Teräksestä on tullut ensisijainen hyödyke, josta on tuhansia eri variaatioita sen käyttötarkoituksen mukaan, joten tutustutaanpa yleisimmin käytettyihin eri terästyyppeihin, niiden ominaisuuksiin ja käyttötarkoituksiin.

Rauta on runsaimmin saatavilla oleva mineraali, joka on levinnyt koko maapallon ytimessä ja vaipassa, vaikkakin se on puhtaassa olomuodossaan erittäin pehmeää ja se on hapetettava rautaoksidiksi. Tämän muodon heikko lujuus ja kestävyys haittaavat suuresti raudan käyttöä. Näiden ominaisuuksien parantamiseksi puhtaaseen rautaan lisätään jopa 2 % hiiltä, jolloin saadaan erittäin kestävää ja kovaa ainetta, jota kutsutaan teräkseksi.

Suuren vetolujuutensa ja lujuutensa ansiosta terästä käytetään kaikenlaisen valmistamiseen ompeluneuloista öljysäiliöaluksiin sekä niiden valmistamiseen tarvittaviin työkaluihin. Teräkseen lisätään kuitenkin usein muita metallilajeja, jotta se saisi erilaisia ominaisuuksia käyttötarkoituksesta riippuen.

Näistä metallisista lisäyksistä on tähän mennessä saatu aikaan 3500 erilaista teräsmuunnosta, joilla kaikilla on erilaiset rakenteelliset, kemialliset ja fysikaaliset piirteet ja ominaisuudet. Vielä hätkähdyttävämpää on se tosiasia, että yli 75 % näistä variaatioista on otettu käyttöön viimeisten kahden vuosikymmenen aikana teollisuuden nopeasti kehittyvien tarpeiden tyydyttämiseksi.

Katsastellaanpa seuraavaksi yleisimmin käytettyjä terästyyppejä, niiden erityisominaisuuksia ja käyttökohteita:

Hiiliteräs

Pääosa teräksestä eri puolilla maapalloa on jossakin muodossa hiiliterästä. Se koostuu raudasta, hiilestä ja vaihtelevista erityismääristä muita seosaineita. Hiiliterästen pääasiallisena seosaineena hiilen osuus kaikesta teräksen tuotannosta on noin 90 %.

Se auttaa luomaan vahvemman ja paljon jäykemmän metallin. Tämä johtuu siitä, että hiilen sisältämien atomien ansiosta se pääsee kulkemaan raudan kideverkon läpi, vääristää hieman ristikkoa ja täyttää metalliatomien väliset aukot.

Tämän ominaisuuden ansiosta syntyvät hiiliterästuotteet ovat erittäin kovia. Tämä lujuus määräytyy läsnä olevan hiilen määrän mukaan, jolloin se luokitellaan edelleen kolmeen luokkaan:

Lue kaikki hiiliteräksen terästä täältä.

Korkeahiiliteräs

Korkeahiiliteräs sisältää tyypillisesti noin 0,61-1,5 % hiiltä, minkä tuloksena saadaan vahvaa, haurasta ja kovaa terästä. Kulutuskestävyyden parantamiseksi se otetaan asianmukaisen lämpökäsittelyn läpi. Sen lisäksi, että sitä käytetään lujien lankojen ja jousien valmistukseen, se on käyttökelpoinen materiaali iskuja vaimentavien koneiden valmistukseen.

Keskihiiliteräs

Tämä variaatio sisältää hiilipitoisuutta 0,31 % – 0,6 %, jolloin tuloksena on miedosti sitkeää terästä, jolla on enemmän vetolujuutta kuin vähähiilisellä teräksellä. Kovettamiseksi sitä käsitellään usein karkaisulla, joka on eräänlainen lämpökäsittely. Koska se on hyvin muokattavaa ja sitä voidaan muovata moniin eri muotoihin ja kokoihin, tätä terästyyppiä käytetään yleisimmin näistä kolmesta. Sitä käytetään kaikkialla pilvenpiirtäjistä aitoihin, siltoihin ja koteihin.

