Lue juttusarjamme ensimmäinen osa ”Kestävät ja turvalliset ratkaisut oikeilla materiaalivalinnoilla”, jossa käsittelemme yksityiskohtaisesti korroosion eri muotoja sekä miten huomioida korroosio erityisesti jälkikiinnityksien suunnittelussa.

Ruostumaton teräs

Ruostumattomaksi teräkseksi nimitetään joukkoa korroosionkestäviä teräksiä, jotka sisältävät vähintään 10,5 % kromia (Cr). Ominaisuuksiltaan eroavien rakenne- ja koneterästen tapaan myös ruostumattomien terästen välillä on eroja lujuudessa ja korroosionkestävyydessä. Ruostumattoman teräksen ominaisuudet perustuvat kontrolloituun seostamiseen, jolloin jokainen seosaine vaikuttaa sen mekaanisiin ominaisuuksiin ja kykyyn kestää erilaisia ympäristöolosuhteita.

Ruostumattoman teräksen ratkaisut ovat kalliimpia, mutta niiden käyttäminen on perusteltua sovellusten altistuessa: 

• Ulkoilmalle ja haitallisille ilmakehän olosuhteille (esim. hiilidioksidille, kosteudelle, rikille, suoloille ja kloridiyhdisteille)
• Äärimmäisille erittäin korkean lämpötilan olosuhteille
• Kemikaaleille

Ensiluokkainen korroosiokestävyys

Altistuminen ilman tai muun hapettavan ympäristön vaikutukselle saa ruostumattoman teräksen sisältämät kromiatomit reagoimaan hapen kanssa, jolloin teräksen pinnalle muodostuu spontaanisti läpinäkyvä ja tiukasti kiinnittynyt niin kutsuttu passiivikerros, joka suojaa terästä.

4Cr + 3O2 → 2Cr2 O3

Ruostumattoman teräksen korroosionkesto perustuu siis ohueen oksidikerrokseen materiaalin pinnalla. Niin kauan kuin oksidi kerros säilyy ehjänä teräksen pinnalla, ruostumaton teräs on korroosiota kestävä eikä myöhemminkään reagoi ympäristön kanssa.
Pistekorroosiosta puhutaan, kun passiivisen materiaalin passiivinen pintakalvo rikkoutuu ja pintaan syntyneestä halkeamasta korroosio etenee vauhdikkaasti pinnan alle. Kyse on hyvin paikallisesta korroosion muodosta, jonka etenemistä on vaikea seurata visuaalisesti. Pistekorroosion yleisin aiheuttaja on erilaiset kloridit, joten sitä ilmenee esimerkiksi ulkona rannikkoympäristössä ja sisällä allastiloissa.
Pistekorroosiosta voi seurata ns. vakavampi korroosion muoto eli jännityskorroosio, jolloin vaurioituminen aiheutuu korroosion ja jännityksen yhteisreaktiosta. Paikallinen vaurio passiivisessa pintakalvossa altistaa korroosiolle ja kuormitus lisää materiaalin jännitystä. Ulkoisia merkkejä korroosiosta ei välttämättä ole ennen rakenteen, kuten alakattojen, romahtamista.

Ruostumattomat teräslaadut ja niiden nimeäminen

Passiivikerroksen stabiiliuteen vaikuttavat teräksen koostumus, teräksen pinnan käsittely ja käyttöympäristön syövyttävyys. Stabiilius paranee kromipitoisuuden kasvaessa ja edelleen molybdeeni- ja typpiseostuksella. Ruostumaton teräs (joka itse asiassa hapettuu nopeasti, mutta muodostaa ruosteen sijasta suojaavan oksidikerroksen) ei siis syövy yhtä helposti kuin muut teräkset.

• Martensiittinen ruostumaton teräs (rautakromi, hiili > 0,1 %): Korkea hiilipitoisuus tekee ruostumattomasta teräksestä kovempaa, mutta heikentää samalla hitsattavuutta ja vaikeuttaa passiivikerroksen muodostumista. Sitä käytetään ympäristöissä, joissa halutaan hyödyntää teräksen kulumis- ja hankauksen kestävyyttä sekä kovuutta.

• Austeniittinen ruostumaton teräs (rauta-kromi-nikkeli, hiili < 0,1 %): Nikkelin (Ni) lisääminen vahvistaa passiivikerroksen muodostumista eli tekee siitä korroosionkestävämmän sekä parantaa teräksen mekaanisia ominaisuuksia verrattuna perusteräkseen. Tämä seostyyppi on rakenteissa eniten käytettyjä ruostumattomia teräksiä.

• Ruostumaton teräs, johon on lisätty molybdeeniä (Mo): tämä lisää kromihydroksidikerroksen lisäksi ylimääräisen suojaavan kerroksen, mikä antaa erinomaisen korroosionkestävyyden (parantaa pistekorroosion kestävyyttä).

Standardin EN 10088-1 mukainen nimeäminen: Useissa maissa käytetään EN 10088-1:2014 mukaista materiaalin numerointijärjestelmää, jolloin eri teräslaadut voidaan tunnistaa viiden numeron sarjasta.

