiota lähinnä suunnitelluissa käyttöolosuhteissa. Jännityskorroosiota ei kannata yrittää estää olettamalla, ettei lopputuotteessa ole lainkaan vetojännitystä...
Hitsausmenetelmät ja putkien lämmitys
HF – Suurtaajuushitsaus
Suurtaajuushitsausta käytetään rakennusteollisuuden putkituotannossa sekä autojen pakoputkistojen tuotannossa. Näissä käyttökohteissa suurtaajuushitsaus on suositeltava vaihtoehto kustannustehokkaiden tuottavuushyötyjen vuoksi. Suurtaajuushitsauksella (ks. kuva 3 - x50) saavutettu pieni hitsaussauma ei toisaalta aina ole ihanteellinen suorituskyvyn, paineen- ja korroosionkestävyyden kannalta, koska nauhan reunat eivät sula täysin yhteen ja hitsausreunoissa on hapettumista.
Kirkas hehkutus
Kirkas hehkutus tehdään vetyä (H2) sisältävässä uunissa, jonka lämpötila on 1040–1100 °C. Tätä seuraa nopea jäähdytys. Vety EI ole hapettava aine. Siksi pinnan hapettumista ei muodostu, eikä peittausta tarvita enää kirkkaan hehkutuksen jälkeen.
Tämän ratkaisun tärkein etu on putkien viimeistelyä helpottavien tyhjien ja tasaisten pintojen lisäksi materiaalin parempi korroosionkestävyys.
Tämä tuotantoprosessin viimeisessä vaiheessa suoritettu käsittely on kattava ratkaisu mahdolliselle karbidien muodostumiselle raerajalle, jolloin saavutetaan virheetön austeniittinen matriisi. Tämä mahdollistaa haitallisen raerajakorroosion välttämisen (rikki ja kloori hitsauksen aikana korkeista lämpötiloista johtuen).
Austeniittinen rakenne, joka saavutetaan kirkkaalla offline-hehkutuksella, on tasalaatuinen säännöllisen raekoon kanssa (mitta vaihtelee välillä 6–8 ASTM). Tämän seurauksena vetolujuusominaisuudet - etenkin piteneminen - paranevat ja plastisuus sekä jäännösjännitys vähenevät.
Kaikki putkia jälkikäsittelevät (esim. taittavat ja muovaavat) loppukäyttäjät arvostavat tätä ominaisuutta.
Putket, ei hehkutetut – peitatut
Hitsatut putket voidaan toimittaa ilman hehkutusta. Tämä tuote valmistetaan samalla tuotantoprosessilla lämpökäsittelyä lukuun ottamatta. Sen sijaan putket lähetetään kemialliseen peittauskäsittelyyn. Peittauskylpy koostuu rikkihaposta ja fluorihaposta.
Tämän prosessin avulla voidaan poistaa kaikki rautakontaminaation merkit ulko- ja sisäpinnalla sekä materiaalikohdissa sekä mekaanisesta viimeistelystä ja hitsauksesta johtuvia mahdollisia oksideja (kosketusrullat, hiomanauhat, leikkausvälineet).
Harjatut putket
Markkinoilla on saatavilla harjattuja putkia. Vain ulkopinta on harjattu peittauksen yhteydessä tapahtuvan kemiallisen käsittelyn välttämiseksi.
Näiden tuotteiden korroosionkestävyys on kuitenkin peitattuja putkia heikompi, jos ne altistetaan hyökkäyksille identtisissä ympäristöissä. Tämä johtuu metallipinnan kerrostumista, jotka ovat kontaminoituneet tuotantoprosessin aikana, sekä pinnan karheudesta, mikä voi helposti sisältää oksideja ja rautakontaminaation jäämiä. Itse hiomanauhoista voi jäädä materiaalia, joka voi aiheuttaa korroosiota.
Harjatut putket vaativat viimeistelynsä vuoksi tiheämpää huoltoa kuin peitatut putket.
Huomaa, että tämä koskee ainoastaan ulospäin suuntautuvaa harjausta. Se ei voi siksi poistaa mahdollista kontaminaatiota sisäpinnalta ja materiaalikohdista, jotka leikataan teräspohjaisista materiaaleista valmistetulla leikkurilla.
Eddy Current -testi
Damstahlin toimittamiin TIG- ja laserhitsattuihin putkiin suoritetaan Eddy Current -testi kalibroinnin jälkeen. Kyseinen ainetta rikkomaton testi tehdään muodostamalla magneettikenttä putken ympärille ja jäljittämällä mahdolliset vuodoista ja rei'istä johtuvat keskeytykset.
Leikkaaminen, sahaaminen ja muut katkaisumenetelmät
Vaarallisimmat prosessit ovat yleensä eksotermisiä, koska hitsaamisen tapaan tällöin on olemassa karkaisuvaara, joka on poistettava mekaanisesti/kemiallisesti. Klassinen esimerkki on kulmahiomakone, joka muodostaa erittäin karkeita karkaisupintoja ja jolla on lisäksi taipumus siirtää lämpimiä hiukkasia vasemmalle ja oikealle muille kuin käsiteltäville pinnoille. Nämä hiukkaset voivat palaa teräspintaan pysyvästi ja aiheuttaa rakoja ja karkaisua – erittäin epäedullinen yhdistelmä, joka voi heikentää korroosionkestävyyttä huomattavasti. Tällöin kannattaa poistaa kaikki hiukkaset varovasti ruuvaimella tai taltalla ja suorittamalla sitten peittaus.
