R.v.s.

Roestvast staal

Roestvast staal, ook rvs of inox genoemd en vaak foutief bestempeld als roestvrij staal, is een legering van hoofdzakelijk ijzer, chroom, nikkel en koolstof. Om van roestvast staal te kunnen spreken, is minimaal 11 tot 12% chroom en maximaal 1,2% koolstof nodig. Verder zijn in veel soorten roestvast staal ook de elementen molybdeen, titanium, mangaan, stikstof en silicium terug te vinden.

Het eerste roestvaste staal werd op 13 augustus 1913 door Harry Brearley in het laboratorium Brown-Firth gegoten, nadat hem in 1912 gevraagd was onderzoek voor de wapenindustrie te doen.

AISI 304, 316, 316L en 316Ti

Industrieel gebruikt men veelal de Amerikaanse normalisatie:

  • AISI 304 (1.4301) bestaat uit 18% chroom en 8% nikkel. Deze legering is in zachtgegloeide toestand niet-magnetisch en niet hardbaar, in koudvervormde toestand zwak magnetisch. Minder gevoelig voor uitscheiding van chroomcarbiden tijdens lassen.
  • Een meer corrosiebestendige maar duurdere soort is AISI 316 (EN 1.4401) met 16% chroom en 10% nikkel en 2% molybdeen. Type 316 is beter bestand tegen zoutcorrosie en wordt veel toegepast in de scheikundige industrie.
  • 316L (1.4404, “L” staat voor “low carbon”) heeft een laag koolstofgehalte om een gemakkelijker lasbaar roestvast staal te verkrijgen, en de corrosiegevoeligheid na het lassen te beperken.
  • Een andere manier om dit staal lasbaarder te maken is door toevoeging van titaan aan de legering, hetgeen het type 316Ti (1.4571) oplevert. Deze oplossing is technisch vrijwel evenwaardig. Alleen wanneer men architecturale toepassingen beschouwt, moet men rekening houden met een “typisch” slijpbeeld van titaangelegeerde soorten.
  • De magnetische eigenschap van rvs wordt bepaald door de kristalstructuur, dus door de samenstelling van het soort rvs. Roestvaste staalsoorten met tussen 6 en 26% nikkel (de 300-reeks uit de AISI) zijn austenitisch en daarom niet-magnetisch in geleverde toestand. Ze zijn uitstekend vervormbaar (plooien, dieptrekken, strekken) en ook schokbestendig doorheen het temperatuursbereik van heel lage tot heel hoge temperaturen. Nikkel zorgt er voor dat het staal in zijn austenitische toestand blijft tijdens het afkoelen. De overige elementen verhogen de corrosieweerstand en verwerkbaarheid van het staal. Bij sterke koudvervorming verandert de kristalstructuur echter, waardoor wel magnetische eigenschappen optreden bij austenitisch rvs. Martensitische, ferritische en duplex roestvaststaalsoorten zijn daarentegen magnetisch

Eigenschappen

Roestvast
Wanneer het chroom met zuurstof in aanraking komt, vormt het een onzichtbaar laagje chroom(III)oxide (ook genaamd: dichroomtrioxide) (Cr2O3), de oxidehuid. Dit laagje beschermt het onderliggende metaal tegen verdere roestvorming (oxidatie).
Hard
De hoeveelheid koolstof bepaalt de hardheid van het staal. Een staalsoort met veel koolstof is daardoor moeilijk bewerkbaar.

Magnetische- en vervormingseigenschappen

Roestvaste staalsoorten met tussen 6 en 26% nikkel (de 300-reeks uit de AISI) zijn austenitisch en niet-magnetisch in geleverde toestand. Ze zijn uitstekend vervormbaar (plooien, dieptrekken, strekken) en ook schokbestendig in het hele temperatuurbereik, van heel lage tot heel hoge temperaturen. Door toevoeging van de bovengenoemde hoeveelheden nikkel in het staal blijft de austenitische fase thermodynamisch stabiel. Daardoor vindt na een warmtebehandeling van austenitisch roestvaststaal geen faseovergang plaats tijdens het afkoelen. Harden van austenistisch roestvaststaal door middel van een warmtebehandeling is derhalve niet mogelijk. De overige elementen, zoals bijvoorbeeld chroom en molybdeen, verhogen de corrosieweerstand en bewerkbaarheid van het staal.

AISI 430, AISI 410 en AISI 409 (de 400-reeks) zijn voorbeelden van ferritische, alsook duplex roestvaste staalsoorten. In tegenstelling tot de austenitische roestvaststaalsoorten zijn ferritische en duplex roestvaststaalsoorten wel magnetisch, maar de mate waarin ze vervormbaar zijn is over het algemeen (iets) minder goed.

Gevoeligheid voor chloor

Vele Roestvaste staalsoorten zijn zeer gevoelig voor chloor. Stadswater, zwembadwater, natriumhypochloriet (NaOCl), waterstofchloride (HCl) en ijzer(III)chloride (Fe2Cl3) zijn zeer agressief op roestvast staal. Putcorrosie (Engels: pitting) is de corrosie waarbij zich putjes in het oppervlak vormen. Als bijvoorbeeld roestvast staal AISI 304 in contact komt met chloorhoudend water, van bijvoorbeeld drinkwater of zwembadwater, dan zal het chloor plaatselijk de beschermende laag chroomoxide aantasten. Er ontstaat dan het begin van een ondiep putje, waar zich weer meer chloorionen verzamelen, waardoor de aantasting bij voorkeur op die plaats doorgaat en het putje dieper wordt. Uiteindelijk ziet het materiaal er grotendeels gaaf uit, maar met een aantal putjes over het oppervlak. Typisch bij putcorrosie zijn de gaatjes juist naast een lasnaad. Roestvaste staalsoorten met het legeringselement molybdeen, zoals 316 en 316L, kunnen wel weerstaan aan chloor en hebben een goede weerstand tegen putcorrosie.