Matalahiilinen teräs

Matalahiilinen teräs sisältää enintään 0,3 % hiiltä. Vaikka se tarjoaa suurta muovattavuutta ja sitkeyttä, vähähiiliselle teräkselle on ominaista alhainen vetolujuus, jota voidaan toki parantaa kylmävalssaamalla. Tämä tarkoittaa teräksen valssaamista kahden kiillotetun rullan välissä korkeassa paineessa. Sen yleisimpiä käyttökohteita ovat mm. metallilevyjen, laatikoiden, putkien, ketjujen, lankojen, koteloiden, niittien, ajoneuvojen runkojen jne. valmistaminen.

Lähde: Techpedia

Legoitu teräs

Legoitu teräs koostuu raudan lisäksi vaihtelevista määristä eri metalleja. Nämä lisäaineet auttavat muokkaamaan teräksen ominaisuuksia tiettyjä sovelluksia varten. Metalleja, kuten alumiinia, nikkeliä, piitä, kromia, mangaania, titaania ja kuparia, käytetään jossain määrin. Näiden metallien käyttö johtaa ominaisuuksiin, joita hiiliteräksellä ei ole. Teräksen lujuudessa, muovattavuudessa, korroosionkestävyydessä, sitkeydessä ja karkaisukyvyssä tapahtuu haluttuja muutoksia.

Seostettua terästä, joka yleensä reagoi paremmin erilaisiin käsittelyihin, käytetään erikoistuneemmilla teollisuudenaloilla, kuten kodinkoneissa, laivanrakennuksessa ja autoteollisuudessa. Se voi olla vahvempaa tai tuntuvampaa, ruosteen kestävämpää tai paremmin hitsaukseen soveltuvaa.

Seosterästä käytetään usein putkistojen, autonosien, sähkögeneraattoreiden, muuntajien ja sähkömoottoreiden valmistukseen.

Seosteräkset käsittävät seosaineiden yhdistelmästä riippuen lukuisia eri variaatioita. Olemme koonneet yhteen yleisimmin käytetyt tyypit:

Volframiteräs

Volframi, joka tunnetaan myös nimellä wolfram, on pohjimmiltaan himmeä hopeametalli, jolla on puhtaimmillaan korkein sulamispiste kaikista metallityypeistä. Se erottuu muista metallityypeistä lujuudellaan ja kyvyllään kestää korkeita lämpötiloja. Näiden ominaisuuksien ansiosta eri terässeoksissa käytetään tätä metallia korroosion- ja kulutuskestävyyden parantamiseksi.

Tämän lisäksi rakettimoottorien suuttimissa käytetään volframiterästä korkean lämmönkestävyyden saavuttamiseksi. Jos volframiterästä yhdistetään kobolttiin, nikkeliin ja rautaan, siitä voidaan valmistaa turbiinilapoja moniin lentokonetyyppeihin. Lisäksi monet muut koneet ja työkalut vaativat korkeaa lämmönkestävyyttä, ja siksi niissä käytetään volframiterästä.

Lähde:

Tiedä paljon enemmän volframiteräksestä täältä.

Nikkeliteräs

Nikkeliterässeos on yksi yleisimmin käytetyistä terässeoksista ympäri maailmaa. Korkean, noin 3,5 %:n nikkelipitoisuuden lisäksi se sisältää noin 0,35 % hiiltä. Sen erikoisuutena on, että nikkelin lisääminen lujittaa rakenneterästä ilman, että sitkeys vähenee samassa suhteessa. Tämä sitkeyden lisääntyminen auttaa vastustamaan murtumia, jotka voivat aiheutua suurista iskuista, iskuista ja kuormituksista.

Lisäksi nikkeli pienentää teräksen vääristymien arvoa sammutuksen yhteydessä. Nikkeliteräs reagoi uskomattoman herkästi lämpökäsittelyyn, sillä nikkelin lisääminen alentaa teräksen lämpötilaa, mikä tekee siitä ihanteellisen lämpökäsittelyyn.