Esimerkiksi materiaalin 1.4404 ensimmäinen numero (1) tarkoittaa terästä, toisen ja kolmannen numeron yhdistelmä kuvaa ruostumattomien terästen yhtä ryhmää, joka tässä tapauksessa (44) kertoo ruostumattoman teräksen seostetun nikkelillä (≥ 2,5 %) ja molybdeenillä ilman niobiumia (Nb) ja titaania (Ti). Viimeiset kaksi numero muodostava yksittäisen teräslajin tarkan tunnuksen.

On useita tapoja nimetä ruostumattomat teräslaadut. Esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä 1.4404 voidaan käyttää myös teräksen koostumusta kuvaavaa nimeä X2CrNiMo17-12-02 tai ASTM standardin mukaista merkintää 316 L.

Standardin EN ISO 3506-1 mukainen nimeäminen: Kyseinen standardi käsittelee ruostumattomasta teräksestä tehtyjen kiinnikkeiden ominaisuuksia ja kemiallisia koostumuksia. EN ISO 3506-1 standardissa käytetään nimityksiä, jotka vaihtelevat teräksen kemiallisen koostumuksen mukaan. Esimerkiksi austeniittiseen teräsryhmään luokitellaan ”A” etuliitteellä ja etuliitettä seuraa numero, joka kertoo teräksen korroosionkestävyysominaisuudesta (A1-A5). Mitä suurempi numero on, sitä parempi sen korroosiokestävyys on. 

Kiinnikkeitä ja muttereita käsittelevä standardi EN ISO 3506-1 ja EN 10088-1 mukainen materiaalin numerointijärjestelmä eivät ole täysin yhtenevät. Erot johtavat siihen, että kaksi eri EN 10088-1 mukaista ruostumatonta terästä voidaan luokitella samaan EN ISO 3506-1 mukaiseen teräsluokkaan.  Esimerkiksi ruostumattomilla teräksillä 1.4401 ja 1.4404 on erilaiset hiili- ja molybdeenimäärät, mutta molemmat ovat A4 ruostumatonta terästä tai vastaavasti perusausteniittiset ruostumattomat teräkset 1.4301 ja 1.4307 luetaan A2 ruostumattomaksi teräkseksi.

Korroosiovaikutus ja sen huomioiminen suunnittelussa

Korroosiosta puhuttaessa viitataan usein ympäristöluokkiin, joilla tarkoitetaan tietynlaisia ympäristöolosuhteita, joissa suunniteltavaa sovellusta tullaan käyttämään. Standardit ISO 9223 ja suomenkielinen ISO 12944-2 standardi määrittelevät erilaisia ympäristöolosuhteita ja jakavat ne luokkiin C1-CX riippuen niiden korroosiovaikutuksesta. Tarkkaan ottaen ISO 9223 standardin mukaiset luokat koskevat ainoastaan sinkkiä, hiiliterästä, alumiini ja kuparia. Ruostumattoman teräksen erilaisen korroosiomekanismin vuoksi on tarpeen käyttää eri luokitusjärjestelmää kuin sinkin osalta. Toisin kuin sinkin kohdalla, kosteuden vaikutus ilman muita epäpuhtauksia on ruostumattoman teräksen korroosion kannalta merkityksetön, mutta esimerkiksi kloridien vaikutus on erittäin tärkeää huomioida suunnittelussa.

Eurokoodi 3, EN 1993-1-4 käyttää erityistä luokitusjärjestelmää ruostumattomien teräslaatujen soveltuvuuden arvioimiseksi. Tässä järjestelmässä otetaan huomioon tärkeimpien vaikuttavien tekijöiden aiheuttamat riskit, joista lasketaan korroosionkestävyyskerroin (CRF). Jokaiseen riskitekijän tasoon (kloridit, rikkidioksidi, altistuminen pesulle) liittyy tietty määrä pisteitä, ja laskemalla kunkin tekijän pisteet yhteen saadaan CRF. Ruostumattomille teräksille on viisi korroosionkestävyysluokkaa (CRC) niiden CRF-tason mukaan. 

Hiltin korroosiomanuaalista löytyy tietoa Hilti tuotteiden korroosiotestauksesta. Hilti luokittelee sovellukset sisäkäyttöön ja/tai ulkokäyttöön soveltuviksi tai erikoissovelluksiksi. Sovellukset ovat linkitettävissä olosuhdekuvausten perusteella standardien mukaisiin korroosiovaikutusluokkiin. Esimerkiksi allastiloissa, joissa suuret kloridipitoisuudet aiheuttavat merkittävää jännityskorroosion riskiä, tarvitaan jälkikiinnityksiin korroosiokestävyysluokan V (5) materiaaleja. Käytännössä tämä tarkoittaa, että ruostumattoman teräksen sijaan valitaan ensisijaisesti HCR eli high corrosion resistant materiaalista (1.4529 teräslaatu tai korkeampi) valmistetut kiinnikkeet tai käyttöikää sopeuttaen toissijaisesti kuumasinkityt tai monikerrospinnoitteiset ankkurit.

Ruostumaton teräs Hiltillä

Hiltin tuotevalikoimasta löytyy niin kiinnikkeitä kuin myös kannatusjärjestelmän osia useista eri ruostumattoman teräksen laaduista.