Myös kylmäleikkausprosessit voivat heikentää teräksen korroosionkestävyyttä, sillä teräksen keskiosa, ceteris paribus, sisältää pintaan verrattuna enemmän epäpuhtauksia. Tämä johtuu tonneja painavien laattojen jähmettymisestä. Kiinteytyminen tapahtuu luonnollisesti ulkopuolelta kohti sisäosaa, ja tässä prosessissa epäpuhtauksia työnnetään kiinteytyneen metallin eteen ja ne päätyvät lopulta teräksen keskelle. Vaiheittainen valssauskaan esimerkiksi 300 mm:stä alle 1 mm:iin ei muuta sitä, että epäpuhtaudet keskittyvät teräksen keskiosaan.
Levyn keskiosan korroosionkestävyys on täten teräksen pintaa heikompi. Tämä ilmiö liittyy teräksen varsinaiseen tuotantoon terästehtaalla, ja kuten edellä mainittiin, ongelma voidaan minimoida loppuvaiheen peittauksella.
Ruostumattoman teräksen harjaus, puhallus, kiillotus ja muu työstö
Ruostumattoman teräksen mekaaninen käsittely vaikuttaa pinnan karkeuteen ja siten teräksen korroosionkestävyyteen. Yleissääntönä korroosionkestävyys heikkenee pinnan karkeuden lisääntyessä, ja erittäin karkea pinta (esim. hiekkapuhallettu) suoriutuu korroosiotesteissä huomattavasti tavallista sileää 2b-pintaa huonommin.
Tähän on kaksi syytä: Ensinnäkin karkea pinta on paljon sileää pintaa parempi lian ja syövyttävien suolojen keräämisessä, jolloin muodostuu paikallisia elementtejä. Toiseksi karkea hionta altistaa yleensä suuremmalle määrälle epäpuhtauksia itse teräksestä. Nämä epäpuhtaudet, erityisesti sulfidit, voivat toimia pistekorroosion hyökkäyspisteinä ja heikentää siten korroosionkestävyyttä.
Kaksi ruostumatonta teräslevyä, molemmat standardin EN 1.4301 (AISI 304) mukaiset. Vasen on hiottu ja oikea sähkökiillotettu. Ei ole vaikeaa kuvitella, kumpi pinta kerää tehokkaimmin suoloja ja kosteutta. Kunkin kuvan alareunassa oleva valkoinen viiva on 100 µm. Molemmat kuvat ovat Tanskan teknillisen yliopiston (DTU) omaisuutta.
Lisäksi karkealla hionnalla on taipumus lisätä teräspinnan vetojännitystä, mikä lisää jännityskorroosion riskiä. Hienopuhallus (kuulapuhallus tai lasipuhallus - ei hiekkapuhallus) voi sen sijaan lisätä puristusrasitusta ja siten myös jännityskorroosiota.
Korroosion kannalta on yleensä hyvä olla tekemättä mitään mekaanista pintakäsittelyä! Kylmävalssattujen levyjen sileä ja peitattu 2B-pinta kestää erittäin hyvin korroosiota, ja hiontamäärästä riippumatta se vain pahenee. Kuten edellä, teräksen asianmukainen kemiallinen pintakäsittely vähentää teräksen vaurioitumista.
Ruostumattoman teräksen käsittely ja kuljetus
Lähes kaikki ruostumattoman teräksen käsittelyyn liittyvät riskit ovat rautatahroja. Ongelma ilmenee erityisesti silloin, jos mustaa terästä on käsitelty taivutustyökaluilla, haarukkatrukilla tai kuorma-autolla. Ruman ulkonäön lisäksi rautatahrat heikentävät ruostumattoman teräksen todellista korroosionkestävyyttä, sillä rautatahrojen korroosio voi jatkua varsinaiseen ruostumattomaan teräkseen ja aiheuttaa siinä korroosiota.
Esimerkki rautatahroista hiukkasena, joka on valssaamolla pakotettu ruostumattomaan teräkseen. Hiukkanen on ollut todennäköisesti kohtalaisen kiinteä, koska se on työnnetty syvälle ruostumattomaan teräkseen ja peittaus poistaa kokonaan mustan teräksen/ruosteen, jolloin jäljelle jää pieni reikä.
Rautatahrat voidaan poistaa kemiallisesti, mutta se on aivan yhtä tehokasta kuin ongelman ehkäiseminen. Erityisen tärkeää on käyttää vain ruostumattomalle teräkselle tarkoitettuja työkaluja, joita ovat kaikki taivutustyökaluista trukin haarukoihin.
Metallipöly on tavallinen ongelma myös silloin, kun työkalut ovat täysin erillään. Metallipöly voi olla erittäin liikkuvaa, ja rautatahrojen ehkäiseminen voi olla erittäin haastava tehtävä. Ihannetapauksessa musta teräs ja ruostumaton teräs valmistetaan eri paikoissa, mutta tämä vaatimus jätetään usein huomioimatta. Kemiallinen viimeistely on tällöin ainoa vaihtoehto.
THREE-TIME WINNER OF E-COMMERCE AWARD 2023