Lähde: Bright hub engineering

Mangaaniteräs

Mangaaniteräs on työkarkaistava teräs, joka koostuu 11-14 % mangaanipitoisuudesta. Erinomaisten työkarkaisuominaisuuksiensa ja kulutuskestävyytensä vuoksi mangaaniterästä käytetään monimutkaisten rautatiekiskojen valmistuksessa. Muita nykyaikaisia käyttökohteita ovat mm. lapiokauhat, haulikkoruiskutuskaapit, kaapimet, porausta estävät turvalevyt jne.

Lähde: West Yorkshire Steel

Löydä lisää mangaaniteräksestä täältä.

Vanadiiniteräs

Vanadiiniteräs tunnetaan korroosionkestävistä ominaisuuksistaan sekä kyvystä vaimentaa iskuja. Sen lisäksi, että vanadiiniterästä käytetään kemikaaleja kuljettavissa putkissa, sitä käytetään ohuena kerroksena titaanin liittämiseen teräkseen ilmailu- ja avaruussovelluksissa. Jo 1 % vanadiinia ja kromia riittää iskun- ja tärinänkestävyyden saavuttamiseen, mikä tekee siitä ihanteellisen autosovelluksiin.

Lähde: Kaivostoiminta.com

Kromiteräs

Kromin lisääminen alentaa kriittistä jäähtymisnopeutta ja lisää teräksen hilseilykestävyyttä, kulutuskestävyyttä ja korkean lämpötilan lujuutta. Sitä käytetään ensisijaisesti korroosionkestävyyden lisäämiseen. Koska kromiteräksellä on korkea kimmoisuus ja vetolujuus, sitä käytetään usein koneiden ja autojen osien, kivenmurskainten ja kassakaappien valmistukseen.

Lähde: Borinox

Kromi-vanadiiniteräs

Kromi-vanadiiniteräksessä hyödynnetään sekä kromia että vanadiinia ja yhdistetään kummankin ominaisuudet. Teräksellä on erittäin korkea vetolujuus, ja se on helposti leikattavaa, mutta ei haurasta. Yleisiä käyttökohteita ovat hammaspyörät, akselit, yhdystangot, ajoneuvojen rungot ja niin edelleen.

Piiteräs

Magneettisen voiman osalta piiteräs on merkittävin nykyisin käytetty materiaali. Vaikka piiterästä käytetään pieniä määriä pulssimuuntajissa ja pienissä releissä, sovelluksissa, kuten suurissa moottoreissa ja generaattoreissa, käytetään tonneittain piiterästä. Sen ominaisuuksista saturaation väheneminen, resistiivisyys, magnetostriktio ja magneettikiteinen anisotropia ovat erittäin kysyttyjä. Kun piitä on lisätty vain 1-2 %, terästä käytetään laajimmin kestomagneettien valmistukseen.

Lue kaikki piiteräksestä täältä.

Molybdeeniteräs

Molybdeeni on terästen arvokas seosaine, joka parantaa teräksen sitkeyttä, hitsattavuutta sekä korroosionkestävyyttä. Tämä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi rakenneteräksissä, ja siksi niitä käytetään laajalti meriympäristösovelluksissa. Myös öljy- ja kaasuputkissa ja kuulalaakereissa käytetään molybdeeniteräksiä.

Lähde: Metalpedia

Kobolttiteräs

Kobolttiseokset tarjoavat valtavat korroosionkestävyys-, kulutuskestävyys-, korkean lämpötilan lujuus- ja magneettiset ominaisuudet. Joitakin kovempia kobolttisovelluksia ovat esimerkiksi kaasuturbiinien siivet ja kauhat. Tämäntyyppistä terästä käytetään kuitenkin yleisemmin leikkuutyökalujen valmistukseen.

Lähde: Science direct

Alumiiniteräs

Alumiinin lisääminen auttaa sisällyttämään kyvyn heijastaa lämpöä. Koska sen tiheys on noin kolmannes teräksen tiheydestä, sitä käytetään sovelluksissa, joissa alhainen paino ja suuri lujuus ovat olennaisia. Alumiiniteräksiä käytetäänkin laajalti moottoripyörien ja autojen pakojärjestelmien valmistuksessa. Autoteollisuuden lisäksi alumiiniterästä käytetään monipuolisesti muun muassa energiantuotannossa, arkkitehtuurissa, ruoanvalmistuksessa, pakkauksissa ja sähkönsiirtosovelluksissa.

