3.0.1 Översikt
Rostfria stål indelas som tidigare nämnts i klasser som beskrivs av deras mikrostruktur: ferritiska, martensitiska, austenitiska och duplexa stål. Det finns även speciella varianter som höghållfasta partikelhärdade sorter, men här kommer endast de viktigaste klasserna att beröras. Egenskaperna beror även på legeringstillsatserna, så att inom varje klass kan egenskapsprofilen påverkas genom ändring av sammansättningen. Sträckgränsen, Rp0,2, ligger högst för de martensitiska stål (i härdat och anlöpt tillstånd), lägre för de ferritiska och lägst för de austenitiska. De duplexa har värden mellan de enskilda fasernas egenskaper. De olika klasserna har vidare helt olika respons på kalldeformation, vilket kan åskådliggöras med spännings-töjningskurvor upptagna vid dragprovning.
I tabellen anges typiska mekaniska egenskaper vid rumstemperatur för några olika rostfria stål. Standardavvikelsen är normalt 17-20 MPa för Rp0,2 och Rm samt 3% för brottförlängningen A5.
Martensitiska och ferrit-martensitiska stål utmärks av höga sträckgränser och av att hållfastheten kraftigt påverkas av den värmebehandling stålen utsätts för. Normalt används de martensitiska stålen i seghärdat, dvs härdat och anlöpt, tillstånd. De har i detta tillstånd en hög hållfasthet som ökar med kolhalten. Stål med mer än 13% krom och en kolhalt som överstiger 0,15% är efter härdning helt martensitiska, men med sjunkande kolhalt ökar andelen ferrit och hållfastheten sjunker. Duktiliteten hos de martensitiska stålen är relativt låg. De ferrit-martensitiska stålen har trots en relativt låg kolhalt en hög sträckgräns i seghärdat tillstånd och en god duktilitet. De har också en mycket god härdbarhet. De genomhärdar även i grova godstjocklekar och bibehåller därför sina mekaniska egenskaper i grova sektioner.
De ferritiska stålens sträckgräns är relativt låg och deformationshårdnandet måttligt. Hållfastheten ökar med kolhalten, medan kromhaltens inverkan är ringa. Däremot sjunker duktiliteten vid höga kromhalter, och en god duktilitet hos ferritiska stål fordrar mycket låga kol- och kvävehalter. Duplexa stål har en hög sträckgräns, som ökar med ökande kol- och kvävehalter. Deras duktilitet är god, och de har ett kraftigt deformationshårdnande.
Austenitiska rostfria stål har i allmänhet en relativt låg sträckgräns och utmärks av ett kraftigt deformationshårdnande. Duktiliteten är mycket god, de har en hög brottförlängning och är mycket sega. Hållfastheten hos austenitiska stål ökar med ökande halter av kol, kväve och i viss mån även med halten av molybden. Kolets negativa effekter på korrosionsegenskaperna gör att detta elements hållfasthetshöjande egenskaper inte kan utnyttjas.
De enskilda legeringsämnenas effekter, liksom effekten av ferritandel och kornstorlek på sträckgränsen, har utvärderats med ett regressionssamband för austenitiska och duplexa stål.
där N, Mn et cetera anger halten av respektive legeringselement i vikts-%
δ anger δ-ferrithalten i %
d anger kornstorleken i mm
Rx i MPa
3.0.2 Applikationsexempel 3: Balkar
Rostfria stål används i ökande grad för lastbärande konstruktionselement för att minska underhållskostnader jämfört med belagt och målat kolstål. En sådan utveckling förutsätter konstruktionsunderlag och designkriterier, som är anpassade till de speciella egenskaperna för rostfritt stål.
I figuren illustreras dimensionering av en balk i ett antal olika material. Balken utgörs av ett fyrkantsrör med ett symmetriskt och kvadratiskt tvärsnitt med måtten 40×40 mm och med en väggtjocklek av t mm. Röret är utsatt för ett böjande moment MB. Den nödvändiga väggtjockleken hos balken beräknas (utan hänsyn till säkerhetsfaktorer) för ett kolstål, EN 1.4025, ett austenitiskt rostfritt stål 1.4404 och de duplexa sorterna 1.4362 och 1.4462. Sträckgränsen är i detta fall dimensionerande och hörnradierna antas vara noll.
Maximal tillåten spänning antas vara materialets sträckgräns (Rp0,2). Nödvändig väggtjocklek för de olika materialalternativen framgår av tabellen. Väggtjockleken kan reduceras med upp till 54 % med motsvarande viktsbesparing, om man väljer ett höghållfast rostfritt stål i stället för ett kolstål av typen 1.0525. I normalfallet baseras beräkningarna på de garanterade (min.) hållfasthetsvärden som anges i den aktuella standarden för materialet, men typiska sträckgränser ligger högre.
3.0.3 Applikationsexempel 4: Stolpar och räcken
Galvanisering är det traditionella sättet att få en rimlig livslängd på belysningsstolpar, vägtrummor, broräcken och andra konstruktioner av kolstål. Dessa är utsatta för väder och vind och ofta dessutom delvis eller helt utsatta för korrosion i jord. Vid sidan av det rent funktionella kriteriet för konstruktionen, det vill säga att bära last, måste även rent estetiska krav tillgodoses. Zinkskiktet har en begränsad livslängd och i stadier då zinkskiktet förbrukats lokalt på exempelvis belysningsstolpar, uppträder roststrimmor, som kräver kostsam och återkommande skyddsmålning. I estetiskt känsliga miljöer eller i kraftigt korrosiva miljöer är valet av ett rostfritt konstruktionsmaterial ett ekonomiskt alternativ.
Belysningsstolpar tillverkas vanligtvis av galvaniserat kolstål. I miljöer med marin atmosfär, hög luftfuktighet och hög kloridkoncentration korroderar detta material snabbt. På några orter på Kanarieöarna installerades av denna anledning 2000 stolpar utförda i 1.4404. Även ett antal av det mer höghållfasta och korrosionsbeständiga duplexa 1.4462 installerades. Stolparna kan betraktas som en konisk balk, 4-8 m höga. Godstjockleken hos stolparna av 1.4404 är 2,5 mm och för 1.4462 2,0 mm. Detta ger en viktbesparing på 20 % eller 15 kg för de 8 m höga stolparna.
