Bearbetning av rostfritt stål

Rostfritt stål är ett material som är svårt att bearbeta. Bearbetning innebär risk för kallhärdning. Dessutom kan bearbetningsfel skapa attackytor för korrosion. Följande artikel svarar på den vanliga frågan "Kan rostfritt stål rosta?", ger en översikt över problem under bearbetning, olika bearbetningsmetoder och urvalskriterier för rätt verktyg för bearbetning av rostfritt stål.

Vad är rostfritt stål?

Termen rostfritt stål avser legerat eller olegerat stål med en särskild renhetsgrad. I stort sett hänvisar rostfritt stål till alla korrosionsbeständiga stål; Men i teknisk mening kan rostfritt stål absolut rosta. DIN EN 10020 definierar terminologin för stål, inklusive rostfritt stål.

Rostfritt stål är populära material på grund av deras tillgänglighet och egenskaper. Rostfritt stål har följande egenskaper:

• Hållbart
• Visuellt tilltalande
• Mycket variabelt

Mångsidigheten i synnerhet är mycket tilltalande: Rostfritt stål har olika egenskaper beroende på dess sammansättning. Till exempel säkerställer krom korrosionsbeständighet medan nickel främjar syraresistens. På grund av de positiva egenskaper som kan justeras av olika legeringar, används olika rostfria stål ofta för att tillverka standardiserade delar för maskinteknik.

Följande figur visar en jämförelse av stålegenskaperna genom att ange beteckningen i enlighet med JIS och tillhörande materialkoder som gäller i Europa:

Jämförelse av egenskaperna hos olika stål

• A = Korrosionsbeständighet
• B = Polerbarhet
• C = Bearbetningsbarhet
• D = Svetsbarhet
• E = Magnetiserbarhet
• Ju längre utåt parametervärdet visas, desto mer uttalad är det.

Följande stål kodas av materialnumret: X5CrNi18-10 (1.4301 / SUS 304), C X X105CrMo17 (1.4125 / SUS 440), X8CrNiS18-9 (1.4305 / SUS 303) och 100Cr6 (1.3505 / SUJ 2).

Problem med hantering och bearbetning av korrosionsbeständigt stål

Det antas felaktigt att korrosionsbeständigt stål är 100 % rostfritt. Detta är inte sant: ett passivt lager eller en oxidfilm som skyddar stålet mot korrosionsformer under påverkan av syre på ytan av kromlegerat rostfritt stål.   Detta lager är mycket tunt på 0,06 - 0,08 mikrometer. Det tar dock en viss tid för detta lager att bildas och att aktivt skydda mot korrosion. Typiska problem under bearbetning är att inte tillräckligt med tid tilläts för att lagret skulle bildas eller att det passiva lagret förstörs av repor, inklusive under bearbetning. Men kontakt med andra mindre ädelmetaller kan också leda till rost (kontaktkorrosion) av ett stål som faktiskt klassificeras som rostfritt. Den mindre ädelmetallen reagerar vid kontakt, till exempel med vatten och syre. Det korroderar. Det extraherar syret som krävs för oxidation från sin omedelbara miljö. Det passiva lagret av det kromlegerade rostfria stålet består av en kromoxid, en kemisk förening av krom och syre. Vid kontaktpunkten berövas således kromoxidskiktet syret och det skyddande skiktet förstörs som följd. Den nu oskyddade ytan av rostfritt stål kan då också korrodera.

Olika försiktighetsåtgärder vid hantering och bearbetning av rostfritt stål

På grund av ovannämnda problem måste mycket uppmärksamhet ägnas vid hantering och bearbetning av korrosionsbeständigt stål. Till exempel bör de verktyg som används för rostfritt stål användas uteslutande för detta ändamål och bör inte ha någon tidigare kontakt med andra stål. Detta inkluderar lagring av verktygen.

Men saker och ting kan fortfarande gå fel även efter att det korrosionsfria stålet har klarat sig genom bearbetningen. Om rostfritt stål kommer i kontakt under transport, till exempel med järn på gafflar på gaffeltruckar eller verktyg, kan de resulterande fläckarna utgöra en ny korrosionsrisk. Särskild försiktighet måste därför iakttas även här för att säkerställa att endast lämpliga transportmedel används.

Men låt oss nu titta på själva bearbetningsprocessen: Följande beskriver olika bearbetningsmetoder, vad som behöver observeras och vilka verktyg som ska användas.

Skärning och avskiljning av rostfritt stål

På grund av ovanstående problem måste mycket uppmärksamhet ägnas vid avskiljning och skärning av rostfritt stål. Skärprocessen kan generera värme eller skapa luftburen rost. Maskinbearbetningsmetoder, som borrning och fräsning, utgör ofta en utmaning vid bearbetning av rostfritt stål. Till exempel har legeringselementet nickel en negativ effekt på stålets skärbarhet och maskinlighet. Förutom att använda speciella högpresterande borrar och fräsverktyg är det också viktigt att använda bearbetningsparametrar som matchar materialet. Som regel tillsätts därför ett slipmedel när rostfritt stål kapas till rätt storlek. Följande är en kort översikt över vanliga metoder för skärning av rostfritt stål:

• Vattenskärning: En extremt fin vattenstråle riktas under högt tryck (upp till 6000 bar) på metallen med hjälp av ett munstycke tillsammans med ett slipande material som sand. Sanden polerar samtidigt ytan och säkerställer därmed en låg ytjämnhet. Ingen värme genereras av denna skärmetod. Denna metod är också lämplig för tjock plåt. Jämfört med andra metoder är det dock relativt långsamt och kostnaderna för det extra slipmedlet kan vara höga beroende på plåttjockleken.
• Plasmaskärning: En elektriskt ledande gas (plasma) riktas också mot metallen med ett munstycke, där en båge skapas mellan elektroden och arbetsstycket, vilket starkt värmer upp och smälter ytan. Men en relativt bred kärnfog skapas i jämförelse med laser eller vattenstråleskärning. Fördelarna är dock att en mängd olika konturer kan implementeras, tjock plåt kan skäras och att metoden i allmänhet är mycket snabb.
• Laserskärning: En mycket fokuserad laserstråle riktas mot metallen, som sedan smälts/förångas korrekt. Det värmepåverkade området är mycket begränsat. Laserskärning kan användas för att tillverka komplexa konturer; det delar rostfritt stål utan slitage och är mycket exakt och snabb. Laserskärning är dock mindre lämpad för tjock plåt.