Lähde: Aalco

Työkaluteräs

Työkaluteräkset ovat terästyyppejä, joita käytetään erilaisten työkalujen valmistukseen, joita käytetään monenlaisiin tarkoituksiin, mukaan lukien iskutyökalut, leikkuutyökalut, kuten veitsityökalut, ja muut. Ne koostuvat metalliseoksista, kuten volframista, koboltista, molybdeenistä ja vanadiinista, joita on vaihtelevia määriä. Sen lisäksi, että ne ovat kovia ja kestäviä, ne myös kestävät hyvin kuumuutta.

Työkaluteräksen laatu vaihtelee valmistettavan työkalun tyypin mukaan, mikä johtaa lukuisiin muunnelmiin työkaluteräsluokassa:

Shock Resistant Tool Steel

Nimensä mukaisesti tämä työkaluteräsvaihtoehto on suunniteltu niin, että se tarjoaa korkean vastustuskyvyn iskuja vastaan vaihtelevissa lämpötiloissa. Koostuen alhaisista hiili-, pii- ja molybdeenipitoisuuksista se on hankaava ja kohtalaisen sitkeä. Tätä terästä käytetään enimmäkseen työkalujen, kuten ruuvimeisseleiden, lyöntipuristimien, taltojen ja niittauksessa käytettävien työkalujen valmistukseen.

Erikoistyökaluteräs

Tämä työkaluteräs on erityisesti suunniteltu saavuttamaan kohtalainen sitkeys ja muovattavuus käyttämällä matalaseosteista teräsluokkaa. Niitä käytetään usein jakoavainten, karojen ja hanojen valmistukseen.

Työkaluteräs

Työkaluterästä käytetään sellaisten työkalujen valmistukseen, jotka vaativat korkeaa lämmönkestävyyttä pitkiä aikoja, kuten työkalut, joita hyödynnetään taontaan, suulakepuristukseen, stanssaukseen, valuun ja kuumaleikkausteriin.

Veden kovettama työkaluteräs

Veden kovettama työkaluteräs on edullisimpana tyyppinä yleisimmin käytetty työkaluteräs työkalujen valmistuksessa. Kovuuden sisällyttämiseksi esineisiin tai työkaluihin tämä teräs sammutetaan vedessä. Koska tällä teräksellä on korkea pinnan kulumiskestävyys, sitä käytetään usein viilojen, leikkureiden, vasaroiden, terien ja vastaavien esineiden valmistukseen.

Suurnopeus-työkaluteräs

Suurnopeus-työkaluteräs koostuu volframi-, molybdeeni- ja vanadiiniterässeoksista. Nämä komponentit ovat kovia ja säilyttävät kovuutensa altistuessaan korkeille lämpötiloille, mikä auttaa tuottamaan teräksen, joka sopii erinomaisesti suurnopeuskoneisiin, kuten poriin, rei’ittäjiin, sahoihin, lyönteihin, hanoihin jne.

Kylmätyöstö-työkaluteräs

Tämä työkaluteräsvaihtoehto sisältää korkean kromipitoisuuden, jotta saavutetaan vähäinen vääristymisominaisuus karkaisun aikana, joka voidaan tehdä ilmassa tai öljyssä. Tämän ominaisuuden ansiosta valmistetut työkalut eivät halkeile helposti. Erittäin lujana teräksenä kylmätyöstöteräs sopii erinomaisesti veitsenterien, leimausmuottien, kolikkotyökalujen jne. valmistukseen.