Elasticiteitsmodulus

De elasticiteitsmodulus van roestvast staal is niet dezelfde als van gewoon staal. De E-modulus van rvs is E = 195.000 MPa en van ‘gewoon’ constructiestaal is de E-modulus: E = 210.000 MPa.

Treksterkte

De treksterkte van een roestvast staal is een maatstaf om de mechanische eigenschappen van dit staal te classificeren. Praktisch is de vloeigrens (soms ook de 0,2%-rekgrens of Rp 0,2) van veel meer belang. Als het materiaal tot de treksterkte komt, is het immers al sterk plastisch vervormd.

 

Soorten roestvast staal

Roestvast staal wordt afhankelijk van zijn metallurgische structuur in verschillende families onderverdeeld, te weten de volgende:

  • Austenitische staaltypen, de 200- en 300-serie, zijn staalsoorten met een austeniete kristallijne structuur waarvan het kristalrooster kubisch vlakgecentreerd is. Austenitische roestvaste staalsoorten beslaan ongeveer 70% van de totale rvs-productie. Dit staaltype heeft een maximum percentage van 0,15% koolstof, minimaal 16% chroom en genoeg nikkel of mangaan om de austenitische structuur bij alle temperaturen te behouden. De austenitische soorten zijn door hun kristalrooster nooit magnetisch en doordat er geen faseovergang plaatsvindt bij opwarming of afkoeling, zijn zij niet hardbaar door middel van een warmtebehandeling. Wel kunnen zij door koudvervorming worden gehard.
  • Austenitische chroom-nikkel-mangaanlegeringen, 200-serie. Type 201 is hardbaar door koudvervorming. Type 202 is een algemene veel gebruikte soort.
  • 300-serie. De meest veelvoorkomende austenitische rvs-soort is type 304, ook bekend als type 18/8 vanwege de aanwezigheid van 18% chroom en 8% nikkel. Een tweede veelvoorkomende rvs-soort uit de 300-serie is type 316, ook bekend als type 18/10 vanwege de aanwezigheid van 18% chroom en 10% nikkel. Type 316 heeft een betere corrosiebestendigheid dan type 304.
  • Ferritische staaltypen, onderdeel van de 400-serie, zijn geschikt voor toepassingen in een weinig agressief milieu. Ze zijn goed bewerkbaar maar hebben een lagere corrosiebestendigheid dan de 300-serie door de lagere percentages chroom en nikkel, de corrosiebestendigheid is daarentegen wel beter dan die van de martensitische staalsoorten. Ferritische staalsoorten zijn magnetisch en niet hardbaar door middel van een warmtebehandeling.
  • Martensitische staaltypen, onderdeel van de 400-serie, zijn goed te bewerken staaltypen met een hoge hardheid en rekgrens, maar met verminderde corrosiebestendigheid. Martensitische rvs-soorten zijn altijd magnetisch en zijn goed te harden door middel van een warmtebehandeling. Deze rvs-soort wordt vaak gebruikt waar een hoge hardheid en sterkte, gecombineerd met een redelijke corrosiebestendigheid noodzakelijk is.
  • Een speciale vorm van het martensitische rvs-type is de precipitatie-hardende vorm. Dit type staal wordt gekenmerkt door een zeer goede corrosiebestendigheid, vergelijkbaar met de austenitische soorten, en een hardheid en rekgrens die boven die van de martensitische soorten ligt. Een veelvoorkomend voorbeeld van dit type rvs is 17-4PH, zo genoemd vanwege een percentage van 17% chroom en 4% nikkel. de ‘PH’ staat voor precipitation hardenable.

Roestvrij versus roestvast

De benaming roestvrij die in algemeen taalgebruik zeer gewoon is, wordt in de vaktaal van metallurgen niet gebruikt[1]. Roestvast staal zal wel degelijk roesten. Deze oxidehuid kan echter afsluitend zijn,[2] waardoor in bepaalde gevallen geen verdere roestvorming zal plaatsvinden of deze roestvormig erg vertraagd zal worden. In omstandigheden die hardnekkig genoeg zijn, of bij beschadiging van de beschermende oxidehuid, kan de roestvorming plaatselijk extra snel plaatsvinden. Dit wordt o.a. veroorzaakt door chloriden of andere metalen die zich nestelen in het oppervlak. Dit is ook de reden, waarom bij het bewerken van rvs geen stalen gereedschappen gebruikt mogen worden. Praktischer is echter om na het verwerken, het rvs te behandelen waarbij alle mogelijke verontreinigingen worden verwijderd. Dit is het zogenaamde beitsen, waarbij langs chemische weg alle verontreinigingen worden opgelost en verwijderd.
Normen

  • AISI (American Iron and Steel Institute)
  • ASTM A240 (American Society for Testing and Materials)
  • Europese norm EN 10088:
  • EN 10088-1 (samenstelling, fysische eigenschappen)
  • EN 10088-2 (vlakke producten, mechanische eigenschappen)
  • EN 10088-3 (lange producten, mechanische eigenschappen)
  • ISO 3506 standaard voor bevestigingsmiddelen uit roestvast staal