Roestvaststaal: austenitisch, ferritisch en duplex Soorten, kwaliteiten, eigenschappen Toepassingen Voor- en nadelen Materiaalkeuze en verwerking

Soorten, kwaliteiten, eigenschappen

Bij roestvast staal is het oppervlak van groot belang zowel voor het uiterlijk, als voor de weerstand tegen corrosie.

De verkrijgbare afmetingen zijn afhankelijk van de productiefaciliteiten en kwaliteit. Plaat wordt in koud nagewalste toestand met verschillende oppervlaktebewerkingen aangeboden. Het oppervlak van halffabricaten kan door de leverancier worden nabewerkt (slijpen, borstelen, walsen met gepolijste rollen of een patroon). De verschillende oppervlaktecondities zijn beschreven in NEN-EN 10088-2.

Gelet op corrosie verdient het aanbeveling een zo glad mogelijk oppervlak te kiezen. Op gladde oppervlakken zal vuil minder goed hechten, terwijl het reinigen makkelijker gaat. Sommige leveranciers leveren speciale matte of zijdeglans uitvoeringen, met als kenmerk dat de oppervlakken minder vervuilen of gemakkelijker te reinigen zijn (bijvoorbeeld HyClean Superbrush ®).

In plaatvorm wordt roestvast staal met een speciale oppervlaktebehandeling meestal voorzien van een beschermende folie. Er worden verschillende folies gebruikt.

Corrosie

Roestvast staal wordt vanwege de weerstand tegen corrosie op grote schaal toegepast in de (petro)chemische industrie, de farmacie, de voeding- en genotmiddelen industrie, in huishoudelijke apparaten, in de automobielindustrie en in de bouw.

De gangbare roestvaste staalkwaliteiten voldoen goed in tal van waterige milieus en onder natte condities. Zijn de condities extremer, bijvoorbeeld door hogere temperaturen of door een hoge concentratie van bijvoorbeeld chloorionen, dan kan roestvast staal lokaal actief worden (corroderen). Gelijkmatige corrosie komt vrijwel niet voor.

Er kunnen de volgende vormen van lokale corrosie ontstaan (zie figuur):

Putcorrosie treedt vooral op in een omgeving waarin chloriden aanwezig zijn. Materiaal met een hogere PRE waarde heeft meer weerstand tegen putcorrosie.

Spleetcorrosie ontstaat in spleten bij een tekort aan zuurstof. Chloriden versterken de aantasting.

Galvanische corrosie (contact corrosie) ontstaat bij contact tussen verschillende metaalsoorten in aanwezigheid van een elektrolyt. Het minst edele metaal lost versneld op.

Interkristallijne corrosie (evt. met scheuren) kan optreden nabij lassen in roestvast staal met relatief hoog koolstofgehalte (bijvoorbeeld 1.4301 en 1.4401), doordat op de korrelgrenzen chroomcarbiden ontstaan. Kwaliteiten met lage koolstofgehalten (zoals 1.4306 en 1.4404), of gestabiliseerd met toevoegingen van titaan en/of niobium (bijvoorbeeld 1.4541 en 1.4571) zijn in gelaste vorm beter bestand tegen interkristallijne corrosie.

Spanningscorrosie (met scheurvorming) kan ontstaan door een combinatie van: een hiervoor gevoelig roestvast staal, trekspanning (evt. ook restspanning door bijvoorbeeld lassen), en een corrosief milieu, waarin voornamelijk chloriden. Spanningscorrosie treedt onder "normale" omstandigheden alleen op bij temperaturen boven ca. 50 °C, echter in zwembadmilieus is ca. 30 °C al voldoende. Roestvaste staalsoorten met een hogere PRE waarde, zijn ook beter bestand tegen spanningscorrosie.

Kwaliteiten

Enkele kenmerken van nieuwe(re) ferritische en martensitische roesvaste staalkwaliteiten

(in principe zijn minimale sterktewaarden opgenomen, 1 N/mm²=1 Mpa)

NEN-EN 10088	0,2% rekgrens (N/mm²)	Treksterkte (N/mm²)	Product	Toepassingen
[1,4016]	[260 *]	[450]	dunne plaat strip	Huishoudelijke apparaten, decoratie, automobielen, branders
1,4512	220 *	380	dunne plaat strip	Huishoudelijke apparaten, warmtewisselaars, automobielen (uitlaat), landbouw
1,451	240*	420	dunne plaat strip
1,4521	300*	400	dunne plaat strip	Warmtewisselaars, boilers, automobiel (uitlaat), branders
1,4313	600	820	Dik	Olie- en gasindustrie
*Minimum waarden voor warmgewalst materiaal; in de koudgewalste conditie zijn de rekgrenzen ca. 10 tot 40% hoger

