1.0.1 Översikt
Sedan introduktionen av rostfria stål på 20-talet har antalet rostfria stålsorter ökats radikalt. Marknaden domineras av ferritiska och austenitiska stål. De ferritiska materialen innehåller normalt 10-20% Cr och är ett lågprisalternativ till de austenitiska materialen med typiskt mer än 18% Cr och 8% Ni.
Tillsatsen av nickel till ett material med 18 % Cr påverkar egenskaperna i hög grad. I låga halter påverkas egenskaperna monotont och tämligen odramatiskt. Vid en viss nivå av nickeltillsats, cirka 7-9 % beroende på kromhalten, inträffar en mer drastisk förändring av egenskaperna, som beror på att materialet övergår till en kubiskt ytcentrerad atomanordning struktur, kallad austenit. Vid nickelhalter något lägre än de som krävs för en helaustenitisk struktur är materialet tvåfasigt och kan då få mycket goda kombinationer av egenskaper. Detta utnyttjas i de duplexa stålen, som består av ungefär lika delar ferrit och austenit.
Strukturerna framgår av fasdiagrammet vid 1000°C. Denna temperatur fungerar som en bra illustration eftersom man vid släckglödgning, som tillämpas kommersiellt vid temperaturer kring eller något högre än 1000°C, fryser strukturen som råder vid glödgningstemperaturen genom en snabb kylning. Kylningen hindrar dessutom att diffusionsstyrda reaktioner inträffar, exempelvis utskiljning av oönskade sekundärfaser som sigmafas och karbider, som påverkar egenskaperna negativt.
Nickeltillsatser i storleksordningen 8-10% medför att austenitfasen, som är en högtemperaturfas i järn, blir stabil ända ned till rumstemperatur. Austenit har således samma kubiskt ytcentrerad struktur som nickel, medan ferrit har samma typ av kubiskt rymdcentrerad struktur som krom och järn (latin ferrum). Martensit bildas vid snabbsläckning av austenit legerat med kol och/eller kväve och har en BCC eller rymdcentrerad tetragonal struktur. Ferrit och martensit är ferromagnetiska.
Många egenskaper styrs i första hand av materialets mikrostruktur: mekaniska egenskaper, formbarhet, duktilitet, deformationshårdnande med mera, medan exempelvis korrosionsmotståndet primärt kan kopplas till halterna av krom, molybden och kväve.
Det finns ett stort antal rostfria stålsorter. Några av dem har blivit högvolymsstål, medan andra kan vara utvecklade för speciella tillämpningar. Den variabel som främst står till buds är sammansättningen, och några av de olika legeringselementens inverkan på egenskaperna framgår av tabellen. Det finns dock ett stort antal bivillkor som måste vara uppfyllda, vilket innebär att man inte kan maximera en egenskap genom att enbart se till något enstaka element och öka halten av dessa.
Av utvecklingsträdet i Figur 10 framgår hur olika legeringselement bidrar till olika egenskaper och dessutom hur fasstabiliteten förändras, det vill säga hur man styr legeringstillsatserna för att få ferritiska, duplexa, superduplexa, austenitiska och superaustenitiska stål.