Sammanfogning och anslutning av rostfritt stål

Korrosionsbeständiga stål kan sammanfogas och anslutas på olika sätt. Lämpliga metoder beror i hög grad på materialet och dess egenskaper. Möjliga sammanfogningsmetoder är:

• Svetsning
• Lödning
• Limning

Förutom det faktum att inte alla rostfria stål kan svetsas, utgör svetsning i synnerhet den största risken för korrosion. Den resulterande starka värmen kan leda till bildandet av kromkarbider, inre dragspänningar eller härdning (oxidation). Om sprickor uppstår är sannolikheten för gapkorrosion hög. Svetssträngarn ska endast läggas ner med lämpliga material och svetsmetoder och ska alltid passiviseras efter svetsprocessen. Detta är det enda sättet att säkerställa korrosionsbeständighet. Eftersom ytan av rostfritt stål passiviseras krävs ett flussmedel under lödning. Om rostfritt stål ska limmas måste ytan först ruggas. Ju slätare yta, desto svagare bindning av limmaterialet. För om dess höga hårdhet, krävs specialverktyg för borrning av rostfritt stål. MISUMI har till exempel följande verktyg för bearbetning av de olika materialen:

• Cirkulära sågblad
• Hålskärare
• Slutfräsar

Ytbehandling och ytbearbetning: Slipning och kemisk passivering av rostfritt stål

Ytan i rostfritt stål kan till exempel borstas, slipas, poleras eller kikas. Detta ändrar ytjämnheten hos rostfritt stål. Ju grövre ytan är, desto mer mottagligt blir rostfritt stål för korrosion. Slipning är därför en populär metod för ytbehandling av metall.

Vanliga metoder för slipning av rostfritt stål inkluderar bandslipning och precisionsslipning. Bandslipning skapar särskilt släta och högkvalitativa ytbehandlingar och större materialborttagningar kan realiseras. Men olika ytjämnheter kan också realiseras genom att använda olika kornstorlekar i slipmedlet. Slipremmar av hög kvalitet är avgörande för att förhindra kontaminering med främmande rost. Av denna anledning har MISUMI ett brett utbud av olika slipmedel för bearbetning av rostfritt stål.

Precisionsslipning som en ytterligare metod syftar till att uppnå maximal noggrannhet; särskilt våtslipningsprocessen är mycket exakt. De resulterande ytorna är särskilt plana och parallella. Detta kan till exempel spela en viktig roll när det gäller toleranser, se även bloggartikeln Bearbetningsgränser och noggrannhetsstandarder för plåtdelar samt toleransklasser i enlighet med ISO 22081 och DIN ISO 2768: Optimerad användning av allmänna toleranser. Mer information om detta finns i meviy-portalen.

Val av verktyg

För effektiv och framgångsrik bearbetning kan mycket redan beaktas vid val av verktyg. Verktyg för bearbetning av rostfritt stål bör själva vara hårda, men inte för hårda. Verktyg som är för hårda kan bli spröda snabbt och gå sönder lättare som ett resultat av bearbetning. Dessutom kan ökade vibrationer uppstå under bearbetning, vilket påverkar ytfinishen. Att bestämma rätt hårdhet hos verktyget är därför viktigt för bearbetning av rostfritt stål. Hårdheten för rostfritt stål och bearbetningsverktygen baseras i allmänhet på Rockwells (HRC) skala. Typiska HRC-värden för bearbetningsverktyg i rostfritt stål ligger i intervallet 58 till 65 HRC.

Andra hårdhetsområden gäller, beroende på bearbetningsklass (t.ex. sågning, borrning, fräsning, precisionsslipning). Följande tabell ger en översikt över vilket verktyg som passar för vilka hårdheter:

Verktygets slitstyrka är nära förknippad med hårdheten. Rostfritt stål är vanligtvis ett mycket slipande material och de slipverktyg som används måste därför ha hög slitstyrka. En beläggning av titannitrid, till exempel, kan förbättra slitstyrkan. Dessutom bör verktygen ha hög värmebeständighet, eftersom betydande värme kan genereras vid bearbetning av rostfritt stål. Skärning kan generera värme så hög som ca 800 °C till 1200 °C, som koncentreras direkt på verktygets skärkant på grund av den låga värmekonduktiviteten.

På MISUMI hittar du dock förutom bearbetnings- och materialborttagningsverktyg även andra verktyg som är speciellt anpassade för rostfritt stål, till exempel rörböjare.

Instruktioner för lyckad bearbetning

Följande instruktioner kan användas som vägledning för att utesluta många fel under bearbetningen. Renlighet är högsta prioritet: partikelöverföring (luftburen rost) från andra stål ökar risken för korrosion på annars rostfritt stål. Men renlighet påverkar inte bara arbetsmiljön utan också arbetsmaterialet, som slipmedel, själva. Det är också viktigt att ge tid för det passiva lagret att bildas. Vid normala omgivningstemperaturer på 20 °C kan detta ta 24-48 timmar och ännu längre i närvaro av fukt. Detta bör beaktas vid bestämning av bearbetningstidsfönstret.