Enkele kenmerken van nieuwere soorten warmgewalst austenitisch roestvast staal

NEN-10088	0,2% rekgrens N/mm²	Treksterkte N/mm²	Toepassingen
[1,4301]	[210]	[520]	Huishoudelijke apparaten, voeding, transport, enz.
1,431	250	600	Huishoudelijke apparaten, voeding, transport, enz.
1,4318	350	650	Voertuigen, constructies
1,4372	350	750	Voertuigen, constructies
1,4307	200	500	Voeding, chemie, tankers
1,4311	270	550	Voeding, chemie, cryogene techniek
1,4303	220	500	Dieptrekken, apparaten, automobiel
1,4406	280	580	Chemie, offshore, voeding, enz.
1,4432	220	520	Chemie, offshore, voeding, farmacie
1,4436	220	530	Chemie, offshore, voeding, farmacie
1,4435	220	520	Chemie, offshore, voeding, farmacie
1,4439	270	580	Chemie, offshore, voeding, farmacie
1,4439	220	520	Chemie, afgassen, zwavelzuur
1,4565	420	650	Chemie, gassen, zeewater, zwembad
1,4547	300	650	Chemie, gassen, zeewater, zwembad
1,4529	320	650	Chemie, gassen, zeewater, zwembad
1,4652	430	750	Chemie, rookkanalen, zeewater

Naast het standaard type 1.4462 zijn er de laatste jaren nieuwe kwaliteiten duplex roestvast staal op de markt gekomen, die zich uitstekend lenen voor toepassingen, waarbij de sterkte benut kan worden om dunner te construeren. Uit het oogpunt van gewicht en prijs kan dit erg aantrekkelijk zijn.

Enkele kenmerken van nieuwere duplex roestvaste staalkwaliteiten

NEN-10088	0,2% rekgrens N/mm²	Treksterkte N/mm²	Toepassingen
1,4362	400*	600	Apparaten, warmtewisselaars
1,4462	460*	660	Warmtewisselaars, tanks, rotoren
1,4410	530*	750	Apparaten, zeewater, rookgassen
* Het betreft warmgewalst materiaal, in de koudgewalste conditie zijn de rekgrenzen minimaal 20N/mm² hoger. Voor warmgewalst materiaal zijn de minimaal te bereiken rekpercentage ca. 35% of hoger

De verkrijgbaarheid (materiaaltype, productvorm, oppervlaktekwaliteit) en prijs.
Is er ervaring met vergelijkbare producten onder vergelijkbare omstandigheden?
Moet er aan het materiaal gelast worden?
Moet het materiaal vervormd kunnen worden?
Moet het materiaal verspaand kunnen worden?

Overzicht van gangbare kwaliteiten roestvast staal

gemiddelde samenstelling op ijzerbasis in gew.-%, zie norm voor exacte samenstellingsgrenzen

NEN-EN 10088	USA	C	Cr	Ni	Mo	N	Overig	PRE *
Ferritisch
1,4003	--	<=30,0	11,5	0,6				> 11,5
1,4016	AISI 430	<= 80,0	17,5	-	-	-	-	>17
Martensitisch
1,4006	AISI 410	<= 51,0	12,5	-	-	-	-	> 12,5
Austenitisch
1,4301	AISI 304	<= 80,0	19,0	9,2	-	-	-	> 19
1,4306	AISI 304L	<= 30,0	19,0	10,0	-	-	-	> 19
1,4550	AISI 347	<=80,0	17,5	9,5	-	-	Nb	> 17,5
1,4541	AISI 321	<=80,0	18,0	10,5	-	-	Ti	> 18
1,4401	AISI 316	<=80,0	17,0	12,0	2,5	-	-	> 25
1,4404	AISI 316L	<=30,0	17,0	12,0	2,5	-	-	> 23
1,4571	AISI 316Ti	<=80,0	17,0	12,0	2,5	-	Ti	> 23
Duplex
1,4462	UNS S31803	<=30,0	22,0	5,5	3	0,16	-	> 34

*PRE(Pitting Resistance Equivalent) is een maat voor de corrosieweerstand. De getoonde waarden zijn op basis van de ondergrenzen in de samenstelling. Naarmate het staal meer chroom, molybdeen en stikstof bevat, wordt de weerstand tegen corrosie, met name putvormige corrosie, hoger.