Muototeräs

Muototeräksessä hyödynnetään hiiliteräksiä muovien ruiskutus- ja puristusmuottien valmistukseen. Science struck

Ruostumaton teräs

Vaikka ruostumatonta terästä valmistetaan useista metalliseoksista, kromi toimii ensisijaisena alkuaineena, ja sen osuus teräksen koostumuksesta on 10-20 prosenttia. Aiemmin ruostumattomana teräksenä tunnettu ruostumaton teräs on erittäin suosittu ulkonäkönsä ja korkean ruostumattomuutensa ansiosta. Tarkalleen ottaen se kestää ruostumista noin 200 kertaa paremmin kuin muut terästyypit, erityisesti kun kromin määrä on yli 11 %.

Korroosionkestävyytensä vuoksi ruostumaton teräs on kallein terästyyppi. Erittäin kestävänä teräslajina ruostumattomat teräkset kestävät kulutusta, jota jokapäiväisessä käytössä väistämättä tapahtuu. Naarmuuntumisen ja korroosionkestävyyden parantamiseksi näkymätön kromikerros estää hapettumista. Muita ruostumattoman teräksen sisältämiä metallikomponentteja ovat muun muassa molybdeeni ja nikkeli.

Ruostumattoman teräksen koot ja laatuluokat voivat sovelluksen mukaan olla erilaisia, ja ne voivat olla levyinä, tankoina, putkina, levyinä ja lankoina. Ruostumattoman teräksen kiderakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien perusteella se voidaan edelleen luokitella eri tyyppeihin:

Ferriittinen ruostumaton teräs

Ferriittinen ruostumaton teräs sisältää noin 12-17 % kromia, enintään 0,1 % hiiltä, pieniä määriä nikkeliä ja muita seosmetalleja pieninä määrinä, kuten alumiinia, molybdeeniä ja titaania. Ferriittiset teräkset ovat sitkeitä, vahvoja ja magneettisia, mutta niitä voidaan lujittaa edelleen kylmämuokkaamalla. Ne eivät kuitenkaan reagoi lämpökäsittelyyn, joten niitä ei voi karkaista tällä tekniikalla.

Austeniittinen ruostumaton teräs

Austeniittinen teräs sisältää paljon enemmän kromia kuin sen ruostumattomat teräslajit. Tämäntyyppisen teräksen kromipitoisuus voi olla jopa 18 %, kun taas muita alkuaineita ovat nikkeli, joka muodostaa 8 %, ja hiili 0,8 %. Vaikka austeniittinen teräs ei reagoi lämpökäsittelyihin, se on suosittu ei-magneettisten ominaisuuksiensa vuoksi, mikä tekee tästä teräksestä yhden yleisimmin käytetyistä teräksistä maailmanlaajuisesti. Joitakin yleisiä käyttökohteita ovat putkien, elintarvikkeiden käsittelylaitteiden ja keittiövälineiden valmistus.

Martensiittinen ruostumaton teräs

Martensiittinen teräs sisältää 11-17 % kromia, ja se sisältää noin 1,2 % hiiltä ja alle 0,4 % nikkeliä. Martensiittiset teräkset eivät ainoastaan reagoi lämpökäsittelyihin, vaan niillä on myös magneettisia ominaisuuksia. Martensiittista ruostumatonta terästä käytetään hammaslääketieteellisissä ja kirurgisissa instrumenteissa, veitsissä, terissä ja muissa leikkuutyökaluissa.

Duplex-ruostumaton teräs

Duplex-teräs on yksinkertaisesti ferriittisen ja austeniittisen teräksen yhdistelmä, jonka tuloksena syntyy terästä, joka on paljon vahvempaa kuin kumpikin erikseen. Se on paitsi hitsattavissa myös korroosionkestävä. Se ei kuitenkaan ole vahvaa magneettisesti.

Precipitation Hardening Stainless Steel

Tämä teräs koostuu 17 %:sta kromia ja 4 %:sta nikkeliä, mikä johtaa karkaistuun teräslajikkeeseen. Lisäksi joitakin muita metalleja lisätään vaihtelevia määriä, kuten alumiinia, kuparia ja niobiumia. Tätä terästyyppiä voidaan muovata erilaisiin muotoihin, mikä tekee niistä ihanteellisia käytettäväksi moottorin osissa ja ydinjätesäiliöissä. Se tarjoaa myös kohtalaista korroosionkestävyyttä.