Naarmate het staal meer stikstof bevat, wordt in het algemeen ook de sterkte, in het bijzonder de rekgrens, hoger. Molybdeen bevordert de sterkte ook, zij het in mindere mate.

Overzicht van nieuwe roestvaste staalkwaliteiten

(gemiddelde samenstelling op ijzerbasis in gew. %, zie norm voor exacte samenstellingsgrenzen)

NEN-EN 10088	USA	C	Cr	Ni	Mo	N	Overig	PRE*
Ferritisch
1,4512	AISI 409	0,03	11,5	-	-	-	Ti	11,5
1,451	AISI 430Ti	0,04	18	-	-	-	Ti	18
1,4521	AISI 444	0,02	17,8	-	2,1	0,02	Ti	20,2
Martensitisch
1,4021	AISI 420	0,2	13,0	-	-	0,02	-	13,3
1,4028	AISI 420	0,3	12,5	-	-	0,02	-	12,8
1,4313	UNS S41500	0,04	13,0	4,0	0,5	-		14,7
1,4568	AISI 631	0,09	17,0	7,0	-	-	Al 1,0	17,0
Austenitisch
1,431	AISI 301	0,1	17,0	7,0	-	0,03	-	17,5
1,4318	AISI 301LN	0,02	17,0	7,0	-	0,15	-	19,4
1,4373	AISI 201	0,05	17,0	5,0	-	0,15	Mn 6,5	19,4
1,4307	AISI 304L	0,02	18,0	8,5	-	0,06	-	19,0
1,4311	AISI 304 NL	0,02	18,0	9,0	-	0,14	-	20,2
1,4303	AISI 305	0,02	18,0	11,0	-	0,02	-	18,3
1,4432	AISI 316L	<=0,02	17,0	11,0	3,0	0,05	-	27,7
1,4436	AISI 316L	<=0,02	17,0	11,0	3,0	0,05	-	27,7
1,4435	AISI 316L	<=0,02	17,0	12,6	3,0	0,06	-	27,9
1,4406	AISI 316LN	<=0,03	17,0	12,0	2,2	0,13	-	26,4
1,4439	AISI 317LMN	<=0,03	17,5	13,5	4,5	0,17	-	35,1
1,4539	AISI 904L	<=0,02	20,0	25,0	4,5	0,07	Cu	36,0
1,4565	UNS S34565	<=0,03	24,0	17,0	4,3	0,05	-	46,2
1,4547	UNS S32154	<=0,02	20,0	18,0	6,6,5	0,21	Cu	44,8
1,4529	UNS N08926	<=0,02	20,0	25,0	6,5	0,20	Cu	44,7
1,4652	UNS S32654	<=0,02	24,0	22,0	7,3	0,50	Mn, Cu	56,1
1,4948	AISI 304H	0,05	18,1	8,3	-	0,06	-	[19,1]
1,4818	UNS S30815	0,05	18,5	9,5	-	0,02	Si, Ce	[20,9]
1,4833	AISI 309S	0,06	22,3	12,6	-	0,08	-	[23,9}
1,4835	UNS S30815	0,09	21,0	11,0	-	0,17	Si, Ce	[23,7]
1,4841	AISI 314/310	0,2	25,0	20,5	-		Si, 2,0	[25,0]
1,4845	AiSi 310S	0,05	25,0	20,0	-	0,04	-	[25,6]
1,4854	UNS S35315	0,05	25,0	35,0	-	0,17	Si, Ce	[27,7]
Duplex
1,4362	UNS S32304	<=0,02	23,0	4,0	-	0,10	-	24,6
1,441	UNS S32750	0,02	25,0	7,0	4,0	0,27	-	42,6
* PRE tussen haakjes minder relevant, staal is primair voor hoge temperaturen

De vernieuwingen op het gebied van roestvast staal betreffen:

Leverbare kwaliteiten en meer op de toepassing gerichte samenstellingen.
Plaatmaterialen met specifieke oppervlakte eigenschappen (decoratie, reinigend vermogen).
Producten die via de productieroute uitstekende mechanische eigenschappen hebben.
Ontwerpgerichte leverbaarheid van speciale halfproducten, waarmee verregaande integratie van staalkwaliteit, halfproduct (vorm en eigenschappen), en ontwerp mogelijk wordt.